第一章计算机网络的形成与发展计算机网络的基本概念计算机网络的分类 OSI 模型 TCP/IP 模型网络模型分层规则

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奄花
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1 计算机网络考试大纲复习要点

2 第一章计算机网络的形成与发展计算机网络的基本概念计算机网络的分类 OSI 模型 TCP/IP 模型网络模型分层规则

3 目前通常采用的计算机网络的定义如下 : 计算机网络是用通信线路将分散在不同地点并具有独立功能的多台计算机系统互相连接, 按照网络协议进行数据通信, 实现资源共享的信息系统计算机系统通信网络计算机系统 3

4 第一阶段是从单个网络 ARPANET( 冷战产物 ) 向互联网发展的过程 ARPANET 世界上第一个远程分组交换网 1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议人们把 1983 年作为因特网的诞生时间

6 第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网三级计算机网络, 分为主干网地区网和校园网 ( 或企业网 )

7 以小写字母 i 开始的 internet( 互联网或互连网 ) 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 开始的的 Internet( 因特网 ) 则是一个专用名词, 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, 且其前身是美国的 ARPANET

8 第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网出现了因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)

9 从技术角度来看,Internet 包括了各种计算机网络, 从小型的局域网城市规模的局域网, 到大规模的局域网计算机主机包括了 PC 机专用工作站小型机中型机和大型机这些网络和计算机通过电话线高速专用线微波卫星和光缆连接在一起, 在全球范围内构成了一个四通八达的网间网简而言之,Internet 是指主要通过 TCP/IP 协议将世界各地的网络连接起来实现资源共享提供各种应用服务的全球性计算机网络, 一般称为互联网

10 1.5.1 计算机网络的不同定义最简单的定义 : 计算机网络是一些互相连接的自治的计算机的集合因特网 (Internet) 是网络的网络局域网从介质访问控制方法的角度可以分为共享介质局域网和交换式局域网

11 不同作用规模的网络广域网 WAN (Wide Area Network) 局域网 LAN (Local Area Network) 城域网 MAN (Metropolitan Area Network) 个人区域网 PAN (Personal Area Network)

12 规模 : 连接距离

13 局域网拓扑结构星形网集线器匹配电阻总线网干线耦合器比如令牌环网环形网目前, 实际存在与使用的广域网基本上都是采用网状拓扑结构

14 实体 (entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合在协议的控制下, 两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务要实现本层协议, 还需要使用下层所提供的服务

15 协议是不同机器同等层之间的通信约定, 而接口是同一机器相邻层之间的通信约定协议的三要素语法语义语序本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议下面的协议对上面的服务用户是透明的协议是水平的, 即协议是控制对等实体之间通信的规则服务是垂直的, 即服务是由下层向上层通过层间接口提供的

16 服务用户实体 (n + 1) 协议 (n + 交换原语 1) 交换原语实体 (n + 1) 第 n + 1 层服务提供者实体 (n) SAP 协议 (n) SAP 实体 (n) 第 n 层

17 OSI 的体系结构 TCP/IP 的体系结构应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层应用层 ( 各种应用层协议, 如 DNS, HTTP, SMTP 等 ) 运输层 (TCP 或 UDP) 网际层 IP 网络接口层 ( 这一层并没有具体内容 ) (a) (b) 计算机网络体系结构 : (a) OSI 的七层协议 ;(b) TCP/IP 的四层协议 ;

18 第二章物理层几种不同传输线介质的优点和缺点以太网的发展过程和相关概念信道的最大传输容量 : 奈奎斯特和香浓定理带宽信道容量噪声多路复用技术通信的异步方式和同步方式

19 有关信道的几个基本概念数据通信的目的是交换信息信源和信宿之间要有通信线路 ( 信道 ) 才能通信信道一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体单向通信 ( 单工通信 ) 只能有一个方向的通信而没有反方向的交互双向交替通信 ( 半双工通信 ) 通信的双方都可以发送信息, 但不能双方同时发送 ( 当然也就不能同时接收 ) 双向同时通信 ( 全双工通信 ) 通信的双方可以同时发送和接收信息

20 基带信号 ( 即基本频带信号 ) 来自信源的信号像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号基带信号往往包含有较多的低频成分, 甚至有直流成分, 而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量因此必须对基带信号进行调制 (modulation)

