计算机网络原理

概述

计算机发展的四个过程

面向终端的计算机网络
计算机-计算机网络
开放式标准化网络
因特网的广泛应用与高速网络技术发展

计算机网络组成
资源子网和通信子网

资源子网：主机HOST和终端T
通信子网：通信节点和通信链路

计算机网络功能

硬件资源共享
软件资源共享
用户间信息交换

计算机网络分类

拓扑类型
- 点对点信道
- 广播信道

星形拓扑
*节点复杂
计算机网络原理

总线拓扑
不具有实时功能
计算机网络原理

环形拓扑
分布式
一个断全网断
计算机网络原理

树形拓扑
广播
根节点压力大
计算机网络原理

网形拓扑
广泛
计算机网络原理

混合型拓扑

交换方式

电路交换(Circuit Swithing)
报文交换(Message Swithing)
分组交换(Packet Swithing)

覆盖范围

局域网LAN
广域网WAN

网络传输技术

广播式网络(Broadcast Network)
点对点式网络(Point-to-Point Network)

其他
双绞线网，同轴电缆网，光纤网，无线网
窄带网，宽带网
科研网，教育网，商业网，企业网

计算机网络标准化

ISO国际标准化组织
ITU国际电信联盟
NBS美国国家标准局
ANSI美国国家标准协会

计算机网络体系结构
计算机网络各层次的结构模型及协议的集合

计算机网络原理

计算机网络协议 （主要）

OSI/RM
TCP/IP

OSI/RM
包括体系结构，服务定义，协议规范三级抽象

七层的功能：
物理层Physical Layer
使原始数据比特流在物理介质上传输
数据链路层Data Link Layer
将不可靠的物理链路改造成对网络层来说是无差错的数据链路，还要协调收发双方的数据传输速率
网络层Network Layer
解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地
传输层 Transport Layer
传输层提供端到端的透明数据传输服务，使高层用户不必关心通信子网的存在
会话层Session Layer
两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除
表示层Presetation Layer
管理标准方法定义的抽象数据结构，将计算机内部的表示形式转换成网络通信中采用的标准表示形式
应用层Application Layer
不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段

TCP/IP
应用层Application Layer

SMTP
FTP
DNS
FTP

传输层Transport Layer

TCP传输控制协议
UDP用户数据报协议

互联层Internet Layer

IP互连网协议
ICMP互连网控制报文协议
ARP地址转换协议
RARP反向地址转换协议

主机-网络层Host-to-Network Layer

广域网协议 ARPANET，NILNET和 X.25
局域网协议 IEEE802.3的CSMA/CD，IEEE802.4的Token Bus及 IEEE802.5的Token Ring等

计算机网络原理

两大参考模型比较：
相同：
两者协议栈，都采用了层次结构的概念
不同：
OSI有七层，TCP/IP只有四层
无连接和面向连接的通信范围有所不同
OSI网络层同时支持，传输层上只支持面向连接
TCP/IP网络层只有无连接，传输层上同时支持

每层对应协议比较：

计算机网络原理

物理层

物理层四个重要特性

机械特性
几何尺寸和插口芯数排列方式
电气特性
非平衡方式
采用差动接收器的非平衡方式
平衡方式
信号的功能特性
规定了接口型号来源，作用以及其他型号之间的关系
DTE-DCE 1XX
DTE-ACE 2XX
EIA RS-232C 字母组合命名法
EIA RS-449 英文缩写命名法
EIA RS-232C 非平衡发送和接收
EIA RS-449
EIA RS-423 差动收发器非平衡
EIA RS-422 平衡
规程特性
数据交换的控制步骤
V.24 V.25 V.54
X.20 X.21 X.21bis
重要 EIA RS-449及X.21
常用异步通信接口 EIA RS-232C

物理传输介质特性

双绞线
电话通信中模拟信号传输，也可以用于数字信号传输
无屏蔽双绞线
屏蔽双绞线
同轴电缆
同轴电缆上使用频分多路复用技术可以支持大量视频，音频通道
光纤
光源：
发光二极管LED 多模光纤
注入型激光二极管ILD 单模光纤
光电二极管将光波转换成电能
PIN检波器 APD检波器
移幅键控ASK
无线传输介质
无线电波，微波，红外线，可见光
蜂窝无线通信
卫星通信
低轨道LEO

