计算机网络期末复习_锦城学院计算机与软件学院计算机网络期末复习题

第一章 计算机网络概论

一、计算机网络的定义和功能

1）计算机网络的定义：利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统相互连接起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。

2）计算机网络系统三要素：

• 多个具有独立功能的计算机系统；
• 通信子网；（包括通讯设备、线路和软件）
• 网络软件。（为用户共享网络资源和信息传递提供管理和服务，其中包含通讯协议）

1. 功能：

• 数据通信功能，
• 资源共享功能，
• 信息综合处理功能，
• 负载均衡功能，
• 提高可用性功能，
• 分布式处理功能

3.计算机的产生和发展过程

1. 面向终端的计算机网络阶段
2. 以共享资源为主要目的的计算机网络阶段
3. 标准、开放的计算机网络阶段
4. 高速、智能的计算机网络阶段

4、计算机网络的组成

  1）物理结构：计算机网络硬件子系统；计算机网络软件子系统。

  2）逻辑结构：资源子网；通信子网

二、计算机网络的分类和性能

1，计算机网络的分类（了解名称和特点）

1. 按网络的覆盖范围划分：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN），有时也包括接入网（AN）。目前较流行。

1. 按传输介质划分：有线网和无线网
2. 按使用范围分类：公用网和专用网
3. 按拓扑结构划分：总线型、星型、树型、环型、网状型
4. 按数据传输（通信）方式分类：点对点网络、广播网络。
5. 按网络组件的关系分类：对等网络和非对等网络。

【注：以太网和令牌环网都属于广播网，而ATM和帧中继网都属于点对点网】

三、计算机网络体系结构

1、计算机网络体系结构相关概念

计算机网络体系结构＝｛系统、实体、层次、协议｝

   计算机网络体系结构：是系统、实体、层次、协议的集合，是计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义

  ⑴ 系统：计算机网络构成的系统通常是包括一个或多个实体的具有信息处理和通信功能的物理整体。

  ⑵ 实体：在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成。在一个计算机系统中,能完成某一特定功能的进程或程序都可成为一个逻辑实体。实体既可以是软件实体，也可以是硬件实体。

  ⑶ 层次：是人们对复杂问题的一种处理方法。通常将系统中能提供某种或某类型服务功能的逻辑构造称为层。

  ⑷ 协议：是指两个实体间完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。

  （5） 接口（Interface）：是同一个节点或节点内相邻层之间交换信息的连接点。

（6） 同等层：不同系统的相同层次。

（7） 同等层实体（对等实体）：不同系统同等层上的两个正通信的实体。

（8） 同等层通信：不同系统同等层实体之间存在的通信。

（9） 同等层（对等）协议：同等层实体之间通信所遵守的规则。各层的协议只对所属层的操作有约束力，而不涉及到其他层。

（10） 服务：层次结构中各层都支持其上一层进行工作，这种支持就是服务。

（11） 服务访问点（SAP）：接口上相邻两层实体交换信息的地方。是相邻两层实体的逻辑接口。如N层SAP就是N+1层可以访问N层的地方。

（12） 服务原语：是指某一层实体向另一层实体报告事件的发生。（请求、指示、响应、确认）

（13） 数据单元：通常将传递数据的每一个单位叫做数据单元。

（14） 协议数据单元：通常将不同计算机系统的对等层实体之间所交换的数据单位的每一部分称为协议数据单元。

（15） 服务数据单元：第N层要求第N-1层提供服务时所要传递的数据单元。

（16） 接口数据单元：在同一系统的相邻两层实体的一次交互中，将传递的参数和返回的结果。

（17） 接口协议指的是需要进行信息交换的接口间需要遵从的通信方式和要求。

2、OSI（Open System Interconnection）参考模型

  1）OSI/RM参考模型（记住各层的名称、顺序和功能）

两个用户计算机通过网络进行通信时,除物理层之外,其余各对等层之间均不存在直接的通信关系，而是通过各对等层的协议来进行通信。

1. 物理层：连接通信媒体实现数据传输
2. 数据链路层：将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。进行流量控制
3. 网络层：主要解决如何使数据分组跨越各个子网从源地址传送到目的地址的问题
4. 传输层：完成同处于资源子网中的源主机和目的主机之间的连接和数据传输。
5. 会话层：实现会话进程间通信的管理和同步,允许不同机器上的用户建立会话关系，允许进行类似传输层的普通数据的传输。
6. 表示层：完成语法格式转换，在计算机所处理的数据格式与网络传输所需要的数据格式之间进行转换。（数据加密和压缩也是在这一层）
7. 应用层：OSI模型的最高层,是计算机网络与用户之间的界面，由若干个应用程序组成，包括电子邮件、目录服务、文件传输等应用程序。

  2）了解OSI中数据流动（传输）过程（数据的封装和解封过程）

3、TCP/IP（传输控制协议/网际协议）体系结构

  1）TCP/IP参考模型（注意：要记住各层的名称、顺序和主要功能）

a）网络接口层：是网络访问层，负责与物理网络的连接。

b）网络互连层（网际层）：寻址，对下层传向上层的数据帧进行打包，还有路由选择。

c） 传输层：提供可靠的数据流传输服务,确保端到端应用进程间无差错的通信,常称为端到通信。

d）应用层：为用户提供网络服务，比如FTP、Telnet、DNS和SNMP等。

2）TCP/IP协议簇（注意：要记住各层主要协议的名字和作用）

网络接口层无；

网络互联层：IP 是一个无连接的协议，它负责将数据包从源点转发到目的地，但不检查数据。

传输层：TCP（传输控制协议）UDP（用户数据协议）

TCP服务提供了数据流传输、可靠性、有效流控制、全双工操作和多路复用功能。

UDP负责面向事务的简单信息传送服务。

应用层常用协议有HTTP、FTP、DNS。

3）OSI与TCP/IP参考模型的比较

共同点：基于一种协议；各协议层功能相似；实现异构网互联；国际通信标准；两种通信机制。

             都采用了分层思想和模块化思想、进行了明显的功能划分

不同点：最初设计的差别；对可靠性要求的差别；效率和性能上的差别；市场应用和支持的差别；模型设计的差别；层数和层间调用关系不同。

             OSI更科学、TCP/IP各层之间没有明显划分，但是效率健壮性好

第二章 数据通信和物理层

一、数据通信的基础知识

1、了解概念

1. 数据是一种承载信息的实体，是对客观事物的符号表示。
2. 信息泛指那些通过各种方式传播的、可被感受的声音、文字、图像、符号等所表征的某一特定事物的消息、情报或知识。
3. 信号是数据的具体物理表现形式，它具有确定的物理描述,如电信号、光信号或磁场强度等。
4. 把产生和发送信息的一端称为信源，把接收信息的一端称为信宿，把信源传送到信宿的通信线路称为信道。在实际通信系统中，难免受到外界电磁波等噪声源的干扰影响。
5. 模拟信号：是一种连续变化的电信号（普通的电话、广播、电视等信号）
6. 数字信号：是离散的不连续的电脉冲序列（计算机通信、数字电话以及数字电视等信号）

1. 基带信号（Baseband Signal）：直接用两种不同的电压表示数字信号1和0，然后将其送到线路上进行传输。因此，一般将对应矩形电脉冲信号的固有频率称为“基带”，将相应的信号称为基带信号。
2. 宽带信号：是指将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。

2、模拟通信和数字通信

  1）通信系统的基本模型

任何一个通信系统都可以看作是由发送设备、传输信道和接收设备三大部分组成。

  

模拟通信系统：由模拟信号所构成的通信系统属于模拟通信系统。模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成

数字通信系统：由数字信号构成的通信系统属于数字通信系统。数字通信系统通常由信源、编码器、信道、解码器、信宿以及噪声源组成

2）模拟数据、数字数据的表示

   a.模拟数据用模拟信号表示。在时间和幅值取值上都是连续变化的, 例如声音、语音、视频和动画片等。模拟数据通常用传感器收集。

   b.数字数据用数字信号表示。在时间上是离散的,在幅值上是经过量化的,它一般是由0、1构成的二进制代码组成的数字序列。

1. 模拟信号、数字信号的传输（见上）
2. 基带信号和宽带信号（见上）

• 数据通信系统的性能指标

通信系统的性能指标涉及数据传输的有效性和可靠性。其中，有效性由数据传输速率、传输延迟、信道带宽，信道容量等指标衡量，可靠性一般用数据传输的误码率来衡量。

     计算机网络的主要性能指标是指带宽、吞吐量和时延。

衡量网络通信优劣主要有2个性能指标：通信速率、误码率

1.1、数据传输速率是指每秒钟传输的二进制比特数，又称数据率或比特率。P55

1.2、码元传输速率

在信息传输通道中，携带数据的基本信号单元叫码元，每秒钟传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。B=1/T

