计算机网络概述.pdf

1、第 一 章 概 述计 算 机 网 络 向 用 户 提 供 的 最 重 要 的 两 个 功 能 ： 连 通 性 、 共 享 。网 络 由 若 干 个 结 点 和 连 接 这 些 结 点 的 链 路 组 成 。因 特 网 发 展 的 三 个 阶 段 ：第 一 阶 段 是 从 单 个 网 络 ARPANET 向 互 联 网 发 展 的 过 程 。（ 以 小 写 字 母 i 开 始 的 internet（ 互 联 网 ） 是 一 个 通 用 名 词 ， 它 泛 指 由 多 个 计 算 机 网络 互 连 而 成 的 网 络 。以 大 写 字 母 I 开 始 的 Internet（ 因 特 网 ） 是 一

2、 个 专 用 名 词 ， 它 指 当 前 全 球 最 大 的 、开 放 的 、 由 众 多 网 络 相 互 连 接 而 成 的 特 定 计 算 机 网 络 ， 它 采 用 TCP/IP 协 议 族 作 为 通 信的 规 则 ， 且 前 身 是 美 国 的 ARPANET。）第 二 阶 段 是 建 成 了 三 级 结 构 的 因 特 网 。第 三 阶 段 是 逐 渐 形 成 了 多 层 次 ISP 结 构 的 因 特 网 。ISP : Internet Service Provider 因 特 网 服 务 提 供 商RFC : Request For Comments 请 求 评 论因 特 网

3、的 组 成 ：1 .边 缘 部 分 ： 由 所 有 连 接 在 因 特 网 上 的 主 机 组 成 。 （ 用 户 直 接 使 用 ， 用 来 进 行 通 信 和 资源 共 享 ）2 .核 心 部 分 ： 由 大 量 网 络 和 连 接 这 些 网 络 的 路 由 器 组 成 。 （ 为 边 缘 部 分 提 供 服 务 的 （ 提供 连 通 性 和 交 换 ） ）计 算 机 之 间 的 通 信 是 主 机 A 的 某 个 进 程 和 主 机 B 上 的 另 一 个 进 程 进 行 通 信 。网 络 边 缘 的 端 系 统 之 间 的 通 信 方 式 ： 客 户 -服 务 器 方 式 （ C/S

4、 方 式 （ client-server） ） 、 对 等 方式 （ P2 P 方 式 （ peer-to-peer） ）在 网 络 核 心 部 分 起 特 殊 作 用 的 是 路 由 器 （ router） ,路 由 器 是 实 现 分 组 交 换 的 关 键 构 件 ， 其 任务 是 转 发 收 到 的 分 组 。交 换 ： 按 照 某 种 方 式 动 态 分 配 通 信 资 源电 路 交 换 ： 建 立 连 接 （ 占 用 通 信 资 源 ） - 通 话 （ 一 直 占 用 通 信 资 源 ） - 释 放 连 接 （ 归 还 通信 资 源 ）分 组 交 换 ： 存 储 转 发 技 术 ，

5、 在 每 一 个 数 据 段 前 面 ， 加 上 必 要 的 控 制 信 息 组 成 的 首 部 后 ， 就 构成 了 一 个 分 组 （ 包 packet 分 组 是 因 特 网 中 传 送 的 数 据 单 元 ）优 点 所 采 用 的 手 段高 效 在 分 组 传 输 的 过 程 中 动 态 分 配 传 输 带 宽 ， 对 通 信 链 路 是 逐 段 占 用灵 活 为 每 一 个 分 组 独 立 地 选 择 转 发 路 由迅 速 以 分 组 作 为 传 送 单 位 ， 可 以 不 先 建 立 连 接 就 能 向 其 他 主 机 发 送 分 组可 靠 保 证 可 靠 性 的 网 络 协 议

6、； 分 布 式 多 路 由 的 分 组 交 换 网 ， 使 网 络 由 很 好的 生 存 性报 文 交 换 ：从 各 方 面 比 较 电 路 交 换 、 报 文 交 换 和 分 组 交 换 的 优 缺 点 。答 ： (1) 电 路 交 换 的 一 个 重 要 特 点 是 在 通 话 的 全 部 时 间 内 ， 通 话 的 两 个 用 户 始 终 占用 端 到 端 的 通 信 资 源 。优 点 ： 实 时 性 强 ， 时 延 小 ， 交 换 设 备 成 本 较 低 。缺 点 ： 线 路 利 用 率 低 ， 电 路 接 续 时 间 长 ， 通 信 效 率 低 。电 路 交 换 比 较 适 用 于