比较：

双绞线
价格便宜，对于低通信容量局域网性价比可能是最好的
同轴电缆
容量大时选择
光纤
频带宽，速率高，体积小，重量轻，衰减小，能电磁隔离

数据传输速率
最大传输速率
$R = 1 T . l o g 2 N (b p s)$
T 数字脉冲信号宽度（全宽码情况）或重复周期（归零码情况）
N 码元所取得有效离散值个数
$B = 1 T (B a u d)$
B 信号传输速率，也称码元速率，调制速率或波特率(Baud)
$R = B . l o g 2 N (b p s)$
$B = R / l o g 2 N (b p s)$

信道容量
无噪声下码元速率极限值B与信道带宽H的关系：
$B = 2 . H (B a u d)$
H 信道的带宽，频率范围

奈奎斯特公式
$C = 2 . H . l o g 2 N (b p s)$
N 码元所取得有效离散值个数
C 信道最大数据传输速率

香农公式
$C = H . l o g 2 (1 + S / N) (b p s)$
S 信号功率
N 噪音功率
C 信噪比表现为 10log10(S/N) 单位分贝dB
例如 30dB=10log10(1030/1010)

通信方式

并行通信方式
串行通信方式

串行通信的方向性：单工，半双工，全双工

多路复用技术
频分多路复用FDM
在物理信道可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号相同（或略宽）的子信道，每个信道传输一路信号计算机网络原理
时分多路复用TDM
若介质能达到的位传输率超过所需的数据传输速率，将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用。

波分多路复用WDM
频分多路复用在极高频率上的应用

同步传输异步传输
模拟信号连续
数字信号离散

异步传输
一次只传输一个字符
同步传输
需要在数据块开始和结束处加一个帧头和帧尾
面向字符
加入同步字符SYN
面向位
帧头和帧尾使用01111110为标识，避免在数据同样出现此模式，数据中每出现5个1就插入一个附加的0，接受后按同样规则删除。

模拟数据和数字数据

模拟数据是某区间内连续变化的值，例如声音和视频都是幅度连续变化的波形
数字数据是离散的值

数据编码
数字数据的数字信号编码
数字信号可以采用基带传输，所谓基带就是指表示二进制比特序列的矩阵脉冲信号所占的固有频带，称为基本频带
判决门限

NRZ
- 单极性不归零码

计算机网络原理

双极性不归零码

计算机网络原理
这两种属于全宽码，重复发送“1”码势必连续发送正电流，反之亦然，导致码元与码元之间没有间隙，不易识别
需要发送器和接收器定时或同步

单极性归零码
“1”码发送正电流，短于一个码元时间宽度，即窄脉冲，”0”码发送不完全电流

计算机网络原理
- 双极性归零码
“1”码发送正窄脉冲，”0”码发送负窄脉冲，取样时间脉冲中心

计算机网络原理
归零码脉冲窄，根据脉冲宽度与传输宽度成反比，占用的频带较宽
单极与双极的区别在于0码是否发送负电流
归零不归零的区别在于脉冲宽度

基带传输的重要问题：同步问题
同步：

位同步：接收端每一位数据都要与发送端同步
外同步法：接收端的同步信号事先从发送端送来
自同步法：能从数据信号波形提取同步信号的方法
曼彻斯特编码：从高到低跳变为”1”，从低到高跳变为”0”
差分曼彻斯特编码：以有无跳变表示01，有跳变表示”0”，没有跳变表示”1”
群同步：”群”以字符为单位，又称”异步传输”

群同步传输规程：

1为起始位
5-8位数据位
1位奇偶校验位
1-2位停止位

模拟数据的数字信号编码
信号数字化的转换过程可包括采样，量化，编码
为了绕过基带信号的相关问题，采用调制信号传输，用连续波的振幅，频率或者相位调制后用来传输信息

数据交换技术

电路交换
电路传输
数据传输
电路拆除
数据传输可靠，迅速
电路空闲时信道容量容易被浪费
报文交换
存储-转发方式
电路利用率高
通信量很大时仍然可以接受报文
一个报文发送到多个目的地
不能满足实时或交互式的通信要求
分组交换
将一个报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限
虚电路方式
逻辑通路，不需要路由选择判定
数据报方式
没有虚电路，为每个数据报做路由选择

