计算机通信与网络

计算机通信与网络

一、概论
- 1.计算机通信与网络发展过程
  - 主要发展过程
    - 第一阶段：面向终端的计算机网络。系统由主机和终端构成，所有数据和通信处理由主机完成。
    - 第二阶段：多个计算机互连的计算机网络。
    - 第三阶段：面向标准化的计算机网络。
    - 第四阶段：面向全球互连的计算机网络。
  - 我国的网络发展现状
- 2.计算机通信与网络基本概念
  - 计算机网络的定义：
    - 把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件运行环境下，以实现网络中资源共享为目标的系统。
  - 计算机网络的组成
    - 终端系统
    - 通信子网
- 3.网络的类型及其特征
  - 根据网络拓补结构分类
    - 星型结构
    - 树型结构
    - 总线型结构
    - 环型结构
    - 网络型结构
  - 根据网络覆盖的范围分类
    - 个人局域网PAN
    - 局域网LAN
      - 以太网
      - 无线局域网WLAN
    - 城域网MAN
    - 广域网WAN
    - 因特网
  - 无线网络
    - 无线个域网WPAN
      - 蓝牙
      - ZigBee
      - UWB
    - 无线局域网WLAN
    - 无线城域网WMAN
    - 无线广域网WWAN
- 4.计算机通信协议与网络体系结构
  - 通信协议与分层体系结构
    - 网络协议
      - 定义：通信双方必须遵循的、控制信息交换的规则的集合，是一套语义和语法规则。规定了网络中使用的格式、定时方式、顺序和检错。
      - 三要素：语法、语义和同步
      - 特点：层次性、可靠性和有效性
    - 协议层次模型
      - 实体
      - 接口
  - OSI-RM体系结构（开放系统互连基本参考模型）
    - OSI-RM
      - 三级抽象
        
