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《计算机网络技术与应用》超强整理 中国铁道出版社 龚尚福版.doc

《计算机网络技术与应用》超强整理 中国铁道出版社 龚尚福版

郭水善
2019-02-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《《计算机网络技术与应用》超强整理 中国铁道出版社 龚尚福版doc》,可适用于高等教育领域

第章计算机网络的基本概念网络发展:年SAGE(雏形)年ARPANet(Internet前身)年以太网。网络的发展:大型机时代(~年)(集中运算的时代使用主机和终端模式结构所有的运算都是在主机上进行的用户终端为字符方式。最基本的联网设备是全段处理机和中央控制器所有终端连在集中器上然后通过点到点电缆或电话专线连到终端处理机上)小型机联网(~年)(采用了允许第三方产品介入的联网结构加速了网络技术的发展。Mbits的局域网网速在DEC推出的VAX系列主机、终端服务器等一系列产品上广泛采用)共享型的局域网(~年)(基于LAN的网络操作系统粗缆技术由于安装不方便开始被双绞线高可靠的星形网络结构所取代集线器开始使用桥接器研制成功。扩大了联网规模也加大了广播信息量对网络规模的继续扩大构成了威胁。出现以路由器为基础的联网技术解决了提升宽带和广播风暴的问题。)交换时代(至今)(PC的迅速发展)。计算机网络定义:将具有独立功能的多个计算机系统通过通信线路(如电缆、光纤、微波、卫星等)互相连接起来以实现资源共享、互相通信的计算机网络系统。计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物。目的:资源共享即共享计算机网络中的硬件资源、软件资源和数据资源等实现各计算机之间的相互通信。分类:按网络传输技术:广播网络(如以太网、令牌环网、令牌总线网、光纤分布数字接口网等)点到点网络(也称分组交换网如分组交换数据网X、帧中继、异步传输方式ATM)。按网络覆盖范围:局域网LAN、城域网MAN、广域网WAN。按拓扑结构:总线型、环形、星型、树形拓扑结构。网络的系统组成:计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能从逻辑功能上可分为:负责数据处理的计算机与终端可分为资源子网(负责数据处理的子网)和通信子网(负责数据传输的子网)。资源子网组成:主机、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源。主要任务:提供资源共享所需的硬件、软件及数据等资源提供访问计算机网络和处理数据的能力。主机分为大型机、中型机、小型机、工作站或微型机。通信子网组成:通信控制处理机、通信线路、信号变换设备及其他通信设备。完成数据的传输、交换以及通信控制为计算机网络的通信功能提供服务。网络的软件分为网络系统软件(包括网络操作系统(如Netware、UNIX、WindowsNTXP、Linux)、网络协议(如Netware的IPXSPXWindows的TCPIP))和网络应用软件(如浏览软件、传输软件、远程登录软件、电子邮件)。计算机网络的主要功能:资源共享信息传输平衡负荷及分布(协同)处理综合信息服务。网络的应用:实现办公自动化管理信息系统商贸电子化公共生活服务信息化教育现代化电子政务。典型网络:①Internet:核心技术TCPIP(域名地址:主机名机构名网络名顶级域名)。②Intranet:采用Internet技术构建的企业内部网应用于企业内部的、基于Web、使用Internet应用软件的BS结构的企业专用网络又称为企业内部网或内联网。核心技术Web(URLHTTPHTML)。Intranet构成:Web浏览器各种服务器(包括Web服务器、Email服务器、FTP服务器、服务器和数据库服务器)防火墙。主要功能:发布企业内部信息充分利用现有的数据库资源加强企业内部交流协同工作环境实现企业内、外部的电子商务。异步传输方式ATM:以异步时分复用概念为基础每个时间片没有固定的占有者各子信道的信息按照优先级和排队规则按需分配时间片是一种高速交换和多路复用技术。以大容量光纤传输介质为基础以信元(Cell)为基本传输单位。