1.3波特率是指数据信号对载波的调制速率，用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示（也就是每秒调制的符号数），其单位是波特（Baud，symbol/s）。B=1/T

速率即数据率或比特率，是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。速率往往是指额定速率或标称速率。

波特率与比特率的关系：比特率=波特率×单个调制状态对应的二进制位数

      例如,假设数据传送速率为120符号/秒（symbol/s）（也就是波特率为120Baud）,又假设每一个符号为8位（bit）,则其传送的比特率为：C=B×log2M（b/s）  P56

（120symbol/s）×（8bit/symbol）=960bps

对于一个M进制码元，所包含的信息量为I=log2M （b），所以数据传输率的计算公式为：C=B×log2M （b/s）

其中，C为比特率，B代表波特率，M是码元集包含码元的个数（一个码元集表示的有效状态数）。

例如：对于波特率B=2000baud，若M分别为2、4和8，则比特率分别C为:

C=2000×log22=2000b/s

C=2000×log24=4000b/s

C=2000×log28=6000b/s

2、带宽是数字信道所能传送的“最高数据率”，也就是一个信道的最大数据传输速率。单位是“比特每秒”，或 b/s （bit/s）。      1Kb/s=10**3 b/s    1Mb/s=10**6 b/s

在表示数据量时(单位为B、字节)，千、兆、吉、太分别用K(大写)、M、G、T表示：

1 K = 2**10 = 1024，1M = 2**20, 1G = 2**30, 1T = 2**40。

吞吐量（throughout）是指一组特定的数据在特定的时间段经过特定的路径所传输的信息量的实际测量值。正是因为带宽代表数字信号的发送速率，因此带宽有时也称为吞吐量。在实际应用中，吞吐量常用每秒发送的比特数（或字节数、帧数）来表示

时延（delay 或Latency）：是指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需的时间。通常来讲，时延是由以下几个不同的部分组成的。P57

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

时延带宽积是指某一链路所能容纳的比特数。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

时延带宽积 = 传播时延X带宽

信道利用率指某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。

信道利用率不是越高越好。  网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值，一般<60%。

误码率=错误码元数/传输总码元数。（衡量数据在规定时间内数据传输精确性，传输可靠性指标）

误比特率=错误比特数/传输总比特数。

三、信道和信道容量的计算

   1、信道的含义与类型

1. 1. 1. 1. 信道是指以传输介质为基础的信号通路，它可以细分成狭义信道和广义信道。
         2. 狭义信道：将有信号传输介质的信道称为狭义信道。可分为有线信道和无线信道；

广义信道：除了包括传输介质以外，信道还可能包括有关的转换器，这种扩大了范围的信道称为广义信道。可分为编码信道和调制信道。

1. 模拟传输：将信息在传输介质中以模拟信号的形式进行传输。（电话线、双绞线）

数字传输：将信息在传输介质中以数字信号的形式进行传输。（光纤）

1. 模拟信道：传输模拟信号的信道。数字信道：传输数字信号的信道。

3、信道带宽和信道容量及其运算（奈奎斯特公式和香农公式）

信道容量是指信道在单位时间内可以传输的最大信号量，通常用来表示信道的极限传输能力。信道容量有时也可表示为单位时间内可以传输的二进制位数（称为信道的数据传输速率，即位速率），以b/s形式表示。一般来说，信道容量与信道带宽成正比关系，即带宽越大，容量越大。

4、奈奎斯特公式—理想信道的最高信号传输速率（计算）

理想信道的极限信息速率（信道容量）

C = 2W * log2 M ( bps )     W带宽  M离散信号或电平数目 C信道容量

                    

5、香农公式-信道的极限信息传输速率

    在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输率Cmax与信道带宽W，信噪比S/N关系为：  

     Cmax=W*log2（1+S/N）

它以比特每秒（bps）的形式给出一个链路速度的上限，表示为链路信噪比的一个函数。其中，C是可得到的链路速度，W是链路的带宽，S是平均信号功率，N是平均噪声功率。  

信噪比（S/N）通常用分贝（dB）表示，分贝数=10×log10（S/N）。 

• 数据传输方式（概念，特点）P64

1、  单工通信：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。信道一般是二线制,一根传输数据,一根监测信号

半双工通信：通信的双方都可以发送信息，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信息。

2、 并行传输：数据以成组的方式在多个并行信道上传输。字符编码的各位能够同时传输。

优点：传输速度快，处理简单。

缺点：需要多个并行信道，增加了设备成本。并行线路电平干扰影响传输质量。

不适合长距离通信，常用于计算机内部通信或短距离传输。Eg：计算机和打印机之间的传输

串行传输：数据以串行方式的在一条信道上传输。代码若干位顺序按位串行成数据流在一条信道上传输。

特点：传输速率较低、但节省信道，有利于远距离传输

通常用于计算机与计算机之前或者计算机与终端之间的远距离数据传输。

3、同步传输和异步传输

同步传输：以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间顺序相连，既无间隙也无插入位。字符同步、位同步（外同步法、内同步法）。

异步传输：每个数据都独立地传输，接受设备每收到一个字符的开始位后进行同步。每个字符在传输时都在前后分别加上起始位和结束位，以表示一个字符的开始和结束。

4、基带传输和频带传输

基带传输：在线路上直接传输基带信号或略加整形后进行的传输。

（传输数字信号、数字通信系统、一般在微型计算机通信中采用）

频带传输：利用模拟信道传输二进制数据的方式称为频带传输。

（传输模拟信号、模拟通信系统、计算机网络的远距离通信时经常借助的电话系统）

五、数据编码与数据调制

1、数字数据的数字信号编码：什么是编码什么是解码

编码：使用基带传输时，在发送端要将数字数据变为数字信号，以便在数字通信系统中传输。

解码：在接收端，要将数字信号还原为原来的形式。

常用的编码方式主要有：不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码等。

2、数字数据的模拟信号编码：

1）什么是调制什么是解调

调制：频带传输时，在发送端要将二进制数据转化成能在电话线或其他数据线路上传输的模拟信号。

解调：在接收端，则需要将收到的模拟信号重新还原成原来的二进制数据。

2）三种调制方式的名称及方法

振幅调制：通过改变载波信号振幅来表示数字信号1、0，幅移控制。

频率调制：通过改变载波信号频率来表示数字信号1、0，频移控制。

相位调制：通过载波信号的相位移动来表示数字信号1、0，相移键控制。

3、模拟数据的数字信号编码

1）PCM技术：将语音模拟数据数字化的主要方法是采用脉冲代码调制（PCM）技术。

2）采样定理：PCM技术基于采样原理来实现模拟数据的数字化。

      采样定理：一个连续变化的模拟信号，假设原始信号的最高频率或者带宽为Fmax，采样周期为Ts,则采样频率Fs=1/Ts，若采样频率Fs大于或等于模拟信号最高频率Fmax的两倍，那么采样后的离散序列信号就能无失真地恢复出原始连续模拟信号。

用公式表示为：Fs=（1/Ts）≥2Fmax  或者  Fs>2Bs。

其中，Bs= Fmax-Fmin，为原信号的带宽。

3）PCM的基本操作包括：采样、量化和编码。（理解）

采样：隔一定的时间间隔，将模拟信号的电平幅度值取出来作为样本，让其表示原来的信号。

量化：将采样样本幅度按量化级比较、取值的过程。

编码：用相应位数的二进制代码来表示量化后的采样样本的量级。

六、信道复用技术

1、多路复用：将一条物理信道分割成多条逻辑信道，每条逻辑信道单独传输一路数据。

2、常用的多路复用方式有哪些（各种多路复用技术的概念和特点）

1）频分多路复用（FDM）：将物理信道的总带宽划分为若干个与传输单个信号带宽相同的子频带，每个子频带传输一路信号。划分不同频率来并行传输数据。主要用于模拟信道的复用。【电话、电视系统】

