计算机通信网络期末考试复习提纲

计算机通信网络期末考

试复习提纲

Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

通信工程本科课程

计算机通信网络

复习提纲与测试

编写：

2019-05-22

（*此文档采用大字体，建议使用电脑观看*）

ChapterⅠ·概述

一、章节体系结构与要点

1、什么是计算机网络（对“自主”的理解）*P1

2、计算机网络的应用：资源共享、信息交流……P2～4

3、计算机网络的分类*

从传输技术：广播式、点到点式P12~13

从覆盖范围：局域网、城域网、广域网……P14~17

4、什么是协议、协议的作用*P23

5、什么是协议体系*P23

垂直分层P23、协议栈P24、封装P25、解封P25、接口P23、服务访问点(教案)、实体P23

6、服务方式：面向连接服务、无连接服务，服务质量P27（主要是

特点和对比）

7、服务与协议的关系*P30

8、OSI模型*

七层结构和各层功能P32~33

互连设备：中继器P231、桥P267、路由器P290（工作层次教案）

9、OSI模型与TCP/IP模型*

TCP/IP模型结构和各层功能P35~36

OSI与TCP/IP模型的关系P37~41(教案有很好的总结)

10、计算类型：数据传输速率、与距离有关的（传播）延迟、位长、封装

的开销等有关的计算。

二、术语和定义

1.计算机网络(ComputerNetwork):自主计算机的互联集合。

·自主(Autonomous):对等的行为模式（非主从式）。

·基本功能：数据通信和资源共享

2.主机(Host):网络上实现网络应用功能的计算机系统（信源和信宿）

节点(Node):实现通信功能的计算机或网络设备，实现寻路和转发功能

信道(Channel):物理层数据传输经过的线路

链路(Link):数据链路层数据传输经过的线路

站点(Station):网络上的主机和节点

3.网络的分类

计算机网络逻辑分类：资源子网、通信子网

按传输距离分类：个域网(PAN)、局域网(LAN)、家庭网(HNET)、城域

网(MAN)、广域网(W AN)、互联网(Internet)、无线网。

·广播通信：由电台到用户的通信

·广播式通信：局域网、无线网和总线型网络等一类计算机网络通信

模式，由多台主机共享一条信道

4.异步传输(AsynchronousTransmission):一次传输一个字符，每个字符之

间有不确定的延时，用于网络状况较差的环境

同步传输(SynchronousTransmission):一次传输一个数据块，用于信道质量较好的环境

5.多路复用技术

·频分多路(FDM)·时分多路(TDM)

·波分多路(WDM)(光纤)·码分多址(CDMA)(无线)

6.无线网络(fixedwireless):表示接入网络无需网线

移动计算(mobilewireless):表示可以随处使用网络（例如酒店网线），而不是固定在某处

7.协议(Protocol):对等实体共同遵守的一组规则集，协议的三要素是

·语法：表达方式（PDU格式）如：手机号码为3+8格式

·语义：表达含义（符号含义）如：3表示区号，铃声是指提示

·时序同步：完成过程如：网络时序图

协议约定了对等实体之间如何进行通信。

8.协议体系

·计算机网络体系结构：计算机网络各层次及其协议的集合

·协议栈(ProtocolStack)：一个特定系统所使用的一组协议、利用各层SAP产生协议间的关联组合称为协议栈。通过SAP，在协议栈中形成了多个功能序列，为上层应用提供了多种可选通信方法。

·封装(encapsulation):隐藏对象的属性和实现细节，仅公开接口

·解封装:去掉传输过程中额外的添加信息

·协议数据单元(ProtocolDataUnit):对等实体之间交换数据形成，由头部(Header,本层实体的控制信息)和数据(Data)构成。填充时从后往前填充，避免数据搬移。

注：PDU(N)=SDU(N-1);SDU(N)=PDU(N+1);SDU+Head=PDU

本层的PDU为下层的SDU

·实体(Entity):执行协议和完成本层功能，可由硬件、软件实现，对等实体是指不同系统同层存在通信关系的实体。

注：不同系统同层之间的实体如果不同心则不构成对等实体。

实体之间的通信模式：有连接和无连接两种。

·服务(Service):某层向其上层提供的功能集合，下层为服务提供者(ServiceProvider)，上层为服务用户(ServiceUser)。

服务数据单元(SDU)构成PDU的数据字段，最终传递给对等实体

·接口(Interface):上下层实体边界（交流地点）

·服务访问点(SAP):n层SAP是n+1层可以访问n层服务的地方（上层访问下层）。每个实体对自己提供的SAP进行编号以区分不同对应关系，实体通过SAP联系上层（无需知道上层是谁）

