【期末考试】计算机网络、网络及其计算考试重点

Love The Way You Lie 2024-04-17 10:18 40阅读 0赞

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#### 计算机网络及其计算 期末考点 ####

*   *  ?数据通信系统
     *  ?计算机网络
     *  ?物理层
     *  ?数据链路层
     *  ?网络层
     *  ?传输层

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### ?数据通信系统 ###

`数字通信`：

数字通信的优点： 抗干扰性强、保密性好、设备易于集成化、便于使用计算机技术对其进行处理等。

数字通信的缺点： 占用的信道频带比模拟通信宽得多，降低了信道利用率。

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`数据通信系统 - 模型`：

![在这里插入图片描述][37241804ad7843949a98aec7a20ab63b.png]

由 **源系统、传输系统、目的系统** 组成，有五个组成部分：

*  **源点：** 生成传输数据的设备，如PC。
 *  **发送器：** 源点生成的数据需要发送器编码后才能成为在传输系统中进行传输的电信号。
 *  **传输系统：** 简单的传输线或复杂的网络系统。
 *  **接收器：** 接收来自传输系统的信号，将其转换成数字比特流。
 *  **终点：** 获取来自接收器数据的设备。

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`数据通信系统的主要性能指标`：

**有效性指标：** 衡量数据通信系统 **传输能力** 的指标。通常用 带宽、传输速率、频带利用率等指标表示。

**特征性指标：** 衡量数据通信系统 **传输质量** 的指标。

*  ①差错率： 常用误码率表示。
 *  ②可靠性： 由两种主要指标表示：
 *   *  **平均无故障工作时间`MTBF`：** Mean Time Between Failure，系统各部件相邻两次故障的平均间隔时间，一般来说MTBF值越大越好。
     *  **平均故障维修时间`MTTR`：** Mean Time To Repair，系统发生故障时需要维修花费的平均时间，一般来说MTTR值越小越好。
     *  可靠性定量特征的描述用 **系统有效度(A)** 更为确切：![在这里插入图片描述][6fa7ba8ef0eb466da793aa3eaf7faad1.png]
 *  ③通信建立时间： 反映数据通信系统同步性能的指标，该指标应尽可能短。
 *  ④适应性： 指系统对外界条件变化的适应能力。
 *  ⑤使用维修性： 操作与维护是否简单方便，应具备必要的性能显示与自动故障检测报警功能，便于迅速排除故障。同时要求系统体积小，重量轻。
 *  ⑥经济性： 就是常说的性能价格比指标。
 *  ⑦标准性： 是缩短研制周期、降低生产成本、利于用户选购、便于维修的重要措施。采用国际化标准，易于升级换代。

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### ?计算机网络 ###

`计算机网络的定义`：

计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛和日益增长的应用。

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`计算机网络的功能`：

①资源共享：共享网络资源是开发计算机网络的动机之一，网络资源包括 **计算机硬件、软件和数据** ，通过资源共享，消除了用户使用计算机资源受地理位置的限制，也避免了资源的重复设置而造成的浪费。

> 硬件资源：是共享其他资源的基础，包括 **处理机，内(外)存储器，输入/输出设备** 等。
> 
> 软件资源：各种 **语言处理程序，服务程序，应用程序** 等。
> 
> 数据：包括 **数据文件和大量的电子文档(包括音频和视频文件)** 。

②数据通信：是计算机网络的基本功能，计算机联网后，为用户互通信息提供了一个公用的通信平台。

③提高系统可靠性

④有利于负载均衡

⑤提供灵活的工作环境

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`计算机网络的性能指标`：

**①速率：** 计算机网络中的主机在信道上单位时间内传输的数据量，单位 比特/秒(b/s)。

> 速率较高，可在b/s前加字母：k(10³)、M(10⁶)、G(10⁹)、T(10¹²)、P(10¹⁵)、E(10¹⁸)

**②带宽：** 某个信号所具有的频带宽度，带宽越宽、传输速率越高，单位 比特/秒(b/s)。

**③吞吐量：** 单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量，单位 比特/秒(b/s)。

**④时延：** 数据从一端传送到另一端所需要的时间，计算机网络的时延由以下几个部分组成：

*  发送时延：`发送时延 = 数据帧长度(b) / 信道带宽(b/s)`
 *  传播时延：`传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波在信道中的传播速率(m/s)`
 *   *  电磁波在自由空间的传播速率是光速(3.0\*10⁵km/s)，在**铜线电缆中的传播速率是`2.3*10⁵km/s`** ，**在光缆中的传播速率是`2.0*10⁵km/s`** 。
 *  处理时延
 *  排队时延