2）时分多路复用（TDM）：是以信道传输时间作为分割对象，通过对多个信道分配互不重叠的时间片来实现多路复用。划分不同时间段来传输信号。适用于数字数据信号的传输。可细分为同步时分多路复用和异步时分多路复用也叫统计时分多路复用。

3）波分多路复用（WDM）：采用波长分隔多路复用技术，在同一传输信道内传输不同波长的光信号。根据光波的波长进行传输。应用于光纤信道上的光纤传输过程。还有密集波分多路复用。

4）码元多路复用（CDM）：靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式。在同一时间同一频率根据传输的数据码进行区分。是一种用于移动通信系统的新技术。

七、物理层的传输介质P79

常用的网络传输介质，可分为两大类

1、有线传输介质（导向传输介质），包括：双绞线、同轴电缆、光纤

1）双绞线为什么要两两绞合在一起？

抵消相邻线对之间的电磁干扰和减小近端串扰。（减小电磁干扰和信号串扰）

2）同轴电缆有基带同轴电缆（用于计算机网络）和宽带同轴电缆（用于有线电视网络）。

        基带同轴电缆用来直接传输数字信号，宽带同轴电缆用于频分多路复用模拟信号发送。

3）光纤传输信息的原理：光线在纤芯中不断地全反射。光线传播的是光信号而不是电信号。

2、无线传输介质（非导向传输介质），包括：无线电波通信、卫星通信、微波通信、红外线通信、激光通信等。

八、物理层功能、特性及设备

1、物理层的功能

1）物理连接的建立、维持和释放；

2）物理服务数据单元的传输（各个终端之间的数据通信一般采用串行传输）；

3）完成物理层的一些管理工作。

2、了解物理层四大接口特性的名称

1）机械特性（接口是怎么样的）；

2）电气特性（用多少伏的电）；

3）功能特性（线路上电平电压的特性）；

4）规格特性（实现不同功能所发射信号的顺序）。

3、中继器和集线器的作用（在两个电缆段之间复制每一个比特）

中继器（Repeater）：是最简单的网络互连设备，它工作在OSI参考模型的物理层上主要负责两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大，使信号能够传输更远的距离而不会衰减到无法被读取的程度，以此来延长网络的长度。

集线器（Hub）：主要功能是对接收到的信号进行再生、整形和放大，以扩大网络的传输距离，同时将所有节点集中在以它为中心的节点上。也是工作在物理层上。集线器和网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD访问方式。

第3章 数据链路层

一、数据链路层的基本概念：

 1、链路和数据链路

  1）链路（物理链路）：一条无源的点到点的物理线路段，中间没用任何其他的交换节点。

  2）数据链路（逻辑链路）：附加了实现通信协议的硬件和软件的链路。

当采用各种复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路。

 2、数据链路层的主要功能：记住主要名称和含义P96-97

（三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测）

  1）帧同步：“帧定界”，指接收方能从接收到的比特流中准确提取数据帧（不漏不超）。

 2）差错控制：在数据通信中受物理链路性能和网络通信环境等因素的影响，难免会出现一些传送错误。数据链路层主要是通过“差错控制”技术来实现此功能的。保证数据传输的可靠性。

3）流量控制：使发送和接收数据同步

4）链路管理：包括链路的建立、维持和释放。

5）MAC选址：数据能发送到正确的目的地，接收方知道发送方的地址。

6）区分数据和控制信息：由于数据和控制信息于同一帧传输，接收端要能从比特流中区分数据信息与控制信息，以进行不同的处理。

7）透明传输：任何比特组合的数据都可以在数据链路上进行有效传输。

3、数据链路层的服务

 1）无确认的无连接服务（适合局域网，对数据完整性要求不高 eg：语音数据）

 2）有确认的无连接服务（适合传输可靠性不高的信道，如无线通信系统）

 3）有确认的面向连接服务（三阶段）：建立数据链路，进行数据帧传输，释放数据链路。

二、帧同步功能

 1、什么是帧同步？

  帧是数据链路层的信息传输单位，计算机网络的数据交换方式是分组交换。

  帧同步（定界）是指接收方能从接收到的比特流中准确区分出一帧的开始和结束位置。

                      帧的基本格式

 2、帧同步的主要4种方法

      1）字符计数法：用一些特殊字符来表示一帧的开始和结束。

      2）字符填充首尾定界符法：使用特定字符来定位一帧的开始和结束。

3）比特填充首尾定界符法：用一组特定的比特模式（如01111110）来标志一帧的开始和结束。比特填充又叫比特插入，发送时每五个1插入一个0，接收时每五个1去掉一个0

4）物理层编码违例法：在物理层采用特定比特编码方法时使用。不需要任何填充技术便能实现透明性，但它只适用于采用冗余编码的环境。

eg：曼彻斯特编码, 将数据比特“1”编码成“高-低”电平对，将数据比特“0”编码成“低-高”电平对。而“高-高”电平对和“低-低”电平对是违规的。可以借用这些违规编码序列来定界帧的起始与终止。

       目前较普遍使用的是比特填充首尾定界符法和物理层编码违例法。

三、流量控制功能

 1、流量控制：实际上是对发送方数据流量的控制，使其发送速率不致超过接收方所能承受的能力。

 2、停止等待协议（ARQ  Automatic Repeat reQuest）直译是自动重传请求，但意思是自动请求重传

  1）单工停—等协议是最简单流量控制的数据链路层协议。

  2）停止等待协议的原理（包括信道利用率、停等协议的效率计算） P102

    1、发送点对接收点发送数据包，然后等待接收点回复ACK，并且开始计时。

2、在等待过程中，发送点停止发送新的数据包。

3、当数据包没有成功地被接收点接收时，接收点不会发送ACK，这样发送点在等待一定时间后，将重新发送数据包。

信道利用率=数据发送时延/（传播时延+发送时延）

停等协议的效率:E=tf/(2tp+tf)  tf 为发送时延，tp为传播时延

4、反复以上步骤直到收到从接收点发送的ACK后，再发送下一个数据包。

优点：比较简单 。

缺点：通信信道的利用率不高，也就是说，信道还远远没有被数据比特填满。

3、后退N帧ARQ协议（连续ARQ协议）：

a.发送点连续发送数据包，每个数据包都含有顺序字符；b.接受点发现某个数据包没有接收到，对发送点发NACK。在NACK中指明没有接受的数据包；c.接收点丢弃从第一个没有收到的数据包开始的所有数据包；d.发送点收到NACK后，从NACK中指明的数据包开始重新发送。

发送一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是可连续再发送若干数据帧。如果这时收到接收端发来的确认帧，那么可以接着发送数据帧。减少了等待时间，整个通信的吞吐量就提高了。

允许发送方不等确认帧返回就连续发送多个数据帧。接收端只按序接收数据帧，不按序号到来的帧被丢弃。确认帧中包含着期望下次收到的帧的序号。在发送端发送完一帧后都要设置该帧的超时计时器。当出现差错必须重传时，要向回走 N 个帧，然后再开始重传。

连续ARQ又称后退N帧ARQ协议；ACK1表确认0号帧DATA0，并期望下次收到1号帧。以此类推。

4、选择重发ARQ协议：

当接收方发现某帧出错后，把其后发送过来的正确帧存放在缓存区，同时要求发送方重新传送出错的一帧，收到重新传来的帧后，把缓存区的一起取出来排序并提交高层。

发送点连续发送数据包，但对每个数据包都设有一个计时器。当在一定时间内没有收到某个数据包的ACK时，发送点只重新发送那个没有回复ACK的数据包

缺点：接收点收到的数据包的顺序可能不是发送的数据包顺序。因此在数据包里必须含有顺序字符来帮助接受点来排序。

四、差错控制功能

 1、差错控制功能是指什么？

  1）功能：差错控制功能是将错误的出现控制在所能允许的尽可能小的范围内。确保传输数据正确。

数据链路层将物理层提供的可能出错的物理连接，改造成为逻辑上无差错的数据链路，从而向网络层提供透明的和可靠的数据传输服务。

2）产生错误的原因：

a）在数据通信中，信号在物理信道上的线路本身的电气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸形和衰减；b）电气信号在线路上产生反射噪声的回波效应；c）相邻线路之间的串线干扰；

d）大气中的闪电、电源开关的跳火、自然界磁场变化和电源波动等的外界因素。

 2）检错码：能够自动发现错误的编码；纠错码：既能发现错码，又能自动纠错的编码。

2、差错控制最常用的方法：自动请求重发、向前纠错

 1）反馈纠错：也叫反馈重发（自动请求重发ARQ/检错重发）。利用编码的方法在数据接收端检测差错，当检测出差错后，设法通知发送数据段重新发送数据，直到无差错为止。

 2）前向纠错（FEC）：也叫向前差错控制。发送端采用某种在解码时能纠正一定程度传输差错的较复杂的编码方法，使接收端在收到的信息码中不仅能发现错码，还能够纠正错码。

