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第一章

思维导图

概述

定义：为了达到某种目标而以某种方式联系或组合在一起的对象或物体的集合：如供水供电交通等网络。
计算机网络的综合观点：利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统（自制独立的）互连起来，通过功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。

• 计算机网络的组成：通信子网，资源子网。
• 资源子网由：主机、终端、终端控制器、连网外设、服务器各种软件资源与信息资源组成
• 通信子网由：路由器，通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。
• 局域网速率：10M-1000Mbps
  典型特点：距离短、通信时延小、数据速率搞、误码率低。
• 按拓扑结构划分：
  1·总线型优点：信道利用率高所有PC挂在一条线路上，简单易扩充，组网容易。传输速率较高，多用于局域网。
  不足：故障诊断、隔离困难，冲突情况严重。
• 星型：优点组网简单、容易集中管理。
  不足中央节点负载重，易形成瓶颈。
• 环形：线缆长度短、整体效率高。故障诊断困难、环路难扩充、控制复杂。
• 树形：结构简单成本低，容易扩充，方便定位隔离。根节点抑郁成为瓶颈。
• 网状：故障局部化、易扩充。建网交难，控制机制复杂。
  按网络的交换方式分类
• 电路交换：预先建立链接，比特流直达终点
• 报文交换：不需要建立和独占专门的物理通道，每次只占用网络一段链路。报文到达一个节点先存储在转发
• 报文分组交换：把较长的报文划分成较短的固定长度的数据段，基本单位（分组）。首部含有地址信息。报文到达一个节点先存储在转发
• 优势，高效、灵活、迅速、可靠。缺点：排队、时延、开销。

计算机网络的主要性能指标

• 1·传送数据的速率（比特率，一个bit就是二进制的数字中的一个0或1）M(十的六次方=兆）G（十的九次方）T（十的十二次方）
• 2·带宽本来是指具有的频带宽度，在计算机网络中指数字通道所能传送的“最高数据率”单位bit/s，注意在存储空间中K=2 ^10，M=2 ^20，G=2 ^30，T=2 ^40。一个字节=8bit（B表示byte字节，b表示bit）
• 3·吞吐量表示在单位时间内通过某个网络的数据量（实际量）
• 4·时延：发送时延是发送数据帧所需要的的时间，即数据帧从帧头发出一直到帧尾进入传输媒体一共需要的时间。计算公式=数据帧长度（bit）/信道带宽（bit/s）
• 传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的举例而花费的时间。传播时延=信道长度/信号在信道上的传播速率
• 时延带宽积是指以比特为单位的链路长度，为这样的链路可容纳多少个比特。时延带宽积=传播时延*带宽。
• 利用率：设网络利用率为U。网络时延为D,网络时延最小值为D0
  U=90%,D=D0/(1-U)=>D/D0=10

计算机网络的体系结构

• 标准化工作及相关组织：ISO（国际标准化组织）
• ITU-T：国际电信联盟
• NIST：美国国家标准和技术协会
• ANSI：美国国家标准协会
• IEEE：电器和电子工程师学会
• EIA：电子工业协会
• Internet协会：ISOC包括：RFC（）
• 网络分层：网络按功能分成一系列层次，每一层完成一个特定的功能。
• 分层的优点：各层之间相互独立，相邻层间交互只通过接口，整个问题复杂度下降。结构上可分开，各层都可以采用最合适的技术来实现。每层功能简单，易于实现和维护 灵活性好 有利于标准化
• 分的过细：优势网络各个功能的“职责”分明，便于实现。不足：增加衔接上的复杂度，增加层接口之间交互的信息量，增加系统开销——降低了联网计算机的响应速度和工作效率。
• 网络体系结构的几个基本概念
  1·源：通信过程中，数据的发送方
  2·目标：通信过程中，数据的接收方。
  计算机网络通信的双向性决定一个网络节点同时具备源与目标的角色。

• 协议：为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则，标准或约定的集合。 协议总是指某一层协议，准确的说，它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。 三要素为 语法，语义，定时。
• 服务是垂直的，协议是水平的。