> ![在这里插入图片描述][af03cedf07a74e5b8cb0182c68b23f2a.png]

**⑤时延带宽积：** `时延带宽积 = 传播时延 * 带宽`

> ![在这里插入图片描述][a33cf1963f7a4a58876e0200397a35f7.png]

**⑥利用率：** 利用率分为网络利用率和信道利用率。

*  信道利用率：规定时间内信道上用于传输数据的时间比例，若信道未传输数据，利用率为0。
 *  网络利用率：**全网络的信道利用率的加权平均值。**

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`网络协议的三要素`：

*  **语法：** 规定协议元素(数据和控制信息)的格式；
 *  **语义：** 规定通信双方做出何种动作和响应，发出何种控制信息；
 *  **同步：** 规定通信事件发生的顺序并详细说明；

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### ?物理层 ###

`消息和信息`：

**消息和信息的区别：** 消息是信息的载体，消息中可能包含有信息，但消息和信息是两个不同的概念。

**消息包含信息量的多少：** 根据香农的理论，一条消息包含信息的多少称之为信息量。信息量的大小与消息所描述事件的出现概率有关。如果一条消息所表示的事件是必然事件，即该事件发生的概率为1，则该消息所传递的信息量应该为0。如果一条消息表示的是一个根本不可能发生的事件，那么这条消息就含有无穷的信息量。香农规定，一条消息所荷载的信息量`I`，等于它所表示的事件发生的概率`p`的倒数的对数。即信息量为：

> ![在这里插入图片描述][0a970fee9dac4d968c43021545465abd.png]

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`信号`：

*  **随机信号与确知信号的区别：**
 *   *  随机信号：取值不确定，且不能实现确切预知的信号。
     *  确知信号：取值在任何时间都是确定的和可预知的信号。
     *  严格的讲，**除了实验室可产生有规律的信号外，一般的信号都是随机的。**

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`传输方式`：

1.  **基带传输和频带传输：**

基带传输：不搬移数据信号频谱的传输体制。基带信号包含的频率成分范围极宽，故只限在能通过此频率分量的线路上使用。

频带传输：一种利用调制解调器搬移数据信号频谱的传输体制，搬移频谱的目的是为了适应传输信道的频率特性。

1.  **串行传输和并行传输：**

串行传输：数据在一个信道上按位依次传输的方式。

并行传输：数据在多个信道上同时传输的方式。

> ![在这里插入图片描述][47dee137dfab4d9b94d405dc75ae3987.png]

1.  **异步传输和同步传输：**

异步传输：对每一个传送的字符一般都附加有一个起始位和一个停止位。

同步传输：通常不是独立地发送每个字符(每个字符都有自己地开始位和停止位)，而是把它们组合起来构成数据帧进行传输。

*  **区别：**
 *   *  ①异步传输是**面向字符** 的传输，而同步传输是**面向比特** 的传输。
     *  ②异步传输的单位是**字符** ，同步传输的单位是**帧** 。
     *  ③异步传输通过字符起止的**起始位和停止位** 来实现，而同步传输则需**从数据中抽取同步信息** 。
     *  ④异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。
     *  ⑤**异步传输**相对于同步传输**效率较低** 。

1.  **单工、半双工和全双工传输：**

单工传输：两数据站之间只能沿一个指定的方向传送数据信号。

半双工传输：两数据站之间能够在两个方向上传送数据信号，但不能同时进行。

全双传输：两数据站之间能够在两个方向上同时传送数据信号。

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`传输速率（考计算）`：

1.  **调制速率**

调制速率`RB`表示信号在调制过程中，单位时间内调制信号波形的变换次数，即单位时间内所能调制的次数，简称波特率，单位 波特(baud)。 如果一个单位调制信号波的时间长度为`T`秒，则：`调制速率RB = 1 / T(s)（baud）`

> ![d010eb09f3604404a5978d6fc97e03b3.png][]

1.  **数据信号速率**

数据信号速率`Rb`简称比特率，表示单位时间内通过信道的信息量，单位 比特/秒(b/s)：

![在这里插入图片描述][e5a5559bc7e840a59c7787c1d595ec8b.png]

多状态的调制信号，如多相调制中的 4相和 8 相调制，多电平调幅中的 4 电平和8 电平调制等。在 **4 相制调制中，单位调制信号波包含着2 位的信息量** ; 在 **8 制调制中，单位调制信号波包含3位的信息量** 。

> ![在这里插入图片描述][5612b690d8d843288c6f5c677f31425a.png]

