南邮计算机网络复习提纲复习_杨庚主编
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主机A 应用进程A 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层 路由器A 网 络 层 路由器B 网 络 层 应 表 会 传 网 主机B 应用进程B 用 示 话 输 络 层 层 层 层 层
OSI环境
数据链路层 物 理 层 传输介质
数据链路层 物 理 层 传输介质
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 传输介质 理 层
2 ACK 2
3
接收端
1
3
•连续工作方式 • 拉回方式 (Go-back-N 连续ARQ协议) 重传出错帧以后 所有已传的帧
重传 发送端 0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6
接收端
0 ACK1 NAK
1
2 丢弃
3
4
5
2 ACK3
3
4
5
6
ACK0
ACK2 (a) 重传
发送端
0
1
2
3
4
5
2
6
7
8
• 令牌环 token ring
－采用令牌的确定性访问控制方法
载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD 协议
• CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 • “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式 连接在一根总线上。 • “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要 检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据， 如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 • 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听” 就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发 送的数据信号。
• •
•
•
S＝B(Log2N)
只有当脉冲信号只有两个状态，即N=2时，或二相调制时，这时比特率等于波 特率。
例如：已知某个信道的信号传输速率为128kb/s，一个载波信号码元 有16个有效离散值，则该信道的波特率为多少？ 答：128kb/s=B(Log216) B=32KBaud
波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。
• 二、计算机网络定义的基本内容
• 资源共享观点的定义：以能够相互共享资源 的方式互联起来的自治计算机系统的集合。
• 网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享； • 互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独 立的“自治计算机系统”； • 联网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络 协议。
三、计算机网络的组成与结构
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 4
注意加入或剥去首部（尾部）的层次
应用层首部 运输层首部 网络层首部 链路层 首部
H2 H3 H3 H4 H4 H4 H5 H5 H5 H5
计算机 2 AP2
应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 链路层 尾部
9
• 选择重发方式 (选择重传ARQ协议) 只重传出错帧
接收端
0
1
2 丢弃
3
4
5
2
6
7
8
9
ACK0
ACK1 ACK3 NAK ACK4
ACK5 ACK6 ACK2 (b)
滑动窗口方式中，确认采用的是捎带确认，如ACK5意味着期待接收5号帧，4 号帧及以前各帧已正确接收
• 停止等待协议,：发送窗口大小为１，接收窗口大 小为1，在发送一帧之前必须等待下一帧的确认， 致使适应于短信道，对长信道效率很低。 • 连续ARQ协议：发送窗口大小>1，接收窗口大小为 1，引入了管道化技术，允许发送方发送n帧之前 而不需要等待确认，但是，如果某一帧发生错误， 必须从发生错误帧处开始重新传输; • 选择重传ARQ协议：发送窗口大小>1，接收窗口大 小>1，引入管道化和否定性确认帧，对发生错误 的帧单独重传，并缓存错误帧之后发送的帧与退 后n帧arq相比，减少了出错帧之后所有帧都要重 传的开销。
T2
5
4 3 2 1
3
2 1
10100110100101 比 特 流 110101110101
七、信号的概念 • 数据是信息的载体； • 信号是数据的载体，是数据在传输过程中电信 号的表示形式； • 模拟信号（analog signal）的信号电平是连续 变化的； • 数字信号（digital signal）是用两种不同的电 平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示； • 按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统 分为模拟通信系统与数字通信系统两种。
• 计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能； • 早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源 子网和通信子网两个部分； • 资源子网—负责数据处理的主计算机与终端， 资源包括：计算机硬件、软件和数据 • 通信子网—负责数据通信处理的通信控制处理机与通 信线路 ，如路由器和光纤
四、实际网络系统中常用的三种交 换比较
