计算机网络的层次化结构.docx
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计算机网络的层次化结构
第2章计算机网络的层次化结构
本章复习时应以计算机网络的层次化结构的概念为线索,结合TCP/IP体系结构,掌握各个
层次的有关概念及其功能,以及层与层之间的关系。
构造出计算机网络的整体架构来。
一、掌握数字信道中速率的概念
速率(比特率):
每秒可以传输的比特数就是信道传输的速率。
单位:
bps
二、掌握网络协议的概念
让通信硬件按照所规定的控制规则去运行,这些规则我们就称之为协议(Protocol)。
计算机
网络的运行是多个协议相互配合作用的综合结果,一套完整的计算机协议合在一起被叫做"
协议栈"(ProtocolStack,又称ProtocolSuits)。
三、了解同等层协议
只有在同等层次上的协议实体之间才可以互相联络,这就是同等层协议的概念。
四、掌握主/从的概念
在网络上的计算机,凡是可以主动发出通信请求的一方,就称之为主机;而在通信过程中从
来就不能主动发出请求信息,只能被动地"聆听"并执行主机发来的指令的计算机就称之为从
机。
五、掌握服务的概念
服务是指在网络的低层模块向高层提供功能性的支持,高层利用底层的"服务"来开展工作。
六、单工通信和双工通信的概念
1.单工通信
2.双工通信
3.半双工通信
七、计算机网络的模型
1
1.结合上图,掌握横向规程控制信息流和纵向数据流的概念。
2.TCP/IP网络模型的概念,每层的名称、每层传输的信息格式(比特流、帧、包(报文分
组)、报文)。
3.层间服务的模型,主要了解的概念:
网络的每个层次都要运行与该层次功能相适应的软件或硬件,这个硬件或者软件的
运行活动称之为该层次的"实体"。
每一个实体都要向它的上一层提供支撑功能,提
供支撑服务的方式是通过一个称为"服务访问点"(ServiceAccessPoint/简称SAP)
的接口来提供的。
SAP实际上是一个确定的数据结构,它定义了两个功能层次之间的交互所需要的所
有内容,两个相邻层之间的一切与"服务控制"相关的参数都通过这个地方来交换。
具体传输的大块网络信息均通过双方约定的"缓冲储存区"进行传递。
在实施通信时,相互通信的计算机节点之间的信息交互都可以借助层间服务来反映,每一层功能层都利用它的紧邻的下一层提供的服务来实现本层次的功能。
它可以认为只是它的下一层在为它提供相应的服务。
而可以对下一层以下的各个层次的工作不加领会。
八、物理层
1.掌握物理层的主要作用:
即是承担各台计算机之间的信息的实际传递,当在传送信息时,
要解决怎样把从相邻一层交下来的要向外发送的信息,用适合所选用的该种传输媒?
quot;
物理"特性的方式,传递到该媒体上进行传输。
或者反过来,实现从该种"物理传输媒体"上
把信号取下来,转变为适合计算机内部运用的代码。
2.了解几种常用的物理传输媒体的特点
包括:
光纤(多模光纤和单模光纤)、双绞线、同轴电缆(50欧姆阻抗)、无线方式(微
2
波、光波)、通信卫星。
3.掌握带宽和时延的概念
带宽:
是指在一个物理信道内可以传输频率的范围。
注意带宽和数据传输速率的概念的不同。
单位:
赫兹(Hz)
时延:
即时间延迟。
注意同一种媒体内传输信号的时延值在信道长度固定了以后是不可变的,不可能通过减低时延来增加容量。
而唯一可行的办法只能是增加信道的带宽。
4.物理传输信息编码和调制技术
掌握编码/解码的概念,调制/解调的概念,调幅、调频、调相的概念。
5.信道复用技术
一般了解时分复用、频分复用和波分复用的概念。
九、链路层
1.掌握链路层的功能:
是实现与"相邻节点"的无差错通信。
2.掌握面向连接与无连接的概念
面向连接:
是指通信双方在进行通信之前,要事先在双方之间建立起一个完整的可以彼此沟通的通道,这个通道也就是连接。
在通信过程中,整个连接的情况一直可以被实时地监控和管理。
无连接:
不需要预先建立起一个联络两个通信节点的连接,在需要通信的时候,发送节点就
可以往网络上送出信息,让信息自主地在网络上传输。
一般在传输的过程中不再加以监控。
3.物理地址的概念
4.成帧,纠错和流控制的概念
成帧:
"帧"的格式是由帧头、帧尾和正文三个部分组成的。
在帧头部分一般包含有帧的起始标记、收发双方的物理地址、传送时需要的相应控制信息;在帧尾部分则包含有对网络信息传递过程中有否出错的检查信息和帧的结束标记。
3
纠错:
一个网络的信息帧的传送过程中,会由于各种原因产生出错,因此就需要有一种手段
来检查该帧信息在传递的过程中有否因为种种原因发生变更。
如果内容有变动了,可以马上
要求发送方重新发送一个这个帧的留底备份,以便及时更正错误。
这个过程可以被重复多次,
即如果发现再出错,可再重发,直至错误被更正了为止。
这种概念就是网络传输的信息纠错
流控制:
计算机网络上对两台在相互通信的计算机之间在传送着的"帧"的调度行为称之为"
流控制"
5.了解滑动窗口的工作过程。
十、网络层
1.掌握网络层的功能:
是在端节点和端节点之间实现正确无误的信息传送。
2.掌握网络地址的概念。
3.掌握IP地址的格式、种类、表示方法。
4.掌握子网掩码的概念。
5.掌握路由的基本概念(什么是路由、静态路由和动态路由)
6.了解地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP的作用。
7.了解IP包的基本概念。
十一、运输层
1.掌握运输层的功能:
是完成从终端端点到另一终端端点的可靠传输服务。
2.了解运输层和网络层功能的区别所在。
3.掌握运输层的服务内容:
即建立和拆除运输层的连接、对点到点的通信实施控制、实现
全双工通信控制并保证传输的可靠性。
4.了解传输连接的建立、拆除和管理简单工作过程。
4
十二、应用层
1.掌握应用层的功能:
是为了向网络的使用者提供一个更为方便,更加有效的网络应用环
境。
2.掌握客户/服务器工作模式的基本概念。
3.了解域名系统的基本内容。
4.了解电子邮件的传递过程。
练习题:
1.什么是开放式系统?
通过计算机网络可以互相访问的计算机系统,就叫做“开放式系统”。
2.为什么要用层次化模型来描述计算机网络?
由于计算机网络技术涉及到许多新的概念和新的技术,内容广泛而不太集中,是一个复杂的系统,为了更好的描述它掌握它,人们经过实践,采用了层次化结构的方法来描述复杂
的计算机网络,以便于将复杂的网络问题分解成许多较小的、界线比较清晰而又简单的部分来处理。
3.什么是通信协议?
连在网络上的任意两台计算机之间要相互通信,所需要遵守的控制规则称之为通信协
议。
4.面向连接和非连接的服务的特点是什么。
面向连接的服务,通信双方在进行通信之前,要事先在双方之间建立起一个完整的可以
彼此沟通的通道,在通信过程中,整个连接的情况一直可以被实时地监控和管理。
而非连接
的服务,不需要预先建立起一个联络两个通信节点的连接,需要通信的时候,发送节点就可
以往“网络”上送出信息,让信息自主地在网络上去传,一般在传输的过程中不再加以监控。
5.IP协议,ARP和RARP协议是怎样互相配合完成网络层的包传输的?
由于网上的任何一台计算机要向其它一台计算机发送信息,必须知道那一台机器和自己
的相关地址,否则就无法通信,IP协议则为每一台连接到某个网络上的计算机都定义了一
个IP地址,但是IP地址还不能直接用来进行通信,因为IP地址只是某台计算机在某个网
5
络中的地址(即在网络层的地址),如果要将该机的信息传送给目的计算机,还必须知道目
的计算机的物理地址,ARP协议就是用来把一个连在同一个物理网上计算机的IP地址转换
成该机的物理地址的。
而RARP协议通常用于无盘工作站,这种工作站只有物理地址,当要
与网络上其他计算机通信时,则需要通过RARP协议将已知的物理地址转换成IP地址。
6.不同的物理网络怎样才能实现互连?
一般通过集线器、网桥、交换机、路由器实现互连。
7.网络应用的环境是主要指哪些内容?