21 调制分为两大类 : 基带调制 : 仅对基带信号的波形进行变换, 使它能够与信道特性相适应变换后的信号仍然是基带信号把这种过程称为编码 (coding) 带通调制 : 使用载波 (carrier) 进行调制, 把基带信号的频率范围搬移到较高的频段, 并转换为模拟信号, 这样就能够更好地在模拟信道中传输 ( 即仅在一段频率范围内能够通过信道 ) 带通信号 : 经过载波调制后的信号在数字通信信道上, 直接传送基带信号的方法称为基带传输, 且只有当信道的带宽大于被传送信号的带宽时, 信号才能顺利的通过信道

22 理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud W 是理想低通信道的带宽, 单位为赫 (Hz) W(H) 不能通过 0 频率 (Hz) 能通过每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒 2 个码元 Baud 是波特, 是码元传输速率的单位, 1 波特为每秒传送 1 个码元

23 理想带通特性信道的最高码元传输速率 = W Baud W 是理想带通信道的带宽, 单位为赫 (Hz) 能通过不能通过 0 频率 (Hz) W (Hz) 不能通过每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒 1 个码元 10

24 实际的信道所能传输的最高码元速率, 要明显地低于奈氏准则给出上限数值波特 (Baud) 和比特 (bit) 是两个不同的概念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 10

25 要注意信息的传输速率比特 / 秒与码元的传输速率波特在数量上却有一定的关系若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量, 则比特 / 秒和波特在数值上相等若 1 个码元携带 n bit 的信息量, 则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 M n b/s 10

26 双绞线最常用的传输媒体模拟传输和数字传输都可以使用双绞线, 其通信距离一般为几到十几公里屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 带金属屏蔽层无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)

27 聚氯乙烯套层绝缘层 (a) 无屏蔽双绞线铜线聚氯乙烯屏蔽层绝缘层铜线套层 (b) 屏蔽双绞线 3 类线 5 类线 (c) 不同的绞合度的双绞线双绞线的示意图

28 1991 年, 美国电子工业协会 EIA 和电信行业协会联合发布了一个用于室内传送数据的无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线的标准 EIA/TIA 年将布线标准更新为 EIA/TIA-568-A 此标准规定了 5 个种类的 UTP 标准 ( 从 1 类线到 5 类线 ) 对传送数据来说, 现在最常用的 UTP 是 5 类线 (Category 5 或 CAT5)

绞合线类别常用的绞合线的类别带宽和典型应用带宽线缆特点典型应用 3 16 MHz 2 对 4 芯双绞线模拟电话 ; 曾用于传统以太网 (10 Mbit/s) 4 20 MHz 4 对 8 芯双绞线曾用于令牌局域网 5 100 MHz 5E( 超 5 类 ) 125 MHz 6

29 绞合线类别常用的绞合线的类别带宽和典型应用带宽线缆特点典型应用 3 16 MHz 2 对 4 芯双绞线模拟电话 ; 曾用于传统以太网 (10 Mbit/s) 4 20 MHz 4 对 8 芯双绞线曾用于令牌局域网 MHz 5E( 超 5 类 ) 125 MHz MHz 与 4 类相比增加了绞合度与 5 类相比衰减更小与 5 类相比改善了串扰等性能传输速率不超过 100 Mbit/s 的应用传输速率不超过 1 Gbit/s 的应用传输速率高于 1 Gbit/s 的应用 MHz 使用屏蔽双绞线传输速率高于 10 Gbit/s 的应用

30 EIA( 电子工业协会 ) 的 TIA( 远程通信工业分会 ), EIA/TIA 568 标准的电缆规格说明 : Category 5: 适于 100Mbps 的 100Base-TX 和 100Base- T4, 支持 100MHz 的数据通信特富龙绝缘增强 Category 5: 高质量铜线, 高缠绕率能支持高达 200MHz 的信号速率, 是常规 CAT 5 容量的 2 倍 Category 6: 四对电线的双绞线电缆每对电线裹箔, 所有电线的外面另裹箔, 防火塑料封套箔对串扰提供了较好的阻抗, 支持的吞吐量是常规 CAT 5 吞吐量的六倍无屏蔽双绞线 UTP(unshielded twisted pair): 和 IBM80 年代早期引入的价格昂贵的并未流行的屏蔽双绞线区别