7、信 息 量 大 、 长 报 文 ， 经 常 使 用 的 固 定 用 户 之 间 的 通 信 。(2)报 文 交 换 将 用 户 的 报 文 存 储 在 交 换 机 的 存 储 器 中 。优 点 ： 中 继 电 路 利 用 率 高 ， 可 以 多 个 用 户 同 时 在 一 条 线 路 上 传 送 ， 可 实 现 不 同 速 率 、不 同 规 程 的 终 端 间 互 通 。缺 点 ： 以 报 文 为 单 位 进 行 存 储 转 发 ， 网 络 传 输 时 延 大 ， 且 占 用 大 量 的 交 换 机 内 存 和外 存 ， 不 能 满 足 对 实 时 性 要 求 高 的 用 户 。报 文 交 换

8、 适 用 于 传 输 的 报 文 较 短 、 实 时 性 要 求 较 低 的 网 络 用 户 之 间 的 通 信 ， 如 公 用电 报 网(3)分 组 交 换 采 用 存 储 转 发 技 术 。 它 兼 有 电 路 交 换 和 报 文 交 换 的 优 点 。 同 时 传 递 多 个数 据 分 组 。优 点 ： 高 效 、 灵 活 、 迅 速 和 可 靠 。 分 组 交 换 比 电 路 交 换 的 电 路 利 用 率 高 ， 比 报 文 交换 的 传 输 时 延 小 ， 交 互 性 好 。按 网 络 的 作 用 范 围 进 行 分 类 ：1 .广 域 网 WAN（ wide area netwo

9、rk）2 .城 域 网 MAN（ Metropolitan area network）3 .局 域 网 LAN（ Local area network）4 .个 人 区 域 网 PAN（ Personal area network）按 网 络 的 使 用 者 进 行 分 类 ：1 .公 用 网 （ public network）2 .专 用 网 （ private network）计 算 机 网 络 的 性 能 指 标1 .速 率连 接 在 计 算 机 网 络 上 的 主 机 在 数 字 信 道 上 的 传 送 数 据 的 速 率 ， 也 称 为 数 据 率 和 比特 率 。 单 位 是 b/

10、s 或 bit/s（ bps） 。 Kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s2 .带 宽过 去 通 信 的 主 干 线 路 传 送 的 是 模 拟 信 号 ， 因 此 表 示 通 信 线 路 允 许 通 过 的 信 号 频 带范 围 就 称 为 线 路 的 带 宽在 计 算 机 网 络 中 ， 带 宽 用 来 表 示 网 络 的 通 信 线 路 传 送 数 据 的 能 力 ， 因 此 网 络 带 宽表 示 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 。3 .吞 吐 量4 .时 延时 延 指 数 据 从 网 络 的 一 端 到 另

11、 一 端 所 需 的 时 间 。总 时 延 =发 送 时 延 +传 播 时 延 +处 理 时 延 +排 队 时 延发 送 时 延 是 主 机 或 路 由 器 发 送 数 据 帧 所 需 要 的 时 间 ， 就 是 从 发 送 数 据 帧 的 第 一 个比 特 算 起 ， 到 该 帧 的 最 后 一 个 比 特 发 送 完 毕 的 所 需 时 间 。 也 叫 传 输 时 延 。发 送 时 延 =数 据 帧 长 度 (b)/发 送 速 率 (b/s)传 播 时 延 是 电 磁 波 在 信 道 中 传 播 一 定 的 距 离 需 要 发 费 的 时 间传 播 时 延 =信 道 长 度 (m)、 电

12、磁 波 在 信 道 上 传 播 的 速 率 (m/s)处 理 时 延 是 主 机 和 路 由 器 在 收 到 分 组 时 要 花 费 一 定 的 时 间 进 行 处 理 。排 队 时 延 是 分 组 在 经 过 网 络 传 输 时 ， 要 经 过 许 多 路 由 器 ， 但 进 入 路 由 器 后 要 先 在输 入 队 列 中 排 队 等 待 处 理 。 在 路 由 器 确 定 了 转 发 接 口 后 ， 还 要 在 输 出 队 列 中 排 队 等 待转 发 。5 .时 延 带 宽 积6 .往 返 时 间 RTT7 .利 用 率OSI/RM： Open Systems Interconnect

13、ion Reference Model 开 发 系 统 互 连 基 本 参 考 模 型网 络 协 议 ： 简 称 协 议 ， 为 进 行 网 络 中 的 数 据 交 换 而 建 立 的 规 则 、 标 准 或 约 定 。网 络 协 议 的 主 要 组 成 三 要 素答 ： (1)语 法 ， 即 数 据 与 控 制 信 息 的 结 构 或 格 式 。(2)语 义 ， 即 需 要 发 出 何 种 控 制 信 息 ， 完 成 何 种 动 作 以 及 做 出 何 种 响 应 。(3)同 步 ， 即 事 件 实 现 顺 序 的 详 细 说 明 。分 层 的 优 点 ：1 .各 层 之 间 是 独 立 的

