《计算机网络（第7版）-谢希仁》阅读笔记（一）

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一、互联网概述：

1、互联网组成：

边缘部分：	用户主机
核心部分：	网络和路由器

1.边缘部分

通信方式：

1):客户-服务器方式（c/s方式）

客户发送请求给服务器

服务器提供服务给客户

客户程序：知道服务器地址，被调用后运行，硬件、操作系统不复杂

服务器程序：不知道客户地址，自动调用运行，硬件强大，操作系统复杂

2):对等方式（P2P方式）

不区分服务请求方与提供方，本质上每个主机既是客户又是服务器

2.核心部分:

路由器(转发收到的的分组，实现分组交换)

电路交换：建立连接->通话（一直占用资源）->释放连接

缺点：传输效率低

分组交换：

分组：将报文（整块数据）分为更小的等长数据段，每个数据段前加上控制信息（首部）变成了分组（包），分组首部称为包头。

分组交换过程：

路由器收到分组，暂存，检查首部中地址，查找转发表，转发给下个路由器，直至目的主机

路由器间定时交换彼此信息，创建、维护转发表

注：分组暂存在路由器内存（存储器）中。分组交换时，不占用整条（端到端）链路的通信资源，而是在传送中一段一段地占用链路资源。

优点：高效、迅速、可靠

缺点：分组在路由器间存储转发时排队造成时延；无法确保通信时端到端所需带宽；分组交换网需要专门的管理和控制机制。

2、计算机网络类别：

1.按作用范围分：

1）：广域网（WAN）：范围几十到几千公里

2）：城域网（MAN）：范围一个城市（5~50km）

3）：局域网（LAN）：范围1km左右，但现在一个学校或企业往往拥有多个互连的局域网

4）：个人区域网（PAN）：范围10m左右

2.按网络的使用者分：

1）：公用网：电信公司出资的大型网络，按规定缴费的人均可使用。

2）：专用网：因特殊业务工作建造的网络，不向单位外的人提供服务

3、计算机网络性能指标：

1.速率：

数据的传送速率，也称数据率或比特率。单位bit/s（或b/s、bps）。现实中使用常省略单位，如“xxG的速率”（不规范说法）。通常指额定速率，不是实际速率。

2.带宽：

计算机网络中指单位时间内网络中某信道能通过的最高数据率。通信链路的带宽越宽，其所能传输的最高数据率越高。

3.吞吐量：

单位时间内通过某个网络的实际数据量，受带宽及额定速率限制。单位同速率，有时也用每秒传送字节数或帧数表示。

4.时延：

数据从网络一端传送到另一端所用时间，也称延迟或迟延。

时延组成：

1）：发送时延：主机或路由器发送数据帧所需时间，等于数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s)

2）：传播时延：电磁波在信道中传播一定距离所需时间，等于信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）

3）：处理时延：主机或路由器处理分组的时间，比如分析分组的首部、提取分组中数据部分、差错检验等

4）：排队时延：分组进入路由器、等待转发时产生，与网络当时的通信量正相关，通信量过大，造成分组丢失时，排队时延无穷大。

5）：总时延为以上四种时延之和。一般来说，小时延网络优于大时延网络。某些情况下，低速率、时延小的网络优于高速率、时延大的网络。

5.时延带宽积：

传播时延带宽积=传播时延×带宽

表示链路可容纳的bit量，又称为以比特为单位的链路长度。

6.往返时间（RTT）

有效数据率=数据长度/（发送时间+RTT）

发送时间=数据长度/发送速率

7.利用率：

1）：信道利用率指信道有百分之几的时间是被被利用的

2）：网络利用率指全网络信道利用率的加权平均值。

3）信道利用率并非越高越好，因为信道利用率增大，引起的时延也会迅速增加。拥有较大主干网的ISP通常控制信道利用率不超过50%，超过要扩容，增大带宽

4、计算机网络体系结构

开放系统互联基本参考模型（OSI）分为七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

传输控制协议/互联协议（TCP/IP）分为四层：应用层、运输层、网际层、网络接口层

综合TCP/IP和OSI的五层协议体系结构：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层

二、物理层

1、概念：

物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的特性，包括：

机械特性：接口所用接线器的形状、尺寸、引脚数目、排列等

电气特性：接口电缆上各条线出现的电压范围

功能特性：指明某条线上出现某个电压的意义

过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

2、数据通信基本知识

1.通信系统可划分为三大部分：源系统（又称发送端、发送方）、传输系统（又称传输网络）、目的系统（接收端、接收方）

1.源系统分为两大部分:

源点：产生要传输的数据（为数字比特流），又称源站、信源

发送器：将数据由数字比特流编码后传给传输系统

典型发送器：调制器

2.目的系统分为两个部分：

接收器：接受传输系统传输的信号，转化为目的设备能处理的信息

典型接收器：解调器

终点：接收传来的数字比特流，输出信息

信号分类：

模拟信号（连续信号）

数字信号（离散信号）

3.信道相关知识：

通信的三种基本方式

一条信道：

单向通信：只有一个方向的通信

两条信道：

双向交替通信：双方都可以发送信息，但不可以同时发送、接收

双向同时通信：双方可以同时发送和接收信息（效率最高）

基带信号（基本频带信号）：来自信源的信号，包含较多低频甚至直流成分

基带信号不能在信道传输，需要进行调制

调制分类：

基带调制（又叫编码）：调制后仍是基带信号（数字信号），但与信道特性适应。

带通调制：使用载波调制，将基带信号频率范围搬到较高频段，并转化为模拟信号

编码方式:

不归零制：1为高电平，0为低电平

归零制：1为正脉冲（从0到1到0），0为负脉冲（从0到-1到0）

曼彻斯特编码：1为从和高电平到低电平，0为从低电平到高电平

差分曼彻斯特：中心处均跳变，边界有跳变代表0，无跳变代表1

基本带通调制方法

调幅（AM）：将载波振幅随数字信号变化

调频（FM）：将载波频率随基带数字信号变化

调相（PM）：将在载波的初相位向随基带数字信号变化

限制码元在信道上的传输速率因素：

1）信道能通过的频率范围

信道中码元传输速率有上限，超过上限，会产生严重码间串扰问题。

信道频带越宽，可以使用更高速率传送码元而不会出现码间干扰

2）信噪比

信号平均功率与噪声平均功率之比（S/N)，单位(分贝）dB

信噪比 = 10log（S/N）

香农公式：

信道极限信息传输速率C

C=W·log2底（1+S/N）

W为信道带宽，单位Hz；

S为信道内所传信号的平均功率；

N为信道内部高斯噪声功率（即为噪声平均功率）

香农公式表明，信道中带宽、信噪比越大，信息的极限传播速率就越高

3、物理层下面的传输媒体

1.导引型传输媒体

双绞线（双扭线）：

用途广泛，多用于电话系统。模拟传输数字传输均可用，通信距离几到几十公里，分为屏蔽双绞线（STP)和无屏蔽双绞线（UTP)。衰减随频率升高而增大，使用更粗导线可降低衰减，但费用和重量会增加。

同轴电缆：

主要用于有线电视，其带宽取决于电缆质量

光缆（多根光纤的组合）：

光纤：有纤芯和包层构成双层通信圆柱体，光波在纤芯中传导。

多模光纤：存在多条不同角度入射的光纤在一条光纤中传输。光脉冲传输时会逐渐展宽造成失真，因此适用于近距离传输。

单模光纤：直径几微米，可使光线一直向前传播，不产生多次反射。成本高，光源是半导体激光器，衰耗小。

光纤优点：

通信容量大

传输损耗小

抗雷电、电磁干扰性好

无串音干扰，保密性好

体积小重量轻

用于计算机网络、电信网络、有线电视网络

2.非引导性传输媒体

无线电通信（运动中通信唯一手段）

分类：

短波通信（高频通信）：依靠电离层反射，通信质量较差，低速传输。

微波通信：直线传播，穿透电离层，传播距离50km，远距离通信需要在两个微波终端间建若干中继塔

优点：

频带宽、信道容量大

传输质量高

投资少，见效快

缺点:

相邻站间必须直视

受恶劣天气影响

隐蔽性、保密性差

中继站使用和维护耗费人力物力

卫星通信：用人造同步卫星为中继器的微波通信

优点：

通信距离远

覆盖范围广（偏远地区，远海通信依赖）

费用与距离无关

频带宽、通信容量大

所受干扰小、通信稳定

缺点：

传播时延较大（因为各地球站天线仰角不同）

保密性差

费用较高（卫星、火箭造价高）

红外通信、激光通信：用于近距离笔记本电脑间互传数据

4、信道复用技术

频分复用（FDM）：用户在同时占用不同频率带宽资源。

时分复用（TDM）：用户在不同时间占用同样的频带宽度（更利于数字信号传输）。

时分复用信道利用率不高（资源闲置）

统计时分复用：动态分配

波分复用（WDM）：就是光的频分复用，在光纤上复用光载波信号。一根光纤上复用几十路或更多光载波信号，叫密集波复用（DWDM)。

码分复用（CDM）：

码分多址（CDMA）：通过特殊挑选的不同码型，使得各用户在同样时间使用同样频带通信时，之间不会产生干扰。

5、数字传输系统

同步光纤网（SONET）：定义了同步传输线路速率的等级结构，整个同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。

SONET传输速率以51.84Mbit/s为基础。该速率对电信号称为第一级同步传送信号（STS-1），对光信号称为第一级光载波（OC-1）

国际电信联盟（国际电联，ITU-T）以SONET为基础，制定了国际标准同步数字系列（SDH）：基本速率为155.52Mbit/s（又称第一级同步传递模块，STM-1）

6、宽带接入技术

1.ADSL技术：

非对称数字用户线（ADSL）技术：对模拟电话用户线改造，使其能承载宽带数字业务。非对称含义：ADSL的下行（从ISP到用户）带宽远大于上行（从用户到ISP）带宽。

ADSL传输距离取决于数据率和用户线线径，传输速率越大，线径越小，传输距离越短。

基于ADSL接入网由以下三大部分组成：数字用户线接入复用器（DSLAM）、用户线、用户家中设施

其中，DSLAM包括许多ADSL调制解调器（成对使用，又称为接入端接单元，ATU）

ATU-R：用户端ADSL调制解调器

ATU-C：电话端/远端站调制解调器

ADSL优点：利用电话网中用户线，无需重新布线。

数字用户线：原先电话网中用户线加上两端调制解调器后变成可以传送数字信号的数字用户线（DSL）

2.光纤同轴混合网

光纤同轴混合网（HFC网）：在有线电视网基础上开发的居民宽带接入网。

HFC网将原有的有线电视网中的同轴电缆主干部分改为光纤。

头端到光纤结点（25km）是光纤，光纤结点到用户（2~3km)是同轴电缆。

要使模拟电视机接受数字电视信号，需要安装机顶盒，但如果需要利用HFC网接入互联网，需要增加电缆调制解调器（无需成对使用，安装在用户端，内置式一般在机顶盒里面）

3.FTTx技术

多种宽带光纤接入方式（FTTx）：表示将光线接入到x地点之后，进行光电转换

光纤到户（FTTH)：指的是将光纤一直拉到家门口之后才将光信号转换为电信号。

光纤到户缺点：

价格昂贵

超出需求

光纤干线到用户间的转换装置：光配线网（ODN），使得数十户家庭共享一根光纤通信。

无源光配线网（PON）：无电源，所以基本不需要维护，长期运营成本低

数据从光纤干线到用户的过程：

光纤干线->头端（光线路终端、OLT）->光分路器（以广播方式发送）->用户端的光网络单元(ONU）（光信号转化为电信号发送）->用户家

当ONU设置在用户家中，即为FTTH

无源光网络（PON）种类：

以太网无源光网络（EPON）：链路层用以太网协议，实现以太网接入

优点：

与现有以太网兼容性好、成本低、扩展性强、管理方便

吉比特无源光网络（GPON）：采用通用封装方法（GEM）可承载多种业务。