【笔记】数据通信与网络

第一章 绪论

1、一个网络指标：性能、可靠性和安全性。性能体现在传输时间和相应时间，由用户数、传输介质、硬件性能以及软件效率。

 第二章 基本概念

1、通信设备之间关系通用的5个概念

（1）线路配置：连接方式，点对点还是多点连接。

（2）拓扑结构：星型、环形、树形、网状、总线。

网状：所有的互联，n*(n-1)/2，布线多且复杂

星型：通过集线器中心控制器连接（类似于交换机）

树型：星型的扩展，中心的是有源集线器，其他分支的是无源集线器。

总线型：总线上节点通过抽头连接子分支节点。缺点是故障排查以及重新配置困难。

环形：环中每个设备均要一个中继器，单向传输的缺点。一个故障整个瘫痪。

（3）传输模式：单工、半双工、全双工。

（4）网络类型：局域网、城域网、广域网

（5）网际互联：路由器和网关。

 

第三章  OSI模型

1、

2、物理层：传输的是比特流，并通过光信号或是电信号表示。

3、数据链路层：传输数据帧，包括发送与接收方网络地址与物理地址；功能：流量控制，差错控制（丢失或重复帧），访问控制，

4、网络层：数据包的逻辑寻址，路径选择。

5、传输层：数据段传输，拆分组装、连接控制、流量控制，差错控制。

6、会话、表示、应用层：网络虚拟终端、文件传输、邮件服务等。
 

第四章 信号  模拟、数字信号

第五章 编码与调制

第六章 数字数据传输：接口和调制解调器

1、串行：同步(封装成帧，多字节，帧内字节无间隙)与异步（起始、停止，一个字节）

2、并行：

 

第十章 数据链路控制：线路连接、流量控制与差错控制

1、对等通信线路连接中：询问ENQ/确认ACK；主从通信中采用查询、选择方式

ENQ/ACK：发起方首先发送一个ENQ帧，询问是否可以接收数据，接收方可以的话就回答一个ACK，否则NAK；开始发送数据结束后一个EOT。

查询/选择：所有信息交换在主设备进行，主设备控制链路，从设备遵从指令。主设备决定那台设备有权使用信道。主设备需要发送数据采用选择模式，首先通知从设备有数据（SEL），等待从设备的确认信号（ACK）。

查询用于主设备请求来自从设备的传输，主机轮循发送完查询指令后，从机反馈（NAK或是数据，传输完以ACK结束）。

2、流量控制：停止等待和滑动窗口（比较复杂，+错误检查）P252

停止等待：每次发送一帧，每发完一帧一个确认帧。直到EOT结束。此法简单、效率慢。

滑动窗口：发送方和接收方都创建额外缓冲区，存储数据帧并限制可以接续传输的数据帧长度。编号0~n-1，返回m表示0-m-1都已接收。

流量控制的滑动窗口中，为避免接收到的帧确认中出现二异性，窗口大小比模小1.

3、差错控制：帧损坏、帧丢失、确认帧丢失

停等流量控制中：停等自动重复请求。数据帧正确或错误返回一个应答；但是数据帧丢失，无法应答，发送者启动定时器，超时重发；丢失确认帧。停等ARQ实现。

滑动窗口流量控制：回退n帧自动重复请求和选择拒绝自动重复请求。

无差错接收的数据帧不一定要一一确认，被破坏的数据帧必须要进行确认。

回退n帧自动重复请求：若一帧丢失或损坏，从最近一次得到的确认数据帧开始的所有数据帧都要重传。损坏/丢失返回NAK?，重发相应的数据帧。（损坏丢失的情况）

丢失确认帧：发送方不会对每一数据帧都确认，不能通过确认帧编号的缺失识别丢失的ACK帧或NAK帧，而是采用定时器方法。每当窗口容量达到时定时器就开始计时。

 