14、2 .灵 活 性 好3 .结 构 上 可 分 割 开4 .易 于 实 现 和 维 护5 .能 促 进 标 准 化 工 作分 层 的 好 处答 ： (1)各 层 之 间 是 独 立 的 。 某 一 层 并 不 需 要 知 道 它 的 下 一 层 是 如 何 实 现 的 ， 而 仅 仅需 要 知 道 该 层 通 过 层 间 接 口 所 提 供 的 服 务 。(2)灵 活 性 好 。 当 任 何 一 层 发 生 变 化 时 ， 只 要 层 间 接 口 关 系 保 持 不 变 ， 则 在 这 层 以 上或 以 下 各 层 均 不 受 影 响 。 此 外 ， 对 某 一 层 提 供 的 服 务 还 可

15、进 行 修 改 。(3)结 构 上 可 分 割 开 。 各 层 都 可 以 采 用 最 合 适 的 技 术 来 实 现 。(4)易 于 实 现 和 维 护 。 整 个 系 统 被 分 解 为 若 干 个 相 对 独 立 的 子 系 统 ， 易 于 被 处 理 。(5)能 促 进 标 准 化 工 作 。 每 一 层 的 功 能 及 其 提 供 的 服 务 都 已 有 了 精 确 的 说 明 。网 络 的 体 系 结 构 ： 计 算 机 网 络 的 各 层 及 其 协 议 的 集 合 或 者 说 计 算 机 网 络 的 体 系 结 构 就 是 这个 计 算 机 网 络 及 其 构 件 所 应 完

16、成 的 功 能 的 精 确 定 义 。OSI 的 七 层 协 议 ： 物 理 层 、 数 据 链 路 层 、 网 络 层 、 运 输 层 、 会 话 层 、 表 示 层 、 应 用 层 。TCP/IP 的 四 层 协 议 ： 网 络 接 口 层 、 网 际 层 、 运 输 层 、 应 用 层五 层 协 议 ： 物 理 层 、 数 据 链 路 层 、 网 络 层 、 运 输 层 、 应 用 层五 层 协 议 体 系 结 构 分 为 哪 五 层 ， 以 及 每 层 具 有 的 功 能答 ： (1)物 理 层 ： 物 理 层 的 任 务 就 是 透 明 地 传 输 比 特 流 。(2)数 据 链 路

17、 层 ： 数 据 链 路 层 的 任 务 是 将 在 网 络 层 交 下 来 的 数 据 报 组 装 成 帧 ， 在 两 个相 邻 结 点 间 的 链 路 上 实 现 帧 的 无 差 错 传 输 。(3)网 络 层 ： 网 络 层 负 责 为 分 组 交 换 网 上 的 不 同 主 机 提 供 通 信 服 务 。 网 络 层 另 一 个 任务 是 负 责 为 分 组 选 择 合 适 的 路 由 ， 使 源 主 机 运 输 层 所 传 下 来 的 分 组 能 够 交 付 到 目 的主 机 。 网 络 层 用 到 的 协 议 有 网 际 协 议 IP,地 址 解 析 协 议 ARP,逆 地 址 解

18、 析 协 议 RARP,网 际 控 制 报 文 协 议 ICMP和 网 际 组 管 理 协 议 IGMP。(4)运 输 层 ： 运 输 层 的 任 务 是 负 责 主 机 中 两 个 进 程 间 的 通 信 提 供 通 用 的 数 据 传 输 服务 。 运 输 层 用 到 的 协 议 有 传 输 控 制 协 议 TCP和 用 户 数 据 报 协 议 UDP。(5)应 用 层 ： 应 用 层 确 定 进 程 之 间 通 信 的 性 质 以 及 满 足 用 户 的 需 求 。 应 用 层 的 任 务 是通 过 应 用 进 程 间 的 交 互 来 完 成 特 定 网 络 应 用 。 应 用 层 用

19、到 的 协 议 有 超 文 本 传 送 协 议HTTP、 简 单 邮 件 传 送 协 议 SMTP,文 件 传 送 协 议 FTP、 远 程 终 端 协 议 TELNET等 。协 议 和 服 务 ：协 议 ： 是 水 平 的 ， 协 议 是 控 制 对 等 实 体 之 间 通 信 的 规 则 。服 务 ： 是 垂 直 的 ， 服 务 是 由 下 层 向 上 层 通 过 层 间 接 口 提 供 的 。SAP： Service Access point 服 务 访 问 点 ： 在 同 一 系 统 中 相 邻 两 层 的 实 体 进 行 交 互 的 地 方TCP/IP 可 以 为 各 式 各 样 的