特点:面向连接的技术采用固定长度的信元每个信元有标识符作为标志语音、视频和数据都可以由ATM信元的信息域传输ATM对各类信息都进行同样的处理实时通信可获得确定的频带无链路对流量的控制环节。综合业务数字网ISDN分为窄带ISDN(NISDN)和宽带ISDN(BISDN)。BISDN的特点:一个宽带网络基于分组的传输提供基于ATM的传输支持数据、语音和视频的综合服务一个逐渐演进的网络要支持已有的接口和服务ATM提供基于信元的接口支持交换的和永久的点到点的服务。三网合一:传统电信网、计算机互联网和有线电视网相互渗透和融合实现宽带IP网。三网融合:高层业务应用的融合并不是要脱离现在的三网独立建设新的网络或是简单地将三网互通互联。融合的前提是在目前三网的基础上建设宽带多媒体通信网提供多种接入方式彼此竞争、发展、淘汰最终实现三网合一。  多媒体网络系统:将计算机网络技术与多媒体技术有机结合起来的网络应用系统是能够完成多媒体通信业务的系统。利用计算机网络技术可以将数字化的多媒体信息传送到网络上的各个计算机。在物理结构上多媒体网络系统由若干多媒体通信终端、交换设备、多媒体服务器(数据库)经过通信网络连接构成。特征:能够完成在内容上相关联的各种媒体信息的处理和传送如声音、活动图像、文本、图形、动画等多媒体网络系统为交互式工作方式而不是简单的信号单向或双向的传播和广播系统通过网络连接即各种媒体的信息是通过网络传输的而不是借助于CDROM等存储载体来传送的。信息高速公路上传递的是多媒体信息。第章数据通信技术基础知识数据通信:指通过某种类型的传输系统和介质实现两地之间的数据信号(即字母、数字与其他符号的二进制形式)传输过程。数据通信系统:是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来实现数据传输、交换、存储和处理的系统。由数据终端设备、数据电路、计算机系统构成。数据终端设备(DTE):用于发送和接收数据的设备。从计算机和计算机通信系统的观点来看终端是信息输入输出的工具。从数据通信网络的观点来看计算机和终端都称为网络的数据终端设备简称终端。数据通信与传统通信的主要区别:必须设置通信控制器来实现收发双方的同步、差错控制、传输链路的建立、维持和拆除及数据流量控制等功能对应于软件部分就是通信协议。数据终端的类型:简单终端和智能终端、同步终端(帧同步式)和异步终端(起止式)、本地终端和远程终端。数据电路终接设备(DCE):用来连接DTE与数据通信网络的设备又称它是DTE与通信子网之间的接口为用户设备提供入网的连接点。用来完成数据信号的变换。调制解调器Modem是模拟信道的DCE数据服务单元(如编码解码器)是数字信道的DCE。数据电路:在线路或信道上增加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路由传输信道及其两端的数据电路终接设备组成。数据链路:包括物理链路和实现链路传输协议的硬件和软件。只有建立了数据链路后双方DTE才可以真正有效地进行数据传递。“信道”就是信息传输的通道。有线信道主要包括直接利用传输媒体的实线信道(如局域网中)经调制解调器的频分信道(如电信用户线路中)和时分信道(以同步数字体系SDH方式传输)等。常用的信道复用技术有频分、时分和波分。通信信道中的噪声分为热噪音和冲击噪声。描述信道的重要指标:信道带宽(指信道可以不失真地传输信号的频率范围是衡量传输介质质量和速度的重要指标)、信道容量(信道在单位时间内可以传输的最大信号量表示信道的传输能力)。由信道的物理特性决定。信道分类:(按所使用的传输介质)有线信道与无线信道(按传输信号的类型)模拟信道与数字信道(按使用方式)专用信道和公用信道。传输方式(按信息传送的方向与时间):单工(仅沿一指定方向如局域网)、半双工(分时如步话机、电话系统)、全双工(同时)数据通信系统的性能指标:传输速率(传信率bits)码元传输速率(传码率B)频带利用率η=传信速率占用频带差错率:误码率(Pe=错误接受的码元数所传输的码元总数×)、误字率、误组率。模拟数据:连续变化的量。数字数据:离散的值。数字通信模拟通信相比:优点:便捷、可靠、抗干扰能力强、通话质量高缺点:容易衰减只能在有限距离内传输模拟信号转换成数字信号:编码解码器(Codec)采用脉码调制技术(PCM)转换过程包括采样、量化和编码。