计算机网络笔记(第一章~第四章)

1、第一章 概述1.1 计算机网络在信息时代中的作用21世纪的一些重要的特征就是 数字化，网络化和信息化，他是一个以网络为核心的信息时代。这里所说的网络是指“三网”，即 电信网络，有线电视网络和计算机网络。以 因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展，已从最初的网络科研逐步发展橙为商业网络。计算机网络向用户提供的重要功能有两个：1.连通性 2.共享（硬件 软件 信息 ）所谓的连通性就是上网用户之间可以交换信息所谓共享就是指资源共享，可以是可以是信息共享，软件共享，也可以使硬件共享。1.2因特网的概述1.2.1 网络的网络起源于美国的因特网现已发展成世界上最大的国际性计算机互联网网络由若干结点和连接

2、这些结点的链路组成。网络中的结点可以是计算机，集线器，交换机或路由器。网络和网络还可以痛过路由器连接互连起来，这样构成了一个覆盖更大的网络，即互联网。因此，互联网是网络的网络。因特网是世界上最大的互联网 连接在因特网上的计算机被称为主机网路把许多计算机连接在一起，因特网则把许多的网络连接在一起像这样包含有计算机的网络，以及用这样的网络加上许多路由器组成的互联网，都可统称为计算机网络。世界上最大的互联网因特网，也是一种计算机网络1.2.2 因特网发展的三个阶段第一阶段是从单个网络（阿帕奈特）ARPANET 向互联网发展的过程。1969年美国国防部创建的第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单

3、个的分组交换网（并不是一个互联的）这个是因特网的雏形。1983年TCP/IP协议成为AEPAENT上的标准协议，因此1983年作为因特网的诞生时间。以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。以大写字母I开始的Interent（因特网）是指全球最大的，开放的，由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议，作为通信规则。第二阶段的特点是组建了三级结构的因特网。从1985年起，美国国家科学基金会NSF就围绕六个大型计算机中心建设计算机网络，即国际科学基金网NSFNET。它是一个三级网络，分为主干网，地区网和校园网（或企业

4、网）第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网代替，这样出现了一个新的名词：因特网服务提供者ISP，又被称为因特网服务提供商。为了使不同层次ISP经营的网络都能够互通，在1994年开始创建了四个网络接入点NAP。NAP又被称为点对点，NAP的设备不存在从属关系而都是平等的。因特网已经称为世界上规模最大和增长速度最快的计算机网络。因特网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织开发的万维网WWW下一代因特网计划（NGI）要实现的主要目标：（1） 开发下一代网络结构（2） 使用更加先进的网络服务技术和开

5、发许多带有革命性的应用（3） 使用超高速全光网络（4） 对整个因特网的管理和保证信息的可靠性及安全性方面进行较大的改进1.3 因特网的组成从因特网的工作方式来看可以划分为两大块：（1） 边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接只用的，用来进行通信（传输数据，音频或视频）和资源共享。（2） 核心部分 由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）1.3.1 因特网的边缘部分处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统。ISP不仅仅是向端系统提供服务，它也可以拥有一些端系统。在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通

6、信方式通常可划分为两大类：（1）客户服务方式（C/S方式） （2）对等方式（P2P方式）1. 客户服务方式客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。服务器请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。2. 对等连接方式对等连接（P2P）是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。因此这种工作方式也称为P2P文件共享。1.3.2 因特网的核心部分路由器是一种专用计算机（但不是主机）路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。电路交换的主要特点交换就是按照某种方式动态的分配传输线路的资源。建

7、立连接（占用通信资源） 通话（一直占用通信资源即独占资源）<这个是电路交换的最主要的特点即 独占资源 > 释放连接（归还通信资源）三个步骤的交换方式称为电路交换电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端系统的通信资源。分组交换的主要特点先储存后转发；无连接随机转发。（1）分组，封装 （2）转发 <选择路径，以分组为单位> （3）接收时重装重组。分组交换采用储存转发技术。通常我们把要发送的整块数据称为一个报文。分组又称为包，而分组的首部也可被称为包头。分组=包=数据报分组转发的核心部件是路由器主机是为用户进行信息处理的；路由器则是用来转发分组，