20、 应 用 提 供 服 务 （ 所 谓 的 everything over IP）TCP/IP 允 许 IP 协 议 在 各 式 各 样 的 网 络 构 成 的 互 联 网 上 运 行 （ 所 谓 的 IP over everything ）第 二 章 物 理 层物 理 层 的 四 大 主 要 特 性 是 ：答 ： (1)机 械 特 性 。 对 平 时 常 见 的 各 种 规 格 的 接 插 件 都 有 严 格 的 标 准 化 规 定 。(2)电 气 特 性 。 指 明 在 接 口 电 缆 的 各 条 线 上 出 现 的 电 压 的 范 围 。(3)功 能 特 性 。 指 明 某 条 线 上 出

21、 现 的 某 一 电 平 的 电 压 表 示 何 种 意 义 。(4)过 程 特 性 。 指 明 对 于 不 同 功 能 的 各 种 可 能 事 件 的 出 现 顺 序 。每 一 层 中 有 哪 些 设 备 及 其 功 能 ， 是 否 能 够 隔 离 冲 突 域 和 广 播 域物 理 层 ： 中 继 器 、 收 发 器 、 集 线 器 。 物 理 层 设 备 工 作 在 信 号 级 别 ， 只 能 对 信 号 进 行重 新 整 理 和 转 发 。 既 不 能 隔 离 冲 突 域 ， 也 不 能 隔 离 广 播 域 。数 据 链 路 层 ： 网 桥 、 交 换 机 。 网 桥 和 交 换 机 的

22、 一 个 端 口 对 应 一 个 网 段 。 可 以 隔 离 冲突 域 ， 不 能 隔 离 广 播 域 。网 络 层 ： 路 由 器 。 路 由 器 的 功 能 是 ： 路 由 选 择 和 分 组 转 发 。 既 可 以 隔 离 冲 突 域 ， 也可 以 隔 离 广 播 域 。信 号 可 分 为 两 大 类 ： 模 拟 信 号 （ 连 续 信 号 ） 、 数 字 信 号 （ 离 散 信 号 ）数 字 信 号 数 字 信 号模 拟 信 号 模 拟 信 号从 通 信 的 信 息 交 互 方 式 有 三 种 ： 单 向 通 信 （ 单 工 通 信 ） 、 双 向 交 替 通 信 （ 半 双 工 通

23、信 ） 、 双向 同 时 通 信 （ 全 双 工 通 信 ）IP 电 话 PCM常 用 编 码 方 式 ：不 归 零 制 ： 正 电 平 代 表 1 ， 负 电 平 代 表 0曼 切 斯 特 编 码 ： 位 周 期 中 心 的 向 上 跳 代 表 0 ， 位 周 期 中 心 的 向 下 跳 代 表 1 ， 也 可 反 过 来定 义 差 分 曼 切 斯 特 编 码 ： 在 每 一 位 的 中 心 处 始 终 都 有 跳 变 。 位 开 始 边 界 有 跳 变 代 表 0 ， 而 位开 始 边 界 没 有 跳 变 代 表 1基 本 的 带 通 调 制 方 法 ： 调 幅 、 调 频 、 调 相采

24、样 定 理 ： 采 样 ， 量 化 ， 编 码信 噪 比 是 信 号 的 平 均 功 率 和 噪 声 的 平 均 功 率 之 比 ， 常 记 为 S/N信 噪 比 （ dB） =1 0 log1 0 (S/N)（ dB）香 农 公 式 ： 信 道 的 极 限 传 输 速 率 C 是C=Wlog2 (1 +S/N) （ b/s）信 道 的 带 宽 或 信 道 中 的 信 噪 比 越 大 ， 信 息 的 极 限 传 输 速 率 就 越 高传 输 媒 体 （ 传 输 媒 介 或 传 输 介 质 ） 可 分 为 两 大 类 ：1 .导 引 型 传 输 媒 体2 非 导 引 型 传 输 媒 体导 引 型

25、 传 输 媒 体 ： 双 绞 线 、 同 轴 电 缆 、 光 缆 （ ？ ）双 绞 线 ： STP（ 屏 蔽 双 绞 线 Shielded Twisted Pair） 、 UTP（ 无 屏 蔽 双 绞 线 UnshieldedTwisted Pair）多 模 光 纤 ： 只 适 用 于 近 距 离 传 输 。 光 脉 冲 在 多 模 光 纤 中 传 输 时 会 逐 渐 展 宽 ， 造 成 失 真 ；单 模 光 纤 :纤 芯 很 细 ， 其 直 径 只 有 几 个 微 米 ,成 本 较 高 。 可 使 光 线 一 直 往 前 传 播 ， 不 会 产 生 多次 反 射 。非 引 导 型 传 输 媒