 3）混合纠错：混合使用“前方纠错”和“反馈纠错”。

一般，反馈纠错可用于双向数据通信，前向纠错则用于单向数字信号的传输，例如广播数字电视系统，因为这种系统没有反馈通道。

3、差错控制的常用编码

1）奇偶校验码（要求掌握规则与计算方法）：奇偶校验码是奇校验码和偶效验码的统称，是一种最基本的检错码。它是由n-1位信息元和1位校验元组成，可以表示成为（n,n-1）。如果是奇校验码，在附加上一个校验元以后，码长为n的码字中“1”的个数为奇数个。偶校验码为偶数个“1”。

2）循环冗余编码（要求掌握其工作方法和计算）：①写出G(x)；②用F(x)去除G(x)，用的是异或（相同为0不同为1）；③余数0正确，非0错误，纠正后=原来的加上余数（要根据G(x)最高次数补齐）

余数与出错位的对应关系只与码制及生成多项式有关，而与待测码字（信息位）无关

 

五、数据链路层设备（在LAN之间存储转发数据链路帧）

 1、网桥

 1）网桥的含义：也叫桥接器。主要工作在OSI参考模型中的数据链路层上，是连接两个局域网的一种存储转发设备，它能将一个较大的局域网分割成多个网段，或者将两个以上的局域网互联成一个逻辑局域网，使局域网上的所有用户都可以访问服务器。（两个端口的交换机）

 2）透明网桥的工作原理：当一台设备首次发送数据帧时，网桥会读取数据帧的源MAC地址并把这个地址复制到网桥的MAC地址表中。地址表中记录了这个MAC地址是与网桥的哪个端口所对应的。当数据到达网桥时，网桥会将该数据帧中携带的目的MAC地址和包含在它的MAC地址表中的MAC地址比较。如果目的MAC地址与源MAC地址属于同一网络分段，网桥就不会把这个数据帧转发到其他网络分段，不在一个分段则转发到相应端口。若数据帧中的目的MAC地址在网桥的MAC地址表中没有记录，则以广播方式发送。

接收到一个发送到网络中所有节点的数据帧时，

由于网桥不能学习到广播MAC地址，

故网桥会把该数据帧以广播方式转发到其他端口上。

因此，在网桥连接的所有分段都被认为是处于同一个广播域。

3）源路径（路由）网桥的工作原理：源路径网桥由源站负责路由选择。路由信息放在发送帧的首部，发送数据时，源站向目的站发送探测帧，该帧在扩展的LAN中沿所有可能路由传送；每个探测帧在到达目的站后，再沿各自的路由返回源站；由源站选择其中最佳路由作为发送帧中的路由信息。

 4）网桥的功能：a）帧的过滤和转发；

b）缓冲管理；

c）协议转换；

d）差错控制；

e）分层路径选择功能（分清本地数据流量，辅助路径选择）

5）网桥的特点：a）可以实现不同类型的局域网互联；

b）利用网桥可以实现大范围局域网的互联；

c）网桥可以隔离错误帧；

d）限制了冲突域；

e）网桥还能起到隔离故障的作用。

 2、交换机

1. 交换机及其工作原理：与网桥类似，工作在OSI参考模型的第二层，主要是根据所接收帧中的源MAC地址来构造转发表，根据所接收帧的目标MAC地址执行过滤转发，转发延迟比网桥小。

1. 交换机的功能：对封装数据进行转发，在端口之间建立并行的连接，以缩小冲突域，并隔离广播风暴。交换机的最大特点是可以将一个局域网划分成多个端口，每个端口可以构成一个网段，扮演着一个网桥的角色，而且每一个连接到交换机上的设备都可以享用自己的专用带宽。

物理编址、网络拓扑结构、错误检验、帧序列以及流量控制

此外，有些交换机还具有防火墙功能

1. 转发方式（交换机转发数据帧的方式）：

存储转发方式（全部缓存检查后转发）；

直通转发方式（不检查直接转发）；

无碎片直通方式（折中，收到前64B后转发）

1. 交换机的交换技术：端口交换技术；帧交换技术；信元交换技术。
2. 交换机的基本类型：

a）按网络类型划分：可分为以太网交换机、快速以太网交换机和千兆位以太网交换机、万兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。

b）按应用层次划分：企业层、校园网、部门级、工作组、桌面型交换机。

c）按结构形式划分：可分为固定端口交换机、模块化交换机。

d）按是否支持网管功能划分：网管型和非网管型。

e）按交换机工作的协议层：可分为第二层、第三层和第四层交换机类型。

第4章 局域网技术

一、局域网概述

1. 局域网的定义和组成

1. 定义：局域网通常是指某一区域内由多台计算机互联而成的计算机组，使用广播信道。
2. 组成：由局域网硬件系统和局域网软件系统组成。网络硬件对局域网性能起决定作用。

1. 局域网的性能和特性

1. 局域网的特性主要涉及拓扑结构、传输介质（同轴电缆、双绞线、光纤、电磁波等）和介质访问控制（MAC）等三项技术，其中最重要的是介质访问控制。
2. 局域网常用的介质访问控制方法和对应的网络

⑴ 适合总线结构的带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）方法。

⑵ 适合环型结构的令牌总线（Token Bus）方法。

⑶ 适合环型结构的令牌环（Token Ring）方法

1. 局域网的特点：①地域范围小、②传输速率高、③误码率低、④传输延时小、⑤可支持多种传输介质、⑥主要目的是为了实现数据通信和资源共享。

1. 局域网的网络拓扑结构和分类

1. 拓扑结构：

a）星型网，各站点由集线器（Hub）和双绞线连接，形成星形结构的局域网；

b）环形网，各站点连接在环形结构的局域网上，典型是令牌环形网；

c）总线网，各站点直接连在总线上形成总线网。总线网可使用两种协议，一种是传统以太网使用的CSMA/CD，另一种是令牌传递总线网。

d）树形网，树形网是总线网的变形。

1. 分类：按网络转接方式的不同，把局域网分为共享式局域网（所有结点共享一条公共通信传输介质）和交换式局域网（以数据链路层的帧或更小的数据单元为数据交换单位，以以太网交换机为核心的交换式局域网技术）。

1. 局域网网络模式：即计算模式或应用模式

1. 客户机/服务器模式（C/S）
2. 浏览器/服务器模式（B/S）
3. 对等服务器网络模式（P2P模式）

二、局域网的体系结构与IEEE 802标准

1. IEEE802局域网参考模型（注意和OSI参考模型的对应关系）   

局域网的体系结构只包含了数据链路层和物理层，其中，数据链路层又分为逻辑链路控制LLC和介质访问控制MAC两个子层。

1. IEEE802标准

1. 802.1：A定义了局域网体系结构;B定义了网络互连、网络管理与性能测试
2. 802.2：定义了局域网逻辑链路控制LLC子层的功能与服务
3. 802.3：定义了局域网CSMA/CD总线介质访问控制子层及物理层规范
4. 802.11：定义了无线局域网访问方法和物理层规范

1. MAC子层的主要功能P132：控制对传输介质的访问，定义了多种介质访问控制方法，以支持LLC子层完成介质访问控制功能，为计算机的网络接口卡（NIC）提供对物理层的访问。
2. LLC子层的主要功能P132：完成与高层的接口功能，完成与介质访问控制子层的通信。定义了服务访问点SAP逻辑接口点的使用方法，管理数据链路通信，利用逻辑链路控制帧实现两个对等逻辑链路控制实体之间的通信。对网络层

三、以太网介质访问控制技术

1.介质访问控制方法概念

IEEE802规定了多种局域网媒体介质访问方法，如带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD、令牌总线和令牌环等。将传输介质的频带有效地分配给网络上各结点的方法称为介质访问控制方法