8、即分组交换的。分组交换时最重要的就是知道路由器之间是怎样连接起来的。路由器转发分组的过程时，往往把单个的网络简化成为一条链路，而路由器成为核心部分的结点。报文交换基于存储转发原理三种交换方式在数据传送阶段的主要特点：电路交换整个报文的比特流连续的从源点直达终点。报文交换整个报文先传送到相邻结点，全部储存下来后查找转发表，转发到下一个结点分组交换单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，储存下来后查找转发表，转发到下一个结点。1.4 计算机网络在我国的发展1989年11月我国第一个公用分组交换网CNPAC建立运行9个全国范围的功用计算机网络：中国公用计算机互联网 CHINANET中国教育

9、和科研计算机网 CERNET中国科学技术网 CSTNET中国联通互联网 UNNET中国网通公用互联网 CNCNET中国国际经济贸易互联网 CIETNET中国移动互联网 CMNET中国长城互联网 CGWNET中国卫星集团互联网 CSNET1.5 计算机网络的类型1.5.1 计算机网络的定义将各地各种计算机连接在一起实现资源共享的计算机集合叫做 计算机网络 （也可以说是一些相互连接的，自治的计算机的集合）。1.5.2 几种不同类型的网络不同作用范围的网络广域网 WAN 广域网的作用范围通常为几十到几千公里，因而有时也称为远程网。城域网 MAN 城域网的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至几个

10、城市，其作用距离约为 550 km。局域网 LAN （也可以称为校园网或企业网）局域网一般用微型计算机或者工作站通过高速通信线路相连（速率通常为10 Mb/s 以上），但地理上则局限在较小的范围（如 1 km 左右）。个人区域网 PAN 个人区域网就是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备（如便携式电脑）用无线技术连接起来的网络，因此也称为无线个人区域网 WPAN，其范围大约在 10 m 左右。不同使用者的网络（1） 公用网 <公众网> （2）专用网公用网和专用网都可以传送多种业务用来把用户介入到因特网的网络这种网络就是接入网 AN ，它又称为本地接入网或居民接入网。1.6 计算机

11、网络的性能1.6.1 计算机网络的性能指标1. 速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传输数据的速率，他也称为数据率或比特率速率的单位是b/s（比特每秒）（或bit/s），有时也写为bps2. 带宽带宽有两种意义：（1） 带宽是指某个信号具有的频带宽度，带宽的单位是赫（2） 在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，这种带宽的单位是“比特每秒”，即b/s 3. 吞吐量吞吐量表示在单位时间内通过某个网络的数据量。时延时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到

12、另一端所需的时间。时延是个很重要的性能指标，它有时也称为延迟或迟延。（1） 发送时延 发送时延是主机或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，到帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间。因此，发送时延也叫做传输时延。发送时延的计算公式： 发送时延 = 数据帧长度（b）/ 发送速率（b/s）（2） 传播时延 传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。传播时延的公式是： 传播时延 = 信道长度（m）/ 电磁波在信道上的传输速率（m/s）（3） 处理时延 主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。（4） 排队时延 分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器。但

13、分组在进入路由器后要现在输入队列中排队等待处理。 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延1.7 计算机网络体系结构1.7.1 计算机网络体系结构的形成在ARPANET设计时即提出了分层的方法1974年，美国的IBM公司宣布了系统网络体系结构SNA，这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定的。使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架即著名的 开放系统互连参考基本模型OSI/RM 简称为OSI。（OSI是一种理想境界）得到最广泛应用的不是法律上的国际标准OSI。而是非国际标准TCP/IP。这样，TCP/IP就常被称为是事实上的国际标准。1.7.2 协议与划分层次为进行网络