OSI/RM模型

PDU（协议数据单元）SDU（数据字段）

• 物理层功能：在物理媒体上传输原始的数据比特流。
• 数据链路层：在相邻节点间无差错地传输——帧数据
• 网络层功能：将分组穿过通信子网从信源传输到信宿
• 传输层：提供端到端的数据传输服务
• 会话层：在两个互相通信的进程之间建立组织和同步会话，会话活动管理，对话控制。
• 表示层：提供数据或信息语法的表示变换，以确保不同表示方法的计算机能互相通信

TCP/IP

• 特点：开放的协议标准
• 独立于特定的计算机硬件与操作系统
• 独立于特定的网络硬件，可以运行在不同的局域网、城域网和广域网之上
• 异种网络胡亮的为一协议体系，适用于不同机型，不同类型的网络。
• 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。
• 
  

两种模型对比

第二章

思维导图

数据通信主要指标与信道极限容量

• 信道：传送信息的线路

• 比特率：数据传输速率，指每秒能传送的二进制位数。

• 码元：时间轴上的一个信号编码单元

• 波特率：每秒传送码元数或者说每秒脉冲信号变化的次数，如果是脉冲信号，B=1/T。

• 奈奎斯特准则：在带宽为H的理想低通无噪音信道上，信号码元的最大波特率为B=2H

• 比特率与波特率的关系S=B*log2N（N为码元状态数，log2N为几位二进制数可以表示码元状态数即比特数）

• 最大比特率：S=2Hlog2N

• 信道容量：即信道的最大数据传输速率，表征一个信道传输数据的能力

• 香农定理：带宽受限且有高斯噪声干扰的信道极限，无差错地信息传输速率。C=H*log2（1+S/N）

• 信噪比：db=10*log10S/N

多路通信基础与物理层

多路复用技术

• 复用：多个信息资源共享一个公共信道

• 频分多路复用（FDM）：前提：当传输介质的可用带宽超过各路给定信号所需带宽的总和时。方法：把多个信号调制在不同的载波频率上。（移频，叠加）

• 时分多路复用（TDM）：前提：当传输介质所能达到的数据传输速率超过各路信号的数据传输速率的总和时。方法;将物理信道按时间分成若干时间片轮换地分配给多路信号使用。结果：每一路信号在自己的时间片内独占信道传输。时分多路复用可分为同步TDM和异步TDM。（多用来传输数字信号也可模拟信号）

• 数据传输率：帧长*每秒频率

• 波分多路：原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。

• （码分多址CDMA） 码片序列相互正交必须向量S和T的归一化内积为零（ST=1/m取和SiTi=0）所以S（T）非=0,SS=1,S(S)非=-1

模拟数据数字数据的传输与调制技术

• 术语：信息，数据，信号（电的磁的），传输

• 

• 模拟传输系统：使用放大器来补偿信号在传输过程中的衰减

• 数字传输系统：在传输介质中插入转发器或叫中继器以补偿传输过程中信号的衰减和抑止干扰。

• 数据编码和调制：就是将数据转换为适用于在信道上传输的某种点或光信号形式（模拟或数字信号）

• 基带传输：按照原始信号的固有频带传输，通常指信道上传输的是没有经过调制的数字信号。

• 频带传输：将基带信号调制成便于在模拟信道中传输，具有较高频率范围的信号。

• 

• 通信三要素：信源，信宿，信道

• 

• 连续波数字调制（数字数据——模拟信号）：调幅(ASK)、调频(FSK)、调相(PSK) 。f(t)=Asin(wt+&)

• 脉冲数字调制（模拟数据——数字信号）：三步骤（采样，量化，编码）采样：根据奈奎斯特定理只要采样频率不低于有效信号最高频率的两倍则采样值包含了原始信号的全部信息。

• 数字数据的数字信号编码（数字数据——数字信号）：单极性脉冲（电压有无）和双极型脉冲（电压正负）。

• 归零编码在一个码元结束时电平总是回到零，不归零编码在在码元全部时间内，电平保持恒定

• 曼彻斯特编码：从低向高跃变0，从高向低跃变为1.