31 同轴电缆同轴电缆具有很好的抗干扰特性, 被广泛用于传输较高速率的数据同轴电缆的带宽取决于电缆的质量 50 同轴电缆 LAN / 数字传输常用 75 同轴电缆有线电视 / 模拟传输常用绝缘保护套层外导体屏蔽层绝缘层内导体同轴电缆的结构

32 2. 传输特性 ü 50Ω,RG-8 和 RG-11 ( 用于粗缆以太网 ) 50Ω,RG-58 ( 用于细缆以太网 ) 75Ω,RG-59 ( 用于宽带传输 ) ü 典型基带同轴电缆的最大距离限制在几 km 内, 宽带同轴电缆可达十几 km 但是在 10BASE5 粗缆以太网中, 传输距离最大为 500m, 3. 连通特性在 10BASE2 细缆以太网中, 传输距离最大为 185m 同轴电缆既支持点点连接, 也支持多点连接 4. 地理范围基带同轴电缆使用的最大距离限制在几千米范围内, 宽带同轴电缆最大距离可达几十千米左右 5. 抗干扰性同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强 6. 相对价格同轴电缆的造价介于双绞线与光缆之间, 使用与维护方便 32

33 第三章数据链路层局域网的概念局域网连接和广域网连接的不同集线器, 交换机, 桥接, 中继器网卡

34 局域网的组成一个完整的计算机局域网一般由服务器工作站外围设备和通信协议组成 1 服务器服务器运行网络操作系统, 是整个网络系统的核心, 它为网络用户提供服务并管理整个网络根据担负网络功能的不同, 服务器可分为文件服务器通信服务器备份服务器打印服务器应用服务器 ( 如 Web 服务器服务器等 ) 和接入服务器等类型对于大多数网络来说, 应用最多则是文件服务器, 即为用户提供共享文件资源的服务器

35 2 工作站工作站是指连接到网络上的计算机它只是一个接入网络的设备, 它的接入和离开对网络系统不会产生影响在不同的网络中工作站又称为结点或客户机工作站可以有自己的操作系统, 独立工作 ; 通过运行工作站网络软件, 访问服务器共享资源 3 外围设备外围设备是连接服务器与工作站的一些传输介质连线或网络互连设备常用的传输介质有双绞线, 同轴电缆, 光纤等连接设备有网卡集线器交换机路由器等

36 中继器具有完全再生网络中传送的原有基带信号的能力集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生放大, 以扩大网络的传输距离, 它不具备自动寻址能力集线器与交换机的区别交换机于路由器的区别 IPV6

37 网络层的作用第四章网络层 IP 地址的结构和分类, 子网划分, 子网掩码,CIDR ( 重点!) 路由选择的算法 : 静态路由算法和动态路由算法 NAT 有向连接, 无向连接, 虚电路 VPN, P2P AS, RIP, OSPF, BGP, IGP,EGP IPv6

38 第五章传输层运输层的功能传输协议的要素运输层建立连接数据传输拆除连接的过程三次握手, 释放连接 TCP 协议和 UDP 协议拥塞? Socket

39 5.1.2 运输层的两个主要协议 TCP/IP 的运输层有两个主要协议 : (1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol) (2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol) 应用层 UDP TCP 运输层 IP 与各种网络接口 TCP/IP 体系中的运输层协议

40 TCP 与 UDP 两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit) TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段 (segment) UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报

41 TCP 与 UDP UDP: 一种无连接协议提供无连接服务在传送数据之前不需要先建立连接传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报对方的运输层在收到 UDP 报文后, 不需要给出任何确认虽然 UDP 不提供可靠交付, 但在某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式

42 TCP 与 UDP TCP: 一种面向连接的协议提供面向连接的服务传送的数据单位协议是 TCP 报文段 (segment) TCP 不提供广播或多播服务由于 TCP 要提供可靠的面向连接的运输服务, 因此不可避免地增加了许多的开销这不仅使协议数据单元的首部增大很多, 还要占用许多的处理机资源

43 TCP 的连接 TCP 把连接作为最基本的抽象每一条 TCP 连接有两个端点 TCP 连接的端点不是主机, 不是主机的 IP 地址, 不是应用进程, 也不是运输层的协议端口 TCP 连接的端点叫做套接字 (socket) 或插口端口号拼接到 (contatenated with) IP 地址即构成了套接字