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`传输损伤`：

ITU-T推荐使用**误码、抖动、漂移、滑动和时延** 等来表示数字传输损伤：

*  ①误码：信号在传输过程中码元发生的差错，即接收与发送数字信号的单个数字之间的差异。
 *  ②抖动：码元出现的时刻随事件频繁地变化，即各有效瞬间相对于理想时间位置的短时间偏移。
 *  ③漂移：码元各有效瞬间相对于理想时间位置地长期缓慢偏移。
 *  ④滑动：一个信号序列在传输过程中，不可恢复地丢失或增加若干码元。
 *  ⑤时延：信号的各有效瞬间相对于理想时间位置的滞后或推迟。

**传输损伤产生的原因：**

①源于外界环境干扰和设备内部的技术缺陷。

②来自传输损伤之间的互相影响或转化。

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`传输质量`：

传输损伤对传输质量的影响，可用以下指标加以描述：

1.  **衰减和增益**

**衰减** ：当信号沿传输介质传输时，因其中的部分能力转换成热能或被传输介质所吸收，信号强度会不断减弱，这种现象称为衰减。

**衰减和增益的关系** ：当信号通过传输系统时，若输出端功率`P2`小于输入端功率`P1`，则信号在系统中经过了衰减，反之，则认为信号在传输系统中得到了增益。

> ![在这里插入图片描述][724a011ed155452583d1483c351a53db.png]

1.  **失真**

信号通过传输系统时，其波形可能发生畸变，这种现象称为失真。

**衰减失真(振幅失真)：** 由衰减所引起的失真，这种失真与信号的频率有关，主要来源于音频电缆与系统中的滤波器。

**相位失真(群时延失真)：** 由路线的相位-频率特性的非线性或不同频率分量的传播速度不一致导致的失真，也主要来源于音频电缆与系统中的滤波器。

**衰减失真和群时延失真** 对数据传输的主要影响是**使得码元信号波形展宽，从而引起码间串扰** ，这是传输速率受到限制的主要原因。通过**增加码元宽度和采用均衡等措施** 可以减少码间串扰的影响。

1.  **畸变**

衰减和失真时是引发数字信号畸变的主要原因。

*  ①**规则畸变：** 信号波形按一定的法则有规律地发生代码畸变，这是由电源电压不平衡，电平变动，调制解调器调整不良等因素引起的，规则畸变分为偏畸变和特性畸变。
 *   *  **偏畸变：**
     *   *  正偏：使`1`时间伸长，使`0`时间 缩短。
         *  负偏：使`0`时间伸长，使`1`时间 缩短。
     *  **特性畸变：** 由信道、滤波器和调制解调器特性等因素形成得**频带受限** 以及**群时延失真** 造成。
     *   *  正特性畸变：使得`短1`和`短0`两者都伸长。
         *  负特性畸变：使得`短1`和`短0`两者都缩短。
 *  ②**不规则畸变：** 指无规律地发生代码畸变，传输信道的噪音、串音和设备不规则的调制等是引起不规则畸变的原因。

1.  **噪声和干扰**

*  **噪声：** 指那些额外混进来的非期望信号， 这是制约传输系统性能的重要因素。
 *   *  ①热噪声： 即服从正态分布而功率谱密度又是均匀分布的噪声，又称为高斯白噪声。
     *   *  > ![在这里插入图片描述][5c327b4206324af4be5fbb14a27cb169.png]  
            > ![在这里插入图片描述][95b96e52482b4da9838355de8f6ed3b0.png]
     *  ②交调噪声：是多个不同频率的信号公用同一传输介质可能产生的噪声，是出现在系统输出端的一些附加的频率成分。
     *  ③串音：串音是一条信号道路中的信号在另一条信号道路上产生的干扰信号，又称串扰。
     *  ④脉冲噪声：脉冲噪声是一种突发的振幅很大且持续时间很短，耦合到信号通路中的非连续的尖峰脉冲引起的干扰信号。脉冲噪声对语音通信的危害并不十分显著，然而它却**是数据通信出现差错的主要根源** 。
 *  **干扰：**
 *   *  环境干扰：大气干扰、城区人为干扰、非恶意的邻道干扰。
     *  人为恶意干扰：带有恶意或敌意的人为干扰。

1.  **信噪比**

信噪比SNR(Signal Noise Rate)，用来描述信号在传输过程中不可避免受到噪声影响的度量，该值越高越好。信噪比SNR指在信号通路的某一点上，信号有效功率PS与混在信号中的噪声有效功率PN之比值

> ![在这里插入图片描述][24fda2c7c8b9477fb8a5aaa15dcba83b.png]

