.,计算机网络原理总复习,.,第一章 计算机网络概论,.,计算机网络的定义 计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。两种传递数据的方法： 电路交换(circuit switching) 主要用于电话网，在发送方和接收方之间通过多台交换机建立一条连接(电路circuit) 分组交换(packet switching) 主要用于计算机网络 网络实体可抽象为两种基本构件： 结点和链路 端到端原则 边缘智能，核心简单 两种文件可靠传输方案 保证文件在每两个结点之间都能可靠传输 只进行发送方到接收方的端到端检查,.,几种体系结构的比较 网络三要素 语法 ：数据与控制信息的结构或格式 语义：发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应 定时：事件实现顺序的详细说明,.,四种时延,1 0 1 1 0 0 1,发送器,队列,结点 B,结点 A,在结点 A 中产生 处理时延和排队时延,数据,链路,哪种时延占主导地位？,.,网络带宽 链路在一段特定的时间内所能传送的比特数的额定值 吞吐量 网络在单位时间内无差错地传输数据的能力 瓶颈链路 路径中可用带宽最小的链路) 时延与带宽乘积,.,第二章 数据通信基础,第2章 数字通信基础,.,8,奈奎斯特(Nyquist)公式-比特率与波特率,波特（baud）：码元的传输单位，1波特为每秒传送一个码元。 比特率：信号每秒钟传输的数据的位数，单位是bit/s。（即每秒钟传输0和1的个数） 波特率：波特率指的是信号每秒钟电平变化的次数，单位是Hz。（如一个信号在一秒钟内电平发生了365次变化，那么这个信号的波特率就是365Hz。与频率的概念相区别，频率是指每秒钟的周期数，而每个周期都会有几次电平变化）,第2章 数字通信基础,.,9,比特率与波特率的关系,若一个信号只有两个电平，每秒钟电平变化的次数也就是传输的0，1这两个数了，即比特率 = 波特率。 有些信号可能不止两个电平，比如一个四电平的信号，那么每个电平就可以被理解成“00”，“01”，“10”，“11”，这样每次电平变化就能传输两位的数据了，即比特率= 2波特率。八个电平呢？ 一般地，bit rate = baudrate ，这里M就是信号电平的个数。,第2章 数字通信基础,.,10,最高数据传输速率与带宽,最高数据传输速率：信道在单位时间内可以传输的最大比特数，单位为bit/s。 带宽：信道都有一个最高的信号频率和最低的信号频率，只有在这两个频率之间的信号才能通过这个信道，这两个频率的差值就叫做这个信道的带宽，单位是Hz。（电话信道，人耳，mp3）,信道的最大数据传输速率和带宽有什么关系呢？,第2章 数字通信基础,.,11,奈奎斯特（Nyquist）公式,对于一个带宽为W（Hz）的无噪声信道，最高的码元传输速率C: 如果编码方式的码元状态数为M，得出最高数据传输速率C： M为信号状态数量，W为信道带宽,第2章 数字通信基础,.,12,奈奎斯特定理的局限性,奈奎斯特定理适用的情况是无噪声信道，用来计算理论值。 没有噪声的信道在现实中是不存在的。 那么有噪声的信道该如何计算呢？香农公式给了我们答案。 信道的最高数据传输速率C可表达为 C = W log2(1 + S/N) bps 其中：W为信道带宽(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用来计算信噪比。,.,通信方式 单工通信 半双工通信 全双工通信 两种信号 基带信号：直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输 宽带信号：基带信号调制后所形成的频分复用模拟信号,需要两条信道！,.,双绞线的类型,.,同轴与光纤,.,无线链路的特征 衰减的信号强度：当无线电信号传播通过物质时，信号削弱(路径损失) 来自其他源的干扰: 标准的无线网络频率 (如2.4 GHz)由其他设备共享 (如电话); 设备(发动机)干扰 多径传播: 无线电信号反射离开物体，以稍微不同的时间到达目的地,.,编码的目的 为使信道有效传输和接收结点有效识别，先要将比特编码为信号，再传输,.,几种编码方式,.,几种编码方式,(a)NRZ， (b)曼码， （c）差分曼码,.,4B/5B编码 NRZ（0和1太多），NRZI（0太多），曼码、差分曼码编码效率太低。 4B/5B编码是百兆以太网中线路层编码类型之一，就是用5bit的二进制数来表示4bit二进制数。 目的：让码流产生足够多的跳变（即足够多的1） 两个规则： 每个5比特码组中不含多于3个“0”； 或者5比特码组中包含不少于2个“1”； 克服了NRZI编码方式中逢“1”跳变，逢“0”不跳变 导致的0过多而产生的持续高低电平的问题。 最后再用NRZI编码方式进行编码并传输，同时解决 了0和1过多的问题。,.,多路复用 数据通信系统或计算机网络系统中，传输媒体的带宽或容量往往会大于传输单一信号的需求，为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号，这就是所谓的多路复用技术(Multiplexing)。采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输，在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Division Multiplexing)是两种最常用的多路复用技术。,.,频分复用(FDM)和时分复用(TDM),.,波分复用（WDM） 将不同的波长多路复用到一根光纤上 一根光纤复用光波数量可达320个，一根光纤达传输10Tbps 码分多址（CDMA） 编码 = (原始数据) X (码片速率序列 ) 解码: 编码的信号和码片速率序列 的内积,第2章 数字通信基础,.,24,CDMA编码/解码例子1,1.