计算机网络与通讯

第1章计算机网络概述1. 计算机网络的定义：所谓计算机网络就是利用通信设备和线路将物理地址不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议/信息交换方式和网络操作系统等）来实现网络中资源共享和信息传递的系统。

2. 计算机网络的组成：一个计算机网络是由资源子网和通信子网构成。

前者负责信息处理，后者负责全网中的信息传递。

3. 计算机网络的分类3.1 按照拓扑机构进行分类（星型结构、总线结构、环形结构、树型结构、混合型和网络型结构。

结构图、各自优缺点、对比）网络拓扑是指网络形状，或者是它在物理上的连通性。

星型拓扑是由中央节点和通过点到点通信链路接到中央节点的各个站点组成，中央节点往往是一个集线器。

它具有控制简单、故障诊断和隔离容易、方便服务等优点；但是线缆长度和安装工作量可观，中央节点的负担较重、一旦故障则影响全网，各站点的分布处理能力较低。

总线拓扑采用一个广播信道作为传输介质，所有站点都通过相应的硬件接口直接公共介质总线上。

总线拓扑的优点是所需的电缆数量较少，结构简单、无源工作且具有较高的可靠性，易于扩充、增加及减少用户较方便；它的缺点是总线的传输距离有限、通信范围受到限制，故障诊断及隔离较困难，分布式协议不能及时保证信息的即时发送、不具有实时功能、一旦遇到大量业务将会减低网络的传输速度。

环形拓扑是由站点和连接站点的链路组成一个闭合环的网络形式。

它的优点是电缆长度短，可使用光纤传输，所有计算机都能够公平的访问网络中的其他部分，网络性能较为稳定；它的缺点是节点故障会引起全网故障，环中的节点的加入及撤出过程较为复杂，环形拓扑结构的介质访问控制协议都采用令牌传递的方式，在负载较轻的信道通信时利用率相对来说较低。

树形网络可以看成是总线和星形拓扑的扩展，顶端是树根，以下是分支。

它的优点是易于扩展，故障隔离较为简单；它的缺点是各个节点对根的依赖过大，若根发生故障，则全网不能正常工作。

混合形拓扑是将以上某两种单一拓扑结构混合起来，取二者的优点构成的拓扑形称为混合形拓扑结构。

它具有故障诊断及隔离较为方便，易于扩展，安装方便等优点；它的缺点是需要选用带有智能的集中器来实现网络故障自动诊断及隔离，像星环结构中集中器到各个站点的电缆安装长度会增加。

环形拓扑是由于节点间存在多路路径相连，可以为数据流的传输选择适当的路由，从而绕过失效的部件和过忙的节点。

因此它具有较高的可靠性，不受瓶颈问题和失效问题的影响；但是它的缺点是成本较高，结构较为复杂，提供功能的网络协议也较为复杂。

3.2 按照网络的交换方式分类（电路交换网、报文交换网和分组交换网，详见第三章）3.3 按照网络的覆盖范围分类广域网WAN是分布范围在数百到数千公里，覆盖一个国家甚至于几个州,形成国际性的远程网络；局域网LAN是将较小地区范围内的各种数据通信设备连接在一起，其分布范围局限在一个办公室或校园内，用于连接个人计算机、工作站等设备以实现资源共享和信息交换的网络；城域网WAN是分布范围介于前两者之间，在几十公里方位内的一种高速网络3.4 按照网络传输技术分类（广播方式和点对点方式）二者的区别是广播方式中所有联网的计算机都共享一个公共信道；而点对点网络中每条物理线路连接一对计算机。

4. 基本常识4.1 三网融合：电信网、计算机网和有线电视网电信业务网是以电话网为基础发展起来的，它除了创痛的电话交换网PSTN外还有数字数据网DDN、帧中继网FR和异步转移模式ATM网等。

广播电视网主要是有线电视网CATV。

计算机网主要是局域网、广域网和城域网。

所谓三网融合就是把现有的有线电视网、广播电视网和计算机网互相融合起来，逐渐形成一个统一的网络系统，由一个全数字化的网络设备来支持包括数据、话音和图像在内的全部业务。

4.2 常见的缩写名词：ISO国际标准化组织ISO国际标准化组织：是一个自发的不缔约组织，由各技术委员会组成，其中有专门制定相关信息处理的标准。

我国从1980年参加该组织的标准工作。

第2章计算机网络体系结构1. 协议（P19）协议就是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合，也称网络协议。

协议主要有三要素：语义，语法和定时。

其中，语义涉及用于协调与差错处理的控制信息；语法设计数据及控制信息的格式、编码及信号电平等；编码涉及速度匹配和排序等。

2. 分层体系结构（为什么要分层，对等实体的概念，协议数据单元）2.1 分层体系结构是：计算机网络是一个十分复杂的系统。

将一个复杂的系统分解为若干个容易处理的子系统，然后分而治之逐个加以解决，这种结构化设计方法是工程中常用的。

分层就是系统分解的最好方法之一。

2.2 分层的原因：分层后，每层只要实现一种相对独立的功能，容易实现；灵活性好，任何一层发生变化时只要层间接口关系不改变，则该层以上或以下各层均不受影响。

层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能，每一层不必知道下面一层是如何实现的，只要知道下层通过层间接口提供的服务是什么以及本层想上层提供什么样的服务就能独立地设计。