–波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个 码元）。 码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速 率。 – 比特是信息量的单位。 • 香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时， 数据传输速率Rmax与信道带宽B （以 Hz 为单位），信 噪比S/N的关系为 Rmax = B· log2（1+S/N） S/N为信噪比(无量纲）； – S 为信道内所传信号的平均功率； – N 为信道内部的高斯噪声功率。
调制速率（或波特率、码元率）
• 数据以代码形式传输，代码由码元组成。传输时码元可以用波形来表示，用一种 波形来表示一个码元或几个码元的组合。波形的持续时间与它所代表的码元组合 的时间长度一一对应，波形持续时间越短，单位时间内传输的波形数就越多，或 者说传输的数据越多，数据传输速率就越高。调制速率就是单位时间传输的电信 号个数（或码元）。调制速率的单位是波特(baud)，计算公式如下： B＝1／T（一波特表示每秒传输一码元） 其中 T为一个电信号（脉冲）波形的持续时间。调制速率不等于数据传输速率。 调制速率与数据传输速率的关系如下：
b3
b4 P/F P/F P/F
b5
b6 N(R) N(R) 未分配
b7
未分配
F（flag） ：固定格式— 01111110 作用— 帧同步 传输数据的透明性（0比特插入与删除）
十二、介质访问控制方法: 在共享介质的情况下需要 • 带有冲突检测的载波侦听多路访问 CSMA/CD －非确定性随机访问控制方法
五、时延(delay 或 latency)
• 数据经历的总时延就是发送时延、传播 时延和处理时延之和：
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延
发送时延 = 数据块长度（比特） 信道带宽（比特/秒） 信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒）
传播时延 = 处理时延 时间。
交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的
同步
九、 数据链路层的主要功能 • • • • • • 链路管理 帧定界功能 流量控制 差错控制 帧的透明传输 寻址
数据链路层协议 — 为实现数据链路控制功能而 制定的规程或协议。
十、反馈重发机制的分类
•停止等待方式 (停止等待协议) –是最简单但也是最基本的数据链路层协议
发送端
1 ACK
2 NAK 2
• 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码已被某些局 域网的标准采用 • 缺点是在每比特的持续时间内将可能出现多达 两次跳变，编码效率只有50%。
八、多路复用技术
多路 高速通信线路 多路 复用器 复用器
„„
„„
多路复用器的主要功能是结合来自两条或多条线路的传输
复用技术
频分复用
时分复用
波Fra Baidu bibliotek复用
码分复用
异步
十一、典型数据链路层面向比特型协议 — HDLC
HDLC的帧结构
标志字段F 地址字段A 控制字段C (8位) (8/16位) (8位) 信息字段I (长度可变) 帧校验字段FCS 标志字段F (16/32位) (8位)
b0 信息帧I 监控帧S 无编号帧U 0 1 1 0 1
b1
b2 N(S) 监控
• 虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式 结合起来，充分发挥两种方法的优点; • 数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方 之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组 发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻 辑连接的虚电路; • 虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过 程分为以下三个阶段：连接建立、数据传输与 连接释放阶段； • 报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。 分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱 序的现象。
线路交换(电路交换) 报 文 报文交换 分组交换 连接建立
数据传送
报文
报 文
连接释放 报 文 t A B C D A B C D A B C D
• 数据报是分组存储转发的一种形式； • 不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”，报 文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会 话式通信； • 源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径， 必须带有目的地址与源地址； • 每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的 主机，可能出现乱序、重复与丢失现象；
碰撞检测
• “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上 的信号电压大小。 • 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信 号电压摆动值将会增大（互相叠加）。 • 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门 限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送 数据，表明产生了碰撞。 • 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测” 也称为“冲突检测”。