26、 体 ：短 波 通 信 主 要 是 靠 电 离 层 的 反 射微 波 通 信 主 要 有 两 种 方 式 ： 地 面 微 波 接 力 通 信 、 卫 星 通 信信 道 复 用 技 术 ： 频 分 复 用 （ FDM） 、 时 分 复 用 （ TDM） 、 统 计 时 分 复 用 （ STDM） 、 波 分 复用 （ WDM） 、 码 分 复 用频 分 复 用 ： 所 有 的 用 户 在 同 样 的 时 间 占 用 不 同 的 带 宽 资 源时 分 复 用 ： 所 有 的 用 户 在 不 同 的 时 间 占 用 同 样 的 频 带 宽 度统 计 时 分 复 用 ： 改 进 的 时 分 复 用 ，

27、 明 显 地 提 高 信 道 的 利 用 率波 分 复 用 ： 光 的 频 分 复 用码 分 复 用 CDM（ Code Division Multiple Access） ： 所 有 的 用 户 在 同 样 的 时 间 占 用 同 样 的频 带 进 行 通 信 。 各 用 户 使 用 经 过 特 殊 挑 选 的 不 同 码 型 ， 因 此 各 用 户 之 间 不 会 产 生 干 扰 。CDMA（ 码 分 多 址 ） 工 作 原 理使 用 CDMA 的 每 一 个 站 被 指 派 一 个 唯 一 的 m bit 码 片 序 列发 送 比 特 1 时 ， 就 发 送 码 片 序 列 ， 发 送

28、比 特 0 时 ， 就 发 送 码 片 反 码给 每 一 个 站 被 指 派 的 码 片 序 列 不 仅 必 须 各 不 相 同 ， 而 且 必 须 互 相 正 交 。每 一 个 站 的 码 片 序 列 和 其 他 各 站 码 片 序 列 反 码 的 向 量 的 内 积 也 是 0任 何 一 个 站 的 码 片 向 量 和 该 码 片 向 量 自 己 的 规 格 化 内 积 都 是 1任 何 一 个 站 的 码 片 向 量 和 该 码 片 反 码 的 规 格 化 内 积 都 是 -1数 字 传 输 系 统 ：长 途 干 线 大 都 采 用 时 分 复 用 PCM（ 脉 冲 编 码 调 制 ）

29、的 数 字 传 输 方 式 。PCM（ Pulse Code Modulation 脉 冲 编 码 调 制 ） 的 数 字 传 输 方 式 ： -采 样 -量 化 -编 码T1 速 率 （ 日 本 ） ： 1 .5 4 4 Mb/s （ 2 4 ） 2 4 *6 4 +8（ 2 4 个 6 4 Kbps 带 宽 的 信 道 ， 需 要 8 Kbps 用 作 同 步 开 销 ）E1 速 率 （ 欧 洲 ） ： 2 .0 4 8 Mb/s （ 3 2 ） 3 2 *6 4（ 一 个 E1 的 帧 长 为 2 5 6 个 bit,分 为 3 2 个 时 隙 ， 一 个 时 隙 为 8 个 bit。

30、每 秒 有 8 k 个E1 的 帧 通 过 接 口 ， 即 8 K*2 5 6 =2 0 4 8 kbps。 ）同 步 光 纤 网 SONET： 传 输 速 率 以 5 1 .8 4 Mb/s 为 基 础 8 0 0 0 *8 1 0 *8 =5 1 .8 4 Mb/s同 步 数 字 系 列 SDH： 基 本 速 率 ： 1 5 5 .5 2 Mb/s 2 4 *8 1 0 *8 0 0 0 次 /s=1 5 5 .5 2 Mb/s1 6 .宽 带 接 入 技 术 ：ADSL（ Asymmetric Digital Subscriber Line 非 对 称 数 字 用 户 线 ） 用 数 字

31、 技 术 对 现 有 的 模 拟电 话 用 户 线 进 行 改 造 ， 使 它 能 够 承 载 数 字 业 务 。HFC（ Hybrid Fiber Coax 光 纤 同 轴 混 合 网 ） 在 有 线 电 视 网 的 基 础 上 开 发 的 一 种 居 民 宽 带接 入 网 。FTTx 技 术 （ x 指 代 地 点 ） 比 如 ： FTTH（ Fiber To The Home 光 纤 到 户 ）第 三 章 数 据 链 路 层数 据 链 路 层 使 用 的 信 道 方 式点 对 点 通 信 ： 使 用 一 对 一 的 点 对 点 通 信 方 式 。广 播 信 道 ： 使 用 一 对 多 的