        体系结构、服务定义和协议规范
        
        七层
        
        应用层
        
        表示层
        
        会话层
        
        传输层
        
        网络层
        
        数据链路层
        
        物理层
    - OSI中的服务访问点和协议数据单元
      - SAP实现相邻两个层次间的信息交换
      - （N）层PDU构成
        
        本层用户数据即（N）用户数据
        
        本层的协议控制信息即（N）PCI
    - OSI的服务原语
      - request请求
      - indication请示
      - response回应
      - confirm确认
  - TCP/IP体系结构
    - 四层
      - 应用层
      - 传输层h
      - 互连网络层
      - 网络接入层
  - 网络通信标准化组织
    - ISO
    - ITUT
二、数据通信技术基础
- 1.数据通信的基本概念
  - 数据
    - 模拟数据
    - 数字数据
  - 信号
    - 模拟信号
    - 数字信号
  - 数据通信系统
    - 信源和信宿
    - 信道
    - 信号转换设备
  - 传输媒体
    - 双绞线
      - 目前使用最广泛、价格较低廉的有线传输媒体
      - 屏蔽双绞线
    - 同轴电缆
      - 结构：内导体铜质芯线、绝缘层、网状编制的外导体屏蔽层以及坚硬的绝缘塑料外层。
    - 光缆
    - 无线电波
    - 地面微波
    - 卫星微波
    - 红外线技术
  - 数据通信系统的技术指标
    - 数据传输速率
      - 传码速率NBd：每秒钟传输信号码元的个数，单位波特Baud。如信号码元持续的时间为T秒，则传码速率为1/T波特。
      - 传信速率Rb：每秒钟传输二进制码元的个数，单位是比特每秒。
      - M电平：Rb=NBd*log2 M
    - 信道带宽：数字信号发展起来后，变为数据传信速率
    - 误码率和误组率
    - 时延=发送时延+传播时延+处理时延
      - 发送时延=数据块场地（b）/信道带宽（b/s）
      - 传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速度（m/s）
      - 处理时延
- 2.数据传输方式
  - 并行传输和串行传输
  - 异步传输和同步传输
  - 单工、半双工和全双工传输
  - 模拟传输和数字传输
- 3.数据传送技术
  - 数据序列的电信号表示
    - 单极性码和双极性码
    - 不归零码和归零码
    - 差分编码
    - 伪三进制码
    - 曼彻斯特码
    - 差分曼彻斯特码
  - 信道容量的概念
    - 奈奎斯特定理C=2Wlog2M
    - 香农定理C=Wlog2（1+S/N），其中（S/N）dB=10lg（信号频率/噪声频率）
  - 基带传输
  - 频带传输
    - 幅移键控（数字调控）
    - 频移键控（数字调频）
    - 相移键控（数字调相）
  - 数字数据传输
    - 抽样
    - 量化
    - 编码
- 4.多路复用技术
  - 频分复用
  - 时分复用
    - 静态时分复用：多个用户的数据信号分别置于预定的时隙。
    - 动态时分复用：按需分配资源
  - 码分复用
  - 波分复用
- 5.数据交换技术
  - 电路交换
    - 呼叫建立阶段
    - 通信阶段
    - 连接释放阶段
  - 报文交换
  - 分组交换
- 6.差错控制技术
  - 基本原理
  - 方式
    - 自动请求重发
    - 前向纠错
    - 混合方式
    - 信息反馈
  - 奇偶校验码
  - 汉明码
  - 循环冗余校验码CRC
    - 特性
      - 一种码中的任何两个许用码组按模2相加后，形成的新序列仍为一个许用码组；若两个相同许用码组相加则得一个全0序列，所以循环冗余校验码一定包含全0码字。
      - 一个许用码组每次循环移位的结果一定也是码字集合中的另一个许用码组。
    - 编码
      - （1）求M（想）所对应的码字，并乘以x^(n-k)
      - （2）将所求码字被G(x)除，求其余式
      - （3）得x^(r)M(x)异或R(x)，即为所求码字
- 7.数据通信接口特性
  - DTE（数据终端设备）发送的数字数据通过通信接口，经传输信道到达接收端的DCE（数据电路终接设备），在经过通信接口传送到服务器，反之亦然。
  - 机械特性
  - 电气特性
  - 功能特性
    - 数据线
    - 控制线
    - 定时线
    - 地线
  - 规程特性
三、数据链路层
- 1.数据链路层的基本概念
  - 数据电路和数据链路：数据链路是在数据电路的基础上增加了传输控制功能构成的。
  - 链路的结构
    - 点到点链路
    - 星型点对点链路
    - 主从式点对多点链路
    - 对等式点对多点链路
  - 数据链路层的功能
    - 链路管理
    - 帧定界
    - 流量控制
    - 差错控制
    - 数据和控制信息的识别
    - 透明传输
    - 寻址
- 2.流量控制和差错控制
  - 流量控制的作用
    - 协调链路两端的发送站和接收站之间的数据传输流量，以保证双方的数据发送和接收达到一种平衡。
  - 停止-等待方式流量控制
    - 开关式流量控制
      - 硬件开关控制方式是利用通信接口的通信控制先来实现。
      - 软件控制方式是在传输的数据流中加入控制字符XON/XOFF实现的。
    - 协议式流量控制
      - 停止等待协议
        
