408计算机网络 冲刺总结day1

第一章 计算机网络的体系结构

1. 计算机网络的分层结构

协议、接口、服务

协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】
接口（访问服务点SAP：上层使用下层服务的入口。
服务：下层为相邻上层提供的功能调用。

ISO/OSI参考模型+TCP/IP模型

1）应用层 应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的界面。应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI参考模型环境的手段。 典型应用层服务：文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）、万维网（HTTP）
2）表示层 表示层主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。不同机器采用的编码和表示方法不同，使用的结构也不同。为了是不同的表示方法的数据和信息之间能互相交换，表示层采用抽象的标准方法定义数据结构，并采用标准的编码形式。
主要功能：数据格式交换，数据加密解密，数据压缩和恢复。
3）会话层 向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。
主要功能：建立、管理和终止会话；使用校验点可使会话在失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。（适用于传输大文件）主要协议：ADSP/ASP
4）传输层 负责主机中两个进程地通信，即端到端地通信。传输单位是报文段或用户数据报。
主要功能：可靠传输、不可靠传输；差错控制；流量控制；复用分用
复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。
5）网络层 主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上地不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。
主要功能：路由控制；流量控制；差错控制；拥塞控制（若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组地话，网络就处于拥塞状态。因此要采用一定措施，缓解这种拥塞）。
主要协议：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF。
6）数据链路层 主要任务是把网络层传下来地数据报组装成帧。数据链路层/链路层地传输单位是帧。
主要功能：物理寻址；成帧（定义帧的开始和结束）；差错控制（帧错+位错）；流量控制；访问（接入）控制，控制对信道的访问。
主要协议：SDLC、HDLC、PPP、STP。
7）物理层 主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明运输。物理层传输单位是比特。
透明传输：指不管所传输数据是什么样的比特组合，都能当能够在链路上传送。
主要功能：定义接口特性；定义传输模式（单工，双工，半双工）；定义传输速率；比特同码；比特编码。

【2011全国联考】 TCP/IP参考模型的网络层提供的是 。A
A．无连接不可靠的数据报服务 B．无连接可靠的数据报服务
C．有连接不可靠的虚电路服务 D．有连接可靠的虚电路服务

第二章 物理层

2. 通信基础概念

码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，当码
元的离散状态有M个时，此时码元为M进制码元。1码元可携带多个比特信息。
4进制码元→码元的离散状态有4个→4种高低不同的信号波形
速率（数据率）: 数据传输速率。
• 码元传输速率：单位时间传输的码元个数（脉冲个数或信号变化的次数），波特（Baud）
• 信息传输速率/比特率：单位时间传输的比特数，比特/秒（b/s）
关系：若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M×n bit/s。
• 带宽：
（1）模拟信号系统中：输入信号的最高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽，其单位为赫兹(Hz)
（2）数字设备中：在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率” ，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力，其单位为比特/秒（b/s）
【2011全国联考】34.若某通信链路的数据传输速率为2400bit/s，采用4相位调制，则该链路的波特率是_____。
A．600波特 B．1200波特 C．4800波特 D．9600波特

3. 奈氏准则&香农定理

影响失真程度的因素： 1.码元传输速率2.信号传输距离3.噪声干扰4.传输媒体质量

奈氏准则

定义： 在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud，W是信道带宽，单位是Hz。
码间串扰： 接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象。
理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog₂V （b/s）（2W是带宽Hz，log₂V几种码元/码元的离散电平数目）
1.在任何信道中，码元传输的速率是有上限的。若传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的完全正确识别成为不可能。
2.信道的频带越宽（即能通过的信号高频分量越多），就可以用更高的速率进行码元的有效传输。
3.奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并没有对信息传输速率给出限制。
4.由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多个比特的
信息量，这就需要采用多元制的调制方法。

香农定理

定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。信道的极限数据传输速率=Wlog₂(1+S/N) （b/s）（W是带宽Hz,1+S/N是信噪比，S是信道所传信号的平均功率,N是信道内的高斯噪声功率）
噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声随机产生，它的瞬时值有时会很大，因此噪声会使接收端对码
元的判决产生错误。但是噪声的影响是相对的，若信号较强，那么噪声影响相对较小。因此，信噪比就很重要。
信噪比=信号的平均功率/噪声的平均功率，常记为S/N，并用分贝（dB）作为度量单位，即：
信噪比（dB）=10log₁₀(S/N) 数值等价
1.信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
2.对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。
3.只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无差错的传输。
4.香农定理得出的为极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少。
5.从香农定理可以看出，若信道带宽W或信噪比S/N没有上限（不可能），那么信道的极限信息传输速率也就没有上
限。

【2016全国联考】34. 若连接R2和R3链路的频率带宽为8kHz，信噪比为30dB，该链路实际数据传输速率
约为理论最大数据传输速率的50%，则该链路的实际数据传输速率约是 。C
A．8kbps B．20kbpsC．40kbps D．80kbps

