计算机网络

面向无连接和面向连接的最主要区别是什么？
答：主要的区别有两条。

其一：面向连接分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。

只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。

接着，当数据传输完毕，必须释放连接。

而面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输。

其二：面向连接的通信具有数据的保序性，而面向无连接的通信不能保证接收数据的顺序与发送数据的顺序一致。

OSI七层参考模型各层的功能：
第一层：物理层（PhysicalLayer)
规定通信设备的机械的、电气的、功能的和过程的特性，用以建立、维护和拆除物理链路连接。

数据的单位称为比特（bit）。

第二层：数据链路层(DataLinkLayer)
该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

在这一层，数据的单位称为帧（frame）。

第三层：网络层(Network Layer)
网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。

在这一层，数据的单位称为数据包（packet）。

网络层协议的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。

第四层：处理信息的传输层
为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。

所为透明的传输是指在通信过程中传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。

传输层协议的代表包括：TCP、UDP。

第五层：会话层(Session Layer)
会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。

第六层：表示层(Presentation Layer)
即提供格式化的表示和转换数据服务。

数据的压缩和解压缩，加密和解密等工作都由表示层负责。

第七层：应用层(Application Layer)
应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

应用层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等
Tcp/ip4层功能为：
应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、网络远程访问协议（Telnet）等。

传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送，应用程序之间的通信服务，主要功能是数据格式化、数据确认和丢失重传等。

如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。

互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。

网络接口层（主机-网络层）：接收IP数据包并进行传输，从网络上接收物理帧，抽取IP数据报转交给下一层，对实际的网络媒体的管理，定义如何使用实际网络（如Ethernet、Serial Line等）来传送数据。

计算机网络概念和公式
1 带宽
原来：指信号具有的频带宽度，单位hz（Khz ，MHZ）。

最小衰减下通过该介质的频率范围。

现在：指数字信道所能够传递的“最高数据率”的同意语。

单位“b/s、bit/s bps”。

更常用的带宽单位是
千比每秒，即kb/s （10^3 b/s），兆比每秒，即Mb/s（10^6 b/s）
吉比每秒，即Gb/s（10^9 b/s），太比每秒，即Tb/s（10^12 b/s）
请注意：在计算机界，K = 2^10 = 1024 M = 2^20 G = 2^30 T = 2^40
在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄
2 时延
发送时延（传输时延）=数据块长度（比特）/信道带宽（比特/秒）
发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

信道带宽。

数据在信道上的发送速率。

常称为数据在信道上的传输速率。

传播时延= 信道长度（米）/信号在信道上传播速度（米/秒）
电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

处理时延：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。

结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。

处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

有时可用排队时延作为处理时延。

总时延= 发送时延+ 传播时延+ 处理时延。

（具体情况分析，一般传播》》发送时延）。

往返时延：从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。

*对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。

*提高链路带宽减小了数据的发送时延。

时延带宽积= 传播时延⨯带宽。

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

3 信道最大数据传输率
最大数据传输率（无躁声）=2Hlog2 V bps V为离散级数（二进制为2）。

尼奎斯特。

最大数据传输率（有躁声）=Hlog2-（1+S/N）bps。

S/N信躁比。

1dB=10log10-(S/N) 香农。

数据传输率=波特率（每秒采样个数=码元率）Baud*每个采样位数。

4CSMA/CD常用计算公式
网络传播延迟=最大段长/信号传播速度
冲突窗口=网络传播延迟的两倍.(宽带为四倍)
最小帧长= 发送时间要大于冲突窗口。

例:10Mbps 2500米。

往返1次0.05ms, 512bit 64字节。

512/10Mbps=0.0512ms。

如果1Gbps,则6400字节。

或者变成250米。

5网络吞吐率T=单位时间内实际传送的位数。

注意：区分是否等-停协议。

以太网(IEEE 802.3)帧格式：
1、前导码：7字节0x55,一串1、0间隔，用于信号同步
2、帧起始定界符：1字节0xD5(10101011)，表示一帧开始
3、DA(目的MAC)：6字节
4、SA(源MAC)：6字节
5、类型/长度：2字节，0～1500保留为长度域值，1536～65535保留为类型域值(0x0600～0xFFFF)
6、数据：46～1500字节
7、帧校验序列(FCS)：4字节，使用CRC计算从目的MAC到数据域这部分内容而得到的校验和。

