1、现代通信网知识要点新现代通信网知识要点小结第一章 概述1. 三网：电信网络（主要业务为语音）、有线电视网络（图像）、计算机网络（数据），“三网合一/三网融合”实际指采用一种统一的网络技术来代替这三种网络。2. 电路交换、分组交换、报文交换1) 电路交换：一定面向连接，通话的全部时间内，通话的两个用户始终占有端到端固定传输带宽（如电话网），效率比较低，信道浪费比较大（计算机数据具有突发性，110%）2) 分组交换：基于存储转发* 原始报文分割成分组，分组由首部和数据部分组成，首部包含源、目的地址及其他控制信息（差错校验、生存时间、分组长度等）* 分组交换网由结点交换机和链路组成，每个结点交换机都
2、有结点转发表（路由表）* 分组交换网可以是面向连接方式（传统电信网如：x.25、FR、ATM等），也可以是无连接方式（IP网）。传统电信网基于虚电路（VC）建立连接。* 虚电路基于统计时分复用STDM，虚电路可以分为交换式虚电路（SVC）和永久虚电路（PVC），SVC是指通信双方在发起数据通信之前必须先建立虚电路，然后进行数据通信，通信完毕要释放虚电路连接；PVC是指虚电路连接一直建立，通信双方直接可以开始数据传递，虚电路是一直建立的* 每个结点交换机采用存储转发方式（先存储、再根据转发表向合适线路转发）对每个分组进行转发* FR、ATM属于快速分组转发，所谓快速分组转发是指在接受分组的同时直
3、接转发该分组。分组长度可变的称为帧中继（FR），分组长度固定的称为信元中继（如ATM，信元长度固定53字节）* 无连接分组交换网一般指IP网络，节点交换机就是路由器，链路是指各种物理网络（x.25、FR、ATM、卫星链路、微波链路）* 节点转发表/路由表由路由选择协议生成* 电路交换和分组交换效率比较（第34页习题1-10）3. ISP：因特网服务提供商（Internet Service Provider）4. NGI：下一代因特网计划（Next Generation Internet Initiative），基于高速网络结构（全光网络），提供先进网络服务及应用，快速路由交换，更加可靠和安全5
4、. IAB：因特网体系结构委员会（Internet Architecture Board），下分因特网工程部（IETF）和因特网研究部（IRTF）。IETF主要针对因特网中短、中期工程问题进行研究；IRTF主要进行理论研究和开发长期工程问题6. 所有因特网标准以RFC（Request For Comments）形式在因特网上发表7. 计算机网络分类：1) 从网络的交换功能划分，有电路交换、报文交换、分组交换和混合交换2) 从网络的作用范围分类：广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN，居民接入网AN* WAN：作用范围通常为几十到几千公里，采用局域网的广播方式传输无法实现，需解决路由选择问题。
5、典型WAN协议有x.25、FR、ATM、PPP、HDLC等* LAN：距离有限（一般1公里内），速率很高（10Mbps10Gbps），典型局域网协议有以太网（Ethernet/IEEE802.3）、令牌环网（Token ring/IEEE802.5）、FDDI（光纤分布式数据接口）* MAN：作用范围在一个城市，（550公里），目前MAN更多采用局域网技术* AN：用户接入宽带骨干网/因特网的方式，主要有xDSL（如ADSL）、HFC、FTTx技术（如FTTH），以太网等方式a) ADSL：非对称数字用户环路，在一条电话线路上能同时实现用户上网和打电话功能（上、下行数据及电话采用频分复用方式）
6、；由电信/网通公司提供b) HFC：光纤同轴混合网，在有线电视网络上，能同时实现用户看电视和上网功能，（上、下行数据及电视采用频分复用方式）；由广电公司提供c) FTTx：FTTH（光纤到户，Fiber To The Home）；FTTB：（光纤到大楼Building）；FTTO（光纤到办公室Office）d) 以太网方式：通常和FTTx结合使用，详见P1043) 从网络的使用者分类：公用网和专用网8. 计算机网络主要的两个性能指标是带宽和时延9. 带宽本义是指模拟信号的频带宽度，单位是赫兹（Hz），在数字信道上，一般指信道的数据传输速率，单位为b/s（比特每秒或bps）有时也称为吞吐量。10