1. ALOHA系统

ALOHA是世界上最早的无线电计算机通信网。（不听就说）纯ALOHA可以工作在无线信道，也可以工作在总线式网络中。分段ALOHA主要用在手机网络通信中。

1. CSMA及相关的协议类型

1. 载波监听多点接入CSMA（Carrier Sense Multiple Access）又称载波侦听多路访问。
2. CSMA协议的类型：非坚持型CSMA、1-坚持型CSMA和p-坚持型CSMA。

1. CSMA/CD（带冲突检测的载波监听多路访问）原理（先听再发边听边发冲突停止延迟后发）

1. 冲突：在信道上可能有两个或更多的设备在同一瞬间都发送帧，从而在信道上因造成帧的重叠而出现差错，这种现象称为冲突。
2. CSMA/CD发送时的工作步骤

①站点使用1-坚持型CSMA协议进行数据发送；

②在发送期间如果检测到冲突，立即终止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突；

③在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程。

1. CSMA/CD接收过程：

网上每个站点平时都在监听总线，如果有信息帧到来，则接收信息帧；然后再分析和判断信息帧中的接收端地址，如果该地址为本站地址，则复制接收该帧；否则，简单丢弃该帧。

四、以太网帧格式和数据封装

1. 以太网帧格式

1. 常用的以太网MAC帧格式有两种标准：

DIX Ethernet V2（以太网V2）标准和IEEE802.3标准

最常用的MAC帧是DIX Ethernet V2的格式（即以太网V2 MAC帧）。

1. 以太网帧结构

IEEEE802.3的MAC帧结构

1. 以太网最常使用的封装格式

以太网IP数据报的封装在RFC 894中进行了详细的定义，

IEEE 802网络的IP数据报封装则是在RFC1042中定义的。

两种帧格式都采用48b(6B)的目的地址和源地址(802.3允许使用16b的地址，但一般是48b地址)。这就是通常所说的硬件地址或物理地址。

1. 以太网地址（了解三种地址类型）

MAC地址(MAC Address)又称网络物理设备地址或者硬件地址，它是网络上用于识别一个网络硬件设备的标识符。

MAC地址可细分成以下三种类型：

单播地址，数据帧将发送给网络中唯一的一个由目的地址指定的站点。

多播地址，数据帧将会发送给网络中的一组站点。

广播地址，数据帧将会发送给网络中的所有站点。

五、常见以太网

1. 传统以太网

要求：了解名称中各项的含义

标准中采用简明的表示方法：

<数据传输率（Mbit/s）> <信号方式> <最大段长度（hm）>

10BASE-5（同轴粗缆）         10BASE-2（同轴细缆）

10：10Mbps的传输速率        10：10Mbps的传输速率       

BASE：基带信号               BASE：基带信号

5：表示粗缆                  2：表示粗缆

最大段长度为500m             185m

10BASE-T（双绞线）            10BASE-F

T：无屏蔽双绞线               F：光纤

最大段长度为100m             2000m

1. 100Mb/s快速以太网802.3u

1. IEEE802.3u标准系列（了解标准中名称各部分的含义及适用的传输介质）

100BASE-TX ：两对5类非屏蔽双绞线100m

100BASE-T4 ：是4对3/4/5类非屏蔽双绞线 100m

100BASE-FX ：两根光纤，采用单模光纤可达 2000m

1. 1000Mb/s千兆以太网（了解标准中名称各部分的含义及适用的传输介质）

1000BASE-T： 5类非屏蔽双绞线 100米                X：全双工

1000BASE-CX：2对屏蔽类双绞线 25-50米             C：Coaxial 同轴的

1000BASE-LX：①单模光纤 5000米/ ②多模光纤 220-550米                L：长波长

1000BASE-SX：多模光纤 连接光纤使用SC型光纤连接器 220-550米   S:短波长

1. 万兆以太网及40G/100G以太网

1. IEEE802.3ae标准与10吉特比以太网（10Gb Ethernet）

10Gb/s万兆以太网，目标在于：扩展以太网，使其能够超越LAN，以进入WAN和MAN。

有两个分离的物理层标准：1）一个为LAN；2）一个为WAN

主要传输介质为：光纤

1. 40G/100G、200G、400G以太网

40G/100G以太网标准IEEE802.3ba于2010年6月获IEEE正式批准。

IEEE于2017年12月6日正式批准了其200G和400G的802.3bs标准。

• 虚拟局域网（VLAN）

1. VLAN的概念

VLAN它是一种把局域网设备从逻辑上划分成更小的局域网，从而实现虚拟工作组的数据交换技术。由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。

1. VLAN的优点：

1. 便于集中化网络管理，增强了网络连接的灵活性；
2. 有效控制了网络上的广播风暴；
3. 提高了网络安全性；VLAN之间的隔离也大大提高了网络的整体性能和安全性。
4. VLAN缺少互操作性。

1. VLAN的实现方式（VLAN的分类/主要类型）（记住名称和简要原理）

1. 基于端口的VLAN：根据以太网交换机的端口来划分；
2. 基于MAC地址的VLAN：对所有主机都根据它的MAC地址配置主机属于哪个VLAN
3. 基于协议的VLAN：根据二层数据帧中协议字段进行VLAN的划分；
4. 基于子网的VLAN：根据报文中的IP地址决定报文属于哪个VLAN，同一个IP子网的所有报文属于同一个VLAN。

1. VLAN的协议标准

1. 802.1Q标准：它是一种通用标准。基于IEEE802.1Q附加的VLAN信息，就像在传递物品时附加的标签，所以它也被称作“标签型VLAN”。
2. ISL：它是一种专用标准，只有Cisco设备才可以理解ISL封装的数据帧。

1. 在VLAN中链路的类型（分为接入链路，干道链路和混合链路）。了解使用场合

1. 接入链路用于连接主机和交换机；
2. 干道链路常用于交换机之间的互连或者用于交换机和路由器之间的连接；
3. 混合链路可用于交换机之间的互连，也可以连接用户的计算机。

七、局域网的扩展

1.利用集线器和交换机进行扩展

1. 在物理层利用集线器对小型局域网连接，扩展局域网；

1. 在数据链路层上用交换机或网桥，进行扩展。

2.交换式以太网

1. 交换机与路由器、网桥的区别

集线器：工作在物理层，用于构成冲突域（广播域）。

网桥/交换机：工作在数据链路层，用于连接不同的网络。网桥/交换机会在自身存储其硬件端口与MAC地址的映射关系。一般使用网桥/交换机隔离LAN。简单来说，网桥可以看作一个端口数少的交换机。

路由器：工作在网络层。用于连接不同网络，进行分组转发。区别在于，网桥/交换机根据MAC转发，路由器根据IP进行转发。

1. 交换式以太网的优点

兼顾型；兼容性；易用性；支持性；灵活性。

九、标准无线局域网（WLAN）

1. 无线局域网的含义：使用无线传输介质的一种局域网，它是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。WLAN的适用范围：布线困难的场所；变化频繁的环境；临时构建的场所。
2. 无线局域网的特点：

1. 移动性好；
2. 扩展能力强；
3. 投资费用小；
4. 建设速度快；
5. 安装灵活、方便；
6. 维护费用低；
7. 安全性高。

1. 无线局域网的主要类型：

1）按无线局域网与有线局域网之间的关系分为独立式无线局域网和非独立式无线局域网。其中非独立式无线局域网是无线局域网的主流。

2）按传输介质细分为红外线无线局域网，扩频无线局域网，窄带微波无线局域网。

1. WLAN的协议标准：

IEEE802.11a扩充了标准的物理层，它工作在5.0GHz频带，传输速率为5Mb/s、11Mb/s和54Mb/s，采用正交频分多路复用（OFDM） 技术。

IEEE802.11b标准工作在2.4GHz频带，采用DSSS扩频技术和补偿编码键控（CCK）调制方式。传输速率为1Mb/s、2Mb/s、5.5Mb/s和11Mb/s。

IEEE802.11g标准工作在2.4GHz频带，采用正交频分多路复用（OFDM） 技术，速率可达54Mb/s 。IEEE802.11g与IEEE802.11b标准保持良好的兼容性，而且与IEEE802.11a标准具有相同的传输速率。