主要是客户/服务器交互环境、域名系统、电子邮件、文件传输、WWW、网络管理、网
络安全几个方面。
第三章计算机网络的通信子网
一、掌握通信子网的概念
通信子网(communicationsubnet,或简称子网)是由用作信息交换的节点计算机NC和通信
线路组成的独立的通信系统,它承担全网的数据传输、转接、加工和交换等通信处理工作。
其中:
子网:
通常在谈到广域网时才有意义,它指由网络经营者拥有的路由器和通信线路的集合。
子网的功能是把信息从一台主机传到另一台主机。
了解点到点、存储—转发或分组交换(packet-switched)子网的概念。
主机:
有时也称作端点系统(endsystem),不是子网的一部分。
互联网:
由各种网络的连接形成。
二、TCP/IP协议
了解其中IP协议用来给各种不同的通信子网层或局域网提供一个统一的互连平台,TCP协
议则用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。
三、掌握波特、波特率、比特率的概念与区别
波特是用来表示模拟信号每秒钟变化次数的度量单位。
一个b波特的线路传输信号的速率不
一定是每秒b比特,发送信号所需的时间T取决于编码方法和信号频率(每秒钟信号值改变
6
的次数),即为每个信号可以运载几比特(bit)。
如果信号值为电压,并且电压值的范围是
0-7的自然数(共8种不同状态),那么每个信号值可以代表3比特(3位二进制数),因而比
特率(Bitrate)是波特率(Baudrate)的3倍。
当信号值仅为1和0时(通常在计算机网
络的数字传送中),故比特率=波特率。
在计算机网络中通指的“b”是比特,即一个二进制位。
四、了解信道容量的有关概念、与信道带宽的关系。
五、了解信道连接方式的三种方式,即;
1.点到点连接,即通信双方处于信道两端,其它通信设备不与其发生信息共享与交互。
2.共享信道,即多台计算机连接到同一信道的不同分支点上,任何用户都可以向此信道发
送数据,在信道上所传播的数据,根据情况,可被全体用户接收(这称为广播,Broadcast),也可以只被指定的若干个用户接收(这称为组播,Multicast)。
3.信道复用。
即在同一共享信道上实现多个互相独立的点到点连接。
六、了解异步通信、同步通信、基带传输的概念
1.异步通信。
即指发送方和接收方之间不需要严格的定时关系。
也就是说,发送者可以
在任何时候发送数据,只要被发送的数据已经是可以发送的状态的话。
接收者则只要数据到达,就可以接受数据。
2.同步通信。
则要求发送和接收数据的双方需要严格的定时关系。
3.基带传输。
未经调制的电脉冲信号呈现方波形式,所占据的频带通常从直流和低频开
始,因而称为基带信号。
由于在近距离范围内,基本信号的功率衰减不大,从而信号容量不会发生变化。
因此,在传输距离较近时,计算机网络系统都采用基带传输方式。
4.宽带传输。
在远程传输中,特别是通过无线信道或光信道进行的数据传输过程中,那
些由编码表示的数字基带信号必须经过高频调制后才能在信道中进行传输,我们把这种传输
称为数字基带信号的载波传输或基带传输。
七、局域网技术
1.掌握局域网的定义。
即在一定的地理区域(同一建筑、同一大学或方圆几公里远地域)内,可使多个相互独立的设备在同一共享的介质上以一定的速率进行通信的计算机网络。
2.了解局域网的特点。
即:
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*1~1000Mbps的数据传输速率;
*地域范围为10m~10km左右;
*可连接几百个相互独立的设备,各设备平等访问网络资源;
*能进行广播或组播;
*有效使用包括通信媒体在内的共享资源;
*高负载情形下的稳定性,可靠性好;
*易于安装,配置和维护简单,造价低。
3.了解局域网的参考模型
*IEEE802标准
按照IEEE802标准,局域网的体系结构由物理层、介质访问控制层(MAC)、逻辑链路控制
层(LLC)三层协议构成。
其中,介质访问控制层和逻辑链路控制层这两层相当于ISO/OSI
参考模型的第二层即链路层。
*了解其他标准的简要情况
802.1——局域网概述、体系结构和网络互连,以及网络管理和性能测量;
802.2——逻辑链路控制,即高层与任何一种局域网MAC层的接口;
802.3——CSMA/CD,它定义了CSMA/CD总线网的介质访问控制和物理层规范;
(802.310Mbps以太网、802.3u100Mbps快速以太网、803.3z
1Gbps千兆以太网)
802.4——令牌总线网,它定义了令牌传递总线网的介质访问控制和物理层规范;
