北京大学计算机网络与Web2012秋web资料汇总v1.0

2012~2013年第一学期Web总结by 10CISers 整理者：陈天赐，高源，黄佳丽，黄思颖，刘静洁，邱实，余韧哲

目录：

01.概述

02.传输与分组

03.局域网及相关技术

04.广域网及相关技术

05.网络互联

06.IP协议和传输层协议

07.因特网路由技术

08.网络安全

09.空

10.空

11.World wide Web技术

12.Web编程

13.Web信息发现

14.web信息获取和处理

15.web信息整合与应用

01 概述

一、计算机网络基本介绍

1、定义：多台自主计算机组成的互联系统

2、目的：资源共享（硬件、软件、信息）、信息交换

3、应用：分布式系统（自主计算机互联，一个操作系统（管理硬件的软件）统一管理）

4、分类

（1）按介质：有线无线

（2）按技术：广播式、点到点

（3）按使用范围：专用、公用

（4）按拓扑结构：

?总线型：结构简单、成本低、组网易；传输距离有限、故障检测困难；

?环型：成本低、增减易、可用光纤；信息流向固定、节点故障引起全

网故障；

?星型：结构简单、组网易、管理易、故障独立；

?树状：扩展方便、故障独立；适合于上下级界限严格的军事单位；

?网状：冗余性高、可靠灵活、传输量大、容错性能高；结构复杂、管

理难、成本高；

（5）按规模：局域网、城域网、广域网（分组交换机）

二、网络互联和Internet

1、网络互连：多个分组交换技术互联为一个整体的技术

2、TCP/IP互联网协议族：一组标准。

成功原因：对异构性的容忍（使用虚拟化方法，定义与网络无关的分组格式、识别方案）。

3、Internet：物理网络按层次关系连接的逻辑网络；

（组成：主机、路由器、子网）

三、计算机网络参考模型

1、ISO/OSI七层：物理层、数据链路层(帧传输)、网络层、传输层（可靠）、会话层、

表示层、应用层；

2、TCP/IP（第5节PPT 中P33有更详细分层示意图)

3、分层的好处

?每一层实现一种相对独立的功能，这样可以简化问题

?每一层的设计都是独立的，它不必关心其他层的实现，只需知道下一层为它提供什么服务，以及它需要为上一层提供什么服务

?由于技术的变化而使某层的实现发生变化时，不会影响其他层

4、备注

?协议可以跨层使用

四、World Wide Web

1、定义：分布式的多种信息组合的超媒体信息系统，以统一的格式在网络上发布各类

数据（包括图像、动画、电影、录像、声音和文本等等），简称Web

2、目的：建立一个适用于各种不同数据类型的统一用户界面

3、相关的概念

?超级链接（Hyperlink）：文件中一些特殊的文字和图形，用鼠标单击这些文

字和图形时，会按照链接地址从当前文本跳到到所指向文本。含有超级链接的文本

称超文本（Hypertext）

?HTML：用于编写超文本文件的语言。用HTML编写的超文本文件称为HTML文件，

以 .htm或 .html为文件扩展名

?网页（page）：在WWW服务器上发布的HTML文件。网站的首页称“主页”（Home Page）

?URL的格式：协议：// 服务器主机名．域名 [：端口号]／目录名／…／html 文件名

?Web信息浏览工作过程：浏览器发出URL请求→WWW服务器返回HTML界面。

4、Web信息特点：

?（1）海量性

?众多信息源在同一时间产生的信息即为海量

（2）异构性

?信息的组织方式和存储格式各不相同，同时，信息的展现形式和传播形式也各式各样

?自由与共享的矛盾——自由为主

（3）动态性

?信息的产生和消亡非常快，并且有越来越快之趋势

（4）自组织性

?信息组织具有一定的结构和规律

5、思考

Web的生命力在于互联互通

但是今天的Web上几个超大型应用彼此互筑堡垒，人为地建立起沟通的障碍

请思考：

Google、Bing、Yahoo的未来

Facebook、Twitter、LinkedIn的未来

Baidu、人搜、360、搜狗的未来

GFW的未来

五、未来的发展

下一代互联网：

?目前而言，尚难预测下一代互联网的完整模型

?几个发展特点

智能化--在组织和应用方面不断走向深入

信息载体多样化，更加方便

与传统行业结合，互相提升

对传统生活方式和理念造成冲击

02传输与分组

一、传输介质

1、分类

（1）有线/无线

（2）能量类型：电气的、光、电磁波

2、导线：网络采用三种基本连线类型

?非屏蔽双绞线（性价比高、易被窃听）

?屏蔽双绞线：价格相对高

?同轴电缆抗干扰能力强

二、局域异步通信(比特率，波特率，带宽，两个定理，传输方式)

