计算机网络 复习 - 图文

第二章

1、物理层的主要功能:通过制定物理设备和传输介质之间的接口技术规范，实现物理设备之间的比特流的透明传输；提供数据通路；传输数据；一些管理工作；

2、DTE (Data Terminal Equipment) 是数据终端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。 典型的DTE就是一台计算机。

3、DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是数据电路端接设备，它在 DTE 和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。 典型的DCE就是调制解调器。 4、物理层要考虑的问题

定义物理设备和传输介质之间的接口特性，以及传输介质的类型; ? ? ? ? ? ? ?

数据比特的物理表示：信号编码问题;

数据速率：每秒发送的比特数，决定了一个比特的持续时间; 位同步：收发双方的时钟同步;

线路配置：点到点连接或多点连接; 物理拓扑：物理设备之间的连接形式;

通信方式：单工通信、半双工通信和全双工通信; 传输方式：串行传输与并行传输;

5、物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：

? 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列方式、接插件的锁紧方式等； ? 电气特性 指明引线上传输信号的码型结构、电平高低、阻抗大小、传输速率等； ? ?

功能特性 定义接口部件的各信号线的用途（数据线、控制线、定时线等）； 规程特性 定义建立、维持、释放物理连接和传输比特流等功能事件的实现顺序；

6、各种传输媒体比较

传输媒体 双绞线 50?同轴电缆 75?同轴电缆 光纤 短波 地面微波接力 卫星 速率 模拟 300-3400Hz； 数字 10-100Mbps 10M 传输距离 几十公里 抗干扰性 可以 价格 低 应用 模拟传输 数字传输 示例 用户环线 LAN LAN 1公里内 较好 略高于TP 基带数字信号 模拟传输，可分多信道混合传输电视、数据及CD音频 远距离传输 远程低速通信 远程通信 远程通信 300-450MHz 100M-几千Mbps 几十-几百bps 4-6GHz 4~14GHz 100公里 较好 较高 CATV 长话线路，主干网 广播 电视 电视、电话、数据 30公里 全球 几百公里 三万六千多公里 很好 一般，通信质量差 很好 很好 较高 较低 低于同容量和长度的电缆 费用与距离无关 7、物理层标准举例EIA-232-E 接口标准：EIA RS-232-E是由美国电子工业协会EIA在1969年颁布的一种目前使用最广泛的串行物理接口；EIA - Electronic Industry Association 、RS - Recommended Standard 、232-标识号码 、E-表示该推荐标准已被修改过的次数

RS-232标准提供了一个利用公用电话网络作为传输媒体，并通过调制解调器将远程设备连接起来的技术规定 ；

这个标准未考虑计算机系统的要求,而它又广泛应用于计算机系统,在做计算机系统连接时,采用交叉跳接信号线方法的连接电缆

8、接口特性：1、 机械特性：由于RS-232C未定义连接器的物理特性 ,出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器 DB-25： PC和XT机采用DB-25型连接器； ? ? ?

异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22 9个20mA电流环信号 12，13，14，15，16，17，19,23，24 保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚）

? 空6个（9，10，11，18，21，25） DB-9连接器；

使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号 ; 电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。 2、电气特性：

a、在TxD和RxD上 ：逻辑1(MARK)=-5V～-15V 逻辑0(SPACE)=+5～＋15V b、在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：

信号有效（接通，ON状态，正电压）＝ +5V～+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压) ＝ -5V～-15V

c、RS-232电平高达15V,与TTL相比具有更强的抗干扰能力 d、TTL-Transistor-transistor logic晶体管-晶体管逻辑（电路），是电流控制器件,电压范围0~5V,计算机或终端常采用TTL器件。

3、功能特性

RS-232C规标准接口有25条线，4条数据线、11条控制线、3条定时线、7条备用和未定义线，常用的只有9根，它们是： A、数据发送与接收线：

发送数据(Transmitted data-TxD)—通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTE→DCE)。 接收数据(Received data-RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCE→DTE)。 B、地线 ：有两根线SG、PG—信号地和保护地信号线，无方向 C、联络控制信号线：

※数据装置准备好（Data set ready-DSR)—有效时（ON）状态，表明MODEM处于可以使用的状态 ※数据终端准备好(Data terminal ready-DTR)—有效时（ON）状态，表明数据终端可以使用

※请求发送(Request to send-RTS)—用来表示DTE请求DCE发送数据。用来控制MODEM是否要进入发送状态

※允许发送（Clear to send-CTS）—用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS的响应信号

※振铃指示(Ringing-RI)——当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态），通知终端，已被呼叫 4、规程特性

1、链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点；（物理链路） 一条链路只是一条通路的一个组成部分；

数据链路(data link) 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路；（逻辑链路） ? ?