地址是同层实体之间用于区分网络设备的标示，注意区分地址和SAP 的区别

·服务原语(ServicePrimitive)：定义上层实体与下层实体的接口模型，提供上层实体使用下层服务

Req：Request，请求

Ind：Indication，指示

Resp：Response，响应

Conf：Confirm，证实

·有证实服务：要求确认

无证实服务：不确认

·面向连接的服务

建立连接->通信->拆除连接，可靠（不丢失不重复按序到达）·无连接服务

直接发送报文，不事先通知

·实通信与虚通信

实通信：数据在线路上的传输过程（垂直过程）

虚通信：对等层通信，数据经由下层转交（水平过程）·服务(Service):下层提供给上层的功能集合（垂直）

协议(Protocol):对等实体之间通信共同遵守的规则集（水平）

9.OSI七层模型

各层概述：

10.O SI/RM网络互联

模型：“端系统(7)-中继系统(3)-端系统(7)”

中继系统：

·物理层采用中继器(RPRepeater)实现信号的再生与放大·数据链路层采用桥(Bridge)实现不同媒体的访问

·网络层采用路由器(Router)实现不同网络的互联

11.T CP/IP模型

OSI与TCP/IP的对比：

·特点

OSI：OSI更容易进行协议替换、OSI先有模型再有协议、OSI更倾向

面向连接、通用性强，但是协议复杂，且忽视无连接服务和协议及计

算机软件工作方式

TCP/IP：先有协议、提供两种服务方式、实用性强，但通用性差、替

换协议时产生影响较大

三、测试

1.系统具有X层结构，从最底层传出Y字节数据。假设除了最底层外，

每层需要封装M字节的Header，请计算开销比例（开销占总量的比

例）。

2.假设一个报文分为10帧传输，误帧率为。分别对以下两种重传策略，

计算平均传输的帧数量。

（1）接收方对每一帧进行确认，并请求重传错误帧；

（2）接收方接收完全部帧以后确认，并请求全部重发。

3.一个人的速度假设为18km/h，他身上有24GB的信息。请问在什么距

离范围内，人的数据传输速率能够超过150Mbps的WiFi网络

4.假设某组网采用广播式，共有n台主机，每台主机在相同的时间间隔

内访问信道的概率为p。求因冲突被浪费的时间占比。

5.一幅图像的分辨率为1024×768，每个像素3Bytes。通过56kbps的调制

解调器传输这张图像需要多长时间通过10Mbps的以太网呢

6.请解释互联网和互连网的区别。

7.写出以下协议对应的网络类型。

①

②

Chapter2·物理层

一、章节体系结构与要点

1、物理层功能*P76

2、傅立叶级数与数据传输速率的限制（不要求傅立叶级数公式及推

导）P72~73教案

3、奈奎斯特定理和香农公式（要求公式和计算）*P75

4、传输介质：分类、特点（带宽、距离、应用特点等）*P75

5、电话系统：

结构：（本地回路、交换局、干线）P100

干线上的多路复用技术（分类：FDM、TDM、SDH等）P115~117

6、交换技术：电路交换、分组交换（原理、特点、对比）*P123~126

7、物理层接口的基本类型及四大特性（教案）

8、计算类型：与采样、编码有关的波特率、采样速率、数据传输速

率。与复用技术有关数据传输速率，与交换技术有关的延迟等。

二、术语和定义

1.物理层(Physical)

·服务：提供BitStream传输

·协议：物理接口四大特性①机械②电器③功能④规程特性

2.数据传输速率的傅立叶级数分析：

3.奈奎斯特(Nyquist)定律(无噪声信道):

(单位：bit/s)

其中，B为带宽，V为信号电平级数量（如果是二进制信号，则V=2，

log2V表示一个信号变化可以表示多少位数据的变化）。

可以通过提高编码效率，在有限的带宽中多传数据，以提高数据传输

速率。

4.香农(Shannon)定理(随机噪声信道)

（单位：bit/s）

其中，S/N为SNR（信噪比）。

要提高信道速率，在无噪声信道中不能无限制增加信号数量（接收方

难以区别细微差别信号），在有噪声信道中不能无限制增加带宽（噪

声能量与信道带宽成正比）。

由上可以得到数据在信道的传输速率受

·带宽

·编码效率

·SNR

的影响。

5.物理层参数：

·BitRate(比特速率)

·TransmissionTime(传输时间):从开始发送到发送完毕的时间。（将N bit送上信道所需的时间）

设传输速率为R，则传输时间：

·TransmissionDelay(传播延迟)：从开始发送到开始接收的时间。信号在信道上的传输时间

设信道长D，信号传播速度为V，则

从开始传输到接收完毕所花的时间为

图解法示意如下：

·BitErrorRate(误比特率BER)：bit出错的概率

6.传输介质

·双绞线：一股四对八根，一对线单向信道，两对线双向传输，分为UTP和STP（屏蔽双绞线，外加金属抗干扰），特征抗阻100Ω，传输距离<100m，成本低且安装维护简单，多用于星型组网。

典型带宽与传输速率：

1类STP：10M/100M以太网；3类UTP：10Mbps；

5类UTP：10M/100Mbps

·同轴电缆：成本低，安装维护难

基带同轴电缆：50Ω，典型带宽：10Mbps，传输距离500m~2km

宽带同轴电缆：75Ω，典型带宽：几十Mbps，传输距离几十km

·光纤（单向）：单模光纤速率高、传播远（10Gbps，100km）

多模光纤速率低、传播近（100Mbps，2km）

注：光纤传输速率受光电转换频率的限制。

光纤常用于骨干网或无源星型

·无线传输：可移动、低成本

7.传输体制(TransmissionScheme)