码元与信息量
• 码元是承载信息的基本信号单位。比如用脉冲信号表 示数据有效值状态，一个单位脉冲就是一码元。
• • • • 一码元能承载多少信息量是由脉冲信号所能表示的 数据有效值状态个数决定的。 一个单位脉冲信号，当表示二进制代码0和1两个状 态有效值时，一码元能携带1bit信息，即一位。 一个单位脉冲信号，当表示二进制代码00、01、10、 11四个有效值时，一码元能携带2bit信息，即两位。 一个单位脉冲信号，当表示二进制代码000、001、 010 、 011 、 100 、 101 、 110 、 111 八个有效值时，一 码元能携带3bit信息，即三位。
一、计算机网络发展阶段的划分 第一阶段：20世纪50年代（面向终端的计算机网络 第一 代） 数据通信技术的研究与发展 为网络的产生奠定了理论基础 第二阶段：20世纪60年代（计算机—计算机网络 第二代） ARPAnet与分组交换技术的研究与发展,ARPAnet 为Internet的形成奠定了基础 第三阶段：20世纪70年代（开放式标准化网络 第三代） 网络体系结构与协议标准化的研究 第四阶段：20世纪90年代（网络计算新时代）
通信两端的对等层之间必须采用相同的协议，如传输层
TCP/IP 参考模型与 OSI 参考模型的对应关系
OSI参考模型 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 应 层 层 层 层 互 联 层 传 输 层 用 层 TCP/IP参考模型
数据链路层 物 理 层 主机-网络层
OSI模型和TCP/IP协议族的层次结构和层次之间有着严格的单向依赖关系， 上层依赖下层提供的服务来完成本层的工作并为自己的上层提供服务。
六、网络体系结构
•网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系 结构 •体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬 件和软件。
网络协议的组成要素
• 语法 数据与控制信息的结构或格式 。 • 语义 需要发出何种控制信息，完成何种 动作以及做出何种响应。 • 时序 事件实现顺序的详细说明。
OSI参考模型的结构
三种时延所产生的地方
在队列中产生 处理时延
从结点 A 向结点 B 发送数据
在链路上产生 传播时延
在发送器产生发送时延 (即传输时延) 数据 队列 结点 A 发送器
1011001 …
链路 结点 B
• 往返时延 RTT (Round-Trip Time) ：表示从发送端发 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。
• S/N(dB)=10lg(S/N)
数字数据编码方法
曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编 码
曼彻斯特编码（Manchester Encoding）
• 为了自带位同步（或称比特同步）信号而采用 的一种编码方法 • 在曼彻斯特编码中每个比特持续时间分为两半， 在发送比特1时，前一半时间电平为高，而后 一半时间电平为低；在发送比特0时则正好相 反。这样，在每个比特持续时间的中间肯定有 一次电平的跳变，接收方可以通过检测该跳变 来保持与发送方的比特同步。
OSI环境
数据链路层 物 理 层 传输介质
数据链路层 物 理 层 传输介质
数据链路层 物 理 层
数据链路层 物 传输介质 理 层
2 ACK 2
3
接收端
1
3
•连续工作方式 • 拉回方式 (Go-back-N 连续ARQ协议) 重传出错帧以后 所有已传的帧
重传 发送端 0 1 2 3 4 5 2 3 4 5 6
接收端
0 ACK1 NAK
1
2 丢弃
3
4
5
2 ACK3
3
4
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6
ACK0
ACK2 (a) 重传
发送端
0
1
2
3
4
5
2
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• 令牌环 token ring
－采用令牌的确定性访问控制方法
载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD 协议
• CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 • “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式 连接在一根总线上。 • “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要 检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据， 如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 • 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听” 就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发 送的数据信号。
• •
•
•
S＝B(Log2N)
只有当脉冲信号只有两个状态，即N=2时，或二相调制时，这时比特率等于波 特率。
例如：已知某个信道的信号传输速率为128kb/s，一个载波信号码元 有16个有效离散值，则该信道的波特率为多少？ 答：128kb/s=B(Log216) B=32KBaud
波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。
• 二、计算机网络定义的基本内容
• 资源共享观点的定义：以能够相互共享资源 的方式互联起来的自治计算机系统的集合。
