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北航内部的计算机网络复习大纲

时间:2016-06-03 19:41:43      阅读:185      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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幻灯片1

《计算机网络》复习大纲


6

幻灯片2

主要内容

1. 基本概念与体系结构

1. 物理层

数据链路层

局域网

网络层与传输层

应用层

 

6

幻灯片3

基本概念与体系结构

计算机网络的发展过程

交换方法:电路交换,报文交换,分组交换

连网方式:面向连接,无连接

注意:电路交换必定是面向连接的,分组交换可以是无连接方式,也可以采用面向连接方式,因此面向连接的网络不一定是电路交换的网络。

 

 

6

幻灯片4

基本概念与体系结构

计算机网络的定义

一些互相连接的、自治的计算机的集合。

 

6

幻灯片5

基本概念与体系结构

计算机网络的主要性能指标

最基本的两个性能指标是:带宽和时延

带宽:数字信道所能传送的最高数据率(比特率)。

时延:报文或分组从网络的一端传送到另一端所需的时间。

 

6

幻灯片6

 

基本概念与体系结构

传输时延(发送时延 )    

发送数据时,数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

发送时延 = 数据块长度(比特)/信道带宽(比特/s)

也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

 

6

幻灯片7

 

基本概念与体系结构

传播时延    

电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

传播时延=信道长度(m)/信号在信道上的传播速度(m/s)

 信号传输速率(即发送速率)和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。

 

 

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幻灯片8

 

基本概念与体系结构

处理时延    

          交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。

总时延 = 传输(发送)时延+传播时延

                      +处理时延

 

 

 

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幻灯片9

基本概念与体系结构

计算机网络的体系结构

分层的方法

可将庞大而复杂的问题,转化为若干比较容易处理的较小的局部问题。

OSI/RM(开放系统互联参考模型)七层模型

物理层、数据链路层、网络层、运输层(传输层)、会话层、表示层、应用层  

 

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幻灯片10

基本概念与体系结构

五层协议体系结构:物理层、数据链路层、网络层、运输层,应用层

物理层:透明传输比特流

数据链路层:将IP数据报组装成帧,在相临节点

                        的链路上传输以帧为单位的数据

网络层:为分组交换网上的不同主机提供通信

运输层:负责主机中两个进程之间的通信

应用层:直接为用户的应用进程提供服务

 

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幻灯片11

基本概念与体系结构

协议

为网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定,也称为网络协议。

协议的组成:

语法(syntax):以二进制形式表示的命令和相应的结构

语义(semantics):由发出的命令请求,完成的动作和回送的响应组成的集合

定时关系(timing):有关事件顺序的说明

 

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幻灯片12

物理层

物理层功能

完成原始比特流的传输

介质端接、信号表达、收发过程

机械的、电气的、过程的接口

机械特性(介质端接):接口尺寸、形状、线数、排列

电气特性(信号表达):电压范围与含义

过程特性(收发控制):严格的状态与事件顺序(状态机)

 

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幻灯片13

物理层

有关数据通信的基本概念

单工通信:只能有一个方向的通信而没有反方向的通信。

半双工通信:通信的双方都可以发送/接收消息,但不能双方同时发送/接收。

全双工通信:通信的双方可以同时发送和接收消息。

基带信号:将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示。

宽带信号:是将基带信号进行调制后形成的模拟信号。

波特与比特:波特是码元传输速率的单位,比特是信息量的单位。

 

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幻灯片14

物理层

信道复用技术

频分复用:是所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

时分复用:是所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

波分复用:使用一根光纤来同时传输多路光载波信号。

码分复用:在同样的时间使用同样的频带但不同码型进行通信。

 

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幻灯片15

数据链路层

数据链路层的主要功能相关概念

数据链路:由一条物理线路段,以及实现控制数据传输通信协议的软件与硬件构成的数据通路。

数据链路层的基本功能:链路管理、帧定界、流量控制、差错控制等。

网络适配器:最常见的是网卡,包含实现数据链路层数据传输通信的软件与硬件。

帧:是数据链路层上数据传输的单位。

 

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幻灯片16

数据链路层

CRC(循环冗余码/多项式编码)

收发双方约定一个生成多项式G(x)(其最高阶和最低阶系数必须为1),发送方在帧的末尾加上校验和,使带校验和的帧的多项式能被G(x)整除;接收方收到后,用G(x)除多项式,若有余数,则传输有错。

