1、自考计算机网络原理知识点第一章计算机网络概述信息是当今世界最重要的资源之一， 它与物质与能源一起构成了三大资源支柱。 信息资源最显着的特点是它在使用中非但 不会损耗，反而会通过交流和共享得到增 值。计算机网络是信息高速公路的重要组 成部分，被认为是信息高速公路雏形的因 特网，已逐渐演变为一个全球性的政府、 经济、学术和生活信息交换网。1.1 计算机网络大发展计算机网络从20世纪70年代开始发展， 他的演变可以概括为 面向终端的计算机 网络、计算机-计算机网络、开放式标准化 网络以及因特网广泛应用和高速网络技术 发展等四个阶段。1.面向终端的计算机网络以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终
2、端的计算机网络。早在 20世纪50年代初，就开创了把计算机技术和通信技术相结合的尝试。所谓联机系统，就是由一台中央主计算机连接大量的地理上处于分散位置 的终端。这类简单的 终端一通信线路一计算机”系统，成为了计算机网络的雏形。这 样的系统除了一台中心计算机外，其余的终端设备都没有自主处理的功能，还 不能算计算机网络。在通信线路和中心计算机之间设置一个前端处理机 FEP或通信控制起CCU 专门负责与终端T之间的通信控制，另外在终端比较集中的地区，设置集中器或 多路复用起，从而提高了通信线路的利用率，节约了远程通信线路的投资。2.计算机一计算机网络20世纪60年代中期，出现了由若干个计算机互连的系
3、统，开创了 计算机一 计算机”通信的时代，并呈现出多处理中心的特点。 ARP网标志着目前所称的计算机网络的兴起。ARPANE是 一个成功的系统，它是计算机网络技术发展中的 一个里程碑。此后，各大计算机公司都相继推出自己的网络体系结构： IBM公司的SNAA DE（公司的DNA就是两个着名的例子。凡是按SNA!建的网络都可称为SNA网，而 按DN组建的网络都可称为DNA网或DECNET3.开放式标准化网络没有统一的网络体系结构，难以实现互连，这种自成体系的系统称为 封闭” 系统。国际标准化组织ISO于1984年正式颁布了一个称为 开放系统互连基本参考模型” 的国际标准ISO7498,简称OSI参
4、考模型或OSI/RM OSI/RM由七层组成，所以也 称OS七层模型。4.因特网的广泛应用与高速网络技术的发展20世纪90年代网络技术最富有挑战性的话题是In ternet与高速通信网技术、 接入网、网络与信息安全技术。宽带网络技术的发展为全球信息高速公路的建 设提供了技术基础。In ternet 、Intran et、Extra net和电子商务已成为当前企业网研究与应用的热点。1.1.2三大网络介绍包括:电信网络、广播电视网络以 及计算机网络1.电信业务网是以电话网为基础逐步发展起来。电话系统由三个主要的不见构 成：（1）本地网络；（2）干线；（3）交换局。2.广播电视网主要是有线电视网（
5、CATV，它的业务除了广播电视传输仍然是 主要业务之外，还应包含电视点播（VOD或准视频点播业务（NVOD远程电视 教育、远程医疗、电视会议、电视电话、电视购物和电视商务等。3. 计算机网 CHINANET 网以成为我过INTERNE的主干网。1.1.3 未来网络发展趋势有宽带网络、全光网络、多媒体网络、移动网络、下一代网络 NGN 宽带网络可分为宽带骨干网和宽带接入网两个部分。电信业一般认为传输速率 达到2Gbp啲骨干网称做快带网。宽带接入技术基本上可分为有线接入和无线接 入。1.2 计算机网络的基本概念 计算机网络是现代计算机技术和通信技术 的结合产物。1.所谓计算机网络，就是利用通信设备
6、和线 路将地理位置不同的、 功能独立的多个计算 机系统互连起来，以功能完善的网络软件实 现网络中资源共享和信息传递的系统。2.一个计算机网络是由资源子网和通信子 网构成的 , 资源子网负责信息处理 , 通信子 网负责全网中的信息传递。 资源子网包括主 机和终端，他们都是信息传递的源节点或宿 节点，有时也统称为端节点。 通信子网主要 由网络节点和通信链路组成。 根据不同的作 用，网络节点可以是分组交换设备 PSE分 组装配/拆卸设备PAD集中器C网络控制 中心NCC网间连接起G也称网关或他们的组 合。也常将网络节点统称为接口信息处理机 IMP。3.信息在两端节点之间传输时 ,可能要经过多个中间节