数字信号转换成模拟信号:调制解调器(Modem)数字数据调制的基本方法:幅移键控ASK频移键控FSK相移键控PSK(包括绝对调相和相对调相)多相调制和混合调相。模拟数据的基本调制技术主要包括调幅AM、调频FM和调相PM。基带传输:一个数字通信系统直接传输未经调制的原始数字信号。由于带宽有限信号频率低不能实现远距离传输。宽带传输:通过调制技术对原始数字信号进行一定形式的调制后再进行传输也称做频带传输。宽带传输可以实现信息的远距离传送。数据编码传输方式:并行传输串行传输(分为同步传输和异步传输)。并行传输特点:传输速度快一位(比特)时间内可传输一个字符通信成本高每位传输要求一个单独的信道支持难以支持长距离传输。串行传输特点:传输速度较低一次只传输一位通信成本较低传输只需一个信道支持长距离传输。目前计算机网络中所用。同步传输:以多个字符或者多个比特组合成的数据块为单位进行传输的利用独特的同步模式来限定数据块以达到同步接收的目的。基本格式:同步符号(起始字符开始发送数据块)数据块(要发送的信息)同步符号(数据块结束)。同步模式常由一个或多个特定的字符或者符号组合构成目的是避免假同步现象的出现造成传输误码。假同步现象:在用户要传输的数据(或信息)块中含有与同步字符相同的内容使得接收方无法判断是数据结束标志还是用户数据而造成混淆。异步传输:又称起止式传输其特点是字符内部的各个比特采用固定的时间模式字符之间间隔可以任意。基本格式:起始字符数据比特(要发送的信息)终止字符。和同步传输相比效率较低。同步技术包括位同步技术和字符同步技术。数据交换技术:数据通过通信子网的交换方式可以分为电路交换和存储转发交换。电路交换:一种直接的交换方式接通后提供一条临时的专用通道如公用电话交换网。建立电路交换链路的个阶段:电路建立阶段数据传输阶段电路拆除阶段。存储转发交换分为报文存储转发交换和报文分组存储转发交换(包括数据报和虚电路方式)。在报文交换中每一个报文由传输的数据和报头组成报头中有源地址和目标地址。特点:()源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通道。与电路交换相比电路利用率高节点间可根据电路情况选择不同的传输速率能高效地传输数据数据传输的可靠性高()转发接点增加了时延。不适用于交互式通信报文交换对报文长度没有限制不利于实时交互通信。分组交换:交换网可采用数据报分组交换或虚电路分组交换(逻辑上的连接)。数据报分组特点:①同一报文的不同分组可由不同的传输路径通过通信子网。②同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重复或丢失现象。③每一报文在传输过程中都必须带有源节点地址和目的节点地址。④有别于报文交换数据报不是将整个报文一次性转发的。综上所述使用数据报方式时数据报文传输延迟较大每个报文中都要带有源节点地址和目的节点地址增大了传输和存储开销。但基于数据报精炼短小的特点特别适用于突发性通信但不适用于长报文和会话式通信。虚电路特点:①类似于电路交换但有别于电路交换。②临时性专用链路。③报文分组通过每个虚电路上的节点时节点只需做差错检测而不需做路径选择。④通信子网中的每个节点可以和任何节点建立多条虚电路连接。⑤由于虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优点因此在计算机网络中得到了广泛的应用。在一个计算机参与控制的工业系统中为了达到实时控制的效果应采用的最好的数据交换方式是虚电路交换方式。提高交换速率的方案有帧中继FR和ATM为了提高信道的利用率通信系统采用多路复用技术来传送多路信号多路复用技术解决如何在单一的物理通信线路上建立多条并行通信信道的问题。常用的多路复用技术有频分多路复用FDM(如无线电广播模拟通信系统)、时分多路复用TDM(分为同步时分复用和异步时分复用)、波分多路复用WDM(用于全光纤网组成的通信系统)和码分多路复用CDMA(用于无线通信系统)。主要功能:汇集来自两条或更多条线路的传输信息基带信号的描述:信号以其原始的编码状态传输对通道上的频率范围通常要进行划分。差错的控制:为保证将数据的传输差错控制在允许的范围内。控制方法:差错检测编码(奇偶校验码、水平垂直奇偶校验码、循环冗余码等)。差错控制技术主要是通过有效手段检错并纠错通常采用前向差错控制、自动反馈重发技术实现传输中的差错控制。第章计算机网络协议网络协议:为网络数据交换而制定的规则、约定与标准。