• 差分曼彻斯特编码：起始位处有跳变为0 若无表示1。

点-点通信方式与同步

• 单工通信：信息固定地从一端传送到另一端
• 半双工：数据可以双向传输，但不能同时进行
• 全双工：可以同时双向数据传输
• 数据传输根据接口类别不同可以分为串行传输和并行传输。串行传输又可以分为同步传输和异步传输（区别为发送端是够需要发送同步时钟信号是的话为同步传输）。
• 异步传输：每个字符由四部分组成起始位、数据位、奇偶校验位、停止位。

传输介质

• 信道：在信源和信宿之间建立的用于传送信号的物理通道，又称物理信道。
• 介质：泛指计算机网络中用于链接各个计算机的物理媒体。
• 两者区别：信道建立在传输介质上，但包括了传输介质和通信设备。同一传输介质上可依托多路复用技术提供多条信道，一条信道允许一路信号通过。
• 有线传输：双绞线，同轴电缆和光纤。
• 无线传输介质包含：无线电，微波，红外线和激光等。
• 双绞线：屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。
• 光纤：分为多模和单模光纤。特点：轻，频带宽，传输速率高，误码率低，传输质量高性能可靠。
• 无线介质弱点：易受干扰，保密性和安全性差。

物理层功能和协议举例

• 物理层功能：提供在物理传输介质上传送和接收比特流的能力。
• 物理层协议基本特性：机械特性，电气特性，规程特性，功能特性。
• DTE和DCE：数据终端设备，数据电路端接设备。
• 物理层设备：中继器和集线器。在电缆段之间复制比特信号，信号整形、放大、再生。扩展后的局域网在网络层看来还是一个网络。
• 中继器：在物理层上实现局域网网段的扩展，信号整形，放大，再生，延长网络距离。优点安装简单使用方便，价格便宜。**缺点：不能无限制的扩展网络长度。**特点：中继器处理的对象是数据比特脉冲信号，它不能识别数据链路层的帧格式或网络层的分组格式。
• 注意：中继器（数据传输）放大器（模拟传输）两者之间区别。
• 集线器（HUB）：缺点 冲突域增加了，但总的吞吐量反而减小

第三章链路层

思维导图

• 传输中的噪声：热噪声，交叉调制噪声，串扰，脉冲干扰（数字传输中主要的干扰源）
• 链路是无源点到点的线路段中间没有交换点。通路是多个链路串接而成。数据链路是链路+通信规程。
• 作用：1·将网络层交下来的数据报组装成帧 2·在两个相邻结点间的链路上传送以帧为单位的数据 3·接收端进行差错检测，若有错，则丢弃差错帧。
• 目的：在相邻结点间提供透明，无措的数据传输。
• 功能：组帧（同步，定界，透明传输），差错控制，重传策略，流量控制，寻址，介质访问控制与链路管理。
• 基本服务：将源结点网络层交付的数据正确传输到相邻目的结点，交给目的结点网络层。三种服务：1·无确认的无连接服务 2·有确认无连接 3·面向链接（可靠的）
• 计算机网络按传输技术分为点—点网和广播网。两者区别：广播网络中分出了一个介质访问控制子层。

组帧

• 关键问题：接受者如何从位流中区分出帧的边界，即帧的开始和结束。
• 帧同步的方法：1·字节计数法，2·使用字符填充的首位定界符法 3·使用比特填充的首尾标志法 4·编码违例法
• 字节计数法：缺点如果帧的长度域出错，则同步信息完全丢失，必须重新开始建立同步。
• 使用字符填充的首尾定界符法：以特定的ASCLL字符序列表示帧首尾及控制字段。确定：1·兼容性差 2·帧长位数需要为8的整数倍，不能传输任意长位数 3·若不用“DLE插入删除技术（对数据中的DLE在后面再插入一个DLE，成对出现的DLE是字符）”时，数据传输会不透明。
• 使用比特填充的首尾标志法：以特殊的比特组合标志帧的开始和结束。优点：面向位的通信协议，可传达任意位长度，通用性强（零比特插入删除技术）
• 编码违例法：采用违反编码规则的策略来标志帧的边界。