1、异步通信：发送数据之前发送方和接收方无需时钟同步的通信；

异步传输系统：两次传输间可以空闲任意长时间

?发送前加额外信息（前导位）→RS-232制定相关标准（起始位、终止位、每个信号的传输时长、考虑实际硬件限制）

2、传输速率

?波特率：每秒硬件产生的电信号变化次数；

?比特率：每秒传送的二进制位数，也叫“位速率”；

?比特率 = 波特率 * [log2 电平数]

?有关传输速率上限的两个定理（注：带宽——频率范围）

Nyquist定理：D(比特率) = 2 B(带宽) log2 K(电压种数)

Shannon定理：C(比特率) = B log2 (1 + S(信号) / N(噪声))

3、传输方式

?按信息交换的方向性：单工、半双工、全双工

?按字符各位是否同时传输：串行（网络）、并行（计算机内部）

三、远距离通信

1、信号形式：连续的振荡信号(载波)，经调制（实现：调制解调器）发送。

2、传输方式：多路复用频分~(FDM)：不同信道信号，不同载波频率(扩展频谱)

波分~：------------，不同波长的光

时分~(TDM)：------------，不同时间(网络，统计时分复用)

码分~(CDM)：------------，不同地址码（低时延，电话业务）

四、编码

1、NRZ（Non-Return to Zero）Encoding

?1—高信号，0—低信号

?问题1：一长串的0和1会引起基线漂移（baseline wander）。接收方需要

保持一个它看到的信号的平均值，以此区分高、低信号。但太多的0或1会使这个

平均值发生变化

?问题2：时钟漂移。无论何时，只要有信号从1到0或者相反的跳变，接收方

就知道这是在时钟周期的边界上。若长时间没有跳变就会导致时钟漂移，使接收方

和发送方不再同步

2、NRZI （Non-Return to Zero Inverted） Encoding

?保持当前信号

?1—发送方以当前信号的一个跳变来编码1

?解决了连续1的问题，但未解决连续0的问题

3、Manchester Encoding

?通过传输NRZ编码数据与时钟的异或值使时钟与信号明显合并：0—由低到高

的跳变，1—由高到低的跳变

?由于0和1都导致信号的跳变，所以接收方能有效地恢复时钟，同时也不会发

生基线漂移

?问题：信号跳变速率加倍，比特率是波特率的一半，编码效率仅为50%

4、Differential Manchester Encoding

? 1 —信号的前一半与前一比特信号的后一半信号相同

?0 —信号的前一半与前一比特信号的后一半信号相反

?特性与曼彻斯特编码基本相同

5、4B/5B Encoding

?目标：如何在解决基线漂移和时钟漂移的同时，使编码效率尽量高一些

?思想：在比特流中插入额外的比特而打破一连串的0或1

?方法：用5个比特来编码4个比特的数据，然后再传给接收方

?5比特代码由以下方式选定：每个代码最多有一个前导0，并且末尾最多有2

个0

?这样在连续传送时，在传输过程中任何一段5比特代码，连续的0最多有3

个

?最后使用NRZI编码进行传输，就解决了问题

?4B/5B编码的效率为80%

五、分组、帧与差错检测(数据充填，检错和纠错)

1、分组交换

?数据分成分组，统计时分复用，保证所有资源公平、迅速地接入网络；

?实现方式：物理帧(特定的分组格式)；

帧格式：为保证帧可以包含任意数据(起始位与终止位标记)，需要修改数据——数据充

填（字节充填、比特充填）

2、检错和纠错

?思想：发送冗余数据，保证检测和纠正。

?常见检错方法：

（1）奇偶校验：每个字节上增加一个附加位，使其“1”个数为奇/偶；

?用于低速传输

?二位奇偶校验(见讲义)检错能力更强

（2）校验和：数据当作二进制整数，求和，发送

（3）循环冗余码（CRC）：

?应用最广

【附：CRC码】相关资料

CRC校验原理

利用CRC进行检错的过程可简单描述为：在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息后边，构成一个新的二进制码序列数共k+r位，然后发送出去。在接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。这个规则，在差错控制理论中称为“生成多项式”。

代数学的一般性算法

在代数编码理论中，将一个码组表示为一个多项式，码组中各码元当作多项式的系数。例如1100101 表示为

1·x6+1·x5+0·x4+0·x3+1·x2+0·x+1，即x6+x5+x2+1。

设编码前的原始信息多项式为P(x)，P(x)的最高幂次加1等于k；生成多项式为G(x)，G(x)的最高幂次等于r；CRC多项式为R(x)；编码后的带CRC的信息多项式为T(x)。

发送方编码方法：将P(x)乘以xr(即对应的二进制码序列左移r位)，再除以G(x)，所得余式即为R(x)。用公式表示为

T(x)=x r P(x)+R(x)

接收方解码方法：将T(x)除以G(x)，如果余数为0，则说明传输中无错误发生，否则说明传输有误。(G(x)是变量，可根据用户的需要自行设计，但好坏区别，一般位数与数据长度相等，首位和末位为1)