电路交换

计算机网络原理

报文交换

计算机网络原理

虚电路

计算机网络原理

数据报

计算机网络原理

项目	电路交换	分组交换
建立呼叫连接	要求	不要求
专门的物理途径	是	否
每个分组沿着相同的路由路径	是	否
电文或分组按序到达	是	否
一台交换机崩溃是否有严重影响	是	否
可用带宽	固定	动态
可能拥塞的时间点	建立呼叫连接的时候	每个分组传输的时候
可能有浪费的带宽	是	否
存储转发传输机制	否	是
透明性	是	否
收费	每分钟	每个分组

数据链路层

数据链路四大功能

帧同步功能
比特流中区分帧的起始与终止
差错控制功能
流量控制功能
链路管理功能
连接建立，维持，释放

帧同步四种方法
从比特流中区分帧的起始与终止

使用字符填充首尾定界符法
DLE
使用比特填充的首尾标志法
01111110
违法编码法
曼彻斯特编码低-低高-高
字符计数法
DDCMP

差错控制的原因和方法
原因：通信系统必须具备发现差错的能力，并采取措施纠正之，是差错控制在所能允许的尽可能小的范围之内。
方法：通常引入计时器限定接受方返回反馈信息的时间间隔，有限时间内未能收到接收方的反馈信息，则计时器超时，认为传出的帧已出错或丢失，重新发送。
自动请求重发ARQ和前向纠错FEC
使用计时器和序号保证每帧都能正确的递交给目标网络一次。

奇偶校验码

https://en.wikipedia.org/wiki/Parity_bit

CRC校验码
生成多项式

发送方
$X r . K (X) = G (X) Q (X) + R (X)$
Q(X) 为商式

接收方
因为模2算法 R(X)+R(X)=0
所以
$X r . K (X) / G (X) = (G (X) Q (X) + R (X)) / G (X) = Q (X) . . . R (X)$
$X r . K (X) + R (X) / G (X) = Q (X)$
即
$T (X) / G (X) = Q (X)$

收发双方流量控制

停等协议
需要缓冲存储空间小，发送方要停下来等待造成信道浪费
顺序接收管道协议
Go-back-N
选择重传协议

Go-back-N
计算机网络原理

选择重传协议
计算机网络原理

方法	发送窗口	接收窗口
停等	1	1
Go-back-N	N	1
选择重传	N	N

链路管理方法

异步协议
字符为独立信息传输单位
同步协议
帧为传输单位
面向字符
面向比特
面向字节

BSC（二进制同步通信协议）
任何链路层协议可由链路建立，数据传输，链路拆除三部分组成。
BSC协议将在链路传输的信息分为数据报文和监控报文

标记	名称	ASCII码值	EBCDIC码值
SOH	序始	01H	01H
STX	文始	02H	02H
ETX	文终	03H	03H
EOT	送毕	04H	37H
ENQ	询问	05H	2DH
ACK	确认	06H	2EH
DLE	转义	10H	10H
NAK	否认	15H	3DH
SYN	同步	16H	32H
ETB	块终	17H	26H
BCC	块检验

BSC协议数据块有以下四种格式：

不带报头的单块报文或分块传输中的最后一块报文
带报头的单块报文
分块传输的第一块报文
分块传输中的中间报文

正反向监控报文

肯定确认和选择响应
否定确认和选择响应
轮询/选择请求
拆链

HDLC
高级数据链路控制协议
HDLC：不依赖于任何一种字符编码集，数据报文可透明传输，用于实现透明传输的＂０比特插入法＂易于硬件实现；全双工通信，有较高的数据链路传输速率；所有帧均采用CRC校验
HDLC常用操作方式：