差错控制

• 发现传输中的错误，并采取相应的措施降低数据传输错误的影响。
• 目的：保证所有的帧按顺序，正确送到目的主机
• 差错分类：单个错（热噪声，差错孤立错误之间没有关联），突发错（数据传输中的主要出错，由瞬间的脉冲噪声引起，一般会影响连续的许多位，突发长度：突发错所影响的最大连续数据比特数）
• 检错：附加监督位（各比特建立形式关联）接收端验证关系是否存在
• 海明码：
• 奇偶校验码：先将要发送的数据块分组，在每一组的数据码元后面附加一个沉余位，使得该组连冗余位在内的码字中“1”的个数为偶数（偶校验）为奇数（奇校验）。接收端再次检查“1”的个数，是否符合。可分为垂直奇偶校验码，水平奇偶校验码和水平垂直奇偶校验码
• 水平垂直校验码：可检测出某行，某列的所有奇数个错都能发现，可以纠正不能同时满足行，列校验关系的以为错不能检出某些互相补偿的偶数个错。
• 校验和检错码：原理以16位字为单位进行累加，累加过程中若最高位有进位则循环进入低位，最后将累加和取“1”补码。接收数据同样以16位字为单位对各数据及校验和进行累加，若最后结果全为1，则正确。
• 校验和可靠性：能够检测出绝大多数奇数个和偶数个数据位的变化。
• 说明：也可用“2补码”此时接收校验累加应为0
• 
• 循环冗余码：1·将位串看成系数为0或1的多项式。2·收发双方约定一个生成多项式（其最高阶和最低阶系数必须为1）
• 模2运算：模2除（被除数高位为1即可相除，商为1）模2加、模2减：等于按位加（异或）运算。
  
• 差错控制策略前向纠错：自动纠错发送端使用纠错码，接收端检出并纠正，但监督码，接收端检出并纠正错，但监督码比较复杂，效率低，一般用于没有反馈信道的单工通信中。缺点：冗余码多，译码复杂，适用于单工信道
• 自动重发请求：发送方使用检错码，接收对方收到的数据进行检错。接收方使用应答向发送方进行信息反馈（会启动一个超时定时器）ARQ的两种实现方法：停止等待方式，连续ARQ方式

流量控制

• 作用：控制发送方的发送数据量，使得不能超过接收方的接收能力
• 关键：接收方使用反馈机制
• 流量控制策略：停-等协议，滑动窗口协议
• 停-等协议：1·发送方发完一帧后，停止发送，并启动定时器，等待对方应答。2·接受者收到帧，若正确则应答ACK、错误则应答NAK。3·接受者若收到ACK，接着发送一下帧：若收到NAK，或超时，则重发该帧。复位定时。
• 停等算法的信道利用率：数据速率记为b，帧长度记为L，信号来回延迟记为R，则线路效率为：L/（L+bR）

滑动窗口协议

• 发送方和接收方都具有一定容量的缓冲区（即窗口）,发送端在收到确认之前可以发送多个帧。
• 发送窗口：是发送方允许发送的帧的序号表，发送端可以不等待应答而连续发送的最大帧数称为发送窗口的尺寸。
• 接收窗口：是接收方允许接收的帧的序号表，范落在接收窗口内的帧，接收方都必须处理，落在接收窗口外的帧被丢弃，接收方每次允许接收的帧数称为接收窗口的尺寸
• 目的：对可以连续发出的最多帧数（已发出但未确认的帧）作限制。
• 序号使用：循环重复使用有限的帧序号
• 
  

出错重传机制

• 回退n帧：出错全部重发，该策略对应接收窗口为1的情况，即只能按顺序接收帧。缺点：按序接收，出错后即便有正确帧到达也丢弃重传，因此降低了发送效率。
• 
• 选择重传：出错选择重发（只重传出错的帧）缺点：在接收端需要占用一定容量的缓存。要求发送窗口的尺寸<2^n-1
• 选择重传协议：若发送窗口与接收窗口序号空间相同，则发送窗口的大小不能超过2^n-1
• 

最后

以上就是俭朴小鸽子为你收集整理的计算机网络重点知识（期末考研复习）第一章第二章第三章链路层的全部内容，希望文章能够帮你解决计算机网络重点知识（期末考研复习）第一章第二章第三章链路层所遇到的程序开发问题。

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