用户1的码：a1=(-1 -1 -1 -1 1 1 1 1) 2.用户2的码：a2=(-1 1 -1 1 1 -1 1 -1) 3.用户1的数据：d1=110 4.用户2的数据：d2=010 5.编码过程： 用户1的数据：(-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(0 0 0 0 0 0 0 0) 用户2的数据：(0 0 0 0 0 0 0 0)|(-1 1 -1 1 1 -1 1 -1)|(0 0 0 0 0 0 0 0) 6.叠加：(-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(-2 0 -2 0 2 0 2 0)|(0 0 0 0 0 0 0 0) 7. (-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(-2 0 -2 0 2 0 2 0)|(0 0 0 0 0 0 0 0)a1=110 8. (-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(-2 0 -2 0 2 0 2 0)|(0 0 0 0 0 0 0 0)a2=010,第2章 数字通信基础,.,25,CDMA编码/解码例子2,时隙 1,时隙 0,Zi,m= di.cm,时隙 0 信道输出,时隙 1 信道输出,信道输出 Zi,m,发送方,编码,数据比特,时隙1,时隙0,时隙 0 信道输出,时隙 1 信道输出,接收方,编码,接收的输入,.,三种交换方式 电路交换:端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高； 报文交换:无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速； 分组交换:具有报文交换之高效、迅速的要点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好。,.,PCM调制技术 将模拟信号转变为数字信号，PCM先要对该模拟信号进行采样 采样定理：该采样频率不能低于信号最高频率的2倍 如电话信号，最高频率为3.4kHz，采样频率 6.8kHz，采样的标准定为8kHz，即采样周期为125s,.,第三章 直接连接的网络,.,成帧 面向比特的协议 5个连续1加1个0 PPP协议 面向字节的协议 DLE对ETX进行转义,01111110,01111110,.,两种处理帧差错的方法 检错重发：检测到发送方报文受损，则通知发送方重传副本 特点：差错率低的情况下效果好 适用场合：检错重发适合链路差错率很低的场合，如有线通信 前向纠错：纠错通过额外信息“预先”进行 特点：时效性好 适用场合：前向纠错适合对时间要求很高的场合，如航天和实时控制 应用层的两种前向纠错方法： 每n个块通过异或的方式得到第n+1个冗余块 每个块的低分辨率版冗余块附在下一个块上,.,奇偶校验 单比特奇偶校验 PER：分组差错率 BER：比特差错率 PER=1-（1-BER）N 若N*BER远小于1，则PER约为N*BER 如当N=104，BER=107时，PER=10-3。 缺陷：若出现偶数个比特差错，就讲导致一个未检出的差错。 二维比特奇偶校验 可以证明，二维比特检验可以查出所有1、2、3个比特的 差错和大部分4个比特的差错，代价是增加了冗余信息。,奇偶 比特,数据比特,0,0,奇偶差错,奇偶差错,可纠正的单比特差错,无差错,.,检验和 发送方: 将段内容作为16比特整数序列来处理 检验和: 段内容相加(补码和) 发送方将检验和的值放入 UDP 检验和字段 接收方: 计算接收到段的检验和 检查是否计算的检验和等于 检验和字段的值 NO 检测到差错 YES 没有检测到差错，仍可能有错,1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0,回卷,和,检查和(求反),和,回卷,对不同的报文，容易找到具有相同检验和的另一段报文:,I O U 1 0 0 * 9 9 B “ B,49 4F 55 31 30 30 2A 39 39 42 22 42,message,ASCII format,B2 C1 A1 AC,I O U 9 0 0 * 1 9 B “ B,49 4F 55 39 30 30 2A 31 39 42 22 42,message,ASCII format,B2 C1 A1 AC,不同的报文但相同的检验和!,报文,报文,ASCII形式,ASCII形式,.,循环冗余校验 多项式与二进制编码 如生成多项式为G(x)=x4+x3+x+1， 可转换为二进制数码11011 生成多项式G(x)与信息多项式C(x) 如发送信息为 1111，则转换成信息多项式为C(x)=x3+x2+x+1。 模2除 除数对被除数最高几位做模2减 若余数最高位为1，商为1；若余数最高位为0，商为0 例：要传输的数据为：1101011011,除数设为：10011,除数设为：10011,在计算前先将原始数据后面填上4个0：11010110110000,.,可靠数据传输 SW0、1、2、3,.,流水线,.,流水线协议 - 回退N步 例子：发送窗口为3，序号范围为0，3（分组序号：2bit）,.,流水线协议 选择重传,.,选择重传：窗口长度问题 例子: 序号: 0, 1, 2, 3 窗口长度 = 3 接收方：在(a)和(b)两种情况下， 接收方没有发现两者间的差别! 在 (a)中不正确地将冗余的当新的， 而(b)中不正确地将其当作冗余的 窗口长度小于等于序号空间的一半,.,多路访问协议 信道