正常响应方式NRM
传输过程由主站启动
异步响应方式ARM
传输过程由从站启动
异步平衡方式ABM
允许任何节点启动

计算机网络原理
标志字段：01111110
地址：命令帧对方站地址响应帧自己站地址
控制字段：用于构成各种命令和响应
信息字段：任意比特串
帧校验序列：可以使用CRC校验

HDLC的帧类型：信息帧，监控帧，无编号帧

计算机网络原理
I帧
N（S）发送帧序号，N（R）稍待确认

S帧 S1,S2

00准备就绪
01拒绝
10接受未就绪
11选择拒绝
U帧
M1-M5
PPP
因特网数据链路层协议：串行线路IP协议，点到点协议
提供功能：成帧，链路控制，网络控制
PPP面向字符，HDLC是面向位的

标准HDLC标志字节
地址域总是被设置成二进制值11111111
控制域默认00000011
协议域指明净荷域属于那一分组
校验和域通常为2个字节，但通过协商也可以是4个字节

网络层

计算机网络三大功能
路由选择，拥塞控制，网际互连

比较虚电路和数据报技术

比较项目	数据包子网	虚电路子网
建立电路	不需要	需要
地址信息	每个分组包含完整的源地址和目标地址	每个分组包含一个很短的虚电路号
状态信息	路由器不保留任何连接相关的状态信息	每个虚电路都要求路由器为每个连接建立表项
路由	每个分组被独立地路由	当虚电路建立的时候选择路径，所有的分组都沿着这条路径
路由器失效的影响	没有，除非在崩溃过程中分组丢失	所有经过此失效路由器的虚电路都将终止
服务重量	很难实现	如果有足够的资源可以提倡分配给每一个虚电路，则很容易实现
阻塞控制	很难实现	如果有足够的资源可以提倡分配给每一个虚电路，则很容易实现

路由选择原理

最短路由还是最有路由
采用虚电路还是数据报的操作方式
分布式算法还是集中式算法
网络拓扑，流量和延迟
静态路由或动态路由

三种静态路由和两种动态路由的区别

静态路由
最短路有选择算法(D氏)
扩散法
基于流量的路由选择考虑网络负载

动态路由

距离矢量路由算法(Distance Vector Routing) RIP
链路状态路由算法(Link State Routing) OSPF

静态路由不考虑网络当前负载情况，动态路由路由选择依靠当前的状态信息

距离矢量与链路状态的区别：

http://docwiki.cisco.com/wiki/Routing_Basics#Link-State_Versus_Distance_Vector

Link-state algorithms (also known as shortest path first algorithms)
flood routing information to all nodes in the internetwork. Each
router, however, sends only the portion of the routing table that
describes the state of its own links. In link-state algorithms, each
router builds a picture of the entire network in its routing tables.
Distance vector algorithms (also known as Bellman-Ford algorithms)
call for each router to send all or some portion of its routing table,
but only to its neighbors. In essence, link-state algorithms send
small updates everywhere, while distance vector algorithms send larger
updates only to neighboring routers. Distance vector algorithms know
only about their neighbors. Because they converge more quickly,
link-state algorithms are somewhat less prone to routing loops than
distance vector algorithms. On the other hand, link-state algorithms
require more CPU power and memory than distance vector algorithms.
Link-state algorithms, therefore, can be more expensive to implement
and support. Link-state protocols are generally more scalable than
distance vector protocols.

距离矢量向所有节点要求全部路由表，却只发给邻居节点
链路状态发送路由表信息给所有节点，所有节点只需发送与该节点有关的链接信息

距离矢量发送全部路由信息更新给邻居节点
链路状态发送部分路由信息更新给所有节点

路由表计算

拥塞原因及控制方法
某一部分分组数量太多，使得该网络来不及处理，以致引起这部分甚至整个网络性能下降的现象，严重时出现死锁。
原因：多条流入线路有分组到达，路由器慢速处理器缘故
开环原因决定结果，闭环原因结果互为因果

拥塞控制的通用原则：
开环

确定何时接受新的变量
确定何时丢弃分组和丢弃那些分组
网络不同点上执行调度决策

闭环

监视系统
将该信息传递到能够采取行动的地方
调整系统的运行，以改正问题

拥塞预防策略

层	策略
传输层	重传策略
	乱序缓存策略
	确认策略
	流控制策略
	确定超时策略
网络层	子网内部的虚电路与数据报策略
	分组排队和服务策略
	分组丢弃策略
	路由算法
	分组生存管理
数据链路层	重传策略
	乱序缓存策略
	确认策略
	流控制策略