• 网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享； • 互联的计算机是分布在不同地理位置的多台独 立的“自治计算机系统”； • 联网计算机在通信过程中必须遵循相同的网络 协议。
三、计算机网络的组成与结构
计算机 1 向计算机 2 发送数据
计算机 1 AP1 5 4
注意加入或剥去首部（尾部）的层次
应用层首部 运输层首部 网络层首部 链路层 首部
H2 H3 H3 H4 H4 H4 H5 H5 H5 H5
计算机 2 AP2
应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 链路层 尾部
9
• 选择重发方式 (选择重传ARQ协议) 只重传出错帧
接收端
0
1
2 丢弃
3
4
5
2
6
7
8
9
ACK0
ACK1 ACK3 NAK ACK4
ACK5 ACK6 ACK2 (b)
滑动窗口方式中，确认采用的是捎带确认，如ACK5意味着期待接收5号帧，4 号帧及以前各帧已正确接收
• 停止等待协议,：发送窗口大小为１，接收窗口大 小为1，在发送一帧之前必须等待下一帧的确认， 致使适应于短信道，对长信道效率很低。 • 连续ARQ协议：发送窗口大小>1，接收窗口大小为 1，引入了管道化技术，允许发送方发送n帧之前 而不需要等待确认，但是，如果某一帧发生错误， 必须从发生错误帧处开始重新传输; • 选择重传ARQ协议：发送窗口大小>1，接收窗口大 小>1，引入管道化和否定性确认帧，对发生错误 的帧单独重传，并缓存错误帧之后发送的帧与退 后n帧arq相比，减少了出错帧之后所有帧都要重 传的开销。
T2
5
4 3 2 1
3
2 1
10100110100101 比 特 流 110101110101
七、信号的概念 • 数据是信息的载体； • 信号是数据的载体，是数据在传输过程中电信 号的表示形式； • 模拟信号（analog signal）的信号电平是连续 变化的； • 数字信号（digital signal）是用两种不同的电 平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示； • 按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统 分为模拟通信系统与数字通信系统两种。
• 计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能； • 早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源 子网和通信子网两个部分； • 资源子网—负责数据处理的主计算机与终端， 资源包括：计算机硬件、软件和数据 • 通信子网—负责数据通信处理的通信控制处理机与通 信线路 ，如路由器和光纤
四、实际网络系统中常用的三种交 换比较
–波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个 码元）。 码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速 率。 – 比特是信息量的单位。 • 香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时， 数据传输速率Rmax与信道带宽B （以 Hz 为单位），信 噪比S/N的关系为 Rmax = B· log2（1+S/N） S/N为信噪比(无量纲）； – S 为信道内所传信号的平均功率； – N 为信道内部的高斯噪声功率。
调制速率（或波特率、码元率）
• 数据以代码形式传输，代码由码元组成。传输时码元可以用波形来表示，用一种 波形来表示一个码元或几个码元的组合。波形的持续时间与它所代表的码元组合 的时间长度一一对应，波形持续时间越短，单位时间内传输的波形数就越多，或 者说传输的数据越多，数据传输速率就越高。调制速率就是单位时间传输的电信 号个数（或码元）。调制速率的单位是波特(baud)，计算公式如下： B＝1／T（一波特表示每秒传输一码元） 其中 T为一个电信号（脉冲）波形的持续时间。调制速率不等于数据传输速率。 调制速率与数据传输速率的关系如下：
b3
b4 P/F P/F P/F
b5
b6 N(R) N(R) 未分配
b7
未分配
F（flag） ：固定格式— 01111110 作用— 帧同步 传输数据的透明性（0比特插入与删除）
十二、介质访问控制方法: 在共享介质的情况下需要 • 带有冲突检测的载波侦听多路访问 CSMA/CD －非确定性随机访问控制方法
五、时延(delay 或 latency)
• 数据经历的总时延就是发送时延、传播 时延和处理时延之和：
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延
发送时延 = 数据块长度（比特） 信道带宽（比特/秒） 信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒）
传播时延 = 处理时延 时间。
交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的
同步
九、 数据链路层的主要功能 • • • • • • 链路管理 帧定界功能 流量控制 差错控制 帧的透明传输 寻址
数据链路层协议 — 为实现数据链路控制功能而 制定的规程或协议。
十、反馈重发机制的分类
•停止等待方式 (停止等待协议) –是最简单但也是最基本的数据链路层协议
发送端
1 ACK
2 NAK 2
• 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码已被某些局 域网的标准采用 • 缺点是在每比特的持续时间内将可能出现多达 两次跳变，编码效率只有50%。
八、多路复用技术
多路 高速通信线路 多路 复用器 复用器
„„
„„
多路复用器的主要功能是结合来自两条或多条线路的传输
复用技术
频分复用
时分复用
波Fra Baidu bibliotek复用
码分复用
异步
十一、典型数据链路层面向比特型协议 — HDLC
