计算机通信与网络复习提要 (2).doc

第一章 概 述1.因特网和互联网P3 客户服务器方式(c/s)和对等方式（P2P） P9互联网是多个网络相互连接起来的网络（结点，链路）。因特网是特定的世界范围的互联网。计算机的通信对象是应用层中的应用进程。客户服务器方式描述的是进程间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方，服务器是客户的提供方。客户程序必须知道服务器程序的地址，服务器程序不需要知道客户程序的地址。2.三种交换方式的基本原理、特点P1115电路交换建立连接通话释放连接电路交换必定是面向连接的。电路交换的主要特点：在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。当用电路交换来传送具有突发性的计算机数据时，这导致通信线路的利用率很低。分组交换采用了存储转发机制。分组交换在传送数据之前不必占用一条端到端的通信资源，分组在哪段链路上传送才占用这段链路的通信资源。（逐段占用）优点：高效、灵活、迅速、可靠 缺点：排队时延、首部开销n 电路交换整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。n 报文交换整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。n 分组交换单个分组传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。3.计算机网络的分类（LAN、MAN、WAN）P17广域网（WAN）城域网（MAN）局域网（LAN）个人区域网（PAN）4.计算机网络主要的性能指标（带宽、时延（发送时延和传播时延）P19带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。 发送时延即传输时延，是主机或者路由器发送数据帧所需要的时间，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。 发送时延=数据帧的长度/发送速率=数据块长度/信道的带宽。传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离而花费的时间。 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率5.计算机网络的体系结构（分层次的体系结构、协议、OSI/RM、TCP/IP）P26五层协议的体系结构：应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层。TCP/IP的体系结构：应用层 运输层（TCP UDP）网际层 网络接口层OSI的体系结构：应用层 表示层 会话层 运输层 网络层（IP协议） 数据链路层 物理层。第二章 物 理 层1.数据通信的基本知识P39：数据通信系统的模型、单工、半双工、全双工、码元、码元和比特的区别、信噪比（用dB表示和用百分比表示）、香农定理和公式数据通信系统：源系统（源点 发送器）传输系统（传输网络）目的系统（接收器 终点）信道（channel）：向一个方向传送信息的媒体。单向通信（单工通信）只能有一个方向的通信而没有反方向的互。双向交替通信（半双工通信）通信的双方都可以发送信息，但能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。双向同时通信（全双工通信）通信的双方可以同时发送和接收息。 波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。比特是信息量的单位。 信噪比是信道上信号的平均功率S和噪声的平均功率N的比值，单位是分贝（dB）信噪比（dB）10log10(S/N)n 信道的极限传输速率C C = W log2(1+S/N) b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；S 为信道内所传信号的平均功率；N 为信道内部的高斯噪声功率。 2.信道复用技术P50（重点是码分CDMA）两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积都是 0 3.数字传输系统P55（T1、E1、脉码调制PCM）PCM 有两个互不兼容的国际标准，北美的 24 路 PCM（简称为T1 ，速率是1.544 Mb/s ）和欧洲的 30 路 PCM（简称为 E1，速率是2.048 Mb/s ）。我国采用的是 E1 标准。第三章 数 据 链 路 层1.数据链路层的基本概念（1）数据链路和帧P66（2）基本功能P67（差错检测CRC）点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据收发。 三个基本问题：封装成帧 透明传输 差错控制 SOH=00000001B EOT=00000100B发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”时，在其前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)。而在接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符。这种方法称之为字节填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)。如果转义字符也出现在数据当中，那么应在转义字符前面再插入一个转义字符。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个循环冗余检验法：基本思想：把整个数据块当作一个报文码多项式 M(x) 的系数，发送时用一个标准的生成多项式 P(x) 来除 M(x) ，将所除得的余式 R(x) 的系数附加在报文码之后发出；接收时用同一生成多项式 P(x) 来除收到的码字多项式，若能除尽则说明传输正确，否则说明有错。用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0（即将 M 左移 n 位）。将得到的 (k + n) 位的数除以事先选定好的长度为 (n + 1) 位的除数 P（可用 P 的生成多项式来表示），得出的商是 Q ，而余数是 R（余数 R 比除数 P 少1 位，即 R 是 n 位）。把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去。FCS为余数，N比P少一位，FCS是直接添加在要发送的数据后面，而不是相加。2.点对点协议PPP（零比特填充P76）字节填充：将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5E)。 