        算法
  - 滑动窗口协议
    - 发送窗口
      - 发送放把未得到确认而允许发送的一组帧的序号集合
    - 接收窗口
      - 接收方允许接收的一组帧的序号集合
    - 最大窗口尺寸的确定
      - 目的：既能够发挥流量控制作用，又尽可能提高传输信道的利用率
  - 连续ARQ协议
    - 正常情况
    - 信道出现数据帧的丢失和损坏
    - 确认应答帧丢失
    - 最大窗口尺寸
  - 选择ARQ协议
    - 工作过程
    - 最大窗口尺寸
  - 差错控制
- 3.点对点信道的数据链路层协议
  - 面向比特的传输控制规程
  - Internet中的点对点协议
    - 串行线路网际协议（SLIP）：一个在串行线路上对IP分组进行封装的简单的面向字符的协议，用于使用户通过电话线和调制解调器接入Internet。
    - 点对点协议（PPP）
    - 链路控制协议（LCP）
    - 网络控制协议（NCP）
    - PPP的运行机制
      - 噪声较大的环境下，使用有序号的工作方式。
- 4.多路访问信道的数据链路层
  - 信道共享技术
  - 竞争系统的介质访问控制技术
    - ALOHA
      - 纯ALOHA
      - 时隙ALOHA
    - CSMA介质访问控制方法
    - CSMA/CD介质访问控制方法
  - 环形网介质访问方法
    - 令牌环
    - 时隙环
    - 寄存器插入环
  - 令牌总线介质访问方法
  - 无线局域网介质访问方法
四、局域网与广域网
- 1.局域网的基本概念
  - 定义
  - 技术特性
    - 局域网的传输媒体：分为有线媒体和无线媒体两种。
    - 局域网的传输技术：常用的有基带传输和宽带传输两种。
    - 局域网的拓补结构：总线型、星型和环型。
    - 媒体访问控制技术：基于信道划分的媒体访问控制、基于随机访问的媒体访问控制、基于轮询的媒体访问控制。
  - 相关标准
- 2.以太网技术
  - 以太网的MAC层
    - MAC地址：有静态分配和动态分类两种格式。
    - MAC帧格式：结构内包含6个字段：目的地址（DA）、源地址（SA）、数据类型（T）或数据长度（L）、用户数据（DATA）、填充字段（PAD）、帧校验序列（FCS）
    - CSMA/CD的工作流程
  - 工作参数
  - 信道利用率
  - 连接方法
- 3.局域网的扩展
  - 在物理层扩展局域网
    - 采用转发器或集线器将多个局域网连接。
  - 在数据链路层扩展局域网
    - 使用网桥。
- 4.高速以太网
  - 100BASE-T以太网
  - 千兆以太网
  - 万兆以太网
- 5.虚拟局域网
  - 概念
    - 在现有局域网上提供的划分逻辑组的一种服务。
  - 工作原理
- 6.无线局域网
- 7.广域网
  - 基本概念
  - 广域网中的分组交换
    - 层次结构的地址，主机地址分为两部分：该主机所连接的分组交换机的编号和所连接的分组交换机的端口号或主机的编号。
    - 分组转发机制
    - 默认路由
  - X.25分组交换网
  - 帧中继异步传递方式
五、网络层与网络互连
- 1.网络层概念
- 2.网络互连
  - 分类的IP地址
  - IP地址的分配和使用
  - 因特网地址到物理地址的映射
    - 地址解析问题->地址解析技术：直接映射法和动态绑定法。
  - 逆地址解析协议
  - IP数据报
    - 版本
    - 首部长度
    - 服务类型
    - 总长度
    - 标识
    - 标志
    - 片偏移量
    - 生存时间
    - 协议
    - 首部校验和
    - 源站IP地址和目的站IP地址
    - IP选项
  - 无连接的数据报传送
    - 网络层互连设备——路由器
    - 直接交付与间接交付
    - 采用分类编址方案时的IP数据报转发算法
    - 对传入数据报的处理
- 3.差错与控制报文协议（ICMP）
  - ICMP报文
  - 目的不可达报文
  - 超时报文
  - 源抑制报文
  - 回应请求与应答报文
- 4.子网编址及无分类编址与CIDR
  - 子网编址、子网转发
  - 代理APR
  - 无编号的点对点网络
  - 无分类编址与CIDR
    - 使用CIDR时的路由查找算法
  - 专用IP地址
- 5.因特网的路由选择协议
  - 自治系统与路由选择协议分类
  - 内部网关协议RIP
  - 内部网关协议OSPF
    - 协议概述
    - 区域划分和路由器别
    - 基本路由选择算法
    - 分组和链路状态通告
  - 外部网关协议BGP
    - 概述
    - 特点
    - 报文
- 6.IP组播
  - 基本概念
  - IP组播地址和IP协议对组播的处理
    - IP地址分类
      - 永久组地址
      - 暂时性组地址
  - IP组管理协议
  - 组播转发和路由选择
- 7.移动IP
  - 概念
  - 通信过程
    - 主机移动后，获取转交地址
    - 注册
    - 数据报传送
- 专用网络互连（VPN和NAT）
  - 虚拟专用网
  - 网络地址转换
六、传输层
- 1.传输服务
  - 传输层的功能
  - 传输层编址
  - 无连接服务和面向连接服务
- 2.无连接的传输层协议UDP
  - 概述
  - 首部格式
    - UDP格式
    - UDP校验
- 3.面向连接的传输层协议TCP
  - 概述
  - 首部格式
  - 连接管理
    - 连接建立
    - 连接释放
    - 有限状态机
  - TCP可靠传输
    - 确认机制
    - 超时重传机制
    - 定时器
  - TCP流量控制
  - TCP拥塞控制
- 4.套接字
  - 概念
  - 套接字编程
    - 套接字编程类型
      - 数据包套接字
      - 流套接字
      - 原始套接字
    - 典型编程调用时序图
    - 基本套接字API函数
七、应用层
- 1.网络应用模式
  - 以大型机为中心的应用模式
  - 以服务器为中心的应用模式
  - 客户机/服务器应用模式
    - 特点
    - 中间件
  - 基于web的客户机/服务器应用模式
    - web服务
    - Java语言
    - 网络计算机
  - P2P模式
- 2.网络基本服务
  - 域名系统
    - 域名结构
    - 域
    - 域名
    - 域名解析服务
      - 正向域名解析
        