4. 编制与调制

把数据变换为模拟信号的过程称为调制，把数据变换为数字信号的过程称为编码
1）数字数据编码为数字信号

归零编码【RZ】
信号电平在一个码元之内都要恢复到零的这种编码成编码方式。
非归零编码【NRZ】
编码容易实现，但没有检错功能，且无法判断一个码元的开始和结束，以至于收发双方难以保持同步。
反向非归零编码【NRZI】
用信号的翻转代表0、信号保持不变代表1。翻转的信号本身可以作为一种通知机制。这种编码方式集合了前面两种编码的优点，既能传输时钟信号，又能尽量不损失带宽。USB2.0通信的编码方式就是NRZI编码。
曼彻斯特编码
将一个码元分成两个相等的间隔，前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示码元1；码元0则正好相反。也可以采用相反的规定。该编码的特点是在每一个码元的中间出现电平跳变，位中间的跳变既作时钟信号（可用于同步），又作数据信号，但它所占的频带宽度是原始的基带宽度的两倍。每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。
差分曼彻斯特编码
常用于局域网传输，其规则是：若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，若为0，则相反。该编码的特点是，在每个码元的中间，都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性强于曼彻斯特编码。
4B/5B编码
比特流中插入额外的比特以打破一连串的0或1，就是用5个比特来编码4个比特的数据，之后再传给接收方，因此称为4B/5B。编码效率为80%。只采用16种对应16种不同的4位码，其他的16种作为控制码（帧的开始和结束，线路的状态信息等）或保留。
2）数字数据调制为模拟信号
数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制
解调器的调制和解调过程。
3）模拟数据编码为数字信号
计算机内部处理的是二进制数据，处理的都是数字音频，所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表
示的离散序列（即实现音频数字化）。
最典型的例子就是对音频信号进行编码的脉码调制（PCM），在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是
PCM编码，被广泛用于素材保存及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用。它主要包括三步：
抽样、量化、编码。
1.抽样：对模拟信号周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。
为了使所得的离散信号能无失真地代表被抽样的模拟数据，要使用采样
定理进行采样：f_采样频率≥ 2f_{信号最高频率}
2.量化： 把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值，并取
整数，这就把连续的电平幅值转换为离散的数字量。
3.编码：把量化的结果转换为与之对应的二进制编码。
4）模拟数据调制为模拟信号
为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术，充分利用带宽
资源。在电话机和本地交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式；模拟的声音数据是加
载到模拟的载波信号中传输的。

A

5. 数据交换方式

电路交换

电路交换的原理： 在数据传输期间，源结点与目的结 点之间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前，这条线路一直保持。
电路交换分为三个阶段： 连接建立、数据传输和连接释放。
电路交换特点： 独占资源，用户始终占用端到端的固定传输带宽。适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况。

报文交换

报文： 报文(message)是网络中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。报文包含了将要发送的
完整的数据信息，其长短很不一致，长度不限且可变。

报文交换的原理： 无需在两个站点之间建立一条专用通路，其数据传输的单位是报文，传送过程采用存储转发方式。

分组交换

分组： 大多数计算机网络都不能连续地传送任意长的数据，所以实际上网络系统把数据分割成小块，然后逐 块地发送，这种小块就称作分组（packet）。
分组交换的原理： 分组交换与报文交换的工作方式基本相同，都采用存储转发方式，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度，一般选128B。 发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。接收结点将收到的分组组装成信息或报文。

数据交换方式的选择：

数据报方式

数据报方式的过程：
1.源主机（A）将报文分成多个分组，依次发送到直接相连的结点（A）。
2.结点A收到分组后，对每个分组差错检测和路由选择，不同分组的下一跳结点可能不同。
3.结点C收到分组P1后，对分组P1进行差错检测，若正确则向A发送确认信息，A收到C确认后则丢弃分组P1副本。
4.所有分组到家辽（主机B）！
数据报方式的特点：
1.数据报方式为网络层提供无连接服务。发送方可随时发送分组，网络中的结点可随时接收分组。
无连接服务：不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组传输路径可能不同。
2.同一报文的不同分组达到目的结点时可能发生乱序、重复与丢失。
3.每个分组在传输过程中都必须携带源地址和目的地址，以及分组号。
4.分组在交换结点存储转发时，需要排队等候处理，这会带来一定的时延。当通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时，这种时延会大大增加，交换结点还可根据情况丢弃部分分组。
5.网络具有冗余路径，当某一交换结点或一段链路出现故障时，可相应地更新转发表，寻找另一条路径转发分 组，对故障的适应能力强，适用于突发性通信，不适于长报文、会话式通信。

虚电路方式

虚电路将数据报方式和电路交换方式结合，以发挥两者优点。
**虚电路：**一条源主机到目的主机类似于电路的路径（逻辑连接），路径上所有结点都要维持这条虚电路的建立， 都维持一张虚电路表，每一项记录了一个打开的虚电路的信息。

虚电路方式的特点：
1.虚电路方式为网络层提供连接服务。源节点与目的结点之间建立一条逻辑连接，而非实际物理连接。
连接服务：首先为分组的传输确定传输路径（建立连接），然后沿该路径（连接）传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输结束后拆除连接。
2.一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，分组不需携带源地址、目的地址等信息，包含虚电路号，相对数据报方式开销小，同一报文的不同分 组到达目的结点时不会乱序、重复或丢失。
3.分组通过虚电路上的每个节点时，节点只进行差错检测，不需进行路由选择。
4.每个节点可能与多个节点之间建立多条虚电路，每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输，可以对两个数据端点的流量进行控制，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务。
5.致命弱点： 当网络中的某个结点或某条链路出故障而彻底失效时，则所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏。
对比：


D

6. 物理层设备&传输介质

传输介质

物理接口特性

物理层设备

【2012全国联考】34.在物理层接口特性中，用于描述完成每种功能的事件发生顺序的是 。
A．机械特性 B．功能特性C．过程特性 D．电气特性