44 套接字 (socket) 套接字 socket = (IP 地址 : 端口号 ) (5-1) 每一条 TCP 连接唯一地被通信两端的两个端点 ( 即两个套接字 ) 所确定即 : TCP 连接 ::= {socket1, socket2} = {(IP1: port1),(ip2: port2)} (5-2)

45 TCP 连接,IP 地址, 套接字 TCP 连接就是由协议软件所提供的一种抽象 TCP 连接的端点是个很抽象的套接字, 即 (IP 地址 : 端口号 ) 同一个 IP 地址可以有多个不同的 TCP 连接同一个端口号也可以出现在多个不同的 TCP 连接中

46 第七章应用层 DNS FTP 电子邮件系统客户端和服务端 (C/S) 浏览器和服务端 (B/S)

47 应用层协议的特点每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题, 而问题的解决又往往是通过位于不同主机中的多个应用进程之间的通信和协同工作来完成的应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议应用层的许多协议都是基于客户服务器方式客户 (client) 和服务器 (server) 都是指通信中所涉及的两个应用进程客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系客户是服务请求方, 服务器是服务提供方

48 6.1.1 域名系统概述许多应用层软件经常直接使用域名系统 DNS (Domain Name System), 但计算机的用户只是间接而不是直接使用域名系统互联网采用层次结构的命名树作为主机的名字, 并使用分布式的域名系统 DNS 名字到 IP 地址的解析是由若干个域名服务器程序完成的域名服务器程序在专设的结点上运行, 运行该程序的机器称为域名服务器

49 DNS 是一个分布式数据库系统, 它的三个组成部分是域名空间域名服务器和地址转换请求程序 DNS 是一种基于分布式数据库系统, 并采用客户 / 服务器模式进行主机名称与 IP 地址之间的转换

50 计算机网络的模式计算机网络的模式主要有两种 : 对等网络模式和客户机 / 服务器网络模式对等网络模式 ⑴ 对等网的结构 ⑵ 对等网的适用场合对等模式网络非常适用于小型办公室实验室游戏厅和家庭等小规模网络 ⑶ 对等式网的特点对等式网的优点如下 : 1 结点地位平等, 使用容易, 且工作站上的资源可直接共享 2 价格低廉大众化, 不需要专门的服务器图 1-8 对等网结构对等式网的缺点如下 : 1 无法集中管理, 安全性能较差 2 文件管理分散, 因此数据和资源分散, 数据的保密性差 50

51 客户机 / 服务器网络客户机 / 服务器网络是一种基于服务器的网络, 与对等网络相比, 基于服务器的网络提供了更好的运行性能并且可靠性也有所提高 (1) 客户端软件具有如下特点 : 1 是一个在需要进行远程访问时临时成为客户, 同时也做其他的本地计算的应用程序 2 直接被用户调用, 只为一个会话运行 3 在用户的个人计算机上本地运行 4 主动地启动与服务器的通信 5 能访问所需的多种服务, 但在某一时刻只能与一个远程服务器进行主动通信 6 不需要特殊的硬件和高级的操作系统 51

52 FTP 特点文件传送协议 FTP 只提供文件传送的一些基本的服务, 它使用 TCP 可靠的运输服务 FTP 的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性 FTP 使用客户服务器方式一个 FTP 服务器进程可同时为多个客户进程提供服务 FTP 的服务器进程由两大部分组成 : 一个主进程, 负责接受新的请求 ; 另外有若干个从属进程, 负责处理单个请求

53 电子邮件的一些标准发送邮件的协议 :SMTP 读取邮件的协议 :POP3 和 IMAP MIME 在其邮件首部中说明了邮件的数据类型 ( 如文本声音图像视像等 ), 使用 MIME 可在邮件中同时传送多种类型的数据

Chapter #

Chapter # 第三章 TCP/IP 协议栈本章目标通过本章的学习, 您应该掌握以下内容 : 掌握 TCP/IP 分层模型掌握 IP 协议原理理解 OSI 和 TCP/IP 模型的区别和联系 TCP/IP 介绍主机主机 Internet TCP/IP 早期的协议族全球范围 TCP/IP 协议栈 7 6 5 4 3 应用层表示层会话层传输层网络层应用层主机到主机层 Internet 层 2 1 数据链路层

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