        递归解析
        
        重复解析
        
        反向域名解析
  - 远程登录
  - 文件传输协议
  - 简单文件传输协议
  - 引导程序协议与动态主机配置协议
    - 引导程序协议
    - 动态主机配置协议
- 3.电子邮件系统与SMTP
  - 电子邮件系统的组成
    - 用户代理
    - 邮件服务器
    - 电子邮件所用的协议
  - SMTP
    - 连接建立
    - 邮件传送
    - 连接释放
  - POP3和IMAP4
  - MIME
    - MIME标准的邮件首部字段
    - 内容类型
    - 内容传送编码
- 4.万维网和HTTP
  - 超文本传输协议
    - 万维网的工作原理
    - HTTP的报文格式
  - 超文本标记语言
    - HTML的基本格式
    - 页面的超链接
八、网络管理和网络安全
- 1.网络管理的基本概念
  - 网络管理方法的演变
    - 人工分散的管理方式
    - 计算机化的集中管理方式
  - 网络管理系统的逻辑机构
  - Internet网络管理逻辑模型
  - 网络管理标准化
- 2.网络管理的主要功能
  - 配置管理
  - 性能管理
  - 故障管理
  - 计费管理
  - 安全管理
- 3.网络管理协议
  - 产生和发展
  - 公共管理信息协议
    - 管理信息的通信
    - 公共管理信息服务元素（CMISE）
    - 公共管理信息协议（CMIP）
  - 简单网络管理协议（SNMP）
    - 简单网络管理协议
    - 管理信息库（MIB）
    - 协议数据单元
    - 管理信息结构
- 4.网络安全概述
  - 威胁因素
  - 网络安全的目标
    - 保密性
    - 可用性
    - 完整性
    - 可靠性
    - 不可抵赖性
  - 安全服务与安全机制
    - 安全服务
      - 身份鉴别服务
      - 访问控制服务
      - 数据保密服务
      - 数据完整性服务
      - 不可否认性服务
    - 安全机制
      - 加密机制
      - 访问控制机制
      - 数字签名机制
      - 数据完整性机制
      - 身份鉴别机制
      - 数据流填充机制
      - 路由控制机制
      - 公证机制
- 5.数据加密技术
  - 对称密钥加密技术
    - 序列密码
    - 分组密码
  - 非对称密钥密码技术
- 6.用户身份认证
  - 基于共享密钥的用户认证协议
  - 基于公开密钥算法的用户认证协议
  - 基于密钥分发中心的用户认证协议
  - 数字签名
  - 报文摘要
- 7.IPSec与虚拟专用网
  - 点到点隧道协议
  - 第二层隧道协议
  - IP安全协议
- 8.高层安全
  - 传输层安全
  - 应用层安全性
- 9.其他安全机制
  - 防火墙技术
  - 入侵检测系统
九、网络技术发展动态
- 1.基于IPv6 的下一代因特网
- 2.基于软交换/IMS的下一代网络
- 3.可信网络与普适服务

计算机通信与网络

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