32、 广 播 通 信 方 式 。链 路 和 数 据 链 路 ：链 路 ： 从 一 个 结 点 到 相 邻 结 点 的 一 段 物 理 线 路 （ 有 线 或 无 线 ） ， 而 中 间 没 有 任 何 其 他 的交 换 结 点 。数 据 链 路 ： 在 一 条 线 路 上 传 送 数 据 时 ， 除 了 必 须 有 一 条 物 理 线 路 外 ， 还 必 须 有 一 些 必 要的 通 信 协 议 来 控 制 这 些 数 据 的 传 输 ， 把 实 现 这 些 协 议 的 硬 件 和 软 件 加 到 链 路 上 ， 就 构 成 了 数据 链 路 。数 据 链 路 层 的 三 个 基 本 问 题答 ：

33、 (1)封 装 成 帧 。 封 装 成 帧 就 是 在 一 段 数 据 的 前 后 分 别 添 加 首 部 和 尾 部 ， 这 样 就 构成 了 一 个 帧 。 首 部 和 尾 部 的 一 个 重 要 作 用 就 是 进 行 帧 定 界 。(2)透 明 传 输 。 “ 在 数 据 链 路 层 透 明 传 送 数 据 ” 表 示 无 论 什 么 样 的 比 特 组 合 的 数 据 都能 够 通 过 这 个 数 据 链 路 层 。(3)差 错 检 测 。 在 数 据 链 路 层 广 泛 使 用 了 循 环 冗 余 检 验 CRC的 检 错 技 术 。 CRC是 一 个检 错 方 法 ， 而 FCS

34、是 添 加 在 数 据 后 面 的 冗 余 码 。使 用 点 对 点 信 道 的 数 据 链 路 层 ：数 据 链 路 层 的 协 议 数 据 单 元 ： 帧 。数 据 链 路 层 把 网 络 层 交 下 来 的 数 据 构 成 帧 发 送 到 链 路 上 ， 以 及 把 接 收 到 的 帧 中 的 数 据 取出 并 上 交 给 网 络 层 。数 据 链 路 层 有 三 个 基 本 问 题 ：封 装 成 帧 ： 在 一 段 数 据 （ IP 数 据 报 ） 的 前 后 分 别 添 加 首 部 和 尾 部 ， 构 成 帧 。透 明 传 输 ： 由 于 帧 的 开 始 和 结 束 的 标 记 是

35、使 用 专 门 指 明 的 控 制 字 符 ， 所 传 输 的 数 据 中 的任 何 8 比 特 的 组 合 一 定 不 允 许 和 用 作 帧 定 界 的 控 制 字 符 的 比 特 编 码 一 样 ， 否 则 出 现 帧 定 界 的错 误 。使 用 字 符 填 充 ， 发 送 端 的 数 据 链 路 层 在 数 据 中 出 现 控 制 字 符 “ SOH” 或 “ EOT” 的 前 面插 入 一 个 转 义 字 符 “ ESC” ， 而 在 接 收 端 的 数 据 链 路 层 在 把 数 据 送 往 网 络 层 之 前 删 除 这 个 插入 的 转 义 字 符 。差 错 检 测 ： 使 用

36、 循 环 冗 余 检 验 CRC 的 检 错 技 术 。 （ 是 无 差 错 传 输 ， 不 是 可 靠 传 输 ）把 数 据 划 分 成 组 ， 每 组 k 个 比 特 ， 假 定 待 的 数 据 M=1 0 1 0 0 1 （ k=6 ） 。 CRC 运 算 就 是 在 数据 M 的 后 面 添 加 供 差 错 检 验 用 的 n 为 冗 余 码 ， 然 后 构 成 一 个 帧 ， 一 共 发 送 （ k+n） 位 。 在 M后 面 添 加 n 个 0 。 得 到 的 （ k+n） 位 的 数 除 以 收 发 双 方 事 先 商 定 的 长 度 为 （ n+1 ） 位 的 除 数 P，得

37、出 的 商 是 Q 而 余 数 是 R（ n 位 ， 比 P 少 一 位 ） 。例 ： M=1 0 1 0 0 1 （ k=6 ） P=1 1 0 1 （ n=3 ）Q=M/P=1 1 0 1 0 1 （ 无 用 ） R=0 0 1 （ 作 为 冗 余 码 拼 接 到 M 的 后 面 ）最 后 的 M=1 0 1 0 0 1 0 0 1为 了 检 错 而 添 加 的 冗 余 码 常 称 为 帧 检 验 序 列 FCS例 ： P(x)=x3 +x+1 =P=1 1 0 1点 对 点 协 议 PPP（ Point to Point Protocol）PPP 用 户 计 算 机 和 ISP 进 行

38、通 信 时 所 使 用 的 数 据 链 路 层 协 议PPP 协 议 的 组 成 ：1 .一 个 将 IP 数 据 包 封 装 到 串 行 链 路 的 方 法 。2 .一 个 用 来 建 立 、 配 置 和 测 试 数 据 链 路 连 接 的 链 路 控 制 协 议 LCP。3 .一 套 网 络 控 制 协 议 NCP， 其 中 的 每 一 个 协 议 支 持 不 同 的 网 络 层 协 议 。PPP 帧 的 格 式 ：F 7 E A FF C 0 3 协 议 信 息 部 分 （ IP 数 据 报 ） FCS F 7 E字 节 1 1 1 2 2 1PPP 帧 的 格 式 ： 1 个 字 节