14、中的数据交换而建立的规则，标准或约定称为网络协议。网络协议也可简称为协议。网络协议主要有以下三个要素组成：（1） 语法 即数据与控制信息的结构或格式（2） 语义 即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应（3） 同步 即事件实现顺序的详细说明分层带来的好处：（1） 各层之间是独立的（2） 灵活性好（3） 结构上可分开（4） 易于实现和维护（5） 能促进标准化工作计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。1.7.3 具有五层协议的体系结构OSI是七层协议体系结构，TCP/IP是一个四层的体系结构，综合OSI和T

15、CP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。7 应用层6 表示层5 会话层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层OSI的体系结构图：应用层（各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP）运输层（TCP或UDP）网络层 IP网络接口层TCP/IP的体系结构图：5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层五层协议的体系结构图：应用层 应用层直接为用户的通信进程提供服务。这里的进程就是指正在运行的程序。运输层 通常叫传输层，它的任务就是负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。传输层主要使用2个协议：传输控制协议 TCP 面向连接的，数据传输的单位是报文段，能归提供可靠的交付用

16、户数据报协议 UDP 面向无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠交付，只能提供“尽最大努力的交付”。网络层 网络层负责为分组交换网上得不同主机提供通信服务。由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称为数据报。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由数据链路层 常简称为链路层。在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层讲网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点的链路上“透明”地传送帧中的数据。物理层 在物理层上所传数据的单位是比特。物理层的任务就是透明的传送比特流。 1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点用实体表示任何可以发送或者接收信息的硬件或软件进程协议是控

17、制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。协议是“水平的”，即协议是控制对实体之间通信的规则；但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层痛过层间接口提供的。在同一个系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息），通常成为服务访问点SAP，SAP实际上就是一个逻辑端口。OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU1.7.5 TCP/IP的体系结构TCO/IP协议可以为各式各样的应用提供服务，同时TCP/IP也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行。第一章 重点习题1. 计算机网络向用户可以提供哪些服务？2. 试简述分组交换的要点。3. 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分

18、组交换的主要优缺点。4. 因特网的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段最主要的特点。5. 因特网的两大组成部分（边缘部分和核心部分）的特点是什么？它们的工作方式各有什么特点？6. 客户服务器方式与对等通信方式的主要区别是什么？有没有相同的地方？7. 计算机网络有哪些常用的性能指标？8. 协议与服务有何区别？有何关系？9. 网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？10. 试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包含各层的主要功能。第二章 物理层2.1 物理层的基本概念（物理层是最底层）物理层的作用是尽可能的屏蔽掉硬件设备和传输媒体的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异。用于物理层的协

19、议称为物理层规程；物理层规程就是物理层协议。物理层的主要特性：（1） 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等等。（2） 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。（3） 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。（4） 过程特性 指明对于不同功能的各种可能时间的出现顺序。数据在通信线路上的传输方式一般都是串行传输2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型一般数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。源系统一般包括以下两个部分：（1） 源点 源点设备产生

20、要传输的数据。如 在PC机上输入汉字，PC机产生输出汉字的比特流。源点又称源站或信源。（2） 发送器 通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。目的系统一般包括以下两个部分：（1） 接收器 接收传输系统传送过来的信号，并把它转换成为能被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器。（2） 终点 终点设备从接收器获取传来的数字比特流，然后把信息输出。（如，把汉字在PS机上显示出来）。终点又称为目的站，或信宿。通信的目的是传送信息，如语音，文字和图像等。数据是运送消息的实体。信号则是数据的电气的或电磁的表现。根据信号中代表信息的参数取值方式不同，信