1.  **误码率**

度量误码损伤的严重程度一般用下述两个指标：

*  ①平均误码率
 *   *  > ![在这里插入图片描述][539c6d633f2b4c1898f4c769c3a814ba.png]
 *  ②**误码秒平均时间百分数**
 *   *  > ![在这里插入图片描述][647875282c0c42cd86f8342ae2785f47.png]

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`信道容量的计算`：

*  信道容量：信道容量是信道在单位时间里所能传输信息的最大速率，单位 比特/秒 (b/s)

1.  **模拟信道容量的计算**

> ![在这里插入图片描述][a89fbb2e83e54cb49b56cbba7b32a399.png]  
> ![在这里插入图片描述][a7f3c097bd824672abd102538e5b3db0.png]

1.  **数字信道容量的计算**

> ![在这里插入图片描述][06271f59b06f451e945e963ca73ce01b.png]  
> ![在这里插入图片描述][069df714ad724f6eb4ca5f6698e469fe.png]

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`模拟信号的抽样`：

1.  **低通模拟信号的抽样**

模拟信号通常是在时间上连续的信号，对这种信号在一系列离散的时间点上，进行抽取其样值，我们称这种操作为抽样。

对一个带宽有限的连续模拟信号进行抽样是，若抽样速率足够高，则这些抽样值就能够完全代表原模拟信号。

> ![在这里插入图片描述][2f8595cebd334e4b90b892784dcc8ee8.png]

1.  **带通模拟信号的抽样**

> ![在这里插入图片描述][4fcc829e048442acb48777ff5fbdc0d9.png]

1.  **模拟脉冲调制**

一个周期性脉冲序列具有 4 个参量：**脉冲重复周期、脉冲振幅、脉冲宽度和脉冲相位(位置)** 。其中脉冲重复周期也就是抽样周期，其值一般由抽样定理决定，因此只有其他3个参量可以受调制。

*  脉冲振幅调制 PAM ：把周期性的脉冲序列看作非正弦载波，而把抽样过程看作用模拟信号(见图 4-3(a))对它进行振幅调制。
 *  脉冲宽度调制 PDM ：将PAM信号的振幅变化按比例地变换成脉冲宽度的变化。
 *  脉冲位置调制 PPM ：将PAM信号的振幅变化按比例地变换成脉冲相位(位置)的变化

上述各种类型的调制，虽然在时间上是离散的，因它们代表信息的参量仍然是可以连续变化的，所以仍然是模拟调制。而这些已调信号也属于模拟信号。

> ![91caac8110fa481faa6c13d8c20a86a0.png][]

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`抽样模拟信号的量化`：

*  脉冲编码调制 PCM

> ![在这里插入图片描述][9c8295493d7d4865a55a3883f83fe7a8.png]

**常用的编码方法有以下两种:自然二进制码和折叠二进制码。**

![在这里插入图片描述][e90f34ec8083488fa2a027b775041a46.png]

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`数字基带传输技术`：

![在这里插入图片描述][468765cabaee40f7b252fe39c06d2a28.png]

*  **为什么要研究基带传输？**

①基带传输是近距离数据通信广泛采用的一种传输方式，颇有实用价值；

②大多数数据传输系统在对传输信号进行与信道匹配的调制之前，都有一个处理基带波形的过程；

③理论上可以证明，任何一个采用线性调制的带通传输系统总是可以由一个等效的基带传输系统所替代；

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`基带传输对信号的要求`：

> ![在这里插入图片描述][870863a5039f4bbe8835d8cc00ebafa6.png]

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`基带信号的波形`：

> ![在这里插入图片描述][304c90321d8c44a68cfbd5420c5d209d.png]

> ![在这里插入图片描述][9d9a8bd4974c471d9b3e83433b549a1a.png]

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`数据交换技术`：

1.  **电路交换**

根据一方的请求在一对站(或数据终端)之间建立的电气连接过程，其接续路径采用物理连接。

> ![在这里插入图片描述][612f3483db6b4bf48264d2cc7ef4dabe.png]

1.  **报文交换**

为了克服电路交换存在的缺点，提出了报文交换的思想。

> ![在这里插入图片描述][6e95938cc887409d8253775cf35488ee.png]

> ![在这里插入图片描述][82aff6fdc21f4826ba17f89cb9b974b5.png]

1.  **分组交换**

分组交换，报文分组交换的简称，又称为包交换，不同于报文交换将整个报文作为交换单位，分组交换将一份较长的报文分解成若干个定长的分组，每个分组前加上报头和报尾。

> ![在这里插入图片描述][1839d4d3cb73420f881d59a90e265044.png]

> ![在这里插入图片描述][f9124b94f7c34694af250744ce03b71b.png]