以CSMA/CD作为MAC算法的一类LAN称为以太网。

CSMA/CD冲突避免的方法：先听后发、边听边发、随机延迟后重发。

一旦发生冲突，必须让每台主机都能检测到。

关于最小发送间隙和最小帧长的规定也是为了避免冲突。

考虑如下极限的情况，主机发送的帧很小，而两台冲突主机相距很远。

在主机A发送的帧传输到B的前一刻，B开始发送帧。

这样，当A的帧到达B时，B检测到冲突，于是发送冲突信号。

假如在B的冲突信号传输到A之前，A的帧已经发送完毕，那么A将检测不到冲突而误认为已发送成功。

由于信号传播是有时延的，因此检测冲突也需要一定的时间。

这也是为什么必须有个最小帧长的限制。

按照标准，10Mbps以太网采用中继器时，连接的最大长度是2500米，最多经过4个中继器，因此规定对10Mbps以太网一帧的最小发送时间为51.2微秒。

这段时间所能传输的数据为512位，因此也称该时间为512位时。

这个时间定义为以太网时隙，或冲突时槽。

512位＝64字节，这就是以太网帧最小64字节的原因。

512位时是主机捕获信道的时间。

如果某主机发送一个帧的64字节仍无冲突，以后也就不会再发生冲突了，称此主机捕获了信道。

由于信道是所有主机共享的，为避免单一主机占用信道时间过长，规定了以太网帧的最大帧长为1500。

100Mbps以太网的时隙仍为512位时，以太网规定一帧的最小发送时间必须为5.12μs。

1000Mbps以太网的时隙增至512字节，即4096位时，4.096μs。

例题2 假定A、B 和C 站使用CDMA 系统同时发送比特0，它们的码片序列如下：A：（–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1）
B：（–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1）
C：（–1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1）
问各路信号合成的发送码片序列是什么？
解答
首先求三个码片序列的反码。

A ：（+1 +1 +1 –1 –1 +1 –1 –1）
B ：（+1 +1 –1 +1 –1 –1 –1 +1）
C ：（+1 –1 +1 –1 –1 –1 +1 +1）
然后得到
A +
B +
C = (+ 3 +1 +1 −1 − 3 −1 −1 +1)
例题3 某个CDMA 接收方收到一个如下所示的码片序列：
（–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1）
假如各发送站点的码片序列分别为：
A：（–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1）
B：（–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1）
C：（–1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1）
D：（–1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 –1）
那么，哪些站点发送了数据，每一站点发送了什么比特值？
解答
只须计算四个常规的内积：
（–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1）·（–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1）/ 8 = +1
（–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1）·（–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1）/ 8 = –1 （–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1）·（–1 +1 –1 +1 +1 +1 –1 –1）/ 8 = 0
（–1 +1 –3 +1 –1 –3 +1 +1）·（–1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 –1）/ 8 = +1
海明码计算解析案例
例题1：
使用海明码进行纠错，7位码长（X7X6X5X4X3X2X１），其中4位数据，监督关系式为：C0 = x1+x3+x5+x7
C1 = x2+x3+x6+x7
C2 = x4+x5+x6+x7
如果接收到的码字为1000101，那么纠错后的码字是（）
解答:
接收到的码字为1000101，代入关系式。

得X7=X3=X1=1，X6=X5=X4=X2=0。

得出：C2=1，C1=0，C0=1，得C2C1C0=101，代入8421码，等于5，可知第五位出错。

纠错后的码字为：1010101
从左往右1000101分别对应X7X6X5X4X3X2X1,将x1—x7带入
c0 = x1+x3+x5+x7
c1 = x2+x3+x6+x7
c2 = x4+x5+x6+x7
运算，即可得C2=1，C1=0，C0=1，对应101等于5，可知第五位出错。