7、点的转发 ,这种传输方式 称为 “存储 转发”，广域网中一般都采用这种传输方式。4.计算机网络功能表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换三个 方面。5.计算机网络的应用包括：办公自动化 0A远程教育、电子银行、证券及期货 交易、校园网、企业网络、只能大厦和结构化综合布线系统。1.3 计算机网络的分类一. 按拓扑结构类型分类 网络拓扑是指网络形状，或者 是它在物理上的连通性。网络 的拓扑结构主要有： 星型拓扑、 总线拓扑、环形拓扑、树型拓 扑、混合型拓扑及网形拓扑。 拓扑结构的选择往往与传输介 质的选择及介质访问控制方法 的确定紧密相关。在选择网络 拓扑结构时，应该考虑的主要 因素有下
8、列几点：（ 1）可靠性（2）费用（ 3）灵活性（ 4）响 应时间和吞吐量采用点 点线路的通信子网的基本拓扑结构型有 4种：星形、环形、树形、网状 形。采用广播信道通信子网的基本拓扑结构型有 4种：总线形、树形、环形、无线通 信与卫星通信。以下集中典型网络拓扑的特点：1. 星形拓扑中央节点执行集中式通信控制策略，因此 中央节点相当复杂，而各个站点的通信处 理负担都很小。优点：（ 1） 控制简单（ 2）故障诊断和隔 离容易。（ 3）方便服务。缺点：（1）电缆长度和安装工作量客观 （2） 中央节点的负担较重， 容易形成 “瓶颈 ”（3） 各站点的分布处理能力较低2. 总线拓扑 采用一个广播信道作为传
9、播介质， 所有站点 都通过相应的硬件接口直接连到这一公共 传输介质上，该公共传输介质即称为总线。 通常采用分布式控制策略来确定哪个站点 可以发送。优点：（ 1）总线结构所需要的电缆数量少 （2）总线结构简单，又是无源工作，有较 高的可靠性（ 3）易于扩充，增加或减少用 户比较方便缺点：（ 1）总线的传输距离有限，通信范 围受到限制（2）故障诊断和隔离较困难 （ 3） 分布式协议不能保证信息的及时发送， 不具 有实时功能，大业务量降 低了网络速度。3. 环形拓扑 每个站点能够接收从一条链路传来的数据， 并以同样的速率串行地把该数据沿环送到 另一条链路上， 这种链路可以是单向的， 也 可以是双向的
10、。数据以分组形式发送。 优点：（1）电缆长度短（2）可使用光纤（3） 所有计算机都能公平地访问网络的其他部 分，网络性能稳定 缺点：（ 1）节点的故障会引起全网故障 （ 2） 环节点的加入和撤出过程较复杂（ 3）环形 拓扑结构的介质访问控制协议都采用令牌 传递的方式，在负载很轻时， 信道利用率相 对来说就比较低4. 树形拓扑优点：（ 1）易于扩展（ 2）故障隔离较容易 缺点：各个节点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。5.混合形拓扑优点：（ 1）故障诊断和隔离较为方便（ 2）易于扩展（ 3）安装方便缺点：（ 1）需要选用带智能的集中器（ 2）像星形拓扑结构一样，集中器到各 个
11、站点的电缆安装长度会增加6.网形拓扑 这种结构在广域网中得到了广泛使用，优点是不受瓶颈问题和失效问题的影响。 由于节点之间有许多条路径相连，可以分为数据流的传输选择适当的路由，从 而饶国失效的部件或过忙的节点。这种结构虽然比较复杂，成本也比较高，提 供上述功能的网络协议也比较复杂，但由于它的可靠性高，仍然受到用户的欢 迎。二 . 按交换方式来分类，计算 机网络可以分为电路交换网、 报文交换网和分组交换网。 电路交换网方式类似与传统的 电话交换方式，用户在开始通 信前，必须申请建立一条从发 送端到接收端的物理信道，并 且在双方通信期间始终占用该 信道报文交换网方式的数据单元是 要发送的一个完整报