21、号可分为两大类：（1） 模拟信号，或连续信号代表消息的参数的取值是连续的。（2） 数字信号，或离散信号代表消息的参数的取值是离散的。2.2.2 有关信道的几个根本概念信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。从信道的双方信息交互的方式来看，可以有一下三种基本方式：（1） 单项通信 又称为单工通信，即只有有一个方向的通信没有反方向的交互。无线电广播，电视广播就是这种类型（2） 双向交替通信 又称半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送，当然也不能同时接收。（3） 双向同时通信 又称为全双工通信，即通信的双方都可以同时发送和接收信息2.2.3 信道的极限容量（1） 信道能够

22、痛过的频率范围1924年乃奎斯特推导出了 奈氏准则在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（或识别）称为不可能（2） 信噪比所谓的信噪比就是新号的平均率和噪声的平均率之比，长记为S/N，并用分贝（dB）作为度量单位，即： 信噪比（dB）= 10 log10（S/N）（dB）香农公式指出：信道的极限信息传输速率C是 C = W log2（ 1 + S/N ）（b/s）式中，W为信道的宽度（以Hz为单位）；S为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高四噪声功率。香农公式表明，信道的宽度或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就

23、越高。2.3 物理层下面的传输媒体传输媒体可以分为两大类：导向传输媒体和非导向传输媒体。2.3.1 导向传输媒体1. 双绞线 把两根相互绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来就构成了双绞线。绞合可以减少对相邻导线的干扰。模拟传输和数字传输都可以用双绞线屏蔽双绞线简称STP 无屏蔽双绞线简称UTP2. 同轴电缆 同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线），绝缘层，网状编织的外导体屏蔽层（也可以是单股的）以及保护塑料外层组成。3. 光缆 即光纤，光纤通信利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲进行通信。光纤有单模光纤和多模光纤。2.3.2 非导向传输体无线电微波通信在数据通信中占有很

24、重要的地位。传统的微波通信主要有两种主要的方式：即地面微波接力通信和卫星通信。微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。其主要特点是：微波波段频率很高，其范围也很宽，因此其通信信道的容量很大。2.4 信道复用技术2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用最基本的复用是频分复用FDM和时分复用TDM。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。2.4.2 波分复用波分复用WDM就是光的频分复用2.4.3 码分复用码分复用CDM是另一种共享信道的方法码分复用有很强的抗干扰能力，其频率类似于白噪声。2.5 数字传输系统1. 脉码调制P

25、CM体制每个脉冲信号编码为8位二进制码元2.6 宽带接入技术2.6.1 xDSL技术xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户进行改造DSL就是数字用户线在DSL的几种类型中，ADSL是非对称数字用户线，HDSL是告诉数字用户线，SDSL是1对线的数字用户线，VDSL是甚高速数字用户线。ADSL的特点是，采用自适应调制技术使用户能够传送尽可能高的数据率。ADSL不能保证固定的数据率ADSL的接入网由以下三大部分组成：数字用户接入复用器DSLAM；ADSL调制解调器又称接入端接单元ATU；电话分离器PS。ADSL最大的好处就是可以利用现有电话网中的用户线，不需要重新布线。2.6.2 光纤同轴

26、混合网（HFC网）HFC的主要特点：（1） HFC网的主干线路采用光纤。（2） HFC网采用结点体系结构。（3） HFC网具有比CATC网更宽的频谱，且具有双向传输功能。（4） 每个家庭要安装一个用户接口盒。HFC网的最大优点是它具有很宽的频带第二章 重点习题1. 物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？2. 规程与协议有什么区别？3. 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。4. 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含什么内容？5. 常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？6. 为什

27、么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？7. 试写出下列英文缩写的全文，并进行简单的解释。FDM TDM STDM WDM8. 试比较xDSL、HFC、以及FTTx接入技术的优缺点。第三章 数据链路层数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：（1） 点对点的信道：这种信道使用一对一的点对点通信方式。（2） 广播信道：这种信道使用一对多的广播通信方式。3.1 使用点对点信道的数据链路层3.1.1 数据链路和帧所谓链路层就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，所以链路只是一条路径的组成部分。数据链路是当需要在一条线路上传送数据时，除必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数