*  三种交换技术的通信过程

> ![在这里插入图片描述][758bcc42ef344e5b9829d17a288a745e.png]

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`物理层接口特性`：

物理层协议实际上是`数据终端设备DTE`和`数据电路终接设备DCE`之间的一组**接口** 。

*  **数据终端设备DTE：** 一种具有一定的数据处理和转发能力的设备，还具有根据协议控制数据通信的功能。
 *  **数据电路终接设备DCE：** 作用是在DTE和数据线路之间提供信号变换和编码的功能，且负责建立、保持和释放数据链路。

> ![在这里插入图片描述][84104e424a7a4e87ba5a3378f454f6b7.png]

标准化的DTE/DCE接口具有以下4方面特性：

1.  **机械特性**

> ![在这里插入图片描述][e3be62e91a37400d8702462783517f5c.png]

1.  **电气特性**

DTE/DCE标准接口的电气特性规定了DTE/DCE 之间多条信号线的**电气连接及有关电路特性**：

> ![在这里插入图片描述][298f3bcbadbe4696bca51ca8121a285e.png]

> ![在这里插入图片描述][2de8eada0e2444e4a13d38cc7e8327b9.png]

**DTE/DCE 标准接口的电气连接有以下 3 种方式：**

*  **非平衡方式：** 这种方式应用于按分立元件设计的非平衡接口。
 *  **差动接收的非平衡方式：** 这种方式应用于按集成电路元件设计的非平衡接口。与前者相比，采用差动输入方式，有效地减少了逻辑地电位差及外界干扰信号的影响。
 *  **平衡方式：** 这种方式应用于按集成电路元件设计的平衡接口。

> ![在这里插入图片描述][9e089985f7cb4c15a4ba1e92da3cf0f2.png]

1.  **功能特性**

DTE/DCE 标准接口的功能特性主要是对各**接口信号线** 做出确切的**功能定义** 以及**相互间的操作关系定义** 。

1.  **规程特性**

DTE/DCE 标准接口的**规程特性** 规定了 DTE/DCE **接口信号线之间的相互关系、动作顺序及维护测试操作等** 内容。规程特性反映了通信双方在数据通信过程中可能发生的各种事件。

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### ?数据链路层 ###

`物理层与数据链路层的区别`：

*  **物理层：**
 *   *  网络体系结构**最底层** ，指在连接开放系统的物理介质上为上邻的数据链路层**提供传送比特流的一个物理连接** 。
 *  **数据链路层：**
 *   *  网络体系结构**次低层** ，按信道通信方式分为两种类型。
     *   *  ①一对一通信方式的点对点信道。
         *  ②一对多通信方式的广播信道。

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`数据链路层的主要功能`：

*  **(1)链路管理** 对于面向连接的服务，数据链路层必须对数据链路的建立、维持和释放实施管理。
 *  **(2)帧定界** 数据链路层以帧为单位传送数据。帧定界的作用就在于接收端能够从收到的比特流中准确地确定帧的边界位置，即一帧的开始和结束。
 *  **(3)透明传输** 所谓透明传输是指不管链路上传输的是何种形式的比特组合，都不会影响数据传输的正常进行。
 *  **(4)流量控制** 流量控制的实质是控制发送方的发送数据速率，不应超过接收方所能承受的能力。数据链路层和传输层都具有流量控制的功能，但它们的流量控制的对象不同。数据链路层控制的是相邻两结点之间数据链路上的流量，而传输层控制的则是从源点到终点之间的流量。
 *  **(5)差错检测** 差错检测是指数据在传输过程中检测是否存在差错的一种技术。通常采用在被发送的比特流后面附加差错检测码，接收端根据接收到的比特流重新计算差错检测码，然后与收到的差错检测码相比较，指出差错的存在与否

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`帧定界`：

**帧定界 (framing)就是确定帧的边界，从传送的比特流中正确地分离出来。帧定界可采用下面4种方法。**

1.  **字节填充法**

以标志字节`FLAG`作为帧定界。

当标志字节出现在待传送的数据信息当中时，就会被误认为是帧的边界。解决方式：发送端的数据链路层在出现标志字节前插入一个转义字符 (`ESC`);接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除掉这个转义字符。这种技术称为字节填充 (byte stufing)。

如果转义字符出现在待发送的数据信息当中。解决方式：仍是用一个转义字符来填充。

> ![在这里插入图片描述][4883432dc49747b384d3cbdcc3370a20.png]