12、文，起长 度并无限制。报文交换采用存 储转发原理。 分组交换网方式也称包交 换方式，都公认ARPANE是 分组交换网之父。采用分 组交换方式通信前，发送 端先将数据划分为一个等 长的单位，这些分组逐个 由各中间节点采用存储 转发方式进行传输，最终 到达目的端。分组长度有限，可以在中间节点机的 内存中进行存储处理，其 转发速度大大提高。三. 按网络传输技术分类：广播方式和点对 点方式。相应的计算机网络也可分为两类： 广播式网络和点对点网络。 广播式网络中，发送的报文分 组的目的地址可以有 3类：单播 地址、多播地址和广播地址 采用分组存储转发和路由选择 机制是点对点式网络与广播式 网络的重要区别
13、之一。 除了以上分类方法外，还可按 所采用的传输介质分为双绞线 网、同轴电缆网、光纤网、无 线网；按信道的带宽分为窄宽 带网和宽带网；按不同用途分 为科研网、教育网、商业网、 企业网等。四. 计算机网络的标准化国际标准化组织（ISO）、国际电信联盟（ITU）、美国国家标准局（NBS、美 国国家标准学会（ANSI）、欧洲计算机制造商协会（ECMA、因特网体系结构 局 IAB。Chap 2名词解释：1.网络协议：计算机网络中进行数据交换而建立的规则、 标准或约定的集合 称为网络协议。2.网络的体系结构Architecture:计算机网络各层次结构模型及其协议的集 合，称为网络的体系结构。3.确认:
14、确认是指数据分组接收节点在收到每个分组后， 要求向发送节点回 送正确接收分组的确认信息。内容:1.计算机网络体系结构是现代计算机网络的核心。2.世界上第一个网络体系结构是 IBM 公司提出的，命名为 “系统网络体系结构 SNA。3.OSI 包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。 OSI 的体系结构定义 了一个七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调各层标准 的制定； OSI 的服务定义描述了各层提供的服务，以及层与层之间的抽象接 口和交互用的服务原语； OSI 各层的协议规范，精确地定义了应当发送何种 控制信息及用何种过程来解释该控制信息。4.OSI七层模型从下到上分别为物理
15、层 PH、数据链路层DL、网络层N、传输 层T、会话层S、表示层P和应用层A。5.发送进程发送给接收进程的数据，实际上是经过发送方各层从上到下传递到 物理介质；通过物理介质传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最 后到达接收进程。在发送方从上到下逐层传递的过程中，每层都要加上适当 的控制信息。6.通信服务可以分为两大类：面向连接服务 （Connection-oriented Services和无 连接服务 （Connectionless Services。）7.网络数据传输可靠性一般通过确认和重传机制保证。8.在网络的各个层次的设计中，可以在面向连接与确认服务、面向连接与不确 认服务、无连
16、接与确认服务、无连接与不确认服务这四种情况中，根据不同 的通信要求，决定选择不同的服务类型。9.传输控制协议 /互联网协议 TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol.10.协议分层模型包括两方面的内容：一是层次结构，二是各层功能的描述。11.TCP/IP 参考模型分为 4个层次，从上到下为：应用层、传输层、互连层、主 机一网络层。其中应用层与OSI应用层相对应，传输层与OSI传输层相对应， 互连层与 OSI 网络层相对应， 主机网络层与 OSI 数据链路层及物理层相对 应。在 TCP/IP 参考模型中，对 OSI 表示层、会话