虚电路拥塞控制

准入控制
重构子网拓扑
进行资源预留

数据报拥塞控制
警告位
抑制分组
逐跳抑制分组

负载丢弃
文件传输葡萄酒策略（老的比新的好）
流媒体牛奶策略

抖动控制

服务质量控制

应用	可靠性	延迟	抖动	带宽
电子邮件	高	低	低	低
文件传输	高	低	低	中
Web访问	高	中	低	中
远程登录	高	中	中	低
音频点播	低	低	高	中
视频点播	低	低	高	高
电话	低	高	高	低
视频会议	低	高	高	高

集成服务和区分服务
集成服务：主要的IETF协议是资源预留协议
区分服务：基于类别(Class-based)的服务质量

多协议标签交换协议MPLS
应用：X.25,ATM,帧中继

网络互连设备及网络互连协议
设备：

转发器(Repeater) 网络物理层连接
信号增强
网桥(Bridge)提供数据链路层上的协议交换
局域网逻辑功能自下到上可分为物理层，介质访问控制层（MAC）及逻辑链路控制层（LLC）三层
路由器(Router)作用于网络层，提供网络层上的协议转换
建立并维护路由表
提供网络间分组转发的功能
网关(Gateway)提供传输层以上各层间的协议转换

透明网桥以混杂方式工作。接受连接到该网桥的局域网上传递的所有帧。每个网桥维护一个基于MAC地址的过滤数据库。透明网桥的路由机制采用生成树的方式。
源路由选择的核心选择是坚定每个帧的发送者都知道接受者是否在同一个LAN上。当发送一个帧到另外的LAN时，源机器将目的地址的高位设置成1作为标记。另外它还在帧头加进此帧应走的实际路径。

路由器和网桥的区别：
网桥工作在数据链路层，而路由器工作在网络层。
网桥连接两个局域网，数据链路层以上高层要采用相同的协议。路由器连接两个局域网，网络层以上采取相同的协议。
网桥容易产生广播风暴

协议：

路由信息协议
开放最短路径协议

因特网互联层四大协议

互联网协议(Internet Protocol)
互联网控制报文协议(Internet Control Message Protocol)
ping
地址转换协议(Address Resolution Protocol)
反向地址转换协议(Reserve Address Resolution Protocol)

IGMP
多播路由器和主机间询问和响应过程使用IGMP
永久组不必创建永久存在
临时组使用前先创建

IP数据报格式
计算机网络原理
版本：IPV4,IPV6
服务类型：服务
IHL：4bit。代表头部长度，以32位字节为一个单位
总长：16bit。头部数据总长。最大长度为65535个字节 216−1
DF：代表不要分段
MF：代表还有进一步的分段
分段偏移：13bit。标明分段在当前数据报什么位置
生命期：8bit。用来限制分组生命周期的计数器。它在每个节点都递减。
协议：8bit。说明分组发给哪个传输进程，如TCR，VDP
头校验和：16bit。校验头部。
源地址：32bit。源主机IP地址
目的地址：目的主机IP地址
选项：变长

IPv4与IPv6的区别

IPv6把IP地址长度增加到128比特
灵活的IP报文头部格式
简化协议，加快报文转发
提高安全性
支持更多服务类型
允许协议继续演变，增加新的功能

传输层

传输层地址和网络层地址的关系
网际层地址是IP地址，即可以找到主机的地址；而传输层地址是主机上的某个进程使用的端口的地址

计算机网络原理
传输协议三要素

寻址
传输地址
建立连接
三次握手
释放连接
对称释放方式
非对称释放方式

比较TCP协议和UDP协议
TCP

面向连接的传输，传输数据需要先建立连接，数据传输完毕释放
端到端通信，不支持广播通信
高可靠性，确保传输数据正确性，不出现丢失或乱序
全双工方式传输
采用字节流方式，即以字节为单位传输字节序列。若字节流太长，将其分段。
提供紧急数据传送功能

