北航计算机网络_复习大纲

1、1计算机网络计算机网络复习大纲复习大纲2016.12主要内容主要内容n基本概念与体系结构基本概念与体系结构 n物理层物理层n数据链路层数据链路层 n局域网局域网 n网络层与传输层网络层与传输层 n应用层应用层 3基本概念与体系结构基本概念与体系结构n计算机网络的发展过程计算机网络的发展过程 n交换方法：电路交换，报文交换，分组交换交换方法：电路交换，报文交换，分组交换n连网方式：面向连接，无连接连网方式：面向连接，无连接 n注意：电路交换必定是面向连接的，分组交注意：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

2、网络不一定是电路交方式，因此面向连接的网络不一定是电路交换的网络。换的网络。 4基本概念与体系结构基本概念与体系结构n计算机网络的定义计算机网络的定义 n一些互相连接的、自治的计算机的集合。一些互相连接的、自治的计算机的集合。5基本概念与体系结构基本概念与体系结构n计算机网络的主要性能指标计算机网络的主要性能指标 n最基本的两个性能指标是：带宽和时延最基本的两个性能指标是：带宽和时延n带宽：数字信道所能传送的最高数据率（比特带宽：数字信道所能传送的最高数据率（比特率）。率）。n时延：报文或分组从网络的一端传送到另一端所时延：报文或分组从网络的一端传送到另一端所需的时间。需的时间。6基本概念与体

3、系结构基本概念与体系结构n传输时延（发送时延传输时延（发送时延 ） n发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。n发送时延发送时延 = 数据块长度（比特）数据块长度（比特）/信道带宽（比特信道带宽（比特/s)n也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧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。的最后一个比特发送完毕所需的时间。 7基本概念与体系结构基本概念与体系结构n传播时延传播时延 n电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。n传播时延传播时延=信

4、道长度（信道长度（m）/信号在信道上的传播速度（信号在信道上的传播速度（m/s)n 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播信号传输速率（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。速率是完全不同的概念。 8基本概念与体系结构基本概念与体系结构n处理时延处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所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。花费的时间。n总时延总时延 = 传输传输(发送发送)时延时延+传播时延传播时延 +处理时延处理时延9基本概念与体系结构基本概念与体系结构n计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构 n分层的方法分层的方法 n可将庞大而复杂的问题，

5、转化为若干比较容易处理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。的较小的局部问题。 nOSI/RM（开放系统互联参考模型）七层模（开放系统互联参考模型）七层模型型n物理层、数据链路层、网络层、运输层（传输层）、物理层、数据链路层、网络层、运输层（传输层）、会话层、表示层、应用层会话层、表示层、应用层 10基本概念与体系结构基本概念与体系结构n五层协议体系结构五层协议体系结构:物理层、数据链路层、网络层、物理层、数据链路层、网络层、运输层，应用层运输层，应用层 n物理层：透明传输比特流物理层：透明传输比特流n数据链路层：将数据链路层：将IP数据报组装成帧，在相临节点数据报组装

6、成帧，在相临节点 的链路上传输以帧为单位的数据的链路上传输以帧为单位的数据n网络层：为分组交换网上的不同主机提供通信网络层：为分组交换网上的不同主机提供通信n运输层：负责主机中两个进程之间的通信运输层：负责主机中两个进程之间的通信n应用层：直接为用户的应用进程提供服务应用层：直接为用户的应用进程提供服务11基本概念与体系结构基本概念与体系结构n协议协议 n为网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，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。也称为网络协议。n协议的组成：协议的组成：n语法（语法（syntax)：以二进制形式表示的命令和相应：以二进制形式表示的命令和相应的结构的