39、的 Flag、 1 个 字 节 的 Address、 1 个 字 节 的 Control、 2 个 字 节 的protocol、 IP 数 据 报 不 超 过 1 5 0 0 个 字 节 、 2 个 字 节 的 FCS（ 通 过 CRC 计 算 得 出 ） 、 1 个 字 节的 Flag。首 部 的 第 一 个 字 段 和 尾 部 的 第 二 个 字 段 都 是 标 志 字 段 F（ Flag） ， 表 示 一 个 帧 的 开 始 或 结 束首 部 中 的 地 址 字 段 A 和 控 制 字 段 C 没 有 携 带 PPP 帧 信 息PPP 首 部 的 第 四 个 字 段 是 2 字 符 的

40、协 议 字 段 。 当 协 议 字 段 为 0 x0 0 2 1 时 ， 信 息 字 段 是 IP 数 据报 。 若 协 议 字 段 是 0 xC0 2 1 ， 则 信 息 字 段 是 PPP 链 路 控 制 协 议 LCP 的 数 据 ， 而 0 x8 0 2 1 表 示 是网 络 层 的 控 制 数 据 。信 息 字 段 长 度 可 变 ， 不 超 过 1 5 0 0 字 节 。尾 部 第 一 个 字 段 （ 2 字 节 ） 是 使 用 CRC 的 帧 检 验 序 列 FCS。零 比 特 填 充 ： 在 发 送 端 ， 先 扫 描 整 个 信 息 字 段 ， 只 要 发 现 有 5 个 连

41、 续 1 ， 则 立 即 填 入 一 个 0 .保 证 在 信 息 字 段 中 不 会 出 现 6 个 连 续 1 。 接 收 端 在 收 到 一 个 帧 时 ， 先 找 到 标 志 字 段 F 以 确 定一 个 帧 的 边 界 ， 接 着 再 用 硬 件 对 其 中 比 特 流 扫 描 ， 当 发 现 5 个 连 续 1 时 ， 吧 这 5 个 连 续 1后 的 一 个 0 删 除 ， 以 还 原 陈 原 来 的 信 息 比 特 流 。使 用 广 播 信 道 的 数 据 链 路 层 ：局 域 网 的 主 要 优 点 是 什 么 ？ (选 择 题 )答 ： 局 域 网 最 主 要 的 特 点

42、是 ： 网 络 为 一 个 单 位 所 拥 有 ， 且 地 理 范 围 和 站 点 数 目 均 有限 。 局 域 网 具 有 如 下 的 一 些 主 要 优 点 ：(1)具 有 广 播 功 能 ， 从 一 个 站 点 可 很 方 便 地 访 问 全 网 。(2)便 于 系 统 的 扩 展 和 逐 渐 地 演 变 ， 各 设 备 的 位 置 可 灵 活 调 整 和 改 变 。(3)提 高 了 系 统 的 可 靠 性 、 可 用 性 、 和 生 存 性 。共 享 信 道 的 两 种 方 法 ：1 .静 态 划 分 信 道2 .动 态 媒 体 接 入 控 制i. 随 机 接 入ii. 受 控 接 入

43、首 部 尾 部以 太 网 的 两 个 标 准 ： DIX Ethernet V2 和 8 0 2 .3 （ 都 是 1 0 Mb/s）NIC（ Network Interface Card 网 卡 ） 适 配 器 的 作 用 ： P8 1 3 -1 5 图适 配 器 （ 即 网 卡 ） 来 实 现 数 据 链 路 层 和 物 理 层 这 两 层 的 协 议 的 硬 件 和 软 件网 络 适 配 器 工 作 在 TCP/IP 协 议 中 的 网 络 接 口 层 （ OSI 中 的 数 据 链 路 层 和 物 理 层 ）适 配 器 /网 卡 的 功 能答 ： 适 配 器 来 实 现 数 据 链 路

44、 层 和 物 理 层 这 两 层 协 议 的 硬 件 和 软 件 。 适 配 器 的 一 个 重要 功 能 就 是 要 进 行 数 据 串 行 传 输 和 并 行 传 输 的 转 换 。 适 配 器 还 要 能 够 实 现 以 太 网 协议 以 及 接 收 和 发 送 各 种 帧 。CSMS/CD 协 议 （ 半 双 工 通 信 ） ： 载 波 监 听 多 点 接 入 /碰 撞 检 测协 议 的 实 质 是 “ 载 波 监 听 ” 和 “ 碰 撞 检 测 “ 。多 点 接 入 ： 这 是 总 线 型 网 络 ， 许 多 计 算 机 一 多 点 接 入 的 方 式 连 接 在 一 根 总 线 上