UDP

传送数据前无需建立连接
不对数据报进行检查与修改
无需等待对方的应答
以上特征，使其有较好的实时性，效率高

比较TCP段和UDP段
计算机网络原理
源端口：16bit。源节点进程端口
目标端口：16bit。目标节点端口
序列号：32bit。TCP对字节流每个字节都编号。若每个数据段包含1000B，字节编号位X,X+1000。。。
确认号：32bit。为准备接受的字节序列号
头长度：4bit。随可变长度改变而改变
标志：6bit。对其他字段说明或对控制功能的标志
窗口：16bit。通知接收方还可以发送的数据字节数
校验和：16bit。传输层差错校验
紧急数据指针：16bit。标志字段为URG时，表示有紧急数据，紧急数据位于段的最开始
选项：可变长度
数据

计算机网络原理
校验和：不用时全部置为0
TCP端口和UDP端口
TCP
0-256常用端口
1-1023 IANA
1024-5000 临时端口

协议名称	协议内容	所使用的端口号
FTP(控制)	文件传输服务	21
FTP(数据)		20
TELNET	远程登录	23
HTTP	超文本传送协议	80
GOPHER	菜单驱动解锁	70
SMTP	简单邮件传送协议	25
POP3	接受邮件传送协议	110

UDP

协议名称	协议内容	所使用的端口号
DNS	域名解析服务	53
SNMP	简单网络管理协议	161
QICQ	聊天软件	8000
TFTP	简单文件传输协议	69

比较建立连接三次握手和拆除连接三次握手

计算机网络原理

应用层

IP地址的分类和私有地址范围
A类地址：十进制 0.0.0.0~127.255.255.255
二进制 0 1-7 8-31
B类地址：128.0.0.0~191.255.255.255
二进制 10 2-15 16-31
C类地址：192.0.0.0~223.255.255.255
二进制 110 2-23 24-31

IANA-reserved private IPv4 network ranges Start End No. of addresses
24-bit block (/8 prefix, 1 × A) 10.0.0.0 10.255.255.255 16777216
20-bit block (/12 prefix, 16 × B) 172.16.0.0 172.31.255.255 1048576
16-bit block (/16 prefix, 256 × C) 192.168.0.0 192.168.255.255 65536

两台主机IP与子网掩码相与结果相同，则说明两台主机在同一个子网

域名DNS组成和解析原理
n级域名…二级域名.*域名
*域名，国际级域名，通用级域名

域名分：网络域名和主机域名
域名结构是层级树状结构
域名与IP地址无关，允许一台主机拥有多个不同的域名

电子邮件收发工作原理
SMTP连接和发送过程
POP3收发邮件过程
IMAP

离线工作方式
在线工作方式
断连接方式

WWW
通过HTTP协议链接起来的无数web服务器中的网络资源
HTTP TCP/IP应用层协议之一
URL 标识被操作的资源

在客户端，建立连接，用户使用浏览器向Web服务器发送浏览信息请求
Web服务器接收到请求，并向浏览器返回所请求的信息
关闭连接

FTP
文件传输服务软件
允许Internet上的用户将一台计算机上文件传输到另一台上
FTP匿名登录

Telnet
远程登陆服务协议
允许用户在一台联网的计算机上登录到一个远程分时系统中，然后像使用自己的计算机一样使用该远程系统

局域网技术

两种分配方式比较
广播信道分配策略
- 静态分配方式
频分多路复用和时分多路复用
- 动态分配方式
随机访问和控制访问
控制访问：轮转和预约

介质访问控制协议

争用协议
无冲突协议
有限争用协议

比较纯ALOHA和时分ALOHA系统
争用协议
吞吐量和网络负载的关系
$S = G P$

纯ALOHA
任何用户有数据需要就可以发送，用户通过监听信道来获得是否产生冲突，数据冲突是否成功；若发现冲突导致数据传输失败，在等待一段随机时间后，再重新发送

概率推导使用泊松分布

https://en.wikipedia.org/wiki/ALOHAnet#Pure_ALOHA

帧发送成功概率：
$P = e - 2 G$
系统吞吐量：
$S = G e - 2 G$
当G=0.5时， Smax=1/2e≈0.184
- 时分ALOHA
将时间分成等长的间隔，每个间隔可以用来发送一个帧；用户有数据帧要发送时，不论帧何时产生，都必须到下一个时隙开始时才能发送；用户通过监听信道来获知是否产生冲突，数据传输是否成功；若发现有冲突发生导致数据传输失败，则在随机等待若干个时隙后，再重新发送
帧发送成功概率：
$P = e - G$
系统吞吐量：
$S = G e - G$
当G=1时， Smax=1/e≈0.368