选择拒绝自动重复请求：只对特定的丢失帧或损坏帧被重发。一帧损坏返回NAK帧并该帧不按顺序重发，需要接收设备对接收数据帧排序并将重传帧插入到序列帧正确位置。

接收设备需要：保存以前所有数据帧，对数据帧排序，查找丢失需要重传帧。

ACK帧编号和NAK帧编号必须指明接收或丢失的帧，而不是期待接搜的下一帧。推荐的窗口大小<= (n+1)/2，而n-1是回退n帧的窗口大小。

损坏/丢失数据帧：持续发数据，接收方对数据排序，缺失的数据发送NAK，不能乱序确认。

丢失确认帧：和回退n帧一样，启动定时器，超时重发，接收方重复丢弃。

选择重传需要大量逻辑计算，复杂度，并不是经常使用，实际中常用回退n帧方式。

 

第十一章 数据链路层协议

1、异步协议：X?Y?Z Modem，Kermit等其他协议，主要用于调制解调器

2、同步协议：面向字符协议和面向比特的协议

面向字符协议：二进制同步通信，点到点和多点线路中使用，支持ARQ流量控制以及差错控制的半双工传输。不支持基于滑动窗口的全双工。

 

第十二章 局域网 LAN ：以太网、令牌环网、令牌总线、光纤分布式数据接口

数据链路层控制部分都是基于HDLC协议。

1、数据链路层：介质访问控制层（MAC）、逻辑链路控制层（LLC）

802项目对OSI底下三层详细定义：

网络层：802.1 国际互联

数据链路层：802.2 逻辑链路控制（LLC）

物理层：  802.3 CSMA/CD   802.4令牌总线  802.5令牌环网 。。。。

2、LLC层数据单元成为协议数据单元（PDU）。与HDLC类似，包含四个字段：目标服务访问点DSAP、源服务访问点SSAP、控制字段以及信息字段。

3、以太网 LAN内冲突解决：带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD

1000Base-FX 短波光纤（多模）      1000Base-LX 长波光纤

4、令牌环网：工业实时且冲突少。

5、FDDI：固定时间发送异步、同步数据帧。

 

第十三章 城域网 MAN

地理上相邻城域网之间数据传输时通过电缆、路由器或网关连接。但是城市、校园网路连接。私人铺设线缆不实际，使用运营商设备服务更好。交换式多兆比特数据服务（SMDS），使用的是分布式队列总线DQDB。

1、DQDB，分布式队列双总线。每个设备连接到两条主干链路上，访问不是通过竞争、令牌而是通过分布式队列机制实现。一条总线一个通信方向，两条方向相反。数据在每条总线上以53字节槽固定流方式传输，槽不是数据包，仅仅是连续的比特流。源站点必须选择其中的目标站点被认为是下行流站点的总线。为了在一条总线上发送数据，一个站点必须在另一条总线上做出预留。为进行预留和保留总线上其他站点的预留轨迹，每个站点需要存储两个队列——每条总线一个队列。

2、SMDS：同城内多个LAN租用T-1/T-3专线，昂贵。SMDS就是为高速度MAN通信定制，基于包交换的数据报服务，仅为他们使用的时间付钱，用户LAN通过路由连接到SMDS网络。SMDS访问使用SMDS接口协议（SIP协议）。

 

第十四章 交换

1、三种交换：电路交换、包交换、报文交换（存储转发）

2、电路交换：时分交换、空分交换，主要是用于语音通信设计。

 

第十五章 点到点协议

1、串行因特网协议  SLIP，除支持IP外不支持其他协议，不允许动态IP分配，不支持用户认证。

2、PPP：点到点协议，仅有物理层和链路层，需要使用PPP协议需要有网络层、传输层等。

数据链路层采用HDCL的版本。数据格式：

3、认证协议：口令认证协议：PAP，查问握手认证协议：CHAP。

PAP就是请求方发送账号、密码，系统端检验并批准或是拒绝用户连接。

CHAP：系统发送查问包，用户根据查问值与口令计算一个数据，直接发给系统，系统同样计算看是否一致来决定接受还是拒绝。 

4、网络控制协议：NCP

建立与终止网络层连接的一组IP包称为互联网协议控制协议（IPCP）
 

第十七章 X.25 广域网包交换协议

1、端到端协议；物理层：X.21，链路层（帧层）：LABP， 网络层（包层）PLP 

帧层：平衡式链路访问规程LABP。 

包层：PLP，负责建立连接、传输数据以及终止连接。 

 