三者的关系：a与b不能直接通信，因为它们的频率、技术不一样，可用g作为桥接，使得a、b之间可以直接通信（2.5GHz与b一样，OFDM与a一样）。

1. 无线局域网的组成：

1. 有固定基础设施的无线局域网（Infrastructure）预先建立起来的、能覆盖一定地理范围的固定基站（了解相关概念↓）

1. BBS（Basic Service Set）：基本服务集BSS由一个基站和若干个移动站组成。
2. AP（Access Point）：基站也叫做接入点AP。所有的站在本BSS以内可以相互直接通信，但和本BSS以外的站通信则必须通过本BSS的接入点。
3. BSA（Basic Service Area）： 一个BSS覆盖的地理范围称为基本服务区BSA。
4. DS（Distribution System）：分配系统，用来连接不同BSA的通信信道，可以是有线信道或者无线信道。
5. ESS（Extended Service Set）：一个DS和所连接的若干BSS就构成一个扩展的服务集ESS。

1. 无固定基础设备的无线局域网（Ad-hoc）由一些处于平等状态的移动站之间相互通信组成的临时网络。无固定基础设备的无线局域网也叫自组网络。自组网络没有基本服务集中的接入点AP，而是由一些相互通信且处于平等地位的移动站所组成的临时网络。

1. WLAN的体系结构

1. IEEE802.11标准中的物理层：该协议的物理层由三部分组成，即物理层管理层、物理层汇聚协议（PLCP）和物理介质相关子层（PMD）。该标准定义了数据传输的信号特征和传输方式。

IEEE802.11标准定义了三种物理层选择，即红外线、直接序列扩频和跳频扩频

1. IEEE802.11标准中的MAC子层：MAC子层提供对共享无线介质的竞争和无竞争的使用，具有无线介质访问、网络连接、数据验证、加密等功能。

（1）结合课件中的图解释无线局域网存在的隐蔽站问题和暴露站问题

a.隐蔽站问题

A跟C都想跟B通信，但是由于A和C的距离太远，检测不到彼此的信号，认为B是空闲的，都向B发送数据，结果B同时收到A和C的数据，产生了冲突。这种没有检测出媒体上已存在信号的问题称为隐蔽站问题。

b.暴露站问题

B向A发送数据，而C又想跟D通信，但C检测到媒体上有信号，决定不向D发送数据。这就是暴露站问题。

（2）无线介质访问规则

①分布控制方式。基于具有冲突避免的载波监听多路访问协议，即CSMA/CA协议。

②中心控制方式。基于轮询机制，可用于支持无竞争型实时业务。

（3）网络连接

一个站点可以通过被动扫描和主动扫描两种模式来建立网络连接。

（4）数据认证和加密

IEEE802.11标准提供开放系统认证和共享密钥认证两种认证服务，以增强网络安全性。

扩展频谱、口令控制、数据加密

1. 服务类型

①分布式系统服务,主要包括连接、重连接、终止连接三方面的服务；

②站点服务，主要提供认证服务。

1. WLAN的介质访问控制方式

1）分布控制方式(Distribution Control Function, DCF)：基于CSMA/CA

（1）“载波监听多路访问/冲突避免”CAMA/CA协议的工作过程：P166-167

①站点在使用信道前，先监听信道状态，若信道维持一段时间空闲，则等待一段随机的时间后再进行测试，信道若依然空闲才送出数据。

②站点在送出数据前，先送出很短一段请求传送报文RTS（Request to Send）给目标站点，待收到目标站点回复报文CTS（Clear to Send）后，才开始传送数据报文。

③接收端收到数据包后，将以包内的循环冗余校验的数值来检验包数据是否正确，若检验结果正确时，接收端将响应ACK包，告知发送端数据已经被成功地接收。当发送端没有收到接收端的ACK包时，将认为包在传输过程中丢失，而一直重新发送包。

（2）冲突避免措施：p166

冲突避免机制。使用信道空闲评估（CCA）算法来决定信道是否空闲，通过测试天线能量和决定接收信号强度RSSI来完成。使用RTS、CTS和ACK帧减少冲突。

（3）CSMA/CA和CSMA/CS的主要差别：

（1）传输介质不同：CSMA/CD常用于总线式局域网，而CSMA/CA常用于无线局域网；

（2）载波检测方式不同：CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测是否发生数据碰撞，CSMA/CA采用能量检测（ED）、载波检测（CS）和能量载波混合检测等3种方式进行检测。在使用CSMA/CD协议的网络中，若某站点在争用期内的数据传送没有发生冲突，之后本数据帧剩余数据的传送就不会再发生冲突。

（3）信道利用率不同：CSMA/CA协议信道利用率低于CSMA/CD协议信道利用率。在无线局域网中，信道利用率受传输距离和空旷程度的影响，当距离远或者有障碍物影响时会存在隐蔽站问题，降低信道利用率。

最大的不同点在于其采取避免冲突的工作方式。

2）中心控制方式（Point Coordination Function，PCF）：基于轮询机制

中心控制方式PCF的工作过程如下：

1）希望发送数据的主机首先向AP发送Association Request(连接请求)帧，并在帧的功能性能字段的CF-Pollable(可轮询CF)子字段中表明希望加入轮询表。在收到AP的ACK信息以后，主机被列入轮询列表。2）AP发出Beacon帧表明CFP期间的开始。然后AP依次向轮询列表中的主机发出Poll帧给AP，或发送Data帧给其它非AP主机；如果在PIFS时间间隔内没有响应，则表明主机无数据要发，AP继续发出下一个Poll帧。3）在一个CFP期间，如果轮询列表中的主机没有轮询完，那么在下一次CFP期间将从未轮询主机开始轮询；如果轮询列表中的主机已经轮询完，还剩有一段时间，AP将随机选择主机发出轮询帧。4）当AP发出End帧时,表明CFP期间的结束,CP期间的开始。

1. WLAN的组建方式（点对点方式、无线Hub方式、一点多址方式）

1. 全无线网：包括自建无线局域网和多区无线局域网；

1. 无线节点接入有线网；通常是在有线网中接入无线网中继器，无线网结点可以通过无线网中继器与有线网相连。
2. 两个有线网通过无线方式连接：这种组网形式适用于将两个或多个已建好的有线局域网通过无线的方式互连，通常需要在各有线网中接入无线路由器。
3. WLAN的安全性 

主要通过以下四个方面措施加以保证

1. 扩展频谱；
2. 口令控制；
3. 数据加密；
4. 其他特性。

第6章 网络层

• 网络层的概述

1、网络层的功能：

主要功能

提供路由，选择到达目标主机的最佳路径，并沿该路径传送数据包。

其它功能

消除网络拥塞、流量控制、拥塞控制、建立和拆除网络连接、多路复用、分段和组块、服务选择和传输等功能。

        2、网络层所提供的服务

1）面向连接服务和无连接服务

（面向连接服务类似于电话系统，而无连接服务则类似于邮政系统。）

面向连接服务

面向连接服务的实现采用虚电路方式。面向连接服务在发送数据之前，发送端的网络层必须与接收端的同层建立一个连接。提供面向连接服务的网络层需要进行拥塞控制，防止进入网络层的通信量超出子网的传输能力。采用虚电路服务必须有连接建立、数据传输、连接释放这三个阶段。（首先为分组的传输确定传输路径，然后沿该路径传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输后拆除连接。）

无连接服务

无连接服务的实现采用数据报方式。无连接服务中，网络层的任务除了传输比特流以外，什么也不做，服务原语几乎只有发送报文和接收报文两种。主机不认为通信子网是可靠的，主机自己做差错控制以及流量控制。差错控制包含差错检测和差错纠正。采用数据包服务的报文分组不能按序交给目的主机。（不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组的传输路径可能不同。）

b.虚拟电路服务（面向连接）和数据报服务（无连接）的区别

虚电路服务是网络层向传输层提供的能使所有分组按顺序到达目的端系统的一种可靠的数据传送方式。进行数据交换的两个端系统之间存在着一条为它们服务的虚电路。所谓虚电路，是指两个端系统之间的一条虚拟管道(即逻辑连接)。这如同两个电话机之间进行通话时，预先需要通过一系列命令建立一条管道。管道建立起来以后，要传送的数据包就沿着该逻辑管道向前传送。虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。