802.5——令牌环形网,它定义了令牌传递环形网的介质访问控制和物理层规范;
802.6——城域网,它定义了城域网的介质访问控制和物理层规范;
802.7——宽带技术;
802.8——光纤技术;
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802.9——综合话音数据局域网;
802.10——可互操作的局域网的安全机制;
802.11——无线局域网;
802.12——星型拓扑网(任何局域网、ATM网);
802.14——有线电视网。
4.了解载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)的概念
5.了解虚拟局域网(VLAN)的概念及特点
虚拟局域网实际上是与位置无关的局域网。
从原理上讲,虚拟局域网与传统的由集成器和路
由器所构成的局域网并没有本质的差异。
对于虚拟局域网,由一个站点发送的广播信息帧只能发送到具有相同虚拟网号的其它站点,而其它虚拟局域网的站点则接收不到该广播信息
帧。
因此,在同一VLAN内,用户能方便、高效地进行通信。
虚拟局域网与普通局域网的差异主要体现在以下几个方面:
*虚拟局域网的覆盖范围不受距离限制。
*虚拟局域网建立在交换网络的基础之上,交换设备包括以太网交换机、ATM交换机、宽
带路由器等。
*虚拟局域网属于OSI参考模型中的第2层(数据链路层)技术,能充分发挥网络的优势,体
现交换网络高速、灵活、易管理等特性,VLAN是交换网络的灵魂。
*虚拟局域网较普通局域网有更好的网络安全性。
八、城域网
1.掌握城域网定义。
是一种大型的LAN,通常使用与LAN相似的技术。
它可能覆盖一组邻
近的公司办公室和一个城市,可以支持数据和声音,并且可能涉及到当地的有线电视网
(CATV)。
2.了解CATV网络的特点
有线电视网早已普及到各个大中小城市的千家万户,有300MHz以上的带宽,终端用户只需
用称之为“机顶盒”(与电视机相连)的CATVmodem就可以上网收发信息。
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3.了解综合业务数字网(ISDN)的特点
ISDN是这样一种网络,它由电话综合数字网(IDN)演变而成,提供端到端的数字连接,以支
持一系列广泛的业务(包括话音及非话音),它为用户进网提供一组有限的标准的多用途用户
——网络接口。
从这个定义可以看出,ISDN有三个基本特征:
*端到端的数字连接。
*综合的业务。
由于ISDN实现了端到端的数字连接,它能够支持包括话音、数据、文字、
图像在内的各种综合业务。
从理论上说,任何形式的原始信号,只要能够转变成数字信号,都可以利用ISDN进行传递和交换,实现用户之间的通信。
*标准的入网接口。
ISDN的第三个基本特征是向用户提供一组标准的多用途入网接口。
所
谓“多用途”,是指入网接口对各种各样的业务都是通用的,即不同的业务和终端可以经过同一个接口接入网络。
九、广域网
1.掌握广域网的定义。
是覆盖地理范围相对较广的数据通信网络。
它常利用公共网络系统
提供的便利条件进行传输,可以分布在一个城市、一个国家,甚至跨过许多国家分布到全球。
广域网一般由主机和通信子网组成,
2.了解公共网络系统的构成:
即目前一般有电话交换网(PSTN)、分组交换数据网(又称X.25
网)、帧中继网(FrameRelay)、数字数据网(DDN)等。
3.了解广域网工作的特点
在许多广域网中,一般由公共网络充当通信子网,它包括两个组成部分:
传输线和交换节点。
传输线用来在计算机之间传送比特流;交换节点有时也叫做分组交换节点、中间系统或数据交换设备,用于连接两个或多个传输线。
数据沿输入线到达交换节点后,交换节点必须为其选择输出线并将其输出。
在广域网中传送的数据单元称为分组(packet)。
在广域网的交换节点,采用存储转发技术,即当分组到达交换节点(或称交换机)时,交换机将其放入一个队列,直到交换机可以发送它们去目的地。
这项技术使得交换机可以缓冲同时到达的小批量的突发性的分组。
分组交换机就是一个小计算机,有处理器、存储器和用于收发分组的I/O设备。
在现代的高
速广域网中,分组交换机中由专门的硬件处理分组交换。
分组交换机就是广域网的基本组件
之一。
分组交换机互相连接起来,传递分组,构成广域网。
通过增加分组交换机可以扩展广域网,覆盖更多的地点,连接更多的计算机。
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4.了解路由表中静态路由和动态路由的概念