若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5D)。若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变（加上0x20）。 零比特填充：在发送端，先扫描整个信息字段，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0，以保证在信息字段中不会出现6个连续1。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除，以还原成原来的比特流。3.使用广播信道的数据链路层P78（以太网、CSMA/CD的概念、争用期和最短有效帧长的概念和计算）局域网具有如下的一些主要优点：具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。提高了系统的可靠性、可用性和生存性局域网的拓扑:星形网 环形网 总线网 树形网以太网的两个标准 DIX Ethernet V2 & IEEE802.3 标准数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制 LLC 子层媒体接入控制 MAC子层以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大的努力的交付。 CSMA/CD 载波监听多点接入/碰撞检测 电磁波在1KM电缆的传播时延约为5US以太网的端到端往返时延 2t 称为争用期，或碰撞窗口。最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。4.使用广播信道的以太网P86（10BASE-T、MAC地址）10BASE-T: 10代表10MB/S的数据率，BASE表示连接线上的信号是基带信号，T代表双绞线。硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式5.扩展的以太网P93（在物理层扩展设备（集线器）、在数据链路层扩展（网桥、交换机）用集线器扩展局域网 优点：使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点;碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。 使用网桥带来的好处 扩大了物理范围。提高了可靠性。可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网6.透明网桥的自学习算法P97n 站地址：登记收到的帧的源 MAC 地址。n 端口： 登记收到的帧进入该网桥的端口号。n 时间： 登记收到的帧进入该网桥的时间。(更新转发表）第四章 网 络 层1.虚电路和数据报服务P112面向连接的网络服务（虚电路服务）：通信前主机要先建立一条虚电路，之后数据沿固定路由传送，通信后拆除虚电路。虚电路交换具有以下三个阶段：建立虚电路连接 数据传输 释放虚电路连接无连接的网络服务（数据报服务）：主机只要想发送数据就随时可以发送，每个分组独立地选择路由。2.网际协议IP（1）不同层次使用的中间设备P115物理层使用的中间设备叫做转发器. (集线器)数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器（交换机）网络层使用的中间设备叫做路由器在网络层以上使用的中间设备叫做网关。（2）分类的IP地址P117（表示方法、分类、IP地址与MAC地址、ARP协议）IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。IP 地址的编址方法 分类的 IP 地址 子网的划分 构成超网在链路上看 MAC 帧的流动：在链路层，只能看到MAC帧，IP数据报被封装在MAC帧中，MAC帧在不同的网路上传送时，其MAC帧首部中的源地址和目的地址要不停的发生变化使用 ARP 的四种典型情况 发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。 发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。 发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。 发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。 首部长度占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。总长度占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 216-1 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。 标识(identification) 占 16 位，它是一个计数器，用来产生数据报的标识标志字段的最低位是 MF。MF = 1 表示后面“还有分片”。MF = 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF 。只有当 DF = 0 时才允许分片。 分组转发算法 (1) 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。(2) 若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。(3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。(4) 若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。(5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6) 报告转发分组出错。 （3）划分子网P133 （三级IP地址、子网掩码、使用子网时的分组转发算法）从主机号借用若干个比特作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个比特。子网掩码也是32位，由一串1和跟随的一串0组成。子网掩码中的1对应于IP地址中原来的net-id加上subnet-id，而子网掩码中的0对应于现在的host-id在划分子网的情况下路由器转发分组的算法 (1) 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先判断是否为直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的子网掩码和 D 逐位相“与”，看是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。