       虚电路服务具有以下特征：

（1）要求建立连接。源主机和目的主机之间必须先建立连接，要进行请求、应答、响应和确认。

（2）只需要在第一个分组进行路径选择，后面的分组就不用进行路径选择了。

（3）各分组沿着连接这个管道按顺序到达目的地。发送分组的顺序与接收分组的顺序相同。

（4）效率要比数据报低，但比数据报更可靠。发送完一定分组以后，都要等待接收方确认，然后再发送后面的分组

数据报服务，在数据传输方式中，传输层负责接收(发送时)并拆分报文分组，将每一个分组作为一个独立的信息单位传送。数据报每经过一个中间节点时，都要根据当时的网络情况和一定路径选择算法来选择一条最佳路径。在数据传输过程中，很可能出现后传输的数据报先到达这种情况，这与电报和发送信件的传输方式相类似。

       数据报服务具有以下主要特征：

（1） 不用建立连接。传输数据的时候开销小，效率高，但可靠性不是太高。

（2） 每个数据报都要附加上传送的目的地址。

（3） 对每个数据报都要单独进行路由选择。

（4） 数据报传送的顺序与目的节点接收数据报的顺序可能不同。

（5） 使节点和接收数据报变得更可靠。

（6） 使网络中的数据流量更加平衡。

（7） 数据报服务常常用于传送请求数据报或者应答数据报，因为这些数据报通常比较小，但要求快速到达目的地。

2）虚电路交换与数据报交换的比较 P36-37

• IPv4协议

1. 与IP协议配套的协议有四个协议：

地址解析协议 ARP    （Address Resolution Protocol）

逆地址解析协议 RARP   （Reverse Address Resolution Protocol）

网际控制报文协议 ICMP   （Internet Control Message Protocol）

网际组管理协议 IGMP   （Internet Group Management Protocol）

1. IPv4地址

（1）IP地址编址及表示方法

分类的 IP 地址 子网的划分 构成超网

（2）常用的三类IP地址

（3）特殊IP地址和专用IP地址

广播地址：TCP/IP协议规定，主机号全为“1”的IP地址用于广播之用，称为直接广播地址。

有限广播地址：有时需要在本网内广播，但又不知道本网的网络号，于是TCP/IP协议规定，32比特全为“1” 时的IP地址用于本网广播。因此，该地址称为“有限广播地址”，即255.255.255.255。

 “0”地址：TCP/IP协议规定，主机号全为“0”时，表示为“本地网络”。

回送地址:以127开始的IP地址作为一个保留地址，例如127.0.0.1，用于网络软件测试以及本地主机进程间通信，该地址被称为“回送地址”。

专用地址(私有IP地址)

A类  10.0.0.0—10.255.255.255             1个单独的A类网络

B类  172.16.0.0—172.31.255.255           16个连续的B类网络

C类  192.168.0.0—192.168.255.255     256个连续的C类网络

1. 子网划分（划分子网之后，新网络标识为：原网络标识+子网标识）

1）子网划分

       （1）划分子网的原因

1）IP 地址空间的利用率有时很低

2）给每一个物理网络分配一个网络号会使每个网络中的主机数太大，因而使网络性能变坏。

3）两级的 IP 地址不够灵活。

（2）基本思路

凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。

（3）方法

当没有划分子网时，IP 地址是两级结构。地址的网络号字段也就是 IP 地址的“因特网部分”，而主机号字段是 IP 地址的“本地部分”。划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。

划分子网只是把 IP 地址的主机号 host-id这部分(本地部分)进行再划分，而不改变 IP 地址原来的网络号 net-id(因特网部分)。

（4）掩码：掩码(NetMask)有网络掩码和子网掩码两种。

网络掩码(默认子网掩码)：对每个网络的网络地址设定一个按位对应的32 bit 的二进制数；网络地址部分的对应位设为1，主机地址部分的对应位设为0。

（5）子网掩码

从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。

使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。将网络地址中的主机标识分离出若干位作为子网地址位，所对应的掩码称为子网掩码。子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。

2）子网划分的规则

1. IP数据报的格式（简单了解各字段义）

首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。

1. IP层转发分组的流程（包括：使用子网掩码的分组转发过程）

1）直接交付（direct delivery）

指在同一个物理网络上把数据包从一台机器直接传输到另一台机器，直接交付不涉及到路由器。

2）间接交付（indirect delivery）

指目的站不在一个直接连接的网络上时，必须将数据包发给一个路由器进行处理。

1. 网络地址转换原理和类型

1. 原理：需要在专用网连接到因特网的路由器上安装 NAT 软件。装有 NAT 软件的路由器叫做 NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球地址 IPG。所有使用本地地址的主机在和外界通信时都要在 NAT 路由器上将其本地地址转换成 IPG才能和因特网连接。  
2. 类型

静态NAT：内部网络中的每台主机都被永久映射成外部网络中的某个全局地址。

动态地址NAT：在外部网络中定义的一系列全局地址，采用动态分配方法映射到内部网络。

网络地址端口转换 NAPT：内部网络地址映射到外部网络的某个全局IP地址的不同端口上。

• 网络层的协议

1. 地址解析协议和逆向地址解析协议

1）IP地址与硬件（物理）地址

2）ARP 知道IP查找MAC；RARP反过来。

ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。

如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。（ARP不能跨段使用）

RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址。

1. 动态主机配置协议DHCP

工作在客户机/服务器(C/S)模式下，包括DHCP服务器和DHCP客户端两个角色，主要提供IP地址、默认网关、子网掩码的信息。

DHCP的工作流程分为四步，分别是客户端请求IP、服务器响应、客户端选择IP、服务器确认IP租约。

1. ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。是IP 层协议。

1）ICMP的作用：提高 IP 数据报交付成功的机会。

2）ICMP协议定义的4种信息报文和5种差错报文的名称

ICMP报文种类：ICMP差错报文、ICMP询问（信息报文）

1. 差错报文：时间超过（超时报文）

终点不可达（目的不可达）

改变路由（重定向）（Redirect）

要求分段报文

源点抑制(Source quench)报文

1. 信息报文：回应请求/应答报文

         地址掩码请求/应答报文

Ping使用ICMP回送请求与回送回答报文，没有通过TCP、UDP。

• 路由算法和路由协议

1.路由和路由算法

1）理想的路由选择算法应具备的特性

①路由算法必须是正确的和完整的；②路由算法应该是简单的；

③应该是有自适应性的；④应该是稳定的、公平的、最佳的

2）路由选择的不同策略

路由选择算法基本分为两大类：

非自适应算法（静态路由选择）：简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。

自适应算法（动态路由选择）：能较好适应网络状态变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。 

3）距离-矢量路由选择算法：掌握基本思想和新路由表的计算方法

距离矢量路由选择算法是让每个路由器维护一张表（即向量），表中给出了到每个目的地已知的最佳距离和路线。通过与相邻路由器交换信息来更新表的信息。距离矢量路由选择算法也被称为Bellman-Ford路由选择算法和Ford-Fulkerson算法，即RIP算法。

最常见的距离矢量路由协议主要有：路由信息协议 （RIP）、内部网关路由协议 （IGRP）等。

4）链路状态路由算法：掌握基本原理（记住要点名称）

2.路由协议

1）了解概念

自治系统AS：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS 之间的路由选择协议用以确定分组在AS之间的路由。

内部网关协议 IGP ：即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。

外部网关协议 EGP ：若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。

2）因特网把路由选择协议划分为两大类

内部网关协议 IGP：具体的协议有多种，如 RIP 和 OSPF 等。

外部网关协议 EGP：目前使用的协议就是 BGP。

3）内部网关协议RIP（原理、优缺点、路由表的建立与更新计算方法）

 原理

路由信息协议 RIP 是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议。

RIP 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。

RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。

优缺点

RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。

RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小。

RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）。

路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模扩大，开销也就增加。  

路由表的建立与更新计算方法

4）内部网关协议OSPF

（1）OSPF（Open Shortest Path First开放最短路径优先）的含义及三个要点

1）含义

“开放”表明 OSPF 协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。“最短路径优先”是因为使用了 Dijkstra 提出的最短路径算法SPF。只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”。是分布式的链路状态协议

2） 三个要点

①向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。

②发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。

“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”（metric）。

③只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。

（2）了解概念：链路状态数据库、区域、区域标识符

链路状态数据库：由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图，它在全网范围内是一致的（这称为链路状态数据库的同步）。OSPF 的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。

区域：为了使 OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作区域。

区域标识符：每一个区域都有一个 32 位的区域标识符（用点分十进制表示）。区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过200 个。

（3）OSPF将网络划分为哪4种类型

根据路由器所连接的物理网络不同，OSPF将网络划分成以下4种类型，

即广播多路访问、非广播多路访问、点到点、点到多点。

5）内部网关协议IGRP和EIGRP

内部网关路由协议（IGRP）是一种在自治系统中提供路由选择功能的思科专有路由协议。IGRP是一种距离矢量内部网关协议（IGP）。

增强的内部网关路由选择协议（EIGRP）是增强版的IGRP。

6）外部网关协议BGP

外部网关协BGP

BGP是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议，它只传输路径信息。较新的版本是BGP-4。基于路径向量。

五、网络层设备

1.网络互联的类型

2.处于OSI不同层次的网络互联设备

常见的中继系统（互联设备）有以下几种：

1）物理层中继系统。即中继器（Repeater）和集线器（Hub）.