 

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幻灯片17

    数据链路层

校验和计算算法

把数据看成二进制位串,记为 D

选择一个r+1位的生成多项式G

G(x)= X5+x4+x2+1 ,则G = 110101,r=5

目的:生成r位的CRC检验码,R,使得:

<D,R>可以被G通过模2运算整除

接收者知道G,利用G除以<D,R>,如果结果非0,则数据发生错误

 

 

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幻灯片18

数据链路层

冗余码的计算举例

设 r = 5, G(x)= X5+x4+x2+1 ,则G = 110101 ,数据D=1010001101,模 2 运算的结果是:商 Q = 1101010110,

        余数R = 01110。

将余数 R 作为冗余码添加在数据 D 的后面发送出去,即发送的数据是101000110101110,或 2rD + R。

 

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幻灯片19

循环冗余检验计算过程

                          1101010110 ← Q 商

 除数 G → 110101 101000110100000 ← 2rD 被除数

                                   110101

                                           111011

                                           110101

                                                111010

                                                110101

                                                     111110

                                                     110101

                                                        101100

                                                      110101

                                                        110010

                                                     110101

                                                             01110 ← R 余数

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 r = 5, G(x)= X5+x4+x2+1 ,

则G = 110101 ,

数据D=1010001101

发送的数据是101000110101110

 

 

 

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幻灯片20

      数据链路层

数据接收方的处理

将接收的数据除以G,只要得出的余数 R 不为 0,就表示检测到了差错。

能检验出所有长度小于等于r的错误

但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。

一旦检测出差错,就丢弃这个出现差错的帧。

只要经过严格的挑选,并使用位数足够多的除数 G,那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。

 

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幻灯片21

局域网

局域网的主要特征

跨越一个物理上有限的距离,一般在10公里以内;

以短的距离获取高数据率;

为一个单位或组织所拥有。

 

 

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幻灯片22

LAN与OSI的层次对应

               OSI                      LAN

LLC

 

MAC

 

Physical

 

 

 

传统的LAN大多是共享媒体的LAN(即采用广播信道),不需要路由选择功能,因此只具备OSI的第1、2层功能。数据链路层又分为逻辑链路控制子层(LLC)和媒体访问控制子层(MAC)。

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幻灯片23

局域网中的数据链路层

局域网的数据链路层

逻辑链路控制子层(LLC)

通过提供统一格式,向网络层提供一个接口

支持链路的多路访问特性

屏蔽各种802网络的底层差异,如拓扑结构、媒体、媒体访问控制访问

媒体访问控制子层(MAC)

根据网络的拓扑结构,不同的局域网采用不同的媒体访问控制方法

成帧(各种不同的帧结构)

CRC校验

 

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幻灯片24

局域网

以态网的基本概念

IEEE为以态网制定了802.3标准。现今以态网典型地使用双绞线或光纤作为物理介质。10BASE-T(双绞线上的以态网)以10Mbps的速率发送数据,100BASE-T(快速以态网)以100Mbps的速率发送数据,千兆位以态网和万兆位以态网通常运行在光纤上,并被用做企业范围的主干网络。

 

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幻灯片25

局域网

CSMA/CD协议的工作原理

CSMA/CD是以态网的介质访问控制协议,即带冲突检测的载波监听多路访问。当使用CSMA/CD时,一个有帧要发送的节点必须等待通道空闲时才能发送。而且该节点一边发送一边监听,一旦发现其他节点也在发送时,就中止发送。在中止发送之后,该节点等待一个随机长度的时间,再重复上述步骤。

 

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幻灯片26

网络层与传输层

网络层功能是为主机之间提供逻辑通信。

网络互联中间设备的种类

物理层中继系统:转发器(repeater),如hub.