7、. 数据传输速率一般以bps（bit每秒）为单位，比特一般表示成b，而数据存储以字节为单位，一般表示为B。1) 1B = 8b（1字节=8比特）2) 1kB = 210B（1024）3) 1MB = 220B（1024 x 1024）4) 1GB = 230B（1024 x 1024 x 1024）5) 1kbps = 1000bps，1Mbps（106bps），1Gbps（109bps）11. 时延主要由发送时延、传播时延、处理时延组成1) 发送时延：结点在发送数据时使数据块（帧）从结点进入到传输媒体所需时间。发送时延 = 数据块长度 / 信道速率2) 传播时延：电磁波在信道中传播一定距离花
8、费的时间。i. 传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速率ii. 电磁波在自由空间中传播速率为3x108米/秒，在光纤中的传播速率约为2x108米/秒3) 处理时延：数据在结点中为存储转发而进行必要处理所花费的时间。约为数据在节点缓冲区中的排队等待时延4) 数据经历的总时延 = 传播时延 + 发送时延 + 处理时延12. 传播时延带宽积=传播时延x带宽；又称为以比特为单位的链路长度13. 往返时延RTT：表示从发送端从发送数据开始到接收到接收端的确认总共经历的时延。RTT管道越大，对丢失数据反应越慢，对拥塞不敏感。14. 网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。协议
9、的三个组成部分：1) 语法：数据或控制信息的格式2) 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种相应3) 同步：事件实现顺序的详细说明15. 计算机网络的组成：用户主机、通信子网、网络协议16. OSI/RM：开放系统互连协议参考模型，是由ISO（国际标准化组织）制定。1) “开放”是指只要遵循OSI标准，各网络系统之间就能进行通信。2) OSI协议分为七层（由低到高）：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层17. TCP/IP协议体系结构：属于事实上的标准（即抢先占领市场的标准）1) TCP/IP本身分为四个层次（由下向上）：1物理网络接口（没有具体定义），2
10、IP（网络层）、3 TCP层（传输层）、4 应用层2) 本书为讨论方便，分为五层：1 物理层、2 数据链路层、3 网络层、4 传输层、5 应用层，各层作用如下：i. 物理层：透明传输0、1二进制比特流，单位为比特ii. 数据链路层：帧的封装和解封；相邻结点间无差错传送以帧为单位的数据* 封装：发送时，把网络层的分组封装成帧* 解封：接收时，把帧中数据部分取出来（即分组）交给网络层处理iii. 网络层：把传输层的报文进行封装和解封；路由选择；单位为分组。iv. 传输层：负责端到端主机进程之间的通信；单位为报文v. 应用层：直接为用户的应用进程提供服务3) 完整的五层协议只存在于通信连端的主机中。
11、互联网络中的路由器只具有下三层协议（物理层、数据链路层、网络层）。以太网交换机只具有下两层协议（物理层、MAC子层）。4) 数据在协议分层中传递，发送方协议分层由高到低对数据逐步封装，接收方由低到高逐步解封（详见P29 图1-17）。5) 实体、协议、服务、SDU、PDU、SAP含义（见P30）i. 各层SAP(服务访问点)：链路层PPP（协议字段）；以太网（类型字段）；网络层IP（协议字段）；传输层TCP（端口号）ii. 协议是水平对等实体之间的虚拟通信（传输单元为PDU）iii. 服务是上下层之间的通信，低层永远为高层提供服务（传输单元为SDU），如IP层永远为TCP层提供服务6) Eve
12、rything over IP含义：IP协议可以提供视频、音频、数据等多业务数据的传递7) IP over Everything含义：IP协议可以在任何物理网络上传递（通过隧道技术）第二章 物理层1. 物理层主要描述设备与传输媒体的接口特性，物理层具有四大特性（见P36）2. 单工通信/半双工通信/全双工通信（P38）3. 基带和宽带1) 基带：数字信号1或0直接用两种不同电压表示，在线路上传输2) 宽带：各路信号进行频分复用传输，每路信号占有一定带宽4. 奈奎斯特定律和香农公式（P39、P40）5. 传输媒体：在物理层以下（物理层不作定义，只定义和传输媒体之间的接口），分为导向传输媒体（有线