    在两个电缆段之间复制每一个比特。

2）数据链路层中继系统。即网桥（Bridge）或桥接器和二层交换机（switch）.

    在LAN之间存储转发数据链路帧。

3）网络层中继系统。即路由器（Router）、多协议路由器（或三层、多层交换机，路由交换机）

    在异型网络间转发分组。

4）传输层及以上的中继系统。即网关（Gateway）.

    允许第四层以上的网络互联

3.路由器及其在网际互联中的作用

1）路由器的含义与功能

含义：所谓路由，是指通过相互连接的网络将数据从原地点传送到目标地点的行为和动作，而路由器正是执行这种行为动作的机器。路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。

功能：路由器的主要工作是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。路由器根据路由表来进行路由选择。

路由器主要有以下几种功能：(1) 网络互联功能； (2) 数据处理功能； (3) 网络管理功能

2）直接交付和间接交付

互联网络中路由器转发IP分组的物理传输过程与数据报转发交付机制称为分组交付。当分组的源主机和目的主机是在同一个网络，或转发是在最后一个路由器与目的主机之间时将直接交付。如果目的主机与源主机不在同一个网络上，分组将间接交付。

3）路由工作原理 P227图6-18

4）路由器结构

整个的路由器的结构可划分为两大部分：路由选择部分和分组转发部分

（1）路由选择部分也叫做控制部分，其核心构件是路由选择处理机。

（2）分组转发部分，由三部分组成：交换结构、一组输入端口和一组输出端口。

路由器交换结构：（1）通过总线进行交换（2）通过纵横交换结构进行交换（3）共享存储器。

5）路由表

（1）路由表的类型：静态路由表、动态路由表

（2）路由表项：目的网络前缀、子网掩码、下一跳字段 最主要是（目的网络地址，下一跳地址）

（3）路由表项的类型：网络路由、主路由、默认路由

（4）路由表结构：网络ID、转发地址、接口、跃点数

六、IPv6协议

1.IPv6地址空间及IPv6地址表达方法

2.从IPv4向IPv6过渡的技术（记住名称）

      1）双协议栈技术；

2）隧道技术；

3）NAT-PT (Network Address Translation-Protocol Translation，附带协议转换的网络地址转换)

第7章 传输层

一、传输层的作用

1. 传输层的主要功能

1. 连接控制；
2. 流量控制；
3. 差错检测；
4. 对用户请求的响应；
5. 建立无连接或面向连接的通信；
6. 映射传输层的地址到网络地址；
7. 多路复用和分用。

1. 传输层提供给高层的服务

有哪些服务类型？面向连接和无连接。

二、传输协议的要素

1.传输层服务和数据链路层服务的相似之处

传输层和数据链路层有相似的地方：都要完成差错控制、流量控制、分组排序的功能；

①传输层两端通过通信子网相连，数据链路层两端通过物理通道直接通信，导致不同；

②数据链路层处理相邻两个节点间的数据传输，而传输层处理两个端主机之间的数据传输。

传输层和数据链路层的流量控制区别在于：传输层定义了端到端用户之间的流量控制，数据链路层定义了两个相邻结点的流量控制。传输服务是建立连接的两个传输实体之间的传输协议来实现的。

传输服务和数据链路服务的差异对协议的影响，具体体现在哪些方面？

    答：传输服务和数据链路服务的差异对协议的影响，具体体现在以下几个方面。

1）寻址：在数据链路层,不必为一个路由器指明它要与哪一个路由器通话困惑，传输层需要显式的给出目的地址；

2）建立连接的难易：通过线路建立连接的过程很简单，传输层建立初始连接复杂；

3）存储管理和流量控制：数据链路层和传输层之间最后的一个差别是数量上的，不是类型上。在这两层中都需要缓冲及流量控制，但在传输层中出现的大量的、动态变化的连接要求可能需要使用与数据链路层中不同的处理方法。

2.传输层编址

端口：当一个应用程序（比如一个用户）进程想和远程的一个应用程序进程建立连接时，它必须指定是与哪个应用程序进程相连。正常采取的方法是定义进程能够侦听连接请求的传输地址。在因特网中，这些端点被称作端口（port）。

    通用的术语为TSAP （Transport Service Access Point，传输服务访问点）。网络层中类似的端点（即网络层地址）则被称为NSAP。 IP地址就是NSAP的一个例子。

3.传输实体建立连接的方法

一个传输服务与另一个远程传输服务用户的连接存在于两个服务访问点（TSAP）之间。

掌握三次握手的方法是怎样工作的。

连接可以由任何一方发起，也可以由双方同时发起。一旦一台主机上的TCP软件已经主动发起连接请求，运行在另一台主机上的TCP软件就被动地等待握手。

4.释放连接

释放连接比建立连接容易些。终止连接有两种方式：非对称释放和对称释放。

非对称释放是电话系统的工作方式：当一方挂机时，连接即告中断。

    对称释放把连接当做两个独立的单向连接处理，要求每一方单独释放连接。

    非对称连接很突然，因而可能导致数据丢失解决方法：

    三次握手释放连接。

掌握三次握手释放连接的方法。

1. TCP使用四次握手协议来释放连接

5.流量控制和缓存

总结来说，对于低带宽流量，在发送方缓冲较好；对于高带宽流量的稳定传输，在接收方缓冲较好。

    最合适的平衡发送方缓冲和接收方缓冲的办法取决于连接的传送类型。

三、TCP/IP的传输层

TCP/IP的传输层有两个不同的协议：UDP和TCP,它们的主要区别是什么？

①UDP在传送数据之前不需要建立连接，即提供无连接的服务。此外，UDP不提供广播或者多播服务。首部开销只要8字节、面向报文。

②TCP则提供面向连接的服务，在传送数据之前必须先建立连接。TCP也不提供广播或者多播服务。首部开销20字节、面向字节流。

1.用户数据报协议UDP

1）UDP概述（无连接的传输层协议，它提供面向事务的简单不可靠的信息传递服务。）

传输层协议需要具有以下主要的功能：

一是创建进程到进程的通信，UDP使用端口号来完成这种通信；

二是在传输层提供控制机制。

2）UDP协议的特点

UDP是一种无连接的、不可靠的传输层协议。设计UDP协议的目的，是希望以最小的开销来实现网络环境中的进程通信目的。UDP适用于可靠性较高的局域网。同时，如果一个进程打算发送一个很短的报文，同时它对报文的可靠性要求不高，那么就可以使用UDP协议。尽最大努力交付、面向报文、没有拥塞控制、首部开销小。

3）UDP的基本工作过程

（1）UDP传输过程需要注意的几个问题

①UDP并不提供对IP协议的可靠机制、流控制以及错误恢复等功能。UDP从应用程序接收报文以后，只是附加源端口号和目标端口号以及其他两个字段后就直接交给IP层进行处理

② UDP不使用拥塞控制，也不保证可靠交付（由于排除了信息可靠传递机制，它将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，不仅减少了执行时间，而且使速度得到了保证。）

③ UDP用户数据报只有8个字节的首部开销

（2）UDP端口分配方法，分为：客户进程的端口号分配、服务器进程的端口号分配。

客户套接字地址唯一地定义了客户进程，而服务器套接字地址唯一地定义了服务器进程。

（3）套接字地址（IP地址+端口）

要使用UDP的服务，需要一对套接字地址：客户套接字地址和服务器套接字地址。

一个IP地址与一个端口号合起来就叫做套接字地址或插口地址。

在选择数据的最后终点方面，IP地址和端口号起着不同的作用。IP地址定义了在世界范围不同主机中的一个主机。主机被选定后，端口号定义了在这个特定主机上的许多进程中的一个进程。