HDLC的帧结构
标志字段F 地址字段A 控制字段C (8位) (8/16位) (8位) 信息字段I (长度可变) 帧校验字段FCS 标志字段F (16/32位) (8位)
b0 信息帧I 监控帧S 无编号帧U 0 1 1 0 1
b1
b2 N(S) 监控
• 虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式 结合起来，充分发挥两种方法的优点; • 数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方 之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组 发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻 辑连接的虚电路; • 虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过 程分为以下三个阶段：连接建立、数据传输与 连接释放阶段； • 报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。 分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱 序的现象。
线路交换(电路交换) 报 文 报文交换 分组交换 连接建立
数据传送
报文
报 文
连接释放 报 文 t A B C D A B C D A B C D
• 数据报是分组存储转发的一种形式； • 不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”，报 文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会 话式通信； • 源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径， 必须带有目的地址与源地址； • 每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的 主机，可能出现乱序、重复与丢失现象；
碰撞检测
• “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上 的信号电压大小。 • 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信 号电压摆动值将会增大（互相叠加）。 • 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门 限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送 数据，表明产生了碰撞。 • 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测” 也称为“冲突检测”。
码元与信息量
• 码元是承载信息的基本信号单位。比如用脉冲信号表 示数据有效值状态，一个单位脉冲就是一码元。
• • • • 一码元能承载多少信息量是由脉冲信号所能表示的 数据有效值状态个数决定的。 一个单位脉冲信号，当表示二进制代码0和1两个状 态有效值时，一码元能携带1bit信息，即一位。 一个单位脉冲信号，当表示二进制代码00、01、10、 11四个有效值时，一码元能携带2bit信息，即两位。 一个单位脉冲信号，当表示二进制代码000、001、 010 、 011 、 100 、 101 、 110 、 111 八个有效值时，一 码元能携带3bit信息，即三位。
一、计算机网络发展阶段的划分 第一阶段：20世纪50年代（面向终端的计算机网络 第一 代） 数据通信技术的研究与发展 为网络的产生奠定了理论基础 第二阶段：20世纪60年代（计算机—计算机网络 第二代） ARPAnet与分组交换技术的研究与发展,ARPAnet 为Internet的形成奠定了基础 第三阶段：20世纪70年代（开放式标准化网络 第三代） 网络体系结构与协议标准化的研究 第四阶段：20世纪90年代（网络计算新时代）
通信两端的对等层之间必须采用相同的协议，如传输层
TCP/IP 参考模型与 OSI 参考模型的对应关系
OSI参考模型 应 表 会 传 网 用 示 话 输 络 层 应 层 层 层 层 互 联 层 传 输 层 用 层 TCP/IP参考模型
数据链路层 物 理 层 主机-网络层
OSI模型和TCP/IP协议族的层次结构和层次之间有着严格的单向依赖关系， 上层依赖下层提供的服务来完成本层的工作并为自己的上层提供服务。
六、网络体系结构
•网络层次结构模型与各层协议的集合称为网络体系 结构 •体系结构是抽象的，而实现是指能够运行的一些硬 件和软件。
网络协议的组成要素
• 语法 数据与控制信息的结构或格式 。 • 语义 需要发出何种控制信息，完成何种 动作以及做出何种响应。 • 时序 事件实现顺序的详细说明。
OSI参考模型的结构
三种时延所产生的地方
在队列中产生 处理时延
从结点 A 向结点 B 发送数据
在链路上产生 传播时延
在发送器产生发送时延 (即传输时延) 数据 队列 结点 A 发送器
1011001 …
链路 结点 B
• 往返时延 RTT (Round-Trip Time) ：表示从发送端发 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。
• S/N(dB)=10lg(S/N)
数字数据编码方法
曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编 码
曼彻斯特编码（Manchester Encoding）
• 为了自带位同步（或称比特同步）信号而采用 的一种编码方法 • 在曼彻斯特编码中每个比特持续时间分为两半， 在发送比特1时，前一半时间电平为高，而后 一半时间电平为低；在发送比特0时则正好相 反。这样，在每个比特持续时间的中间肯定有 一次电平的跳变，接收方可以通过检测该跳变 来保持与发送方的比特同步。