28、据传输，若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。早期的数据通信协议叫做通信规程。数据链路层的协议数据单元是 帧 在因特网中，网络层协议数据单元就是IP数据报（或简称为数据报，分组或包）点对点信道的数据链路层在进行过通信是的主要步骤如下：（1）封装成帧 （2）将装好的帧发送 （3）数据链路层接收帧3.1.2 三个基本问题封装成帧、透明传输、差错检验。1.封装成帧 每一个链路层协议都规定了帧的数据部分的长度上限最大传送单元MTUSOH为帧开始符 EOT为帧的结束符2.透明传输为了解决透明传输问题，就必须设法使数据中可能出现的控制字符“SOH”和“EOT”在接收端不被解释为控制字符

29、。具体方法是：发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”（其十六进制编码为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。这种方法叫字节填充或字符填充。* 3.差错检验传输错误的比特占所传输比特总数的比特率称为误码率BER误码率：若单位时间内，传输码元总数为Mt，而同时间内传错码元数为Me，则误码率为，Me/Mt*目前在数据链路层使用最广泛的就是 循环冗余检验CRC。为了进行检错而添加的冗余码称为帧检验序列FCS循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不是同一个概念。CRC是一种检错方法。而FCS是添加在数据后面的冗余

30、码。在接收端对收到的每一个帧经过CRC检验后：（1） 若得出的余数R=0，则判定这个帧没有差错，就接受（2） 若余数R0，则判定这个帧有差错（但无法确定究竟是哪一位或哪几位出现差错）就丢弃。在数据链路层进行差错检验，必须把数据划分为帧，每一帧都加上冗余码，一帧接一帧的传送，然后在接收方逐帧进行差错检验。可靠传输就是：数据链路层的发送端发送什么，在接收端就收到什么。传输差错可分为两大类：一类是最基本的比特差错，另一类传输差错就是收到的帧并没有出现比特差错，但却出现了帧丢失，帧重复或帧失序。OSI的观点是必须把数据链路层做成是可靠传输。因此在CRC检错的基础上，增加了真编号，确认和重传机制。3.2

31、 点对点协议PPP目前使用最广泛的数据链路层协议就是点对点协议PPP可靠传输的高级数据链路控制HDLC3.2.1 PPP协议的特点1.PPP协议应满足的需求（1）简单 IETF在设计因特网体系结构时把其中最复杂的部分放在了TCP协议中，而网络协议IP则相对比较简单，它提供的是不可靠的数据服务。对数据链路层的帧，不需要进行纠错，不需要序号，也不需要流量控制。（2）封装成帧 PPP协议必须规定特殊的字符作为帧定界符（即标志一个帧的开始和结束的字符），以便使接收端从收到的比特流中准确的找出帧的开始和结束位置（3）透明性 PPP协议必须保证数据传输的透明性（4）多种网络协议 PPP协议必须能够在在同一

32、条物理链路上同时支持多种网络层协议（如IP和IPX等）的运行（5）多种类型链路 除了要支持多中网络协议外，PPP还必须能够在多种类型的链路上运行。例如：串行的（一次只能发送一个比特）或并行的（一次并行的发送多个比特）2.PPP协议不需要的功能PPP协议是不可靠的传输协议PPP协议只支持全双工链路PPP协议不需要的功能（1）纠错（2）流量控制（3）序号（4）多点线路（5）半双工或单工链路。3.PPP协议的组成PPP协议有三个部分组成：（1）一个将IP数据报封装到串行链路的方法（2）一个用来建立，配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP（3）一套网路控制协议NCP3.2.2 PPP协议的帧格式*