17、层没有对应的协议。12.网络协议主要由三个要素组成。1）语义Semantics涉及用于协调与差错处 理的控制信息。2）语法Syntax。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号 电平等。 3）定时 Timing 。涉及速度匹配和排序等。13.层次结构的好处。 1）使每一层实现一种相对独立的功能； 2）每一层不必知 道下一层是如何实现的，只要知道下一层通过层间接口提供的服务是什么及 本层向上一层提供什么样的服务，就能独立地设计； 3）每一层次的功能相 对简单且易于实现和维护； 4）若某一层需要作改动或被替代时，只要不去 改变它和上、下层的接口服务关系，则其他层次都不受其影响。14.计算机网络都采用层
18、次化的体系结构。由于计算机网络涉及多个实体间的通 信，其层次结构一般以垂直分层模型来表示。这种层次结构的要点为： 1） 除了在物理介质上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通 信；2）对等层的虚通信必须遵循该层的协议； 3） n 层的虚通信是通过 n/n+1 层间接口处 n-1 层提供的服务以及 n-1 层的通信来实现的。15.层次结构的划分，一般要遵循以下原则： 1）每层的功能应是明确的，并且 是相互独立的。 2）层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。 3） 层数应适中。16.物理层的功能。物理层定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其
19、作用是使原始的数据比特流能在物理介质 上传输。具体涉及接插件的规格， “0”、 “1”信号的电平表示，收发双方的协调等内容。17.数据链路层的功能。在数据链路层中，比特流被组织成数据链路协议数据单 元（通常称为帧），并以其为单位进行传输，帧中包含地址、控制、数据及 校验码等信息。 数据链路层的主要作用是通过校验、 确认和反馈重发等手段， 将不可靠的物理链路改造成对网络层来说是无差错的数据链路。18.网络层的功能。在网络层中，数据以网络协议数据单元（通常称为分组）为 单位进行传输。网络层关心的是通信子网的运行控制，主要解决如何使数据 分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题，这就需要在通信子网中进
20、行路 由选择。19.传输层的功能。传输层是第一个端到端，也即主机 一主机的层次。传输层要处理端到端的差错控制和流量控制问题。20.会话层的功能。会话层是进程 一进程的层次，其主要功能是组织和同步不同 主机上各种进程间的通信（也称对话）。会话层负责在两个会话层实体之间 进行对话连接的建立和拆除。21.表示层的功能。表示层为上层用户提供共同的数据或信息语法表示变换。表 示层管理这些抽象的数据结构，并将计算机内部的表示形式转换成网络通信 中采用的标准表示形式。数据压缩/恢复和加密/解密也是表示层可提供的表 示转换功能。22.应用层的功能。应用层是开放系统互连环境的最高层。网络环境下不同主机 间的文件
21、传送访问和管理（FTAM ）、传送标准电子邮件的文电处理系统（MHS）、使不同类型的终端和主机通过网络交互通过网络交互访问的虚拟 终端协议（VT）等都属于应用层的范畴。23.通信服务可以分为两大类：面向连接服务和无连接服务。24.面向连接服务的特点。1）数据传输过程前必须经过建立连接、维护连接和 释放连接的3个过程；2）在数据传输过程中，个分组不需要携带目的节点 的地址；3）面向连接数据传输的收发数据顺序不变， 因此传输的可靠性好, 但需通信开始前的连接开销，协议复杂，通信效率不高。25.无连接服务的特点。1）每个分组都要携带完整的目的节点的地址，各分组 在通信子网中是独立传送的；2）无连接服
22、务中的数据传输过程不需要经过 建立连接、维护连接和释放连接的 3个过程；3）无连接服务中发送的不同 分组可能选择不同路径到达目的节点，先发送的不一定先到达，因此无连接 服务中的目的节点接收到的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象。26.服务类型和服务质量。面向连接服务可以同时要求采用确认和重传机制，提 供最为可靠的服务；也可以不要求采用确认机制，这时数据传输服务的可靠 性主要由面向连接服务来保证。同样，无连接服务也可以要求采用确认和重 传机制，来提高数据传输的可靠性；无连接服务也可以采用不确认机制，但 数据传输的可靠性较低。27.TCP/IP协议的特点。1）开放的协议标准，可以免费使用，并且