1.  **比特填充法**

以标志字节`01111110`作为帧定界。

比特填充法，使用`零比特插入、删除`技术：发送端的数据链路层遇到数据比特流中出现5个连续“1”的时候，它就自动在输出比特流中插入一个“0”;接收端遇到 5 个输入比特为“1”，且后面紧接的是“0”时，自动将其删除。

> ![在这里插入图片描述][306efabe609c41d6b675df9c9828fa04.png]

1.  **字节计数法**

字节计数法采用**一个特定字符来表示一帧的开始** ，随后使用**一字节计数字段指明该帧所要求传输的字节数** 。接收端通过对特定字符的识别，从比特流中确切地区分出帧的起始位置，接着按照字节计数字段注明的字节数来确定该帧的结束位置。

**存在问题：** 如果字节计数字段的值在传输过程中出现错误，那么就无法确定帧的结束边界。

1.  **非法比特编码法**

非法比特编码法仅适用于物理介质上采用特定的比特编码的场合。特定场合下，将`非法比特码`作为帧定界。

例如，当基带传输码型采用双相码时，每个码元的中点都存在电平跳变，如以“先高后低”电平变化表示比特“0”，而以“先低后高”电平变化表示比特“1”。这样，对于码元中点不发生电平跳变的比特编码就属于非法比特编码，这种非法比特编码可用作帧的定界。

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`透明传输`：

*  字节填充法中，采用`字节填充技术`实现透明传输。
 *  比特填充法中，采用`零比特插入、删除技术`实现透明传输。
 *  字节计数法中，采用一个特定字符来表示一帧的开始，随后使用一字节计数字段指明该帧所要求传输的字节数。来实现透明传输。

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`差错检测`：

![在这里插入图片描述][377878c1b8ca4664b9ed9c4185aa52ae.png]

![在这里插入图片描述][ba986c4ca0aa48e5b4f6d86d5b7bb4c6.png]

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`PPP 和 PPPoE协议（点对点信道的数据链路层协议）`：

*  **PPP协议的组成** ：

①**一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法** 。它既支持异步链路，也支持面向比特的同步链路。IP 数据报作为 PPP帧 的信息部分，其长度仅受最大传送单元 MTU的限制。

②**一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)** 。该协议允许通信双方协商一些配置选项。RFC 1661 定义了 11 种 LCP帧 的类型。  
③**一组网络控制协议NCP(Network Control Protocol)** 。其中的每一个协议支持不同的网络层协议，如 IP，OSI 网络层，DECnet 等。

*  **PPPoE协议：**

1999 年还公布了**可运行在以太网上的 PPP，即 PPPOE 协议 (PPP over Ethernet)** 007，这是一个目前流行于宽带接入方式 ADSL 使用的数据链路层协议。PPPOE基于两个广泛接受的标准，即以太网协议和 PPP 协议。

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### ?网络层 ###

`数据链路层与网络层的区别`：

*  数据链路层主要关注相邻节点之间的通信，提供点对点的可靠传输。
 *  网络层则关注整个网络的通信，通过路由器进行数据的路由和转发，使数据能够跨越多个物理网络到达目的地。

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`网络层提供的服务`：

> ![在这里插入图片描述][d4f462e0d7c54bd4b734d9e666e6c7b2.png]

1.  **虚电路服务**

虚电路服务是**网络层向传输层提供** 的一种使**所有分组都能按序到达目的端系统的可靠的数据传送方式。** 在进行数据通信的两个端系统之间存在着一条为之服务的虚电路。由于虚电路服务使得所有分组通信经由同一条虚电路，因而这些分组到达目的端系统的顺序与发送时的顺序是完全一致的。

1.  **数据报服务**

数据报服务则是另一种情况。**每一个分组都携带完整的目的地址信息，独立地选择不同的路由。** 由于每个分组经历的路由不同，到达目的端系统的所花费的时间也不一样，因而这种服务不能保证分组按发送顺序交付给目的端系统。

> ![453e208a6fbd48fdbc5724806e957c3e.png][]

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`IP数据报的格式`：

**在TCP/IP标准中，各种数据格式常以32位(即4B)为单位加以描述。**

![df4a2ce1b8354577a233957ec061ae28.png][]

1.  **IP数据报的首部**

①版本(4 位)。指明 IP 协议的版本号。

②首部长度(4 位)。表示数据报首部的长度。

③)区分服务(8 位)。表示对数据报的服务要求，只在使用区分服务时才起作用。它分为以下6个子字段：

*  1.  优先权子字段(3 位)。表示本数据报的优先权的高低，其取值范围为 0(一般优先权)到 7(网络控制优先权)。优先权由用户指定。
    2.  D子字段(1位)。表示要求有更低的时延服务。
    3.  T子字段(1位)。表示要求有更高的吞吐率服务。
    4.  R子字段 (1位)。表示要求有更高的可靠性服务。
    5.  C子字段(1位)。表示要求选择费用更低廉的路由服务。
    6.  最后一位留待后用，被置为 0。