举例来说，设信息码为1100，生成多项式为1011，即P(x)=x3+x2，G(x)=x3+x+1，计算CRC的过程为

x r P(x) =x3(x3+x2) =x6+x5左移三位

G(x) =x3+x+1 即R(x)=x。

注意到G(x)最高幂次r=3，得出CRC为010。

如果用竖式除法，计算过程为（用异或计算）以G(x)为准，左移它的最高次位（r）再除以它本身求余可得可得一个的位的CRC码

1100000/1011 =111000/1011 =10100/1011=010（校验码）

因此，T(x)=(x6+x5)+(x)=x6+x5+x, 即1100000+010=1100010

如果传输无误，T(x) x6+x5+x ------ = --------- = x3+x2+x, G(x) x3+x+1无余式。回头看一下上面的竖式除法，如果被除数是1100010，显然在商第三个1时，就能除尽。

上述推算过程，有助于我们理解CRC的概念。但直接编程来实现上面的算法，不仅繁琐，效率也不高。实际上在工程中不会直接这样去计算和验证CRC。

下表中列出了一些见于标准的CRC资料：

04C11DB7实际上是104C11DB7。** 前称CRC-CCITT。ITU的前身是CCITT。

备注：（1）生成多项式是标准规定的

（2）CRC校验码是基于将位串看作是系数为0或1的多项式，一个k位的数据流可以看作是关于x的从k-1阶到0阶的k-1次多项式的系数序列。采用此编码，发送方和接收方必须事先商定一个生成多项式G(x)，其高位和低位必须是1。要计算m位的帧M(x)的校验和，基本思想是将校验和加在帧的末尾，使这个带校验和的帧的多项式能被G(x)除尽。当接收方收到加有校验和的帧时，用G(x)去除它，如果有余数，则CRC校验错误，只有没有余数的校验才是正确的。

(3) 名称生成多项式简记式* 标准引用

CRC-4 x4+x+1 3 ITU G.704

CRC-8 x8+x5+x4+1 0x31

CRC-8 x8+x2+x1+1 0x07

CRC-8 x8+x6+x4+x3+x2+x1 0x5E

CRC-12 x12+x11+x3+x+1 80F

CRC-16 x16+x15+x2+1 8005 IBM SDLC CRC16-CCITT x16+x12+x5+1 1021 ISO HDLC,ITU

X.25,V.34/V.41/V.42, PPP-FCS

CRC-32 x32+x26+x23+...+x2+x+1 04C11DB7 ZIP, RAR, IEEE 802 LAN/FDDI, IEEE 1394, PPP-FCS

CRC-32c x32+x28+x27+...+x8+x6+1 1EDC6F41

CRC总结：

看了大半天终于看懂了，看来看书得积极主动一点：

CRC说了那么多实则是用一个规定的多项式（假设最高次是r,当然包含r+1位）把要发送的数据左移r位后，再去除那个多项式，当然会得到一个余数（设为r(x),）那么这个余数是r 位的二进制数。最后把它填充到数据移出的空位上去，这样变可以发送了，至于发送了几位接收了几位的细节问题自己考虑好了。

