△计算机网络向用户提供的最重要的两个功能
连通性 共享性
△因特网发展的三个阶段： ①第一阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展的过程 ②第二阶段：建成三级结构的因特网（主干网、地区网和校园网或企业网） ③第三阶段：逐渐形成了多层的ISP结构的因特网 ISP（Internet Serveice Provider）因特网服务提供者 例如：中国电信，中国联通，中国移动 △计算机网络发展的四个阶段： ①第一阶段：远程联机系统 ②第二阶段：分组交换计算机网络 ③第三阶段：网络标准化阶段 ④第四阶段：网络互联与高速网络 1、三种交换方式 电路交换：（线路交换） 工作方式：①建立连接②数据传输③释放链接 特点：
面向连接；
所用设备及操作简单；
线路接通后，数据直通，延迟短； 信息能按顺序传送； 接通线路时间较长；
线路独占，利用率低，费用高；
报文交换：（存储转发）
整个报文（Message）作为一个整体一起发送。 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，
一级一级中转，直到目的地。 这种数据传输技术称为存储－转发
缺点：
1、 报文大小不一，缓冲区管理复杂； 2、 大报文造成存储转发时过长； 3、 出错后造成整个报文全部重发。
分组交换：（存储转发） --将报文划分为若干个大小相等的分组（Packet）进行存储转发。 优点：
存储量要求较小，可以用内部来缓冲分组------速度快； 转发延时小——适用于交互式通信；
某个分组出错仅重发该分组——效率高
2、计算机网络的定义 资源共享观点的定义： 以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合。 最简单的定义：一些相互连接的、自治的计算机的集合。 3、计算机网络分类 ①按网络传输技术进行分类
通信信道的类型有两种：
广播通信信道、点—点通信信道
相应的计算机网络也可以分为两类：
广播式网络、点—点式网络
②按网络的覆盖范围进行分类
广域网 WAN（Wide Area Network）【国家之间】 城域网 MAN（Metropolitan Area Network）【企业机关多个局域网互连】 局域网 LAN （Local Area Network）【公司机关校园】 个人区域网 PAN （Personal Area Network）
③从网络的使用者进行分类
公用网（public network） 专用网（private network）
△因特网的核心部分：路由器分组交换转发收到的分组 4、计算机网络组成
计算机
硬件 通信媒体
中继设备 计算机网络
软件：网络协议
5、计算机网络的拓扑构型 星型、树型、总线型、环形、网状型、全互连 6、计算机网络的性能指标 ①速率
速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等
②带宽
– “带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、
吉赫等）。
– 现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每
秒”，或 b/s (bit/s)。 ③常用的带宽单位
– 千比每秒，即 kb/s （103 b/s） – 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） – 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） – 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）
– 请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 – M = 220, G = 230, T = 240。 ④时延
– 传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的
时间。
– 也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所
需的时间。
发送时延 = 数据块长度（比特）/ 信道带宽（比特/秒）
– 传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 – 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概
念。
传播时延= 信道长度（米）/信号在信道上的传输速率（米/秒）
– 处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。 – 排队时延结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 – 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。 总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延 △ 发送时延------可以提高主机或路由器的发送速率 传播时延------一般不可改变
处理时延--------提高路由器的处理速度 排队时延-------根据网络状况
⑤利用率
– 信道利用率：某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全
空闲的信道的利用率是零。
– 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。 – 信道利用率并非越高越好。
△信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。
7、计算机网络的体系结构 ①两种网络体系结构
– ISO的OSI参考模型（法定标准）7层 – TCP/IP参考模型（业界标准）4层 ②分层思想
– 计算机网络采用分层的结构
– 设计一个可以通信的计算机网络中是一个非常庞大、复杂的工程。 – 实现网络通信要解决的问题
• 寻址（addressing） • 路由（routing）
• 错误控制（error control） • 流量控制（flow control）
分层的好处△
– 各层之间是独立的，从而将大而复杂的问题分解为若干较小易处理的问题。 – 灵活性好，当某一层变化时，其它不受影响。
– 结构上可分割开，各层可采用最合适的技术来实现。 – 易于实现和维护。 – 能促进标准化工作。 分层基本原则
– 各层应执行一个明确定义的功能