④总长度 (16 位)。表示整个 IP 数据报(包括首部和数据)的长度，以字节为单位。

⑤标识(16位)。该字段用于目的主机将数据报各分片重装成原来的数据报。

⑥ 标志 (3 位)。该字段目前只有后两位有意义。其中：

*  最低位记作 MF (morefragment)，用于把数据报最后一片与前面其他各片区分开来。 MF=1 表示片未完，即该片不是原数据报的最后一片;MF=0 表示该片已是若干数据报分片中的最后一片。
 *  次低位 DF(dont Fragment)，用来控制数据报是否允许分片。DF=1 表示该数据报不允许分片;DF=0才允许分片。

⑦片偏移(13 位)。表示本片在原数据报中的偏移，偏移量以 8B 为单位。

*  ![a56cac5fe8c645bf885bb7a1cf42f4fd.png][]

⑧生存时间(8位)。表示本数据报在网络中存在的最长寿命，记作 TTL (Time To Live)，最初以秒为计量单位。

⑨协议(8 位)。表示此数据报携带的数据所使用的协议编号。常用的一些协议和相应协议字段的值如下:

*  ![在这里插入图片描述][734df7b39e8348f6bc09ca8882619b96.png]

⑩首部检验和(16 位)。该字段只用于检验数据报的首部，但不包括数据部分。

⑩①源 IP 地址(32 位)和目的 IP 址(32位)。这两个字段分别表示本数据报的源主机和目的主机的因特网地址。

⑩② 选项和填充 (可变)。选项字段的长度取决于所选取的选项个数，其长度 1~40B。每一选项由3个部分组成:选项码 (1B)、长度(B)和项数据 (由"长度"部分决定)。而选项码又由复制(1 位)、选项类(2 位)和选项号(5 位)三部分组成。

1.  IP数据报的数据部分

数据部分用于封装上层(传输层)报文，表示所发送数据报的具体内容，其长度以字节计，数据报的最大长度(含首部)为`65535B`。

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`内部网关协议`：

1.  **路由信息协议`RIP`**

*  RIP协议三个特点：
 *   *  ①路由器仅与相邻的路由器交换路由信息
     *  ②路由器交换的是当前本路由器所知道的所有路由信息。
     *  ③路由器按照规定的时间间隔或网络拓扑发生变化是，才与相邻路由交换路由信息。

*  **距离向量算法：**
 *  > ![d565a49b3cd74ba6b398afa032c2c2eb.png][]
    > 
    > ![在这里插入图片描述][a2a6b14b7a7e4ba3aa19020014f0e071.png]

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### ?传输层 ###

`UDP主要特点`：

![在这里插入图片描述][5cccc08e95dd4c9ea6237603233e02a4.png]

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`UDP主要特点`：

![在这里插入图片描述][bc8f7fb1f5044edfbcd04cd5587f82e4.png]

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`TCP传输控制`：

*  1.  **可靠传输的基本原理**
 *  **停止等待协议**（又称 自动重传请求ARQ）
 *   *  ①A发送完一个分组后，等待B发回应答。B收到一个分组，如果未检测出传输过程中出现的差错，则向A发回确认应答。A收到确认应答后再发送下一个分组。
     *  ② B 收到 A 发来的一个分组，如果检测出传输过程中出现差错，则丢弃该分组;或者分组在传送过程中丢失，则 A 通过超时计时器的超时，再重传前面发送过的分组。
     *  ③B 收到 A 发来的一个分组，如果未测出传输过程中出现差错，则发回一个确认应答，但这个确认应答却在回传过程中丢失了。此时，A 在设定的超时重传时间内没有收到确认，也无法知道是自己发送的分组出错或丢失，还是 B 发回的确认丢失了。因此，只能在A 超时计时器超时后重传前面发送过的分组。
     *  ④B 收到 A 发来的一个分组，如果未检测出传输过程中出现差错，则发回一个确认应答，但这个确认应答却在回传过程中延误了。此时，A 因在设定的超时重传时间内没有收到确认，只得超时重传。当 B 再次收到重传的分组时，应丢弃该重传分组，并向 A 发送确认。A 收到确认后，即发送下一个分组。A 对迟到确认则以丢弃处理。
     *  ![在这里插入图片描述][8b00cb86135242c29502e67672235ea5.png]