33、 3.零比特填充零比特填充的具体方法：在发送端先扫描整个数据段（通常用硬件来实现，用软件也可以实现，但会慢一些）。只要发现有5个连续的1，则立即填入一个0。因此经过零比特填充以后的数据，就可以保证在信息字段中不会出现6个连续1。零比特删除只需要把5个1之后的0比特删除。3.3 使用广播信道的数据链路层3.3.1 局域网的数据链路层局域网的主要特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网比广域网具有较高的数据率，较低的时延和较小的误码率。局域网的优点：（1）具有广播功能（2）便于系统的扩展和逐渐的演变，各设备的位置可灵活调整和改变（3）提高了系统的可靠性，可用性和生存性。局域

34、网按照拓扑结构分为：星型网 环形网（典型的是 令牌环型网） 总线型网网络按照功能可分为：资源子网（边缘） 通信子网（核心）（1）资源子网（提供资源）：服务器 工作站 主机等（2）通信子网：通信线路（传输介质（媒体） 互联设备（网卡，中继器，集线器，网桥交换机，路由器，网关）局域网的数据链路层拆分为两个子层，即逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层。适配器的作用：（1）连接通信（2）串行并行的转换（3）存储转发功能计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器。适配器本来是在主机箱内插入的一块网络接口板（或者在笔记本电脑里面插入一块PCMCIA卡）或简称为“网卡”适配器的一个重要功能就是进行数

35、据串行传输和并行传输的转换3.3.2 CSMA/CD协议总线的特点是：当一台计算机发送数据时，总线上所有计算机都能检测到这个数据。这种就是广播通信方式。人们常把局域网上的计算机称为“主机”、“工作站”、“站点”或“站”为了通信的渐变，以太网采取了以下两种措施：第一、采用较为灵活的无连接的工作方式适配器对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付第二、以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码信号总线上只要有一台计算机在发送数据，总线的传送资源就被占用。因此，在同一时间只能允许一台计算机发送信息，否则各计算机之间会互相干扰。以太网采用的协调方法是使用

36、一种特殊的协议CSMA/CD。它是 载波监听多点接入/碰撞检测的缩写。CSMA/CD的要点：（1）多点接入 （2）载波监听 （3）碰撞检测在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收。因此，在使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（即半双工通信）随机争用型介质访问控制方法 CSMA/CDCSMA/CD协议的要点：（1） 适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧。放入适配器的缓存中，准备发送。（2） 若适配器检测到信道空闲（即在96别特时间内没有检测到信道有信号），就发送这个帧。若检测到信道忙，则继续检测并等待信道转为空闲（

37、加上96比特时间），然后发送这个帧（3） 在发送过程中继续检测信道，若一直为检测到碰撞，就顺利把这个帧成功发送完毕。若检测到碰撞，则中止数据的发送，并发送人为干扰信号（4） 在中止发送后，适配器就执行指数退避算法，等待r倍的512比特时间后，返回步骤（2）3.4 使用广播信道的以太网3.4.1 使用集线器的星型拓扑传统以太网最初是使用粗同轴电缆，后来使用比较便宜的细同轴电缆最后发展为使用更便宜更灵活的双绞线。这种以太网采用星型拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫作集线器。每个站需要用两对无屏蔽双绞线，分别用于发送和接收，双绞线的两端使用 RJ45 插头。10 BASET以太网的

38、通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m集线器的一些特点：（1） 集线器的局域网在物理上是一个星型网，使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议，在同一时刻至多只允许一个站发送数据，因此10 BASET以太网又称为星型总线或盒中总线（2） 一个集线器有许多接口（3） 集线器的工作在物理层，它的每个接口仅仅简单地转发比特（4） 集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回拨抵消10 BASET 其中“10”代表10 Mb/s的数据率 “BASE”代表连接线上的信号是基带信号“T”代表双绞线传统以太网：（1）10 BASE 5 同轴电缆 500