数据链路层中继系统:网桥或桥接器(bridge),如switch

网络层中继系统:路由器(router)

网络层以上的中继设备:网关(gateway)

 

 

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幻灯片27

网络层与传输层

IP地址

IP地址对网上的某个节点来说是一个逻辑地址。它独立于任何特定的网络硬件和网络配置,不管物理网络的类型如何,它都有相同的格式。

IP地址是一个4字节的数字,由两部分组成,第一部分是IP网络号,第二部分是主机号。这种4字节的IP地址,通常以小圆点分隔,其中每个字节都用十进制数字表示,如130.130.71.1,其网络号是130.130,主机号是71.1。

 

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幻灯片28

网络层与传输层

IP地址的表示

用点分隔的十进制表示法。如202.112.136.188

 

分类                 最小可分配地址      最大可分配地址

A类                  1.0.0.1                   126.255.255.254

B类                  128.1.0.1                191.255.255.254

C类                  192.0.1.1                223.255.255.254

D类                  224.0.0.1                239.255.255.254

E类                  240.0.0.1                247.255.255.254

 

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幻灯片29

网络层与传输层

IP地址的分类

IP地址可分成5类:A类、B类、C类、D类和E类。

 

 

 

 

 

 

由于D类地址仅用于主机组的特殊定义,E类地址作为保留未来使用的地址,所以具体网络只能分配A类、B类、C类地址中的一种。

 

0          8           16           24          31

A

B

C

D

E

 

0 net-id               host-id

10       net-id                    host-id

 

110           net-id                    host-id

 

1110          multicast address

 

11110         reserved for future use

 

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幻灯片30

网络层与传输层

网络地址分配中的问题

将IP地址分成网络号和主机号的目的是为了节省路由表空间。因为路由器只需要按网络号进行路由。

将IP地址分成A、B、C三类是为了适应不同大小的物理网络。

实际的物理网络大小千差万别,可能造成IP地址空间的巨大浪费。

解决方案

可任意指定IP地址中网络号和主机号的长度。

子网掩码

 

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幻灯片31

网络层与传输层

子网掩码

 

 

两级IP地址

net-id                                     host-id

 

 

三级IP地址

net-id                                   subnet-id              host

子网掩码

 

 

11111111111111111111111   11111111111111     000000000

子网

网络地址

 

 

      net-id                               subnet-id            host id全为0

将子网掩码与IP地址逐比特相与,将得到子网地址。

子网号避免使用全0和全1。

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幻灯片32

网络层与传输层

各类地址的缺省子网掩码

A类地址的缺省子网掩码是255.0.0.0

B类地址的缺省子网掩码是255.255.0.0

C类地址的缺省子网掩码是255.255.255.0

 

 

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幻灯片33

例题

          某单位分配到一个B类IP地址,其网络号(Net-ID)为129.250.0.0。该单位有4000多台计算机,分布在16个不同的地点。如选用子网掩码为255.255.255.0,试给每个地点分配一个子网号,并算出各子网中主机号码的最大和最小值。

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幻灯片34

 

          选用子网掩码为255.255.255.0所以一个子网可有254地址。4000多台计算机分布在16不同地点,所以每个地点最多254台电脑。分别对这16个地点设16个网段:

129.250.1.0 :        129.250.1.1~129.250.1.254

129.250.2.0 :        129.254.2.1~129.250.2.254

129.250.3.0 :        129.250.3.1~129.250.3.254

…………………………………..

129.250.16.0:       129.250.16.1~129.250.16.254

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幻灯片35

传输层

传输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。

两种传输层协议TCP与UDP

TCP/IP的运输层有两个不同的协议,它们都是Internet的正式标准,即用户数据报协议UDP和传输控制协议TCP。TCP是基于连接的协议,提供两个主机间可靠的数据传输服务。UDP是无连接的,不保证可靠的数据传输。

 

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幻灯片36

应用层

客户-服务器方式的基本概念

客户和服务器是指通信中的两个应用进程,客户-服务器方式描述的是两个进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方,服务器是服务提供方。

 

 

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幻灯片37

应用层

域名系统

是Internet采用的树状层次结构的命名方法。

连接在Internet上的任何一台主机或路由器都有一个唯一的域名。

域是名字空间中一个相对独立的管理单位,域还可以继续划分为子域。域名结构上由若干分量组成,各分量之间用点隔开:… . 三级域名 . 二级域名 . 顶级域名

域名的解析可采用递归或递归与迭代相结合的方法.

 

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幻灯片38

应用层

邮件系统的主要组成结构

主要由三个部分组成:用户代理、邮件服务器以及所使用的协议。

如发送邮件(从用户代理到邮件服务器,以及邮件服务器之间)使用的SMTP;

接收邮件(从邮件服务器到用户代理)使用的POP3或IMAP。

这些协议底层使用TCP协议。

 

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北航内部的计算机网络复习大纲

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