*  **连续ARQ协议**
 *   *  ①A 在发送完一个分组后，不是停下来等待应答的到来，而是连续地再发送若干个分组。
     *  ②B 收到 A 发来的分组，只按序接收没有差错的分组，并给出相应的确认应答，或者只对按序到达的无差错的最后一个分组发送确认应答。对于检测出差错的分组则丢弃。
     *  ③A 在每发完一个分组时都要开启该分组的超时计时器。如果在所设置的超时时间内收到了确认应答，就立即将超时计时器清零。若在设置的超时时间内未收到确认应答，则要重传前面发送过的分组。（可采用选择重传策略：只重传出现错误的分组。）
     *  ④如果B检测出传输过程中出现的差错、丢失或延误，则丢弃该分组；或者分组在传送过程中丢失，则 A 通过超时计时器的超时，再重传前面发送过的分组。
     *  ![在这里插入图片描述][6dfd52f6ba704f8cb353928a654fa8fd.png]

1.  **序号确认**

**即时确认：** 接收端收到的数据正确而且被接受，就立即返回一个确认报文。

**累积确认：** 接收端收到的数据正确而且被接受，先将其作为需要确认的报文记录在案，再收到几个分组后，只对按序到达的最后一个分组发送确认。

1.  **流量控制**

*  **滑动窗口**(TCP实现流量控制的机制)：

> ![在这里插入图片描述][82c6d8adf3204bcc8d65cde69e76d3bc.png]

*  滑动窗口 前沿与后沿的变化：
 *   *  **后沿：**
     *   *  ①不动：未收到新的确认
         *  ②前移：收到新的确认
         *  ③不允许后移，因为不能撤销已收到的确认。
     *  **前沿：**
     *   *  ①前沿通常不断地向前移动。
         *  ②没有收到新的确认时，前沿不动。
         *  ③收到新的确认但接收端通知发送窗口要缩小，可能使得前沿正好不动。

> ![在这里插入图片描述][ef5fb07673b741e3b85e7d63712b5bb8.png]

> ![在这里插入图片描述][2261247db4ee49fba7387b9d0a6170f7.png]

> ![在这里插入图片描述][36e3780590a8487aa2ae0a8237f4f2d3.png]

> ![在这里插入图片描述][09387ea3a85c4dbe86297ba90ff4fcbe.png]

1.  **发送控制**

*  **TCP控制报文段发送的3种机制：**

①TCP 维持一个变量，它等于最大报文长度 MSS。只要缓冲区中存放的数据达到 MSS字节时，就组装成一个报文段发送出去。

②由发送端的应用进程指明要求发送报文段，利用 TCP 报文段格式中控制字段的推送操作位(push)的作用。接收端 TCP 收到此报文段后，就尽快地交付给接收端的应用进程，而不再等到整个缓冲区都填满了以后再向上交付。

③发送端设置一个计时器，待计时器所设置的时间一到，就把当前缓冲区中的数据装入报文段(长度不超过 MSS)发送出去。但问题在于如何控制 TCP 发送报文段的时机。

1.  **重传控制**

在传送报文过程中，凡是出现下列两种情况都必须将该报文段重新发送：

①报文段在传输过程中受损，但仍能到达接收端。该报文段被接收端检验发现差错，接受实体便将其丢弃。此后，发送端等待应答超时，必须重传原来发送过的报文段。

②报文段在传输过程中丢失，没能到达接收端目的站，由于发送端的传输实体并不知道这个报文段的传输已经失败，所以也高重传原来发送过的报文段。

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`TCP拥塞控制`：

**拥塞：** 当对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的能力，而导致网络性能的下降。

> ![在这里插入图片描述][14105f60e25c45b18376e0303c7f1873.png]

*  **TCP拥塞控制的方法：**

1.  **慢启动和拥塞避免**

> ![在这里插入图片描述][feb69232e1a54d78a561f6ed6095a9d9.png]  
> ![在这里插入图片描述][b4c338ef4bfc477ab4ba11310bf711fa.png]  
> ![在这里插入图片描述][c0dd2d4d98a043c1b794904da241a0f7.png]

1.  **快重传和快恢复**

> ![在这里插入图片描述][7831848df8804917b485bca96051701a.png]

> ![在这里插入图片描述][5fefdb52af8041bda35ff84b7ba42773.png]  
> ![在这里插入图片描述][7debd95943fd4328b7e8ec30413bd003.png]

> ![在这里插入图片描述][158f8106444e47b6bb2255659b3bdc74.png]

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[![在这里插入图片描述][20a7f1b58dfb4660b75d7f021c157d57.png_pic_center]][20a7f1b58dfb4660b75d7f021c157d57.png_pic_center 1]

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