23、独立于特定 的计算机硬件与操作系统。2）独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、 广域网，更适用于互联网中。3）统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP 设备在网中都具有惟一的地址。4）标准化的高层协议，可以提供多种可靠 的用户服务。28.TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多 别的协议，组成了 TCP/IP协议簇。一般， TCP/IP提供传输层服务，而IP提供网络层服 务。TCP/IP的体系结构与ISO的OSI七层参 考模型的对应关系为：DNS域名解析 5 7TCP传输控制协议UDP用户数据报协议IP 为互联网协议、 ICMP 为互联网控制报文协议 3ARP 位地址转换协议 2RA
24、RP 为反向地址转换协议 2互连层的功能主要由 IP 来提供。除了提供端到端的分组分发功能外，还提供 很多扩充功能。网络层提供了数据分块和重组功能。在传输层中， TCP 提供可 靠的字节流信道， UDP 提供不可靠的数据报传送信道。在应用层中， SMTP 为 简单邮件传送协议、 DNS 为域名服务、 FTP 为文件传输协议、 TELNET 为远程 终端访问协议。29.OSI/RM与TCP/IP参考模型的比较。OSI和TCP/IP参考模型有很多共同之 处，两者都以协议栈的概念为基础，而且两个模型中都采用了层次结构的概 念，各个层的功能也大体相似。不同之处：首先，OSI模型有七层，而TCP/IP
25、只有四层，他们都有网络层（或者称互连网层）、传输层和应用层，但其他 的层并不相同。其次，在于无连接的和面向连接的通信范围有所不同。 OSI 模型的网络层同时支持无连接和面向连接的通信，但是传输层上只支持面向 连接的通信。 TCP/IP 模型的网络层只有一种模式即无连接通信， 但是在传输 层上同时支持两种通信模式。30.OSI 协议不能流行的原因。一是模型和协议自身的缺陷。其会话层和表示层 这两层几乎是空的，而另外的数据链路层和网络层包含内容太多，有很多的 子层插入，每个子层都有不同的功能。 OSI 模型以及相应的服务定义和协议 都极其复杂，它们很难实现。另一个原因是它的协议出现时机晚于 TCP
26、/IP 协议。31.TCP/IP 模型和协议的缺陷。首先，该模型并没有清楚地区分哪些是规范、哪 些是实现， TCP/IP 参考模型没有很好的做到这一点， 这使得在使用新技术来 设计新网络的时候， TCP/IP 模型的指导意义显得不大，而且 TCP/IP 模型不 适合于其它非 TCP/IP 协议簇。其次， TCP/IP 模型的主机 网络层并不是常 规意义上的一层，它是定义了网络层与数据链路层的接口。接口和层的区别 是非常重要的，而 TCP/IP 模型却没有将它们区分开来。2013 年 4 月 15 25、26 2012 年 4 月 14 、 25、 26、27、 422011 年 15、25、2
27、6、40、41 2010 年 4 月 15、8、25、26Chap3 物理层3.1 物理层接口与协议1物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道有关的特性，这些特性包括 机械的、电气的、功能性的和规程性的四个方面。2OSI 对 OSI 模型的物理层所作的的定义为： 在物理信道实体之间合理地通过中 间系统， 为比特传输所需的物理连接的激活、 保持和去除提供机械的、 电气的、 功能性的和规程性的手段。3DTE （数据终端设备）是对属于用户所有的连网设备或工作站的统称，是通信 的信源或信宿；DCE （数据电路终接设备或数据通信设备），是对为用户提供 入网连接点的网络设备的统称。4DEE与DCE接口的