系统经分层后，每一层此的功能相对简单且易于实现和维护。

此外若某一层需要作更改或被替换时，只要不去改变其上下层间的接口服务关系，则其他层次都不会受到影响，具有很大的灵活性。

分层结构还有利于交流、理解和标准化。

2.3 层次结构的划分原则：每层的功能应是明确且相对独立的；层间接口应清晰，跨越接口的信息量应尽可能少；层数应适中。

对等实体：指执行对等协议的实体。

协议数据单元PDU：指对等层次之间传递的数据单元。

3. 网络体系结构（计算机网络的各层结构模型及其协议的集合）4. OSI/RM开放式互连参考模型OSI/RM是ISO制定的标准化开放式计算机网络层级结构模型。

它包括体系结构，服务定义和协议规范三级抽象。

OSI七层模型从上到下分为物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。

5. TCP/IP参考模型（传输控制协议/因特网互联协议，又叫网络通信协议。

体系结构：有点高到低分为四层，分别为：应用层、传输层、网络层和主机-网络层。

）特点：开放的协议标准，可以免费使用并且独立于特定的计算机硬件和操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适合于互联网；统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网络中具有唯一的地址；标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。

TCP表示提供传输层服务，IP提供网络层服务6. OSI/RM和TCP/IP有哪些异同？OSI/RM和TCP/IP参考模型有许多共通之处。

二者都是以协议栈的概念为基础，并且在栈中的协议彼此相互独立；同时二者都采用了层次结构的概念，每个层次的功能也大体相同。

但是二者也有许多不同之处。

首先，二者的层级不同，前者拥有七层网络结构，而后者只有四层，少了表示层和会话层，同时后者将数据链路层和物理层统一定义为主机-网络层。

其次，在于无连接的和面向连接的通信方位有不同，前者的网络层同时支持无连接和面向连接的通信，但是传输层上只支持面向连接的通信；后者的网络层只有无连接通信一种，而在传输层上反而同时支持两种通信模式。

再有，前者没有涉及具体网络协议，而后者只是用于TCP/IP协议族；前者不利用网络实现，协议复杂效率低，后者则建立在应用基础上，相对实用；前者严格划分层次，不灵活，而后者层次性相对差，反而灵活多样。

相对而言，后者比前者流行。

造成OSI/RM协议不流行的原因主要是模型和协议本身的缺陷。

比如结构中的会话及表示层几乎是空的，模型及相关的服务定义和协议极其复杂，很难实现，降低了系统的效率。

TCP/IP 协议没有区分哪些是规范那些是现实，再有主机网络层并不是常规意义上的层次，它是定义了网络层和数据链路层的接口。

第3章物理层1. 物理层功能（为了实现数据链路实体间比特流的透明传输。

）2. 物理层的协议（标准DTE/DCE，即数据终端设备、数据线路端接设备接口规定的四方面标准特性：机械特性，电气特性，功能特性，规程特性。

）物理层上的协议有时也称为接口。

它规定了与建立、维持及断开物理信道有关的特性，包括机械的、电气的、功能性的和规程性的四个方面。

这些特性确保了物理层能够通过物理信道在相邻网络节点间正确的收发比特流信息。

3. 数据通信技术3.1 数据传输速率的计算3.2 信道容量的计算3.3 误码率的计算4. 多路复用技术（多路复用分为三种，要求掌握频分多路复用和时分多路复用的概念）频分多路复用FDM：载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号。

时分多路复用TDM：各终端按照事先规定好的、固定的时间片来共享信道。

波分多路复用WDM：5. 数据编码技术5.1 数字数据编码P52（图数字信号的同步编码需掌握）曼彻斯特编码：从高到低的跳变是1，从低到高的跳变是0；差分曼彻斯特编码：中间的跳变仅提供时钟定时，有跳变的为0，无跳变的为1。

5.2 模拟数据编码对模拟数据进行数字信号编码的常用方法是脉码调制PCM，它是以采样定理为基础的。

脉码调制的三个步骤分别是：采样，量化，编码。

采样定理公式：6. 调制解调器调制解调器就是负责信号转换的设备。

所谓调制就是把数字信号转换为电话线路上传输的模拟信号；解调就是把模拟信号转换为数字信号。

基于载波信号的三个主要参数，可以把调制方法分为振幅调制,频率调制和相位调制三种。

7. 数据交换技术（三种数据交换技术的概念，特点，对比性）按照使用的数据传送技术划分，可以分为电路交换、报文交换和分组交换。

采用电路交换技术进行数据传输期间，在源节点和目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用物理连接线路，直到连接结束。

如果两个相邻节点间的信道容量很大，可以复用多条电路。

用电路交换技术进行数据传输需要经过电路建立、数据传输和电路拆除三个阶段。

电路交换方式的优点是数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原有的发送序列；但是它的缺点是在电路空闲时的信道容量被浪费，且数据传输阶段的时间不长的时候电路建立和拆除的时间将得不偿失。

因此，电路交换适用于系统间需要高质量的大量数据传输的情况。

报文交换就是以报文为传输基本单位，采用“存储-转发”方式，当一个站要发送报文时将目的地址附加在报文上发送，网络节点根据报文的目的地址信息逐个转发到目的地址。

与电路相比报文交换具有电路利用率高，在通信量大时发送延迟不增加，一个报文可发送多个地址和报文交换网络可以进行速度和代码的转换。

报文交换的主要缺点是：它不能满足实时或交互式通信的要求，报文经过网络的延迟时间长短不定，在某些数据空间不足或不能及时转发的情况下不得不丢弃报文且发出的报文无法按顺序接受。

分组交换就是将报恩分成若干个分组，每个分组的长度有一个上线发送，这样减少了节点中数据量的突发性，更好的利用了信道容量。