13、）和非导向传输媒体（无线）。a) 导向传输媒体（有线）：双绞线、同轴电缆、光缆；i. 双绞线：分为非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STPii. 同轴电缆：分为50?基带同轴电缆（用于10BASE-2和10BASE-5以太网）和75?宽带同轴电缆（有线电视电缆，用于HFC光纤同轴混合网）iii. 光缆：分为单模（适合高速、远程传输）和多模（只适合短距离传输，100Mbps以太网以下一般最远2km，千兆以太网300-500m）b) 非导向传输媒体（无线）：无线电通信。i. 微波通信特点：频带范围宽、直线传输（视距通信）、易受干扰、保密性和隐蔽性较差（P45）ii. 卫星通信：以卫星为中继的微波通信；
14、其特点是覆盖范围大、频带宽、通信容量大、传播时延较大(因为卫星具地面距离很远，同步卫星两个地面站传播时延一半为270ms)。6. 模拟传输和数字传输1) 最基本调制方法：调幅AM、跳频FM、调相PM（见通信原理）2) 调制解调器速率：影响速率的因素为A/D转换时的量化噪声a) 33.6kbps MODEM：两个用户之间经过了两次A/D转换b) 56 kbps MODEM：用户上网只经过一次A/D转换3) 同步通信和异步通信a) 异步通信：发送端逐字节为单位发送。起始比特+数据1字节+停止位+奇偶校验位（总共约811位，校验位可选）b) 同步通信：收发双方时钟同步，以比特为单位发送和接收4) 数
15、字传输系统：现有数字传输系统采用脉码调制PCM（详见P53-54）a) 每路语音带宽3.4kHz，传输时分配4kHz，根据奈奎斯特定律，采样频率8kHz，采用8bit编码，8k x 8 = 64kbps。b) PCM两种国际标准：欧洲体制（E1）和北美体制（T1）c) E1体制把一个时分复用帧（125?s）分成32路（031路）时分复用，每路传输8bit，则总速率为32x64kbps=2.048Mbps。其中第0路为同步，第16路传送用户的信令信息d) T1体制把时分复用帧125?s 分为24路，每路传输8bit，每一帧再加上1bit，则速率为（24 x 8 + 1）bit/125?s = 1
16、.544Mbps5) 信道复用技术：时分复用TDM、频分复用FDM、统计时分复用STDM、波分复用WDM、码分复用CDM（详见P47-53）a) 波分复用WDM实际上是波的频分复用6) 同步光纤网SONET（美国标准）和同步数字序列SDH（国际标准）：提供国际统一速率标准a) 速率标准定义：SONET采用OC_n（光载波，Optical Carrier），SDH采用STM_n（同步传输模块，Synchronous Transfer Module）b) 常用速率标准：i. OC_3/STM_1：155Mbpsii. OC_12/STM_4：622Mbpsiii. OC_48/STM_16：2.5
17、Gbpsiv. OC_192/STM_64：10Gbps7) 物理层标准举例a) RS-232/V.24标准和RS-449/V.35标准是DTE和DCE之间的接口b) DTE：数据终端设备（Data Terminal Equipment），数据终端设备，即具有一定数据处理能力以及发送和接收数据能力的设备c) DCE：数据电路端接设备，标示传输线路的结束和用户线路的开始。其作用进行信号电平变化和编码功能d) DTE和DCE举例i. PC机用调制解调器上网，则DTE是PC机，DCE是调制解调器；ii. PC机插网卡上网，则DTE是PC机，DCE是网卡。iii. 局域网通过路由器用基带调制解调器设备
18、接入广域网，则DTE是路由器，DCE是基带调制解调器第三章 数据链路层（传送的PDU叫帧）1. 数据链路层协议作用范围：在一个通信网范围内，属于点到点（相邻结点）协议（注意和端到端协议TCP的差别）。2. 链路和数据链路的差别：1) 链路：一条无源的点到点物理线路，线路上有可能由于干扰而出现错误2) 数据链路：在链路上加上数据链路层协议（如HDLC/PPP/Ethernet/FR），能够把错误检查并修改过来，使得数据链路从逻辑上能够实现无差错传输3. 数据链路层的主要功能：1) 链路管理：数据链路的建立、维持和释放2) 帧定界：接收方如何识别一个帧的开始和结束。a) HDLC/FR/LAPB等