– 层数不能太少，太少就会使多种功能混杂在同一层，增加协议的复杂性。 – 层数太多又使得系统变得庞大，效率低下。
各层要完成的功能：
– 差错控制 – 流量控制 – 分段和重装 – 复用和分用 – 建立连接和释放 体系结构（architecture）：计算机网络的各层及其协议的集合。计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构建所应完成的功能的精确定义。
③网络协议
– 简称协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定 – 计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。 网络协议的组成要素
– 语法数据与控制信息的结构或格式。 – 语义协议元素的含义。
– 时序(同步) 事件实现顺序的详细说明。
OSI的7层体系结构 7应用层 6表示层 5会话层 4运输层 3网络层 2数据链路层 报文Message packet frame 1物理层
TCP/IP参考模型
应用层 运输层 网络层 网络接口层 五层协议的体系结构
应用层
运输层
网络层
数据链路层
物理层
各层次作用： ① 应用层：
a) 任务：通过应用进程间的交换来完成特定网络应用。
b) 应用层协议：应用进程间通信和交互的规则（进程与进程之间） c) 应用层交互的数据单元称为：报文（Message） ② 运输层
a) 任务：将两个主机中的进程之间的通信提供通用的数据传输服务 b) 两种协议：
1. 传输控制协议TCP：面向连接的、可靠的数据传输服务，数据传输单位报
文段（segment）
2. 用户数据报协议UDP:无连接的、尽最大努力交付，用户数据报
③ 网络层
a) 任务：为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
b) 分组或包（packet）也叫ip数据报，简称数据报（datagram） c) 主要协议：无连接的网络协议IP（Internet Protocol） ④ 数据链路层
a) 主要功能：差错控制、帧定界（封装成帧）、透明传输 ⑤ 物理层：
a) 功能：①将抽象的0、1代码转换成电磁波或电压的形式
②定义连接物理介质的特性
b)四大特性：机械特性、电气特性、功能特性、过程特性
④实体、协议、服务、访问点 实体(entity)
– 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。 服务
– 网络体系结构中相邻的上、下层存在被服务与服务关系
– 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。 – 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。 服务访问点
– 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP
第二章物理层
1、物理层的协议也常称为物理层规程。 2、物理层的特性：
机械特性 电器特性 功能特性 过程特性
3、数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端、发送方）、传输系统和目的系统 （即接收端，接收方）。 4、几个术语：
数据（data）——运送消息的实体
信号（signal）——数据的电气或电磁的表现 模拟的——代表消息的参数的取值是连续的， 数字的——代表消息的参数是离散的，电压
码元（code）——在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的
基本波形。
5、基带信号和调制：
基带信号——来自信源的信号
带通信号——经过载波调制后的信号 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。为了解决这一问题，就必须对基带信息进行调制。 最基本的带通调制方法：调频，调幅，调相 基带调制（编码）：
不带同步信号：不归零制、归零制、
带有同步信号：曼切斯特编码，差分曼切斯特编码 信道的两个定理
Nyquist定理（理想条件下）
理想低通信道的最大数据传输速率为： R= 2Wlog2V （bits/s）
香农定理（有干扰的情况下）：会计算 C = W log2(1+S/N) （bits/s）
• W 为信道的带宽（以Hz 为单位）； • S 为信道内所传信号的平均功率； • N 为信道内部的高斯噪声功率。 S/N常用分贝表示，1分贝=10lgS/N 例题：信道的带宽
Shannon定理
– 例：假设一条信道的带宽为3000Hz，信噪比为30dB，求该信道的最大数据
传输率。 解：S/N=10^(30/10)=1000 C=3000*log2(1+1000)
≈30 000 （bits/s）
6、信道的三种基本方式
单工通信(单向通信)：只能有一个方向的通信而没有反向交互
半双工通信(双向通信)：通信双方都可以发送信息，但是不能双方同时发
送
全双工通信(双向同时通信)：通信双方可以同时发送或接受信息
7、常用的传输媒体
有两类：导向和非导向传输媒体
导向传输媒体：双绞线，同轴电缆，光缆
非导向传输媒体：无线通信，微波通信，短波通信卫星通信 目前局域网中最常用的是双绞线
传输带宽远远大于其他各种传输媒体的是光纤通信系统，光纤分为多模光纤和
单模光纤。
多模光纤：可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输的光纤 单模光纤：是光线一直向前传播，而不会产生多次反射的光纤。 单模光纤要比多模光纤传输速率高
8、信道复用技术：提高信道利用率
复用：是通信技术中的基本概念
复用技术的分类：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用
9、宽带接入技术：
XDSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)技术：非对称数字用户线 HFC(Hybrid Fiber coax)：光纤同轴混合网 FTTx(Fiber To The ..)技术：光纤到。。。（家，大楼，路边想）
第三章数据链路层
1、数据链路层的主要功能
目的：将有差错的数据链路改正成无差错的数据链路。 作用：改善数据传输质量，向网络层同高质量的服务。 主要方法： —差错检测 —差错控制 —流量控制
数据链路层的三个基本问题：①差错控制②透明传输③封装成帧
封装成帧 透明传输 差错检测
噪声的类型：热噪声、冲击噪声 差错类型：
由热噪声引起的差错时随机差错 冲击噪声引起的突发差错 误码率：Pe = Ne/N