再说接收：举例：你有一个9 用它除2后当然余1了，那么给你一个9+1呢，余数又会是多少，0，则正确，

就像我要发送9，现在有一个2，发现它计算后余1，那么发送时我把1 加到要发送的数据上一块发送，当你收到一个数后，再让它除以2 ，得0 就正确了，关键就在“2”上

03.局域网及相关技术：

1、局域网技术概论

a)直接点对点通信

?优点

每个连接独立安装，可使用任何合适的硬件

独占线路，可以自由决定如何传输数据

易于增强安全性和保密性

?缺点

需要的连接数过多，尤其是接入计算机数比较多时

b)局域网定义:允许多台计算机共享通信介质的网络被应用于局域通信。

这样每个局域网都有一个共享介质，多台计算机都连接在该介质上，并按顺序轮流

使用该介质传输数据

c)共享网络只被用于局域通信，在于技术和经济上的双重原因

?计算机之间在地理上的远距离会带来较长的延迟时间，而长延迟的共享网络是

不合适的，因为它们要花费更多时间来协调共享介质的使用

?提供远距离高带宽的通信信道要比提供同样带宽的短距离通信信道昂贵得多

d)局域网重要性：局域网所连接的计算机要比其他任何类型的网络所连接的都要多

?局域网被大量安装使用的原因

经济上，局域网比较便宜并具有广泛的可用性

“访问的局部性”使得对局域网有很高的需求

?访问的局部性原理：计算机通信遵循两种不同的模式

第一，计算机与邻近的计算机通信的可能性比与远距离的计算机通信的可能性

大

第二，计算机很有可能与同一组计算机反复通信

e)局域网的基本组成

i.网络硬件:网络服务器，网络工作站，网络接口卡，网络设备，传输介质（主

要讲了以下方面）

1.网络服务器：为网络用户提供服务和共享资源的网络节点。可以使各种计

算机，每台服务器上至少安装一块网卡。

2.网络工作站：用户能够在网络环境中工作，访问网络共享资源的计算机系

统。网卡+操作系统+网络软件（不在网上操作时，可以作为独立计算机）ii.网络软件：网络系统软件、网络应用软件

f)局域网特点：

?局域网中数据以帧为单位传输；

?局域网内一般不需要中间交换，其拓扑结构有总线型、星型和环型，故路径选

择功能可大大简化，通常不设单独的网络层

?覆盖有限的地理范围，传输速率高误码率低

?通常是单位自己建设和拥有，易于维护和管理

g)局域网拓扑性能比较

h)局域网协议标准：IEEE的802协议集是关于局域网的，这些协议只涉及OSI参考

模型的最低两层

?数据链路层：逻辑链路控制子层（LLC子层）、介质控制子层（MAC子层）?物理层

具体：

1、物理层

2、介质访问控制子层MAC：规定了局域网的介质访问控制方式、帧的检验序列产

生和检验等

MAC地址：网卡上的全球唯一的48位编码序列

作用：局域网上的计算机利用MAC地址表示自己和其他机器的身份区分MAC地址通常存储在网络接口卡NIC中

MAC地址位于OSI参考模型的数据链路层

3、逻辑链路控制子层LLC

屏蔽了各种MAC的差别，向其上层提供统一的数据链路服务处理两个站点之间帧的交换

i)【重点】尽量避免“冲突”的发生，解决“冲突”的方法：对传输介质进行控制通

常采用分散方式，网络中的所有节点都参与对共享介质的访问控制

i.CSMA（带冲突检测的载波监听多址访问，802.3）

争用型：载波监听多路访问CSMA的技术，对电缆上有无载波进行监听，以确定是否有别的站点在传输数据。如果电缆空闲，该站点便可传输数据；否则，该站点将避让一段时间后再做尝试。这就需要有一种退避算法来决定避让的时间，常用的退避算法有1-坚持、非坚持、P-坚持三种

·1-坚持算法

算法规则：⑴如果电缆空闲的，则可以立即发送。

⑵如果电缆是忙的，则继续监听，直至检测到电缆是空闲，立即发送。

⑶如果有冲突(在一段时间内未收到肯定的回复)，则等待一随机量的时间，重复步

骤⑴～⑵。

这种算法的优点是：只要电缆空闲，站点就立即可发送，避免了电缆利用率的损失；

其缺点是：假若有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免

·非坚持算法

算法规则为：

⑴如果电缆是空闲的，则可以立即发送。

⑵如果电缆是忙的，则等待一个由概率分布决定的随机重发延迟后，再重复前一步

骤。

采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可能性。非坚持算法的缺点是：即使有几个站点都有数据要发送，但由于大家都在延迟等待过程中，致使电缆仍可能处于空闲状态，使用率降低

·P-坚持算法

算法规则：

⑴监听总线，如果电缆是空闲的，则以P的概率发送，而以(1-P)的概率延迟一个时

间单位。一个时间单位通常等于最大传播时延的2倍。

⑵延迟一个时间单位后，再重复步骤⑴。

⑶如果电缆是忙的，继续监听直至电缆空闲并重复步骤⑴。

P-坚持算法是一种既能像非坚持算法那样减少冲突，又能像1-坚持算法那样减少电缆空闲时间的折中方案

改进的CSMA：

一旦监听到总线空闲，发送站点立刻进行发送，但在传输过程中仍继续监听总线，以检测是否存在冲突；一旦检测到冲突，就立即停止发送，并向总线上发一串阻塞信号，用以通知总线上其它各有关站点。这样，通道容量就不致因白白传送已受损的帧而浪费，可以提高总线的利用率

CSMA/CD是英文carrier sense multiple access with collision detection 的缩写，即“载波侦听多址访问/冲突检测”，或“带冲突检测的载波侦听多址访问”

算法规则：（本质上是改进了的1-坚持型的）

监听总线，等待空闲时发送数据

当发生冲突时，每个计算机选择一个小于最大延迟x（x是每台计算机确定的值）的随机延迟；这样选择到最小延迟的计算机将首先发送帧

如果一台计算机遇到连续的冲突，那么在随后的每次冲突后，它都把x加倍

注：冲突退避算法限制了每个主机的退避时间从1个时隙到最多2^10=1024个时隙。

当达到10次冲突后，随机等待的最大时隙数固定在1023；但适配器通常继续尝试，在16次冲突后不再重发，向上层报告出错。

CSMA/CD 特例：以太网：最早的局域网，是一种基于总线的局域网，指的就是那些采用改进了的1-坚持的CSMA/CD 协议的局域网

·以太网三种传输介质:双绞线、同轴电缆和光纤

·以太网的好处：以太网极易管理和维护；价格低廉：电缆便宜，其他成本就是网络适配器

·以太网的使用经验：以太网在轻载情况下工作良好，超过30%后，冲突将使网络能力大量浪费

即使以太网适配器没有实现链路层流量控制，主机通常会提供一种端到端的流量控制机制，很少出现一台主机连续不断地把帧送到网上的情况

注：冲突退避算法限制了每个主机的退避时间从1个时隙到最多2^10=1024个时隙，因此，由中继器连接的多段以太网中，主机数不超过1024个。主机发送64个字节需要51.2微秒（64*8*1/10M=51.2us），所以往返延迟不能大于这个数值，否则CSMA/CD无法正确判断是否发生冲突。

j)IEEE802.5 标准：令牌环局域网

i.定义：环型网是由一段段点到点链路连接起来的闭合环路，信息沿环路单向逐

点传送；每个节点都有地址识别能力，一旦发现有本站地址，便立即接收信息，

否则继续向下一站传送

ii.工作原理:

1.大概过程：令牌环网由一组用传输媒体串联而成的多个工作站组成（不能

用以太网卡）；通过设置令牌来控制冲突问题；；；；令牌（Token）：

具有特殊性质的帧。平时不停地在环路上流动；若各站无数据发送时，称

为空闲令牌

2.具体过程：

（一）截获令牌与发送帧

空闲令牌传送到正准备发送数据的工作站时，该站将空闲令牌截获下来

将空闲令牌的标志转变成信息帧的标志，此时令牌变为忙令牌

将要传送的数据字段加上去，构成要发送的非令牌帧，然后送到环上

二）接收帧与转发帧

非令牌帧每经过一站，该站的转发器便将帧内的目的地址与本站地址相比较

三）撤消帧与重新发令牌

当非令牌帧返回发送站时，源站对返回的非令牌帧进行检查，判断是否发送成

功：

3.缺点：容易失效

?因为连接在环上的每台计算机必须向下一台计算机传输帧，所以一台机器的失效能使整个网络都失效；

k)IEEE802.4标准：令牌总线网

i.与其他比较

总线网：接入方便，可靠性较高；当网络负载增加时，冲突急剧增加，吞吐量

下降；实时性差

令牌环网：不存在冲突，实时性好，负载能力强；管理相对复杂，可靠性差

令牌总线网（综合两者的优点）：物理上：总线网逻辑上：环形网

ii.令牌总线网的工作原理

1.首先，令牌总线网在物理布线上是总线方式；

2.其次，在物理总线上建立一个逻辑环；

3.和令牌环一样，在令牌总线中的站点只有获得令牌才能发送信息，通过令

牌来控制各站对总线的访问；

4.令牌按逻辑顺序传递，从高地址站传递给较低地址的站，又从最低到最高；

5.各站有公平的访问权

iii.网络中令牌的传送是按逻辑环路进行的，而数据的传送却是在两站之间直接进行的，这样的网络称为逻辑环网

1.物理上：总线网络拓扑

2.逻辑上：各工作站按一定顺序形成一个逻辑环

3.逻辑环网与物理环网对比

?物理环网：传送数据必须按环路进行，延迟长

?逻辑环网：传送数据有直接通路，所以这种总线式逻辑环网延迟时间短

4. 逻辑环网与竞争型总线网对比

?总线网冲突增加，效率迅速下降，而逻辑环网没有冲突问题，在重负载时具有较高的效率

?总线网各站平等，访问和响应都具有随机性，属于概率性网，不能满足实时性要求；逻辑网引入优先权策略实现数据的优先传送,访

问时间和响应时间都具有确定性，因而具有良好的实时性。工业控

制中首选令牌总线网

4.无线局域网距离受限，它不能采用CSMA/CD，采用 CSMA/CA

?源计算机在传输一个帧之前先发送很短的控制消息

?目的计算机接收到控制消息后，发送另一个控制消息表明已经准

备好接收数据

?当源计算机接收到响应的控制消息后，它就可以开始发送帧

?在CSMA/CA中，控制消息的传输可能会发生冲突，但能够很容易

地处理。当这种冲突发生时，发送者可以随机等待一段时间，然

后重发控制消息。因为控制消息比数据帧要短得多，所以发生第

二次冲突的可能性也要比传统以太网要小很多

2、硬件寻址与帧类型标识

a)硬件寻址：在共享式局域网上传输数据时，发送计算机利用硬件地址来标识哪台或

哪些计算机应该接收某个帧

b)硬件地址，或物理地址，介质接入地址：局域网上的每个站点都分配了一个唯一的

数值

c)局域网如何用地址过滤帧：使用物理地址。网络接口硬件处理帧的发送与接收的所

有细节，并比较每一个接收帧的目的地址与本站的物理地址，丢弃不匹配的帧

d)编址形式

?静态编址方案：硬件厂商对每一个网络接口硬件分配一个全世界唯一的物理地址。

?动态编址方案：当站点第一次启动时，它能自动给站点分配一个物理地址。

?可配置编址方案：可由用户设置物理地址的机制。

e)广播：当一个应用广播数据时，网络上所有计算机都可接收到一个副本，每台计算

机分配一个特殊的地址，称为广播地址

f)组播：在局域网上只发送数据给一部分计算机

g)标识帧：

?显式帧类型（explicit frame type）。指明类型信息是怎样包含在帧里的，以及数值是怎样用来标识各种帧类型的。

