计算机网络

第一章概述
第二章物理层
第三章：数据链路层
第四章网络层
第五章运输层
- 连续ARQ 协议
- 拥塞控制四种方法

第一章概述

1.1 杂项

三大网络：电信网、有线电视网、计算机网

互联网的组成：
边缘部分：主机，用来资源共享和通信
核心部分：网络和路由器：为边缘部分提供服务（连通性和交换）

路由器之间用高速链路，主机接入网络用相对较低速率的链路相连

主机之间的通信方式：
C/S 客户-服务器：客户必须知道服务器地址，而服务器不需要知道
P2P 对等方式：既是客户又是服务器
进制的转换
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边缘部分：(主机)资源共享和通信
核心部分：(网络和路由器)为连通性和交换

网络分类

1、广域网 WAN
2、城域网 MAN
3、局域网 LAN
4、个人区域网 PAN

网络的性能指标

1、速率

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2、带宽

单位时间能通过的最高数据率 bit/s

3、吞吐量(实际的带宽)

单位时间通过的数据量

4、时延

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发送时延 = 数据帧长度（b） / 信道带宽（b/s）网络适配器上发生
传播时延 = 信道长度（m） / 电磁波在信道上的传播速率（m/s）
（电磁波在信道上的传播速率接近光速）
提高链路带宽减小的是数据的发送时延

5、时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延*带宽

6、往返时间RTT

7、利用率

1、信道利用率：有数据通过的时间
2、网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值

1.2 三种交换

交换（转接）：动态分配传输线路的资源
电路交换、报文交换、分组交换

电路交换：始终占用、传输效率低，需要建立连接
报文交换：以报文为数据交换单位，在交换节点采用存储转发

优点：不独占线路、提高了通信线路的利用率
多点传输（一个报文传输给多个用户（电子邮件））
缺点：存储、转发有时延
要求每个网络节点都有较大存储空间
发生错误需要重传整个
分组交换：以分组(被拆分的报文)为数据交换单位，在交换节点采用存储转发
优点：动态分配传输带宽、独立选择传输路径、不用先建立连接、生存性强
缺点：存储、转发有排队时延，必须携带的首部造成了一定开销

分组首部：包含地址，独立选择传输路径
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1.3 网络体系结构

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网络协议三个组成要素

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协议是控制两个对等实体进行通信的规则集合
服务访问点 SAP：逻辑接口
服务数据单元SDU：层之间交换的数据单位
协议数据单元 PDU：对等层次之间传送的数据单位

第二章物理层

2.1 信道传输

信道：表示向某一方向传送信息的媒体
通信方式：

1、单向通信（单工通信）
2、双向交替通信（半双工通信）
3、双向同时通信（全双工通信）

递进关系：
消息 --数据 --信号（模拟、数字） --码元

信道产生失真原因：
1、码元传输速率高
2、信号传输距离远
3、传输媒体质量差
在任何信道中，码元传输速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决(识别)成为不可能

奈氏准则：理想条件下，为避免码间串扰，码元的传输速率的最大值
影响码元传输速率：

香农公式影响极限传输速率的因素：

1、信道可通过的频率（远大越好）
2、信噪比（dB）（越高越好）

还可以用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量

2.2 传输媒体：

1、引导型：双绞线、同轴电缆、光缆
2、非引导型：短波通信、微波通信

光纤：
光导纤维传递光脉冲，包层比纤芯有更低的折射率
多模光纤：适合近距离传输
单模光纤：使用半导体激光器而不是发光二极管
1、通信容量大
2、传输损耗小、中继距离长
3、抗雷电和电磁干扰性能好
4、无串音干扰、保密性好
5、体积小、重量轻

2.3 信道复用技术

复用：使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率
频分复用FDM：同样时间占用不同（频率）带宽资源
时分复用TDM：不同时间占用同样频率带宽(固定)，统计时分复用STDM，提高线路利用率，动态按需分配
波分复用WDM：(光的频分复用)光纤同时传输多个光载波信号
码分复用CDM：不会造成干扰，抗干扰强

第三章：数据链路层

3.1 信道模式：

1、点对点信道（一对一）
2、广播信道（一对多）

3.2 数据链路层的三个基本问题

1、封装成帧（使用帧定界符SOH和EOT进行帧定界）
2、透明传输（错误的找到帧定界符）
3、差错控制（误码率与信噪比有很大关系）

1、透明传输

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解决方法：字节填充(插入转义字符ESC)、字符填充

2、封装成帧的协议和使用的差错控制

传输过程中可能会产生比特差错，用误码率表示，与信噪比有很大关系

帧检验序列FCS：冗余码，拼接到数据后面
最常用检错方法的有：循环冗余检验CRC

无差错时得到的余数一定为0
CRC只能做到无差错接收，如果要做到可靠运输就必须再加上确认和重传机制

点对点信道—— PPP 协议及差错控制

PPP协议：
标志字段 0x7E
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当PPP协议用在

1、同步传输链路，使用比特填充（包括零比特填充，每5个连续1后填入一个零）
2、异步传输链路，使用字符填充

PPP协议不是纯粹的数据链路层协议，还包含物理层和网络层的内容

广播信道—— CSMA/CD 协议及差错控制

CSMA/CD协议(半双工)：载波监听 / 多点接入 / 碰撞检测

数据链路层的两个子层：逻辑链路控制LLC 和媒体接入控制 MAC
电磁波在1km电缆的传播时延约为5us
检测时延在2t-b~2t
10Mbit/s以太网取51.2us为争用期长度
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适配器的重要功能：

1、进行串行、并行转换
2、对数据进行缓存
3、安装设备驱动程序
4、实现以太网协议

3.3 以太网

以太网使用
1、无连接的工作方式（不可靠的交付）
2、使用曼切斯特编码（缺点是频带宽度比原始的几代信号增加了一倍）

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以太网的MAC层

MAC的6字节，前三字节官方提供，后三字节厂家提供
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目的地址第一个字节最低位为I/G位，0表示单站地址，用作单播；1表示组地址，用作多播
MAC帧最短为64字节，其中数据字段最小46字节
实际传输要达到比特同步还要在开头加入7字节的前同步码和1字节的帧开始定界符

扩展的以太网：

1、物理层（光纤扩展、集线器扩展）

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2、数据链路层

使用交换式集线器（以太网交换机、第二层交换机），是一个多接口网桥，全双工模式工作，具有并行性，自学习交换表能即插即用（生成树协议使得结构是无环路的树状，防止兜圈子）
交换方式：
1、存储转发：使用存储，按交换表来
2、直通方式：直接按目的MAC地址决定转发接口，缺点是不检测差错，可能会发一些无效帧
3、虚拟局域网（VLAN）
在帧格式钟插入4字节的VLAN标记，成为802.1Q帧或者代表及的以太网帧，用于交换机之间起作用
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速率大于等于 100Mbit/s 成为高速以太网