39、 m （2）10 BASE 2 同轴电缆 185 m （3）10 BASE T 双绞线 100 m快速以太网： 100 Mbps千兆以太网： 1 Gbps3.4.2 以太网的MAC层1.MAC层的硬件地址硬件地址又称为物理地址或MAC地址名字指出我们所需要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处IEEE 802标准为局域网规定了一种48位的全球地址（简称为“地址”）如果连接在局域网上的主机或路由器安装有多个适配器，那么这样的主机或路由器就有多个“地址”。更准确的说，这种48位“地址”应当是某个接口的标识符IEEE 802 标准规定MAC地址字段可采用6字节（48位）或2

40、字节（16位）这两种中的一种现在IEEE的注册管理机构RA是局域网全球地址的法定管理机构，它负责分配地址字段的6个字节中的前三个字节。地址字段中的后三个字节则由厂家自行指派3.5 扩展的以太网3.5.2 在数据链路层扩展以太网在数据链路层扩展以太网要用网桥。网桥工作在数据链路层。1.网桥的内部结构使用网桥的好处：（1）过滤通信量，增大吞吐量（2）扩大了物理范围（3）提高了可靠性（4）可互连不同的物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网网桥的缺点：（1）增加了时延（2）在MAC子层并没有流量控制功能当网络上的负荷很重时，有可能发生帧丢失现象（3）网桥只适用于用户数量不太多（不超过几百个）和通信量

41、不太大的以太网3.源路由网桥透明网桥的最大优点就是容易安装发送帧的源站负责路由选择的网桥就是路由网桥4.多接口网桥以太网交换机交换式集线器常称为以太网交换机或第二层交换机以太网交换机的特点：（1）以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥（2）每个接口都直接与一个单个主机或另一个集线器相连（3）一般都工作在全双工方式（4）是一种即插即用设备（5）内部分真转发表也是通过自学习法自动地逐渐建立起来的以太网交换机一般都具有多种速率的接口利用以太网交换机可以很方便的实现虚拟局域网VLAN3.5 高速以太网 速率达到或超过100 Mb/s的以太网称为高速以太网光纤分布式数据接口FDDI是一个使用光纤作为传输

42、媒体的令牌环型网。第三章 重点习题1. 网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？2. 数据链路层的三个基本问题（封装成帧、透明传输和差错检验）为什么都必须加以解决？3. PPP协议的主要特点是什么？4. 要发送的数据为1101011011 。采用CRC生成的多项式是 P(X) = X4 + X + 1。试求应添加在数据后面的余数。数据传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？若数据传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？采用CRC检验后，数据链路层的传输是否变成了可靠的传输？5. 要发送的数据位101110.采用CRC的生成多项式是 P(X) = X3 + 1。试求应添

43、加在数据后面的余数。6. PPP协议使用同步传输技术传输比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？若接收端收到的PPP帧的数据部分是001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？7. 局域网的主要特点是什么？8. 常用的局域网的网络拓扑有哪些种类？现在最流行的是那种结构？为什么早起的以太网选择总线的网络拓扑结构而不是使用星型的拓扑结构，但现在却改为使用星型拓扑结构？9. 试说明10 BASET中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。10. 以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。这与传统的时

44、分复用TDM相比优缺点如何？11. 以太网交换机有何特点？同他怎么组成虚拟局域网？12. 网桥的工作原理和特点是什么？网桥与转发器以及以太网交换机有何异同？* 第四章 网络层4.1 网络层提供的两种服务网络层的单位是“分组”网络层想上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务网络层不提供服务质量的承诺，所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（即不按序到达终点），不保证分组交付的时限如果主机中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的运输层负责（包括差错处理，流量控制等）虚电路服务与数据报服务的对比：对比方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户

45、机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有终点的完整地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责，也可以由用户主机负责由用户主机负责TCP/IP体系的网络层提供的是数据报服务4.2 网际协议IP网际协议IP是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一，也是最重要的因特网协议之一。与IP协议配套使用的还有四个