计算机网络原理

CSMA载波监听多路访问
与AKOHA协议主要不同是多一个载波监听装置

1-坚持CSMA
1-坚持指监听到信道忙继续监听信道；当监听到信道空闲时，其发送概率为1
非坚持CSMA
监听到信道忙就放弃监听
p-坚持CSMA
当以节点发送数据时，首先监听信道，如果信道忙则坚持监听到下一个时隙；如果信道空闲，便以概率p发送数据，概率1-p推迟到下一个时隙；如果下一个时隙仍然空闲，便仍以概率p发送数据。以概率1-p推迟到下一个时隙；这样持续知道发送出去，或因其他节点发送检测到信道忙为止，若是后者，等待随机一段时间后重新开始监听

带冲突检测的CSMA(CSMA with collision detection)
当一个节点要发送数据时，首先监听信道；如果信道空闲时就发送数据，并继续监听；如果在数据发送过程中监听到冲突，则立刻停止数据发送，等待随机一段时间后，重新开始发送数据

无冲突协议
二进制倒计数协议
有限争用协议

局域网解决信道争用的两种控制方法
二进制指数退避和1-坚持算法的CSMA/CD
争用时隙长度确认为网络中最大传播时延的2倍
$S l o t T i m e \approx 2 S / 0.7 C + 2 t P H Y$
$L m i n = S l o t T i m e * R \approx (2 S / 0.7 C + 2 t P H Y) * R$

MAC和LLC作用
介质访问控制MAC(Medium Access Control)和逻辑链路控制LLC(Logical Link Control)
MAC子层实现帧的寻址和识别
LLC子层负责处理诸如差错控制，流量控制等问题，保证数据的可靠传输

802标准系列
计算机网络原理
IEEE 802.3 MAC帧格式

前导码P：10101010
SFD：帧起始定界符 10101011
DA：2或6B。目的地址
SA：2或6B。源地址
LEN：2B。LLC帧长度字段，长度为0-1500B
PAD：填充字符
FCS：帧校验序列
总长度为64-1518B

环比特长度计算
不计接口延迟，数据帧的传输时延等于信号在环路上的传播时延时，该数据帧的比特数就是比特度量的环路长度
环比特长度 = 信号传播时延 * 数据传播速率 + 接口延迟位数
= 环路介质长度 * 5(us/km) * 数据传播速率 + 接口延迟位数

比较802.5和802.4及FDDI

特性	FDDI	802.5
介质类型	光纤	屏蔽双绞线
数据速率	100Mbps	4Mbps
可靠性规范	4B/5B编码	差分曼彻斯特编码
编码效率	80%	50%
时钟同步	分布式时钟	集中式时钟
信道分配	定时令牌循环时间	接受完后产生新令牌
环上帧数	可多个	最多一个

FDDI帧格式
计算机网络原理
前导码P用以在收发双方实现时钟同步。发送站点以16个4bit空闲符号
起始定界符由2个4bitMAC非数据符号组成
帧控制字段FC格式为CLFFZZZZ，C表示同步帧还是异步帧，L表示地址2还是6B，FF表示LLC帧还是MAC控制帧，若为MAC帧最后4位ZZZZ表示控制帧状态
数据字段
帧检验序列FCS
结束定界符ED 2个MAC控制符号
帧状态字段FS用于返回地址识别，数据差错，数据复制
4B/5B编码5bit编码中至少有2位”1”，保证传输光信号至少2次跳变
高性能网络特点