28、各根导线的电气连接的三种平衡方式：非平衡方式、采用 差动接受器的非平衡方式和平衡方式。5EIA RS-232C是由美国电子工业协会 EIA颁布的，RS表示“推荐标准”，232 是标识号码，C表示该推荐标准已被修改过的次数。6RS-232C的电气特性规定逻辑“ 1”电平为-15至-5伏，逻辑“ 0”的电平为+5 至+ 15伏，也即RS-232采用+伏的负逻辑电平，+伏之间为过渡区域不作定义。7RS-232C功能特性定义了 25芯标准连接器中的20根信号线。8RS-422电气标准是平衡方式标准，它的发送器、接受器分别采用平衡发送器 和差动接受器，由于完全独立的双线平衡传输，抗串扰能力大大增强。9R
29、S-423电气标准是非平衡的标准，它采用单端发送器和差动接受器，它的信 号电平定义为+6伏。9100系列接口标准的机械特性采用两种规定，当传输速率为 200bps9600bps, 采用25芯标准连接器；传输速率大48bps时，采用34芯标准连接器。200系列 接口标准则采用25芯标准连接器。10100系列接口标准的电气特性采用 V.28和V.35两种建议。11ITU对DTE-DCE的接口标准有V系列和X系列两大类建议。V系列接口标 准一般是指数据终端设备与调制解调器或网络控制器之间的接口， X系列适用 与公共数据网的宅内电路终接设备和数据终端设备之间的接口。12X.21和X.21 bis为三种
30、类型的服务定义了物理电路，这三种服务是租用电路 服务、直接呼叫服务和设备地址呼叫服务。13物理层的功能和提供的服务：（1） 机械特性物理层的机械特性对插头和插座的几何尺寸、插针或插孔及 其排列方式、锁定装置形式等作了详细的规定。（2） 电气特性 电气特性规定了这组导线的电气连接及有关电路的特性， 一般包括：接受器和发送器电路特性的说明，表示信号状态的电压 /电流电平的识别、最大数据传输速率的说明，以及互连电缆相关的规则等。（3） 信号的功能特性 它规定了接口信号的来源、作用以及与其它信号之间的关系。接口信号线按功能一般可分为数据信号线、 控制信号线、定时信号线和接地线等四类。（4） 规程特性
31、规定了使用交换电路进行数据交换的控制步骤。3.2传输介质1传输介质是通信网络中发送方和接受方之间的物理通路，计算机网络中采用 的传输介质可分为有线和无线两大类。2三种有线传输介质：双绞线、同轴电缆和光纤。3无线传输介质：无线电通信、微波通信、红外通信以及激光通信的信息载体。4传输介质的选择取决于以下因素：网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、 可靠性要求、能承受的价格范围。5传输介质的特性：物理特性、传输特性、连同性、地理范围、抗干扰性、相对 价格。6有线传输介质：（1）双绞线 最常用的传输介质，一般是铜质的，能提供良好的传导率。分为 无屏蔽的和屏蔽的。电子工业协会 EIA 为无屏蔽双绞线订立了
32、标准， 3 类线 能承受 16MHz，5 类线 能承载 100MHz 。（2）同轴电缆 分为基带同轴电缆（阻抗 50）和宽带同轴电缆（ 75）。基带同 轴电缆又分为粗缆和细缆两种，都用与直接传输数字信号；宽带同轴电缆用 于频分多路复用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用的高速数字 信号和模拟信号传输。（ CATV 电缆就是宽带同轴电缆）；基带同轴电缆主 要用于数字信号传输，并使用曼彻斯特编码；宽带同轴电缆既可用于模拟信 号传输，又可用于数字信号传输；同轴电缆适用于点到点和多点连接。（ 3）光纤 它由能传导光波的超细石英玻璃纤维外加保护层构成；用光纤传 输信号电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接受端又要由光检 测器还原成电信号；光纤用于点到点的链路； 光纤通信具有损耗低、 频带宽、 数据传输率高、抗电磁干扰强等优点。7多址接如的方法主要有三种：频分多址接入 FDMA