19、采用0x7E标示一个帧的开始和结束。用0插入删除算法实现透明传输（面向比特）。b) PPP也是采用0x7E标示一个帧的开始和结束。在同步链路中，用0插入删除算法实现透明传输（面向比特）。在异步链路中，采用转义字符实现透明传输（面向字符）c) Ethernet采用7字节前同步码 + 1字节帧开始定界符实现以太网帧同步d) SLIP采用0xC0作帧开头和结尾3) 流量控制：通过接收方控制发送方发送数据的速率4) 差错控制：具有前向纠错和检错重发两种。网络链路层协议一半采用检错重发5) 数据区和控制信息区分开6) 透明传输：任意比特组合都能在网络中传输（见上面帧定界）7) 寻址：能够正确到达目的站4
20、. 停止等待协议（stop-and-wait）：主要解决流控和检错重发两个问题1) 流控解决：每次只发送一帧，等待接收方确认后再发送下一帧2) 检错解决：CRC校验（要会计算，详见P68），正确返回ACK帧，错误返回NAK帧5. 停等协议中数据帧在链路上传输主要出现正常、数据帧出错、数据帧丢失、确认帧等几种情况（P190图5-9要理解并会画）。1) 正常（数据帧正确）：收方返回ACK，发方发送下一帧2) 数据帧出错：收方CRC校验发现错误，返回NAK，发方重发错误帧3) 数据帧丢失：发方每发送一帧，设立超时定时器tout，超时重发该帧，收方接收该帧4) 应答帧丢失：发方每发送一帧，设立超时定时
21、器tout，超时重发该帧，收方丢弃该帧6. 停等协议算法（掌握）：用1个bit位对帧编号（0、1交替编号）7. 停等协议定量分析：要会推导8. 连续ARQ协议（go-back-N）：发方按序连续发送数据帧（0，1，2，3），每发送一个单独设立一个定时器，发现某帧超时未确认，则退回到该帧进行按序重发9. 连续ARQ缺点：1) 当未被确认的帧数目太多时，需要重传太多帧（Go-back-N）2) 对帧编号的比特数没有限制10. 滑动窗口主要解决两方面问题：1) 固定比特数对帧进行编号（节省数据帧头部空间）2) 流量控制：通过发送窗口WT对发送速率进行流量控制11. 滑动窗口包含两个窗口：发送窗口WT
22、和接收窗口WR1) 发送窗口WT：WT = 2n-1，n表示帧编号的比特数；发送窗口实际上就是发送缓冲区大小。发送方只能发送发送窗口内的帧。（要会证明：为什么WT = 2n-1才能使滑动窗口正常工作？）2) 接收窗口WR：WR = 1，即接收缓冲区只有一个帧的大小，也就是说，接收方每次只能接收一个帧，因此要按序接收。12. 信道利用率U = 2?（重点掌握！，见习题3-20）1) tf 表示帧的最短发送时延，tf = 最短帧长/信道速率2) ? 表示以太网端到端最大传播时延。? = 以太网最大跨度/电磁波在信道中传播速率（在电缆中约为2x108米每秒，光缆和自由空间中为3 x108米每秒）。3
23、) 10Mbps以太网中争用期长度取2?，为51.2?s（网络最大跨度为2.8km），可以计算得出以太网帧最短帧长为64字节，所有长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧4) 100BASE-T中维持tf = 2?不变，最短帧长仍为64字节，则tf缩小10倍（5.12?s），将网络最大跨度缩小，一个网段电缆长度为100m5) 1000BASE-T中仍维持tf = 2?不变，最短帧长为64字节，争用期增大为512字节，但tf又缩小10倍（0.512?s），如将网络跨度缩小至10米则没有应用意义，因此，维持网络跨度100米不变，采用载波延伸和分组突发两种方法相结合进行扩展。a) 载波延伸：发送帧小于512字节长度时，添加特殊字符使MAC帧的长度增大为512bytes（相对增加tf）b) 分组突发：某站点有多个帧进行发送，只要当前发送帧的长度之和小于1500字节，则可以继续连续发送帧。8. 网卡的作用有三个：1) 数据的封装和解封：发送时将网络层数据分组加上首部和尾部，成为MAC帧，接受时执行相反操作，把MAC帧中