7、结构n语义（语义（semantics)：由发出的命令请求，完成的：由发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合动作和回送的响应组成的集合n定时关系（定时关系（timing)：有关事件顺序的说明：有关事件顺序的说明12物理层物理层n物理层功能物理层功能n完成原始比特流的传输完成原始比特流的传输n介质端接、信号表达、收发过程介质端接、信号表达、收发过程n机械的、电气的、过程的接口机械的、电气的、过程的接口n机械特性（介质端接）：接口尺寸、形状、线数、机械特性（介质端接）：接口尺寸、形状、线数、排列排列n电气特性（信号表达）：电压范围与含义电气特性（信号表达）：电压范围与含义n过程特性（收发控

8、制）：严格的状态与事件顺序过程特性（收发控制）：严格的状态与事件顺序（状态机）（状态机）13物理层物理层n有关数据通信的基本概念有关数据通信的基本概念 n单工通信：只能有一个方向的通信而没有反方向的通信。单工通信：只能有一个方向的通信而没有反方向的通信。n半双工通信：通信的双方都可以发送半双工通信：通信的双方都可以发送/接收消息，但不能双方接收消息，但不能双方同时发送同时发送/接收。接收。n全双工通信：通信的双方可以同时发送和接收消息。全双工通信：通信的双方可以同时发送和接收消息。n基带信号：将数字信号基带信号：将数字信号1或或0直接用两种不同的电压来表示。直接用两种不同的电压来表示。n宽带信

9、号：是将基带信号进行调制后形成的模拟信号。宽带信号：是将基带信号进行调制后形成的模拟信号。n波特与比特：波特是码元传输速率的单位，比特是信息量的波特与比特：波特是码元传输速率的单位，比特是信息量的单位。单位。 14物理层物理层n信道复用技术信道复用技术n频分复用：是所有用户在同样的时间占用不同的带频分复用：是所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。宽资源。n时分复用：是所有用户在不同的时间占用同样的频时分复用：是所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。带宽度。n波分复用：使用一根光纤来同时传输多路光载波信波分复用：使用一根光纤来同时传输多路光载波信号。号。n码分复用：在同样的时间使用同样的频带

10、但不同码码分复用：在同样的时间使用同样的频带但不同码型进行通信。型进行通信。15数据链路层数据链路层n数据链路层的主要功能相关概念数据链路层的主要功能相关概念 n数据链路：由一条物理线路段，以及实现控制数据数据链路：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。传输通信协议的软件与硬件构成的数据通路。n数据链路层的基本功能：链路管理、帧定界、流量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。控制、差错控制等。n网络适配器：最常见的是网卡，包含实现数据链路网络适配器：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。层数据传输通信的软件与硬件

11、。n帧：是数据链路层上数据传输的单位。帧：是数据链路层上数据传输的单位。16数据链路层数据链路层nCRC（循环冗余码（循环冗余码/多项式编码）多项式编码）n收发双方约定一个生成多项式收发双方约定一个生成多项式G(x)（其最高阶（其最高阶和最低阶系数必须为和最低阶系数必须为1），发送方在帧的末尾），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，用整除；接收方收到后，用G(x)除多项式，除多项式，若有余数，则传输有错。若有余数，则传输有错。17 数据链路层数据链路层n校验和计算算法校验和计算算法n把数据看成二进制位串，记为把

12、数据看成二进制位串，记为 Dn选择一个选择一个r+1位的生成多项式位的生成多项式GnG(x)= X5+x4+x2+1 ,则则G = 110101，r=5n目的：生成目的：生成r位位的的CRC检验码，检验码，R，使得：，使得：n可以被可以被G通过通过模模2运算运算整除整除n接收者知道接收者知道G，利用，利用G除以除以，如果结果非，如果结果非0，则数，则数据发生错误据发生错误n R = remainder D.2rG18数据链路层数据链路层n冗余码的计算举例冗余码的计算举例n设设 r = 5, G(x)= X5+x4+x2+1 ,则则G = 110101 ，数据，数据D=1010001101，模，

13、模 2 运算的结果是：商运算的结果是：商 Q = 1101010110， 余数余数R = 01110。n将余数将余数 R 作为冗余码添加在数据作为冗余码添加在数据 D 的后面发送出去，即发送的后面发送出去，即发送的数据是的数据是101000110101110，或，或 2rD + R。 19 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 余数循环冗余检验计算过程 r = 5