*静态路由:
分组交换机启动时由程序计算而后设置路由,此后路由不再改变。
这种方法的
主要优点是简单,开销小;缺点是缺乏灵活性,路由不易改变。
*动态路由:
分组交换机启动时由程序设置初始路由,当网络变化时随时更新。
5.了解帧中继的简单概念与内容(包括虚电路、虚连接)
6.了解ATM技术的基本概念及技术特点,包括:
*ATM网络的基本思路。
就是把数据分割成固定长度的信元(Cell)来传输。
每个信元有5个
字节的信头和48字节的净荷(Payload)。
信元的长度固定,信头又非常简单,这些使得ATM
网络可以用硬件来实现信元的快速转发。
*ATM网络采用星形拓扑结构。
每一个ATM端系统通过专用的线路连接到ATM交换机,ATM
交换机之间又用高速的通信线路(一般为光纤)连接起来。
信元从端系统发出后,通过多个
ATM交换机的转发,最终到达目的地。
标准规定每个ATM端系统接口基本的发送速率为
155Mbps。
*ATM网络提供面向连接的服务。
在发送数据之前,进行通信的端站点之间必须存在连接。
该连接可以是永久性的,也可以是动态建立的。
在一条物理链路上可以存在多条虚连接,这些连接共享网络链路的带宽,根据各自的需要发送信息。
这种虚线路复用模式,提高了链路的总的利用率。
*不同的网络应用对服务质量的要求是不一样的。
ATM可以适应不同的网络应用对带宽的要求,提供多种网络服务。
ATM标准中对子网络服务质量制订了详细的规范,并提供了一系列机制保证各种不同应用的服务质量。
十、网际互连技术(IP)
主要掌握有关的互连设备的作用,工作在网络体系结构模型的哪一个层次。
即;
*集线器(Hub)。
是工作于物理层的一种设备,用于简单的网络扩展,是接收单个信号再将其广播到多个端口的电子设备。
集线器类型包括:
被动集线器、主动集线器智能集线器。
*网桥(Bridge)。
网桥是工作于链路层的一种设备,它的作用是扩展局域网络和通信手段,在各种传输介质中转发数据信号,扩展网络的距离,同时又有选择地将带有地址的信号从一
个传输介质发送到另一个转输介质,并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。
网桥
的类型:
透明网桥、源路由网桥。
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*路由器。
路由器工作在网络层。
路由器是用于连接多个逻辑上分开的网络,路由器具有判
断网络地址和选择路径的功能,它能在多网络互连环境中建立灵活的连接,可用完全不同的
数据分组和介质访问方法连接各种子网。
一般说来,异种网络互连或多个子网互连都应采用
路由器。
*网关工作在网络层。
在一个计算机网络中,当连接不同类型而协议差别又较大的网络时则
要选用网关(Getway)设备。
网关的功能体现在OSI模型的高层,它将协议进行转换,将数据重新分组,以便在两个不同类型的网络系统之间进行通信。
十一、了解IPv6的概念
IPv6采用了长度为128位的IP地址,IPv6的地址格式与IPv4不同。
十二、端——端的通信
掌握TCP、UDP提供的服务各自的特点
练习题:
1.基带系统在单个频率上采用未经调制的脉冲信号。
2.支持全双工通信的网络上的每个设备能够同时发送和接收数据。
3.在星型拓扑结构中,电缆从一台计算机连接出来。
4.为什么TCP/IP协议对Internet很重要?
因为Internet具有的特点,需要解决网络传输中数据报丢失和延迟问题,而在TCP/IP
协议系列中,传输控制协议TCP比其他通用的传输协议提供了可靠的传输服务。
具体说TCP
提供一个完全可靠的(没有数据重复或丢失)、面向连接的、全双工的流传输服务。
允许两个
应用程序建立一个连接,并在任何一个方向上发送数据,然后终止连接。
每一TCP连接可靠
地建立,完美地终止,在终止发生之前的所有数据都会被可靠地传递。
而可靠性是因特网很
多应用的基础,所以TCP/IP协议对Internet的重要性是不言而喻的。
5.什么情况下在网络中设置路由器是无效的?
因为路由器具有判断网络地址和选择路径的功能,它用于连接多个逻辑上分开的网络,如果用在逻辑上无法分开的网络中设置路由器是无效的。
6.与帧中继比较X.25有什么优点?
什么缺点?
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为保证公用网的高可靠性,X.25采用三层协议,以虚电路技术构造了一个可靠
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