?隐式帧类型（implicit frame type）。网络硬件不在每帧中包含类型域，帧只包含数据。

h)网络分析器（network analyzer）:是一种用来确定网络系统是否运行良好的设备。

它可以用来计数或显示共享式网络上传输的帧

3、有线局域网技术

a)网络接口卡（NIC）能支持多种布线方案

b)连接多路复用器连：允许多台计算机通过一个收发器连接到网络上。计算机不必知

道它是连接到收发器上还是连接到多路复用器上

c)以太网的细网布线方案使用柔软的同轴电缆直接连接每台计算机，而不使用单独的

收发器。粗缆与细缆在物理上是不同的，但它们有相同的电气特性

d)集线器技术：连接多路复用器概念的扩展。集线器中的电子部件模拟物理电缆的特

性，使整个系统象一个传统以太网一样运行。连接在集线器上的计算机必须有一个

物理以太网地址，使用CSMA/CD并采用标准以太网的帧格式，与传输介质无关。

e)从物理上讲，双绞线以太网使用星型拓扑。逻辑上讲，双绞线以太网的功能像总线。

一种特定的网络技术可以采用多种布线方案，这种技术决定了逻辑拓扑；而布线方

案则决定了物理拓扑。物理拓扑与逻辑拓扑可能不同。

f)IBM令牌环：采用集线器布线

物理上是星型拓扑；逻辑上环型拓扑（速率高高成本FDDI也采用）

4、局域网扩展技术

a)局域网的距离限制---公平访问机制

i.两个最常用的访问机制是CSMA/CD和令牌传递，它们的响应时间都和网络的大

小成正比。为了达到较小的网络延迟，局域网的连接距离就会受到限制ii.另一个限制因素是硬件发射固定能量的电磁波。电信号在导线中传输时逐渐变弱，信号不可能被传输到无限远

iii.局域网硬件是为固定的最大电缆长度而设计的

b)扩展局域网的方法：光纤扩展---计算机和收发器之间使用光纤和一对光纤调制解

调器

?主要优点：能连接远处的局域网，不必改变原来的局域网和计算机。由于光纤的延迟短，带宽高，它能在几公里的范围内正常地工作

c)中继器：只是放大接收到的信号，并将放大后的信号进行转发[解决了电子信号在

传输时会衰减

?限制：一对工作站之间的中继器超过四个，网络便不能正常运行

?缺点：不了解一个完整的帧。

d)网桥：能处理一个完整的帧（因此是数据链路层设备）

?工作过程：混杂模式：侦听每个网段上的信号，当它从一个网段接收到一个帧时，网桥会检查并确认该帧是否已完整地到达，然后根据需要就把该帧传输到

其他网段。网桥能够隔离故障

?桥接局域网上任何一对计算机都能互相通信，计算机不知道是否有网桥把它们隔开

?帧过滤【最有用的功能】：在需要时网桥才转发帧

自适应的网桥检查所接收到的每个帧的帧头物理地址。网桥用源地址自动确定

发出帧的计算机的位置，用目的地址来决定是否转发该帧

?桥接网络的传播原则：稳定状态下，网桥对每个帧只在必要时转发

?把交互频繁的计算机连在同一个网段上能提高桥接网的性能，网桥也能用来连接距离较远的计算机。

e)远程桥接：租用串行线路（ leased serial line）来连接站点，或者租用卫星频

道来连接【传输速度不同，有缓冲功能】

f)网桥环和分布生成树

决定哪些网桥转发帧【DST算法】

g)交换：以太网交换机（或称第2层交换机）提供多个端口，可以转发帧而不仅仅是

转发信号，可以看做是用网桥连接多个局域网网段

优点：提供最大的性能：交换机允许多对计算机间同时交换数据

应用：和集线器结合使用：把集线器连到交换机的每个端口上，然后把计算机连到集线器上，这样，每个集线器看上去就像一个局域网网段，而交换机看上去像连接所有网段的网桥

作业：

可能将以太网和802.5环桥接起来吗？为什么？

不能，IEEE 802.5等属于以太网标准，而以太网不是一种具体的网络，是一种技术规范，定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。