第十八章 帧中继 虚电路技术，提供低层（链路、物理）的服务

1、链路层不提供检错或确认，所有都由网络层、传输层协议。用于突发数据传输 

2、PVC（永久虚电路）SVC（交换虚电路）

3、帧中继只工作在物理层和数据链路层，没有流量控制。

4、链路层使用HDLC的简化版本，核心LAPF 

5、拥塞控制：拥塞回避，

后向显示拥塞通知：交换机利用来自接收方响应帧或交换机为此可用预定义连接来发送特定帧。

前向拥塞通知：

6、漏桶算法：输出速率总小于恒定速率1.544Mbps。 

第二十一章  网络和网际互联设备

1、中继器：LAN覆盖范围很广，用于增加网络可达距离。仅作用物理层，电气连接。作用是在信号变的太弱或损坏之前接收信号，重新生成原始的比特模式，然后将更新过的拷贝放回到链路上。

2、网桥：站点过多，将网络覆盖范围加以划分，用于网络管理。数据链路层

网桥通常冗余安装，两个局域网用多余一个网桥连接，即透明网桥，产生环路，目前网桥采用：生成树算法、源路由方法。

3、路由、网关：许多LAN连接成一个互联网；路由作用于网络层，网关在不兼容的LAN或是应用之间提供翻译服务，作用与所有层。

路由器，用于路由选择。有最短路径算法：记跳数路由，限制在15跳以内。最低费用算法：权值最小。

4、网关：协议转换器，路由只能在使用相同协议的网络中转发、接收和中继包；而网关可以接收一种协议格式的包，转发之前将他转化为另外一种协议格式。网关通常是安装在路由内部的软件。

5、交换机：缓存，基于存储转发和切入机制，

6、路由交换机。。

7、路由算法：（1）距离向量算法，向周围路由共享整个路由表，在邻居发送过来的路由跳数+1就是自身的路由信息，更新路由算法按照如下： 

（2）链路状态路由算法：向所有其他路由器（而非邻居）发送邻居信息，而不是整个路由表。和距离向量路由一致采用最低费用算法（跳数）。计算路由表：DIjkstra算法，由节点和弧组成的图，计算网络中两点之间的最短路径树。节点有两种：网络和路由器。

 

第二十二章 传输层 TCP UDP 端到端（非链路层单条链路上）

1、传输层不关心底层，与实际网络无关，是分隔成为可能。传输层提供服务类似于链路层。

2、传输层协议服务：端到端传递、寻址、可靠的传递、流量控制和复用。其中，可靠传输包括四方面：差错控制（校验和）、顺序控制（重新组装，分段和连接、序列号表明分包序列、）、丢失控制（重传）和重复控制。

3、流量控制：才有那个滑动窗口协议，但是传输层窗口大小可以变化以适应缓冲区的占用，以字节单位而非帧。

4、复用：向上复用--》通过向上复用绑定沿同一条路径到同一个目标的若干个传输，如果底层协议拥有高的吞吐量，而用户小，则可以几个用户共享网络连接。向下复用--》允许传输层将单个连接分为几条不同路径提高吞吐量（传输速度）。

5、建立连接。断开连接：三次握手、四次挥手

： 

9、子网掩码算法：IP地址和子网掩码按位与运算

10、网络层协议（IP协议，不可靠、无连接协议）：

ARP-》地址解析协议，将IP转为MAC地址；

RARP-》逆地址解析协议，将MAC地址转为IP，用于无硬盘或是初次联网的PC；

ICMP-》因特网控制报文协议，主机与路由器使用的协议，用于向发送者通知数据报产生问题，仅用于报告错误。ICMP使用回显测试/应答检查一个目标是否可达。

IGMP-》因特网组报文协议，帮助组播路由器识别LAN中的主机，这些主机是组播的成员。

11、传输层协议（TCP、UDP）

UDP协议

TCP协议：
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