现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件； 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能；

2、网卡的作用 ：计算机通过网卡连接到传输介质以实现网络通信；

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”。 3、网卡的功能：

a数据的封装与解封 发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部，成为以太网的帧。接收时将以太网 的帧剥去首部和尾部，然后送交上一层。 b链路管理 主要是 CSMA/CD 协议的实现。

c编码与译码 即曼彻斯特编码与译码。

d与PC机 的通信：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。 4、常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ：DIX Ethernet V2 标准、IEEE 的 802.3 标准； 5、以太网的V2 MAC帧；

6、以太网的MAC帧 A 、48比特的MAC地址

封装在MAC帧的首部，也称物理地址或硬件地址；唯一标识了每个DTE设备；固化在网卡中；寻址； B 、MAC地址的分配:前三个字节由IEEE分配；后三个字节由产商自行分配；

第一个字节的两个标志位:最低位I/G：0/单站地址；1/组地址；次低位G/L：0/局部管理；1/全局管理；

7、以太网的MAC帧的寻址:

A 、网卡从网络上每收到一个 MAC 帧就首先用硬件检查 MAC 帧中的 目的MAC 地址：如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。 B 、“发往本站的帧”包括以下三种帧： 单播(unicast)帧（一对一）、广播(broadcast)帧（一对全体） 多播(multicast)帧（一对多） 8、几种无效的 MAC 帧 ：

? 数据字段的长度与长度字段的值不一致； ? 帧的长度不是整数个字节； ? ?

用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错；

数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间：即有效的 MAC 帧长度为 64 ~ 1518 字节之间；对于检查出的无效 MAC 帧就简

单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。 9、数据链路层使用的信道：

? 点对点信道：使用一对一的点对点通信方式; ?

广播信道：使用一对多的广播通信方式；广播信道上连接的主机很多，必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送；

10、数据链路层协议主要功能：(1) 封装成帧(2) 透明传输(3) 差错控制 ：链路管理、流量控制、寻址等等； （1）封装在帧：封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。 确定帧的界限。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

用控制字符进行帧定界的方法举例 ：

一般,数据帧的首部包含同步、地址和控制等信息；尾部主要包含帧校验序列FCS； (2) 透明传输

解决透明传输问题

? 发送端：数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)：? ?

称字节填充或字符填充；

如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符：当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个；

接收端：数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符；

(3) 差错控制 ：在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0 而 0 也可能变成 1；还存在其他的差错情况；如帧丢失、重复等；为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施； 比特差错检测方法：循环冗余检验CRC

11、可靠传输

理想的数据传输条件：a 传输信道是理想的：数据通过信道传输不会发生任何差错；b接收方的缓存是理想的：发送方以多快的速度发送数据，接收方总是能够接收得下来（收发双方的速率总是匹配的）； 12、实际的传输网络都不可能是理想的：数据可能会发生各种差错；收发双方的速率也可能会不匹配； 不可靠的传输网络要实现可靠的数据传输必须通过设计某些数据传输协议来加以保证： A、停止等待协议： ? ? ? ?

工作特点：发送方发一帧，停止发送，等待对方的确认；收到确认后，再发下一帧；如此重复；如发生差错，通过重传数据帧方式实现纠错；因此需对数据帧进行编号；

几个问题：确认帧的内容；发送方如何知道数据发生差错，需要重传；数据帧的编号需要多少位；此协议的效率如何； 协议分析（转网站）

几个要点：接收方对正确收到的数据帧要给发送方发一个确认信息；发送方设置一个超时计时器（重传时间），以实现自动重传；数据帧编号只需1个比特位，号码可重复使用；

停止等待协议效率分析 ?

重传时间tout = tp + tpr ＋ ta ＋ tp ＋ tpr ：忽略tpr 和ta ，则 tout＝2 tp

? 两个发送成功的数据帧之间的最小时间间隔 tT ，tT = tf ＋ tout ＝ tf ＋ 2 tp ? 当数据发生差错时，设差错概率为p：那么正确传送一个数据帧所需的平均时间 tAV 每秒成功发送的最大帧数就是链路的最大吞吐量 lmax ：

在发送端，设数据帧的实际到达率为 l（即每秒到达 l 个帧）：

用时间 tf 进行归一化，得出归一化的吞吐量 r ：参数 a 是 tT 的归一化时间，

停止等待协议特点：简单、效率较低、当参数 a 接近于1时， r ≡ （1－p）达到最大、该协议只能适用于某种场合下的通信； B、连续ARQ协议

协议工作原理；在停止等待协议基础上，发送方在未收到确认前可连续发送若干个数据帧；在发生差错时丢弃原已发送的所有后续帧，重发差错发生以后的所有帧，相当于完全返回重传

连续ARQ协议特点：当信道差错率比较大时，效率并不高；当a ≈ l ，r = l tf ＝ (1－p) ；此协议的适用场合；

C、选择重传ARQ

在连续ARQ协议的基础上改进而来：在发生差错时，仅仅重传发生错误的帧；通过加大接收缓存来实现；

上述介绍的连续ARQ和选择重传ARQ协议中仍有个问题要解决：若干个数据帧：应当对已发出去但未收到确认信息的数据帧的数目给出限制；这个数目不仅仅跟数据帧的编号位数n有关；

13、滑动窗口机制的含义；

滑动窗口机制是上述这些数据传输协议使用的一种用于协调双方通信的机制；收发双方在滑动窗口机制的控制下实现流量控制和差错控制； 工作原理： ?

发送方设置一个发送窗口（发送缓存区）：发送窗口大小控制发送方在未收到确认前最多能发送的数据帧数目；每个数据帧只有在收到确认以后才能从发送窗口中清除掉，从而发送窗口可向前移动，即可发送一个新的数据帧；

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