45、 。载 波 监 听 ： 检 测 信 道 ， 不 管 在 发 送 前 还 是 在 发 送 中 ， 每 个 站 都 在 不 停 的 检 测 信 道 。碰 撞 检 测 ： 边 发 送 边 监 听 ， 即 适 配 器 边 发 送 数 据 边 检 测 信 道 上 的 信 号 电 压 的 变 化 情 况 ， 以 便判 断 自 己 在 发 送 数 据 时 是 否 也 在 发 送 数 据 。在 局 域 网 的 分 析 中 ， 常 把 总 线 上 的 单 程 端 到 端 传 播 时 延 记 为 。最 迟 要 经 过 两 倍 的 总 线 端 到 端 传 播 时 延 （ 2 ） 才 能 字 段 自 己 发 送 的

46、数 据 是 否 和 其 他 站 发 送的 数 据 有 没 有 发 送 碰 撞 。在 使 用 CSMA/CD 协 议 是 ， 一 个 站 不 能 同 时 进 行 发 送 和 接 收 （ 但 必 须 边 发 送 边 监 听 信 道 ） 。以 太 网 确 定 碰 撞 后 重 传 的 时 机 使 用 ： 截 断 二 进 制 指 数 退 避 算 法截 断 二 进 制 指 数 退 避 确 定 重 传 的 时 机 ：1 .协 议 规 定 基 本 退 避 时 间 为 争 用 期 2 ， 具 体 的 争 用 期 时 间 是 5 1 .2 s。 对 于 1 0 Mb/s 的以 太 网 ， 在 争 用 期 内 可

47、发 送 5 1 2 bit， 即 6 4 字 节 。 也 可 以 说 争 用 期 是 5 1 2 比 特 时 间 。2 .从 离 散 的 整 数 集 合 0 ,1 ,.,(2 k-1 )中 随 机 取 出 一 个 数 ， 记 为 r。 K=min重 传 次 数 ， 1 0 3 .当 重 传 次 数 达 1 6 次 仍 不 能 成 功 ， 则 丢 弃 该 帧 ， 并 向 高 层 报 告 。以 太 网 规 定 一 个 最 短 的 帧 常 6 4 字 节 ， 即 5 1 2 bit。CSMA/CD 协 议 要 点 ：1 .准 备 发 送 ： 发 送 之 前 ， 先 检 测 信 道2 .检 测 信 道

48、 ：3 .在 发 送 过 程 中 仍 不 停 地 检 测 信 道 ， 即 网 络 适 配 器 要 边 发 送 边 监 听 。集 线 器 特 点 ： (选 择 题 )1 .使 用 集 线 器 的 以 太 网 在 逻 辑 上 仍 是 一 个 总 线 网 ， 各 站 共 享 逻 辑 上 的 总 线 ， 使 用 的 还 是CSMA/CD 协 议 ， 在 同 一 时 刻 至 多 只 允 许 一 个 站 发 送 数 据 。2 .一 个 集 线 器 有 许 多 接 口 。3 .集 线 器 工 作 在 物 理 层 ， 不 进 行 碰 撞 检 测 。以 太 网 的 MAC 层 ：在 局 域 网 中 ， 硬 件

49、地 址 又 称 为 物 理 地 址 或 MAC 地 址 ， 它 是 一 种 4 8 位 的 全 球 地 址 ， 是 指局 域 网 上 的 每 一 台 计 算 机 固 化 在 适 配 器 的 ROM 中 的 地 址 。MAC 帧 的 格 式 ： 6 字 节 目 的 地 址 、 6 字 节 源 地 址 、 2 字 节 类 型 、 IP 数 据 报 4 6 -1 5 0 0 字 节 、4 字 节 FCS。组 织 唯 一 标 识 符 OUI： organizationally Unique Identifier扩 展 的 唯 一 标 识 符 EUI： Extended Unique IdentifierMAC 帧 的 格 式目 的 地 址 源 地 址 类 型 数 据 （ IP 数 据 报 ） FCS字 节 6 6 2 4 6 1 5 0 0 4以 太 网 V2 的 MAC 帧 由 5 个 字 段 组 成 。前 两 个 字 段 分 别 是 6 字 节 长 的 目 的 地 址 和 源 地 址 字 段第 三 个 字 段 是 2 字 节 的 类 型 字 段 ： 用 来 标 志 上 一 层 用 的 是 什 么 协 议 。第 四 个 字 段 是 数 据 字 段 ， 长 度 在 4 6 1 5 0 0 字 节 之 间 ： 最 小 长 度 6 4 字 节 减 去 1 8 字