14、, G(x)= X5+x4+x2+1 ,则则G = 110101 ，数据数据D=1010001101发送的数据是发送的数据是10100011010111020 数据链路层数据链路层n数据接收方的处理数据接收方的处理n将接收的数据除以将接收的数据除以G，只要得出的余数，只要得出的余数 R 不为不为 0，就表示，就表示检测到了检测到了差错差错。n能检验出所有长度小于等于能检验出所有长度小于等于r的错误的错误n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。现了差错。n一旦检测出差错，就一旦检测出差错，就丢弃丢弃这个出现差错的帧。这个出现

15、差错的帧。n只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 G，那么，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。出现检测不到的差错的概率就很小很小。 21局域网局域网 n局域网的主要特征局域网的主要特征 n跨越一个物理上有限的距离，一般在跨越一个物理上有限的距离，一般在10公里以内；公里以内；n以短的距离获取高数据率；以短的距离获取高数据率；n为一个单位或组织所拥有为一个单位或组织所拥有。22LAN与OSI的层次对应 OSI LANNetwork LayerData Link LayerPhysical LayerLLCMACPhysical传统的传统的LA

16、N大多是共享媒体的大多是共享媒体的LAN（即采用广播信道），不（即采用广播信道），不需要路由选择功能，因此只具备需要路由选择功能，因此只具备OSI的第的第1、2层功能。数据层功能。数据链路层又分为逻辑链路控制子层（链路层又分为逻辑链路控制子层（LLC）和媒体访问控制子）和媒体访问控制子层（层（MAC）。）。23局域网中的数据链路层局域网中的数据链路层n局域网的数据链路层局域网的数据链路层n逻辑链路控制子层（逻辑链路控制子层（LLC）n通过提供统一格式，向网络层提供一个接口通过提供统一格式，向网络层提供一个接口n支持链路的多路访问特性支持链路的多路访问特性n屏蔽各种屏蔽各种802网络的底层差异，

17、如拓扑结构、媒体、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访问n媒体访问控制子层（媒体访问控制子层（MAC）n根据网络的拓扑结构，不同的局域网采用不同的媒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体访问控制方法n成帧成帧(各种不同的帧结构各种不同的帧结构)nCRC校验校验24局域网局域网n以态网的基本概念以态网的基本概念 nIEEE为以态网制定了为以态网制定了802.3标准。现今以标准。现今以态网典型地使用双绞线或光纤作为物理介质。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（双绞线上的以态网）以10Mbps的速率发送数据

18、，的速率发送数据，100BASE-T（快速以态网）以（快速以态网）以100Mbps的速率发送数的速率发送数据，千兆位以态网和万兆位以态网通常运行据，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。在光纤上，并被用做企业范围的主干网络。 25局域网局域网nCSMA/CD协议的工作原理协议的工作原理 nCSMA/CD是以态网的介质访问控制协议，即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。而且该节点一边发待通道空闲时才能发

19、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，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。一个随机长度的时间，再重复上述步骤。26网络层与传输层网络层与传输层 n网络层功能是为主机之间提供逻辑通信。网络层功能是为主机之间提供逻辑通信。 n网络互联中间设备的种类网络互联中间设备的种类 n物理层中继系统：转发器（物理层中继系统：转发器（repeater）,如如hub.n数据链路层中继系统：网桥或桥接器（数据链路层中继系统：网桥或桥接器（bridge）,如如switchn网络层中

20、继系统：路由器（网络层中继系统：路由器（router）n网络层以上的中继设备：网关（网络层以上的中继设备：网关（gateway）27网络层与传输层网络层与传输层nIP地址地址nIP地址对网上的某个节点来说是一个逻辑地址。它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。网络的类型如何，它都有相同的格式。nIP地址是一个地址是一个4字节字节的数字，由两部分组成，第一部的数字，由两部分组成，第一部分是分是IP网络号，第二部分是主机号。这种网络号，第二部分是主机号。这种4字节的字节的I