46、协议：（1） 地址解析协议ARP（2） 逆地址解析协议RARP（3） 网际控制报文协议ICMP（4） 网际组管理协议IGMP4.2.1 虚拟互联网将网络相互连接起来要使用一些中间设备。根据中间设备所在的层次，可以有四种不同的中间设备：（1） 物理层使用的中间设备叫做转发器（2） 数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器（3） 网络层使用的中间设备叫做路由器（4） 在网络层以上使用的中间设备叫做网关4.2.2 分类的IP地址1.IP地址及其表示方法< IP V4为32位 IP V6为128位 >整个的因特网就是一个单一的、抽象的网络。IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每

47、一个接口分配一个在世界范围内是唯一的32位的标识符IP地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配IP地址的编址方法共经过了三个历史阶段：（1） 分类的IP地址 这是基本的编址方法，在1981年通过（2） 子网的划分 这是对最基本的编址方法的改进，其标准RFC 950在1985年通过（3） 构成超网 这是比较新的无分类编址方法，1993年提出所谓“分类的IP地址”就是将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中第一个字段是网络号(net-id)，它标志主机（或路由器）所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内必须是唯一的。第二个字段是主机号(host-id

48、)，它标志该主机（或路由器）。一个主机号在它们前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。因此，一个IP地址在整个网络范围内是唯一的这种二级的IP地址标记为：IP地址 ：= < 网络号 > ，< 主机号 > （“：= ”表示“定义为”）A类、B类和C类地址都是单播地址（一对一通信）是最常用的A类、B类和C类地址的网络号字段分别为1，2和3字节长，而在网路好字段的最前面有13位的类别位，其数值分别规定为0，10和110A类、B类和C类地址的主机号字段分别为3个，2个和一个字节长D类地址为多播地址（一对多通信）类别位是1110E类地址保留今后使用 类别位是1111IP地址都

49、是32位的二进制代码，为了提高可读性，我们常常把32位的IP地址中的每8位用其等效的十进制数字表示2.常用的三种类别的IP地址A类地址的网络号字段占一个字节，只有7位可供使用（该字段的第一位已经固定为0）。可指派的网络号是126个（即27 - 2），网络号字段为全0的IP地址是个保留地址。A类地址的主机号占3个字节，A类网络中的最大主机数是224 - 2，即16777214。全0的主机号字段表示该IP地址是“本主机”所连接到的单个网络地址。而全1的主机号表示该网络上的所有主机B类地址的网络号字段有2字节，前两位为（1 0）已经固定。可指派的B类最小网络地址是，可指派的网络数为

50、214 - 1，即16383。B类地址的每一个网络上的最大主机书是216 - 2即65534C类地址有3个字节的网络号字段，前面三位是（1 1 0），C类最小网络地址是，可指派的网络数为221 - 1，即2097151.C类地址的最大主机数为28 2，即254IP地址的指派范围：网络类别最大可指派的网络数第一个可指派的网络号最后一个可指派的网络号每个网络中的最大主机数A126（27 - 2）112616777214B16383（214 - 1）128.1191.25565534C2097151（221 - 1）192.0.1223.255.2552544.2.3 IP地址与硬

51、件地址（物理地址）物理地址是数据链路和物理层使用的地址，IP地址再网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（称IP地址是逻辑地址是因为IP地址是用软件实现的）使用IP地址的IP数据报一旦交给了数据链路层，就封装成了MAC帧了。MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址，这两个硬件地址都卸载MAC帧的首部中* IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。在网络层和网络层以上使用的是IP地址，而数据链路层及以下使用的是硬件地址4.2.4 地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP两个协议的作用是将IP地址转换成为物理地址逆地址解析协议RARP的作用是只知道自己硬件地址的主机能够通过RARP协议找出其他IP地址地址解析协议ARP解决这个问题的方法是在主机ARP高速缓存中应存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表经常动态更新每一个主机都设有一个ARP高速缓存，里面有本局域网上的各主机