注意，上面的加号是异或的符号。

例题2：
已知海明码的监督关系式为：
S2=a2+a3+a4+a6
S1=a1+a4+a5+a6
S0=a0+a3+a4+a5
接收端收到的码字为a6a5a4a3a2a1a0=1010100，问在最多一位错的情况下发送端发送的码字是什么？（写出推演过程）。

答案：
1）根据海明码的监督关系式，得下表：
2）将a6a5a4a3a2a1a0=1010100分别代入海明码的监督关系式得：(其中"+"号表示异或运算)：
s2=1+0+1+1=1
s1=0+1+0+1=0
s0=0+0+1+0=1
即s2s1s0=101
3）查表可知：接收到的比特序列第4位有错，正确的应是：a6a5a4a3a2a1a0=1011100
例1. 已知：信息码为："0010"。

海明码的监督关系式为：
S2=a2+a4+a5+a6
S1=a1+a3+a5+a6
S0=a0+a3+a4+a6
求：海明码码字。

解：
1) 由监督关系式知冗余码为a2a1a0。

2) 冗余码与信息码合成的海明码是："0010a2a1a0"。

设S2=S1=S0=0,由监督关系式得：
a2=a4+a5+a6=1
a1=a3+a5+a6=0
a0=a3+a4+a6=1
因此，海明码码字为："0010101"
例2. 已知：海明码的监督关系式为：
S2=a2+a4+a5+a6
S1=a1+a3+a5+a6
S0=a0+a3+a4+a6
接收码字为："0011101" ( n=7 )
求：发送端的信息码。

解：
1)由海明码的监督关系式计算得 S2S1S0 = 011 。

2)由监督关系式可构造出下面错码位置关系表：
S2S1S0 000 001 010 100 011 101 110 111
错码位置无错 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6
3)由S2S1S0=011查表得知，错码位置是a3 。

4)纠错--对码字的a3位取反得正确码字："0 0 1 0 1 0 1"
5)把冗余码a2a1a0删除，得发送端的信息码："0010"
海明码举例分析（监督关系与信息码冗余位）
1、在海明码编码方法中，若冗余位为3位，且与错码位置的对应关系为
S2S1S0 111 110 101 011 100 010 001 000
错码位置 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 无错
则S1的监督关系式为( )。

A. S1=a1+a3+a5+a6
B. S1=a2+a3+a4+a6
C. S1=a1+a3+a4+a5
D. S1=a1+a2+a5+a6
2、使用海明码进行前向纠错，如果冗余位为4位，那么信息位最多可以用到位。

解析：
我们通过查看S1不难发现，当S2S1S0为000时无错，则S1的对应关系必为1，
题中S2S1S0就是S1=1，即S1出错。

上面A6(111)A5(110)A3(011)A1(010)中间的S1均为1，a6,a5,a3,a1中任何一位出错，均可使s1为1，由此可得监督关系式为：S1=a1+a3+a5+a6
对于此题，我们可以变相的出题，如先看001, 对应S2S1S0就是S0=1，即S0出错，而S0=a0+a3+a4+a6
这样明白了吗？只要根据题目要求找到S对应的1便能能处理问题。

这样应该比较简单，也不必记忆别的。

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海明码的信息位，海明码是一种可以纠正一位差错的编码。

它是利用在信息位为k位，增加r位冗余位，构成一个n=k+r位的码字，然后用r个监督关系式产生的r个校正因子来区分无错和在码字中的n个不同位置的一位错。

满足以下关系式：2^ r>=k+r+1 式中，k为信息位位数，r为增加冗余位位数
代入公式，2^4 >=k+4+1 不难求解出k<=11 公式记忆是解决问题的关键。

例：假设生成多项式G(X)=X³+X+1，4位的原始报文为1010，求CRC编码后的报文。

解析：R=生成多项式的最高次幂=3，K=报文的长度=4，N=R+K=7
生成多项式G(X)对应的二进制数为1011，将原始报文C(X)左移R（3）位，得到1010000，再和1011进行模2除法运算，最后得到余数为011，则报文编码后得到的报文即CRC码为1010011。

若发送发的消息为1010011，接收方得到的数据为1010001，然后将这个数据与1011做模2除运算，得到余数为010。

说明第二位出错这里只需对它求反即可。