21、P地址，通常以小圆点分隔，其中每个字节都用十进制地址，通常以小圆点分隔，其中每个字节都用十进制数字表示，如数字表示，如130.130.71.1，其网络号是，其网络号是130.130，主机号是主机号是71.1。 netid hostid28网络层与传输层网络层与传输层nIP地址的表示地址的表示n用点分隔的十进制表示法。如用点分隔的十进制表示法。如202.112.136.188A类 1.0.0.1 126.255.255.254B类 128.1.0.1 191.255.255.254C类 192.0.1.1 223.255.255.254D类 224.0.0.1 239.255.255.254E类

22、 240.0.0.1 247.255.255.254分类 最小可分配地址 最大可分配地址29网络层与传输层网络层与传输层nIP地址的分类地址的分类nIP地址可分成地址可分成5类：类：A类、类、B类、类、C类、类、D类和类和E类。类。n由于由于D类地址仅用于主机组的特殊定义，类地址仅用于主机组的特殊定义，E类地址作为保留未类地址作为保留未来使用的地址，所以具体网络只能分配来使用的地址，所以具体网络只能分配A类、类、B类、类、C类地址类地址中的一种。中的一种。A类B类C类D类E类0 8 16 24 310 net-id host-id10 net-id host-id110 net-id host

23、-id1110 multicast address11110 reserved for future use30网络层与传输层网络层与传输层n网络地址分配中的问题网络地址分配中的问题n将将IP地址分成网络号和主机号的目的是为了节省路由表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。空间。因为路由器只需要按网络号进行路由。n将将IP地址分成地址分成A、B、C三类是为了适应不同大小的物理三类是为了适应不同大小的物理网络。网络。n实际的物理网络大小千差万别，可能造成实际的物理网络大小千差万别，可能造成IP地址空间的地址空间的巨大浪费。巨大浪费。n解决方案解决方案

24、n可任意指定可任意指定IP地址中网络号和主机号的长度。地址中网络号和主机号的长度。n子网掩码子网掩码31网络层与传输层网络层与传输层n子网掩码子网掩码net-id host-idnet-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将子网掩码与将子网掩码与IP地址逐比特相与，将得到子网地址。地址逐比特相与，将得到子网地址。子网号避免使用全子网号避免使用全0和全和全1。两级IP地址三级IP地址32网络层与传输层网络层与传输层n各类地址的缺

25、省子网掩码各类地址的缺省子网掩码nA类地址的缺省子网掩码是类地址的缺省子网掩码是255.0.0.0nB类地址的缺省子网掩码是类地址的缺省子网掩码是255.255.0.0nC类地址的缺省子网掩码是类地址的缺省子网掩码是255.255.255.033例题 某单位分配到一个某单位分配到一个B类类IP地址，其网络号（地址，其网络号（Net-ID）为）为129.250.0.0。该单位有。该单位有4000多台计算机，多台计算机，分布在分布在16个不同的地点。如选用子网掩码为个不同的地点。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，试给每个地点分配一个子网号，并算出各子网中主

26、机号码的最大和最小值。算出各子网中主机号码的最大和最小值。 34 选用子网掩码为选用子网掩码为255.255.255.0所以一个子网可所以一个子网可有有254地址。地址。4000多台计算机分布在多台计算机分布在16不同地点，不同地点，所以每个地点最多所以每个地点最多254台电脑。分别对这台电脑。分别对这16个地点设个地点设16个网段：个网段：129.250.1.0 ： 129.250.1.1129.250.1.254129.250.2.0 ： 129.254.2.1129.250.2.254129.250.3.0 ： 129.250.3.1129.250.3.254.129.250.16.0： 129.250.16.1129.250.16.254 35传输层传输层n传输层为应用进程之间提供端到端的逻传输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。辑通信。n两种传输层协议两种传输层协议TCP与与UDP nTCP/IP的运输层有两个不同的协议，它们