网络体系结构:计算机网络层次结构模型和各层协议的集合。协议:用来描述进程之间信息交换过程为实现网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。要素:语法、语义和交换。语法:确定协议元素的格式即规定数据与控制信息的结构和格式。语义:确定协议元素的类型即规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。交换规则:规定事件实现顺序的详细说明即确定通信状态的变化和过程如通信双方的应答关系。实体:通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施。接口:分层结构中各相邻层之间要有一个接口(Interface)定义了较低层向较高层提供的原始操作和服务。特点:每一层都建立在前一层的基础上较低层只是为较高一层提供服务。OSI参考模型(OSIRM):国际标准化委员会组织ISO提出的开放系统互联参考模型定义了异种机联网标准的框架。“开放”表示任何两个遵守OSIRM的系统都可以互联。网络功能的划分:由低到高依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。分层规则:按照理论上需要的不同等级划分层注意层数应尽量少每层完成特定的功能且类似的功能应尽量集中在同一层内实现所有层的功能都应符合国际标准协议的规定各层之间要相对独立也就是说某一层功能的更改不会影响其他各层每层通过接口与相邻的上层或下层联系各层的界面应放在服务描述少且信息穿过接口最少的地方同一层内也可以设置若干子层每个子层实现不同要求的服务。功能:(网络功能)、层解决有关网络信道和信息帧问题、层解决网络路由和信息传输服务问题~层处理对应用进程的访问问题。(控制角度)l~层传输控制层负责通信子网的工作解决网络中的通信问题~层为应用控制层负责有关资源子网的工作解决应用进程的通信问题层为通信子网和资源子网的接口起到连接传输和应用的作用。物理层:直接与物理信道相连起到数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口作用提供建立、维护和释放物理连接的方法。涉及:通信接口与传输媒体的物理特性(机械特性、电气特性、功能特性、规程特性)物理层的数据交换单元为二进制比特比特的同步线路的连接物理拓扑结构传输方式。数据链路层:在物理层提供比特流服务的基础上建立相邻节点之间的数据链路通过差错控制保证数据帧在信道上无差错地传输并进行数据流量控制。涉及:帧物理地址寻址流量控制差错控制接入控制。网络层:计算机网络分为资源子网和通信子网网络层是通信子网的最高层。实现分别位于不同网络的源节点与目的节点之间的数据包传输数据链路层只是负责同一个网络中的相邻两节点之间链路管理及帧的传输等问题。涉及:逻辑地址寻址路由功能流量控制拥塞控制。传输层:起到承上启下的作用是整个网络体系结构中的关键部分。为上层提供端到端(最终用户到最终用户)的透明、可靠的数据传输服务。所谓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。在网络层提供服务的基础上为高层提供:面向连接的服务和面向无连接的服务。会话层:利用传输层提供的端到端的服务向表示层或会话用户提供会话服务。包括建立、维护和结束会话连接。目的:提供一个面向用户的连接服务并为会话活动提供有效的组织和同步所必须的手段为数据传送提供控制和管理。表示层:涉及被传输信息的内容和表示形式如文字、图形、声音的表示。应用层:为网络用户或应用程序提供各种服务和应用程序。网络服务:文件服务、电子邮件服务、打印服务、集成通信服务、目录服务、网络管理服务、安全服务、多协议路由与路由互联服务、分布式数据库服务及虚拟终端服务等。TCPIP特点:开放的协议标准可以免费使用并且独立特定的计算机硬件和操作系统独立于特定的网络硬件可以运行在局域网、广域网更适合于互联网中统一的网络地址分配方案使得整个TCPIP设备在网络中具有唯一的地址标准化的高层协议可以提供多种可靠的用户服务。