CSMA/CD为什么要使用一个随机延迟？

为了让多个计算机在发送信息时候不再冲突。

为什么在无线LAN中使用CSMA/CA

无线LAN中计算机的距离跨度大于信号的传播范围

交换机和集线器哪个更好？

交换机具有交换功能，不会导致网络泛宏，而集线器会导致整个网络的数据包以广播的方式转发给集线器索连接的所有设备

网桥能够将wifi网络接入以太网么？交换机可以么？

不能。网桥或交换机作用于MAC子层，如果要连接不同传输介质的网络，那这些网络必须工作在相同高层协议下。

第四讲：广域网及相关技术

1、广域网技术基础

a)概念：一个WAN可通过互连一系列站点构成，每个站点都有一定数量的计算机。

b)广域分组交换系统的基本模式：存储/转发（store and forward）式交换，这个模

式用分组交换机来进行

c)基本构成：分组交换机，广域网由一些分组交换机互连而构成，然后将计算机连接

在交换机上

?分组交换机之间：较高速度分组交换机与计算机之间：较低速度

?增加广域网的的容量：加入计算机或者新的分组交换机

?分组交换机构成：一台连接本地计算机的第2层（数据链路层）交换机，一个连接其他站点的路由器

?工作原理：

i.为完成存储/转发功能，分组交换机必须在存储器中对分组进行缓冲：当分组

到达时，分组交换机的输入/输出硬件把一个分组副本放在存储器中并通知处

理器，然后进行转发操作

ii.处理器检查分组，决定应该送到哪个接口，并把分组输送到输出硬件

?使用储存/转发的好处

i.使分组以硬件所可容许的最快速度在网络中传送

ii.如果有许多分组都必须送到同一个输出设备，分组交换机能将分组一直存储在存储器中排队，等待该输出设备准备好发送

iii.分组不会在存储器中停留时间过长，但如果有很多计算机要同时发送分组时，就会增加延迟

d)广域网的地址

i.层次地址方案：第一部分表示分组交换机，第二部分表示连到该交换机上的计

算机

ii.下一站转发技术：仅包含关于分组到达目的地的下一站信息

?源地址独立性：仅依赖于分组的目的地址，使计算机网络中的转发机

制更紧凑和更有效

iii.路由

?路由:转发一个分组到下一站的过程，分组交换机都必须有一张路由表

?过程：首先检查分组目的地址中的第一部分（对应于分组交换机的那部分）；

如果它与该交换机相一致，就利用第二部分地址把分组发送到计算机。否

则，利用该地址在路由表中选择下一站

?默认路由：广域网系统都允许路由表使用一个单项来代替那些具有相同下一站的项

?路由表计算：

?静态路由：分组交换机启动时由程序计算和设置路由，此后路由不再改变

?动态路由：分组交换机启动时由程序建立初始路由，当网络变化时随时更新【大型网络】

?路由选择算法的设计目标：最优化、简单性与低开销、强壮性和稳定性、快速收敛、灵活性

2、接入与互连技术

a)通信过程

?远程通信：数据的远距离传输

?最后一英里：本地用户线路

b)数字线路：例如电话线路、光载体线路、同步光网络

c)因特网接入技术（Internet access technology）：因特网用户和因特网服务提供

商之间的数据通信技术【企业、居民用户】

1.传统的“宽带”和“窄带”：分界是128Kbit/s

2.ADSL好处：现存的双绞线模拟信号电话线路上，实现了（相对）高速数据通

信。它允许数据传输和传统电话同时使用【下行比上行快】

3.缺点：缺少屏蔽使得导线对于干扰非常敏感

4.其他技术：CATV调制解调器、光纤电缆混用、光纤到街道

3、网络所有权、服务模式和性能

a)私有网络[公司个人]和公用网络[运营商]

i.常见网络运用：

?大多数局域网：私有网络

?广域网：几乎所有公用网络，大单位也可拥有连接多个地点的计算机的私有广域网

?优缺点：

?私有网络

优点：拥有者具有对技术决策方面的完全控制权

缺点：大型私有网络在安装和维护方面都很昂贵

?公用网络

优点：灵活性和采用最新联网技术的能力

缺点：使用者无法完全控制

b)VPN：虚拟私有网络。它允许具有多个站点的公司拥有一个假想的完全私有的网络，

而使用公用网络作为其站点之间交流的传输线路

?使用：

一套特殊的硬件和软件系统，该系统安放在公司的私有（即内部）网

络和公用网络之间

每个VPN系统必须配置好该公司的其他VPN系统的地址，使软件只

在这些VPN系统之间交换分组

为保护隐私，VPN还在每个分组发送前进行加密

c)网络分类：

i.面向连接型服务

?两台计算机在传输任何数据之前必须通过网络建立一个连接

?一旦建立连接，两台计算机即可交互传输数据

?当通信完成后必须终止连接

?不会因网络出现拥塞而丢失，也不会乱序

ii.无连接型服务【在恶劣的环境下仍可工作】

?网络随时都可以接收主机发送的分组（数据报）

?网络为每个分组独立地选择路由

?网络只是尽最大努力地将分组交付给目的主机，但对源主机没有任何承诺

?无连接型网络提供的服务是不可靠的，不能保证服务质量iii.比较：

?面向连接型（虚电路）服务模式

主要优点：记帐方便而且在连接中断时能立即告诉通信的计算机（例如

当硬件不能正常工作时）

?无连接型（数据报）服务模式

主要优点是初始开销小—无连接网络允许计算机直接发送数据，而不必

等待连接

无连接系统中的故障可能不被发现—计算机在网络故障发生后仍继续发

送分组

iv.运用：

?局域网的基本技术如以太网、令牌环网和FDDI都采用无连接服务模式。

?在公用广域网中，面向连接及无连接服务模式都得到了应用

v.网络性能特征：

?延迟：计算机间传送一位所需的时间；有传播延迟、接入延迟、交换延迟和排队延迟等

?吞吐率：网络每秒可传送的位数；是对网络容量的度量

?延迟与吞吐率之间的关系：延迟与吞吐率并不独立—随着网络业务量的增加，延迟将随之增加；当吞吐量接近容量的100%时，网络将会经受严重的延迟?抖动是对延迟变化量的度量，它是数据网络中越来越重要的性能指标