其中，N为传输的二进制比特总数 Ne为被传错的比特数
差错处理机制
冗余信息机制：通过在传送的数据之上附加冗余信息的方法，使得接
收方可以根据冗余信息来检测或纠正错误。 检错码与纠错码
常见的检错码：奇偶校验码
循环冗余编码CRC(目前应用最为广泛的检错码方法之一) 帧检验序列：FCS（Frame Check Sequence）
CRC是一种常用的检错方法 FCS是添加在数据后面的冗余码 FCS可以用CRC这种方法得出，但是CRC并非用来获得FCS的唯
一方法。
差错控制机制：
反馈重发：停止等待方式、连续工作方式 主要信道：
点对点信道：ppp 广播网信道：以太网
2、数据链路层的协议：ppp协议（最大传输单元MTU指数据部分最大）
点对点协议ppp：
ppp协议特点：用户计算机和ISP进行通信时所使用的是数据链路层协议。 满足的要求：
简单——这是首要要求 封装成帧 透明性
多种网络层协议 多种类型链路 差错检测 检测连接状态 最大传输单元 网络层地址协商 数据压缩协商
△ 在TCP/IP协议族中，可靠传输由运输层的TCP协议负责，因此数据链路层的
ppp协议不需要纠错，不需要设置序号，也不需要进行流量控制。 △ 只支持点对点的链路通信 △ 只支持全双工
组成：三个组成部分
封装：一个将数据包封装到串行链路的方法
链路控制协议LCP：一个用来建立、配置和测试数据链路连接的LCP 网络控制协议NCP：一套网络控制协议NCP，其中每一个协议支持不
同的网络层协议
字符填充(异步传输)：信息字段和标识字段一样的比特组合 零比特填充(同步传输)
3、使用广播信号进行数据传输
局域网：覆盖地理范围较小，站点数目有限，通常属于某一部门、单位或企业所有。 网络拓扑：星型网（使用最广泛）、总线网、环形网
局域网的优点：
传输速率较高
通信质量较好传输误码率低 使用广播信道，从一个站点可很方便地访问全网。局域网的主机可共享连接在
局域网上的各种硬件和如那件资源。 局域网络成本低、安装、扩充及维护方便 提高了系统的可靠性、可用性和生存性。 决定局域网性能的三要素：
网络拓扑 传输介质
介质访问控制方法——影响最大 共享信道在技术上的两种方法：
静态化分信道：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用 动态媒体接入控制（多点接入）：随机接入、受控接入（探询或称为轮询） 局域网的两个标准：
DIX Ethernet V2标准：是世界上第一个局域网产品的规约。 IEEE 的802.3标准：将局域网的数据链路层拆成两个子层 逻辑链路控制子层：LLC（Logical Link Control）
媒体接入控制子层：MAC（Medium Access Control）
适配器的作用：
网络接口板又称为通信适配器（adapter）或网络接口卡NIC（Network Interface
Card）或网卡 主要功能：
进行串行/并行转换 对数据进行缓存
在计算机的操作系统安装设备驱动程序 实现以太网协议
载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD
CSMA/CD：Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection
载波监听：指站点在发送数据之前要先检测总线上是否有其他计算机在发送数据，
如果有则暂时不发，以免发生碰撞
多点接入：表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。 碰撞检测：“边发送边监听”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小
也称为：冲突检测 总结：先听后发
边发边听 冲突加强 延迟重发
电磁波在1KM电缆的传播时延约为5微秒。
争用期（冲突窗口）：从节点开始范松器，如果存在冲突，则冲突信号最迟2 最小帧长：以太网取51.2微秒为争用期的长度：10Mb/s的以太网，在争用期内可
发送512bit=64字节
以太网在发送数据时若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲
突。
以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡小于64字节的帧都是由于冲突而
异常中止的无效帧。
△ 集线器：使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的
还是CSMA/CD协议
二进制指数退避算法：确定碰撞后重传的时机。 以太网的MAC层
硬件地址又叫物理地址或者MAC地址：48bit固化在网卡里的网卡地址 网卡可以接受：单播帧，广播帧，多播帧 混杂方式：无论什么帧都接收 扩展以太网
物理层：中继器、集线器（对信号进行放大） 数据链路层：网桥、交换机（对帧存储转发） 网络层：路由器 网络层以上：网关
网桥自学习步骤：
① 收到帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项
目，如果没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入网桥的接口、时间戳）。如果有则把原来的项目更新
② 转发帧。查找转发表中与收到的目的地址有无相匹配的项目。如果没有，
则通过所有其他接口进行转发。如果有，则按转发表中给出的接口进行转
发。
查表→自学习→记录帧→源地址，端口和时间戳→转发帧
高速局域网
传统以太网——10M
快速以太网(Fast Ethernet)——100M G比特以太网——1000M
10G比特以太网(10GbpsEhernet)——10G
第四章网络层
1、网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。 2、网络协议IP
地址解析协议ARP——RARP 网络控制报文协议ICMP 网络组管理协议IGMP 直接交付：不需要路由器 间接交付：需要路由器转发
3、IP地址分类
4、私有IP地址
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 A类1
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 B类16 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 C类256 使用NAT转换将私有IP转换为共有IP 6、IP协议
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