否则就是间接交付，执行(3)。(3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。(4) 对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐位相“与”， 若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。(5) 若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6) 报告转发分组出错。 课文134页例4-4解读。（4）构造超网（CIDR）P140（网络前缀、地址块、构成超网）CIDR 使用“斜线记法”，它又称为CIDR记法，即在 IP 地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特位数。超网在课文139页3.因特网的路由选择协议P153（距离向量算法RIP）课文149页例4-5解读。相同的下一跳就要更新路由表，不相同的下一跳就要比较距离判断是否更新路由表。不同的下一跳，距离更短，更新，不同的下一跳，距离一样，不改变，不同的下一跳，距离更大，不改变第五章 运 输 层1.运输层的基本功能P188（进程间的通信、复用与分用、端口）两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信。应用进程之间的通信又称为端到端的通信。 运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层，再往下就共用网络层提供的服务。“运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意思是：运输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式。TCP 则提供面向连接的服务。TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。 熟知端口号FTP21 TELNET23 SMTP25 DNS53 TFTP69 HTTP80 SNMP161 SNMP1612.UDP协议的主要特点、首部格式P193UDP 的主要特点 UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付。UDP 是面向报文的。发送方 UDP 对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付 IP 层。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。应用层交给 UDP 多长的报文，UDP 就照样发送，即一次发送一个报文。接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程，一次交付一个完整的报文。UDP 没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求。 UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。UDP 的首部开销小，只有 8 个字节。 收到的数据=长度-82.TCP协议P195（主要特点、插口的概念）TCP 最主要的特点 TCP 是面向连接的运输层协议。每一条 TCP 连接只能有两个端点，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。 TCP 提供可靠交付的服务。TCP 提供全双工通信。TCP是面向字节流的。（TCP对应用进程给出的报文既可进行合并，也可进行拆分） TCP 连接的端点不是主机，不是主机的IP 地址，不是应用进程，也不是运输层的协议端口。TCP 连接的端点叫做套接字或插口。端口号拼接到 IP 地址即构成了套接字。套接字 socket = (IP地址: 端口号)3.停止等待协议的基本原理P198“停止等待”就是每发送完一个分组就停止发送，等待接收方的确认，在收到确认后再发送下一个分组。在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本。分组和确认分组都必须进行编号。超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。 3.TCP报文段首部格式P202（掌握几个重要字段的用途）TCP首部的最小长度是20字节。源端口和目的端口字段各占 2 字节序号字段占 4 字节。序号范围是0，232-1 。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都按顺序编号。整个要传送的字节流的起始序号必须在连接建立时设置。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。 确认号字段占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。 若确认号N，则表明：到序号N-1为止的所有数据都已正确收到数据偏移（即首部长度）占 4 位，它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。这个字段实际上是指出TCP报文段的首部长度。“数据偏移”的单位是 32 位字（以 4 字节为计算单位），最大取值为15。 确认 ACK 只有当 ACK = 1 时确认号字段才有效。当 ACK = 0 时，确认号无效。TCP规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置1。 同步 SYN 在连接建立时用来同步序号，当SYN=1而ACK0时，表明这是一个连接请求报文段。若对方同意建立连接，则在响应的报文段中使SYN=1和ACK1。因此，同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。 终止 FIN (FINis) 用来释放一个连接。FIN = 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。 窗口字段 占 2 字节，窗口指的是发送本报文段的一方的接收窗口。窗口值告诉对方：从本报文段首部中的确认号算起，接收方目前允许对方发送的数据量。窗口值作为接收方让发送方设置发送窗口的依据，单位为字节。窗口字段明确指出了现在允许对方发送的数据量，其值是经常在动态变化的。第一次测量到 RTT 样本时，RTTS 值就取为所测量到的 RTT 样本值。以后每测量到一个新的 RTT 样本，就按下式重新计算一次 RTTS：新的 RTTS = (1 - a)