4、X.2

5、帧中继和ATM

a)X.25 用途：指明数据终端设备和数据电路终结设备之间的接口规程，以便访问一

个公共的或专用的分组网络

?X.25对应了OSI体系结构的下三层

?LAPB是X.25的数据链路层协议，其他协议的数据（如IP、IPX等）可以封装在分组中通过X.25传送

?X.25支持纠错和诊错，因此对于那些处在恶劣的高噪声环境下而要求高可靠传输的应用来说十分理想

?从其展示的性能而言，X.25代价算是非常昂贵，目前已经被其他WAN技术所取代

b)帧中继：一种快速分组交换技术，是改进了的X.25协议【对应物理层和链路层核

心层】【被ATM代替】

i.三种帧：信息帧、监视帧、无编号帧、

ii.缺点：在提供更高速访问链路上能力不足；缺乏对音视频等多媒体应用的支持，它仅限于传输数据（尤其适合来自LAN网段数据）

c)ＡＴＭ：【面向连接型】

i.ATM作用：来同时满足话音、视频和数据传输三方面应用

ii.划分成很小的、固定长度的分组，叫做信元

iii.过程略：觉得好麻烦不会考这么细的嗯

iv.缺点：昂贵、连接建立延迟、有信元税、服务要求规范、缺乏有效的广播手段、QoS的复杂性、缺乏与其他技术的可交换性

作业和思考：

?论述：桥接局域网为什么不能被看作是广域网

因为带宽限制决定了桥接网不能连接任意多个站点内的任意多台计算机。广域网可以连接任意多个站点内的任意多台计算机，桥接局域网不能连接任意多个站点内的任意多台计算机。所以桥接局域网不能被看作是广域网。

?广域网与共享式局域网的区别？最本质的不同是什么？

?广域网与交换式局域网的区别？最本质的不同是什么？

1、补充：交换式局域网与共享式局域网的主要区别？

利用集线器连接的局域网叫共享式局域网，利用交换机连接的局域网叫交换式局域网。

2）交换式局域网与共享式局域网的区别

交换式局域网共享式局域网

集线器连接交换机连接

独享传输通道共享传输通道

独享带宽共享带宽

每个站点带宽固定一个碰撞域的系统带宽固定

系统总带宽=B * N 每个站点平均带宽=系统带宽/N

同时允许多对站点通信同时只能一对站点通信

交换机端口之间不受CSMA/CD约束受CSMA/CD约束

广域网与局域网最本质区别在于：传输距离的远近

第五讲：网络互联

1.协议与分层

※协议的目的：用网络软件（而非硬件）控制通信。

网络协议(计算机通信协议)：规定计算机信息交换中消息的格式和含义的协定。大多数应用程序和用户同协议软件打交道，而不是直接同网络硬件打交道。

协议系列(协议族)：为保证协议很好地协同工作，不能孤立地开发每个协议，而是要将协议设计和开发成完整的、协同的集合。

分层模型：帮助设计者控制协议软件复杂性的基本工具。通过分层可以把复杂的通信问题划分成若干不同的部分，然后设计者可以每次集中解决一个部分。

分层原理：在目的端的第N层上，要把源端第N层上进行过的变换，进行逆变换。这是分层设计的基础。

OSI模型的数据传输：

栈：分层模型每一层对应于一个软件模块，模块集总称为栈（stack）。

理论上说，发送的数据在发送机上向下通过栈的每一层，在接收机上向上通过栈的每一层。不同栈的协议不能交互。

协议采用的通用技术：

使用排序来处理乱序和重复分组：无连接网络不保证顺序；硬件设备操作失误可能导致重复的分组

使用确认和重发来处理丢失分组

使用唯一的会话标识符来防止重传：避免前次会话对后次会话的干扰

使用停-等式协议或滑动窗口机制来控制流量（以下展开）

使用降低速率来处理网络拥塞（以下展开）

数据过载：当一台计算机通过网络发送数据的速度比目的计算机接收数据的速度快时，就出现了数据过载，从而导致数据丢失。

流量控制：解决数据过载问题的技术。

停-等模式

方式：每发出一个分组便等待接收方的回答；当接收方准备好接收下一个分组时，发送一个控制报文，通常就是某一种形式的确认。