TCPIP参考模型:由低到高依次为网络接口层(对应着OSI的物理层和数据链路层负责通过网络发送IP数据报接收来自网络物理层的帧转为IP数据报交给网际层)、网际层(最常用的协议是网际协议IP负责相邻计算机之间(即点到点)通信包括处理来自传输层的发送分组请求检查并转发数据报处理与此相关的路径选择、流量控制及拥塞控制等问题)、传输层(对应OSI的传输层负责主机到主机之间的端对端通信使用TCP和UDP协议)、应用层(与OSI的会话层、表示层、应用层对应用于提供网络服务)。TCPIP协议集:网络接口层(LAN、MAN、WAN)网际层(网际控制报文协议ICMP、网际主机组管理协议IGMP、网际协议IP、地址解析协议ARP、反向地址解析协议RARP)传输层(传输控制协议TCP(面向连接)、用户数据报协议UDP(面向无连接))应用层(远程终端协议Telnet、文件传输协议FTP、简单邮件传输协议SMTP、域名服务DNS、动态主机配置协议DHCP、路由信息协议RIP、超文本传输协议HTTP、网络文件系统NFS、引导协议BOOTP、简单网络管理协议SNMP)。OSI与TCPIP比较:同:①采用了协议分层方法将庞大且复杂的问题划分为若干个较容易处理的范围较小的问题。②各协议层次的功能大体上相似都存在网络层、传输层和应用层。③两者都可以解决异构网的互联实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信。④两者都能够提供面向连接和无连接的两种通信服务机制都是基于一种协议集的概念协议集是一簇完成特定功能的相互独立的协议。异:模型设计的差别层数和层间调用关系不同最初设计的差别对可靠性的强调不同标准的效率和性能上存在差别市场应用和支持上不同。第章局域网原理与技术早期为了实现资源共享和交流方便在较小范围内进行计算机互联出现了计算机网络研究的新邻域这就是局域网LAN。定义:在有限的地理范围内覆盖多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络通过完善的网络软件实现计算机之间的相互通信和资源共享。从介质访问控制方法的角度可分为共享介质式局域网和交换式局域网。基本特征:较小的地域范围较高的信息传输率简单的组成设备(包括计算机、终端设备和各种互联设备)使用多种传输介质(包括双绞线、同轴电缆、光纤等)面向用户集中。技术特点主要由拓扑结构、传输介质和介质访问控制方式决定。计算机网络的组成元素分为网络节点(分为端节点和转发节点)和通信链路网络节点的互联模式称为网络的拓扑结构。常用拓扑结构有总线型结构(单根电缆每个节点共享总线的全部容量如以太网)、环形结构(每个节点与相邻的两个节点相连如令牌传递)、星型结构(每个节点通过一个中央设备连接在一起)。从介质访问的角度LAN的控制方法有载波监听多路访问冲突检测(CSMACD)(最大的缺点是发送的时延不确定。如以太网)令牌总线令牌环(优点:时延确定、适合负重载的环境、支持优先级服务。缺点:维护复杂、实现困难)。局域网的硬件系统包括网络服务器、网络工作站、网卡以及传输介质和其他互联设备。软件系统包括系统软件(即网络操作系统如Microsoft公司的WindowsNTServerNovell公司的NetwareUNIXLinux)和应用软件。用户只有通过网络操作系统才能实现文件管理、设备管理、通信管理、网络管理才能实现局域网使用Internet服务的功能。按照网络的通信方式LAN可分为对等网、专用客户机服务器网络、无盘工作站网络。传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线信道(包括微波、激光、红外线和短波信号)。常用互联设备有网络配置器(简称网卡)、调制解调器、中继器(又称重发器物理层互联设备)、集线器(按结构可分为无线集线器、有线集线器和智能集线器)、网桥(数据链路层互联设备。用于连接两个具有相同通信协议、相同传输介质和相同寻址结构的LAN。分为本地网桥和远程网桥)、路由器(网络层互联设备。具有网桥和路由选择功能主要功能路径选择、过滤功能、分割子网)、交换机(介于数据链路层或网络层的互联设备。同时具有网桥和路由器功能结合软件寻址和硬件交换功能实现LAN与LAN、LAN与WAN之间的数据快速传输是ATM网、快速以太网、千兆以太网组网比不可少的设备。按组织结构分为共享式和交换式)、网关(又称协议转换器在OSIRM最高层实现网际互联网络层以上的互联设备)等。

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