快速以太网
千兆以太网
介质访问：全双工和半双工
载波扩展：半双工CSMA/CD
数据包分组：允许站点每次发送多帧
万兆以太网
全双工
交换型局域网

无线局域网三种技术和标准
技术：IEEE 802.11无线局域网技术，红外(Infrared rays,Ir)端口技术和蓝牙(Blue Tooth)

IEEE 802.11标准集

分割	802.11	802.11b	80211b+	802.11a	802.11g
频率	2.4GHz	2.4GHz	5GHz	2.4GHz	2.4GHz
带宽	2/1Mbps	11/5.5/2/1Mbps	22/11/5.5/2/1Mbps	可达54Mbps	可达54Mbps
距离	100m	100-300m	100-300m	5km-10km	5-10km
业务	数据	数据图像	数据图像	语音数据图像	语音数据图像

局域网操作提供的六大服务

打印服务
文件服务
数据库服务
通信服务
信息服务
分布式服务

实用网络技术

比较三种分组交换技术

x.25协议
最早分组交换协议
帧中继
将数据链路层和网络层融合
ATM交换
ATM不参与任何数据链路的功能，将差错控制与流量控制工作都交给终端

帧中继的六方面特点
FR支持OSI下两层服务并提供部分的网络层技术
FR采用光纤作为传输介质，传输误码率低
将分组重发，流量控制，纠正错误，防止拥塞(正向拥塞通知，反向拥塞通知，丢失指示等)等处理过程有端系统去实现，简化了节点的处理过程，缩短了处理时间，降低了网络时延
具有灵活可靠的组网方式，可采用永久虚电路(或交换虚电路)的方式，一条物理连接能够提供多个逻辑连接，用户所需进网端口数减少
FR具有按需分配带宽的特点，用户支付了一定的费用购买”承诺信息速率”，当突发性数据发生时，在网络允许的范围内，可以使用更高的速率
使用FR，用户接入费用相应减少

ATM交换的优点和特征
ATM网络使用固定长度信元作为传输的基本单位，固定长度的信元头部都可以简化ATM交换机的处理；ATM网络允许混合多种高质量的传输介质(双绞线，同轴电缆和单模/多模光纤)，并且支持不同的传输速率(25Mbps,45Mbps,155Mbps,625Mbps)；同时，噶质量的传输介质使得ATM网络可以简化差错控制和流量控制的处理，从而，提高网络(或者ATM交换机)的吞吐率

局域网和广域网的交换方式
局域网：Fast Ip,Net Flow
广域网：L3

VLAN意义和三大交换技术三大划分方法
意义：可以不受地理位置限制而像同一个局域网中那样进行数据通信。
交换技术：

端口交换
帧交换
信元交换

划分方法：

按交换端口号划分VLAN
按MAC地址划分VLAN
按第三层协议划分VLAN

四大互通方式

边界路由
“独臂”路由器
MPOA路由
第三层交换

VPN的定义和特点和VPN使用的四种安全技术
定义：虚拟专用网
特点：

安全保障
服务质量保障(QoS)
可扩充性和灵活性
可管理性

安全技术：

隧道技术
加解密技术
密钥管理技术
使用者与设备身份认证技术

网络管理5项基本功能

故障管理
计费管理
配置管理
性能管理
安全管理

网络安全性和完整性

完整性(Interity)
修改，伪造攻击目标
可用性(Availability)
中断的攻击目标
保密性(Confidentiality and Privacy)
截获攻击目标

五种网络安全机制

传统加密机制
加密：将明文转换成密文
对称加密
非对称加密
传统加密是对称单密钥加密
公开密钥加密
公钥私钥
加密算法
传统加密算法时分组密码
DES 明文长度64bit，而密钥的长度为56bit
认证
保护数据不受主动攻击（伪造）
证实内容没有改变，报文来源可信
传统加密方式认证
没有报文加密的报文认证
使用密钥的报文认证码方式
使用单向散列函数认证
数字签名
防止他人对传输文件进行破坏，以及如何确认发信人的身份还需要采用其他手段
RSA签名
DSS签名
Hash签名数字摘要法
SHA MD5

秒客网

计算机网络原理

概述

物理层

数据链路层

网络层

传输层

应用层

局域网技术

实用网络技术

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