·全双工(FullDuplex)、半双工(HalfDuplex)、单工(Simplex)

·同步传输(SynchronousTransmission)：Bit数据以均匀时间间隔T传播，持续不断，特点：高速、稳定传播，需要独立时钟保持收发同步，多用于传输系统、PSTN（电话系统）、SDH（同步数字体系）。

·异步传输(AsynchronousTransmission)：字节为单位传输，字节间隔长度可变，特点：不需要专门的时钟电路、低速，多用于计算机直连、外设连接、低速短距传输

·块传输(BlockTransmission)：以数据块为单位传输，块长度不定，相当于增强型异步传输，传输速率高。多用于以太网信道。

8.电话系统(PSTN)

·传输特点：误码率高

·本地回路：从用户到交换端局之间。

传输损害：衰减、噪声、延时变形、回声（回声抑制[半双工]和回声消除[全双工]）；

电话信道：带宽300Hz~3400Hz，数据传输通过调制解调，传输速率56k/

调制解调：数模转换器接口RS-232-C（20kbps，15m），RS-449-A

（2Mbps，60m）

用户数字线ADSL：将数据信号与语音信号分离，调制技术采用DMT （离散多音频调制技术），将信道划分为32kHz宽度的很多子信道。

频谱划分：0~4kHz语音信号，25kHz~140kHz上行信号和

140kHz~1140kHz下行信号。ADSL特点：数话同传、上下行不对称、速率可调、速率较高

·干线（多路复用技术）

·交换技术：电路交换、分组交换、交换机

SONET（同步光纤网络）多路复用

SDH（同步数字系列）线路复用

（*其余详细内容格式不便移植，查看PPT59~81页*）

9.接口规范：

·接口特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性

·

RJ45：10Mbps~10Gbps、100m、全双工块传输

：、15m、全双工

:、、全双工

Fiber：单模-10Gbps、100km、全双工同步传输

多模-100Mbps、2km、全双工同步传输

三、测试

1.

（1）电视信道带宽6MHz。如果使用4级数字信号，每秒可以发送几个bit 假设电视信号没有噪声

（2）假设在一条3kHz的信道上发送一个二进制信号，该信道的信噪比为20dB，最大传输速率是多大

2.有10个信号，每个需要4000Hz带宽，现在用FDM将它们复用在一条信道

上。求该信道的最小带宽。假设保护带宽为400Hz。

3.比较在一个电路交换网络和一个负载较轻的包交换网络中，沿着k跳路径发

送一个x位长度的消息延迟。假设电路建立时间为s秒，每一跳的传播延迟为d，数据包的大小为p位，数据传输率为b bps。在什么条件下数据包网络延迟较小

4.一个有线电视公司决定为一个有5000住户的小区提供Internet接入服务。该

公司使用一根同轴电缆，它的频谱分配方案允许每根电缆有100Mbps的下行带宽。为吸引客户，公司决定在任何时候都保证每个用户至少有2Mbps的下

行宽带。如何实现

5.从协议的要素出发，对应物理层规范的四大特性。

6.设无线信道误码率为5×10-5，信道速率为54Mbps，出现比特错误的平均时间

间隔为多少

7.以太网标准中，典型数传速率为100Mbps，使用块传输（同步传输），一次

连续传输一块数据，一块数据最大为1500字节，最小为64字节，块与块之间的间隔最小为传输960bit的时间，那么这个信道上的最大有效传输速率是多少，最大帧速率是多少（每秒钟最多的块数）

Chapter3·介质访问控制子层(MAC)

一、章节体系结构与要点

1、介质访问子层的功能*

广播式信道P208

广播信道的分配：静态分配、动态分配P208~209

2、竞争式协议的原理和特点P212~218

3、竞争协议、无冲突协议、有限竞争协议

竞争协议和无冲突协议的比较（高负载、低负载）P220

有限竞争协议的思想P220

4、桥、交换机的基本工作原理

二、术语与定义

1.介质访问控制子层(MediaAccessControl)是数据链路层的底层，功能

是控制广播信道分配，指定数据收发规则。

2.静态分配（多路复用技术）：将广播信道分为多个信道，并将这些

信道分配给多个用户。静态分配存在较大延迟和较多的资源浪费，且多路访问困难。

·FDMBand{f_1,f_2,…,f_N}，子频段速率r=R/N，全时工作

·TDMT{T_1,T_2,…,T_N}，时隙平均速率r=R/N，分时工作

静态分配的三个巨大问题：

·传输性能：传输利用率低

·延迟：设信道容量为C，帧到达率为λ，帧长为1/μ位(服务率为μC)，则平均延时为

而划分N个子信道后，延迟为原来的N倍：

·多路访问难以实现（不能指定接收目的）

3.动态分配：假设站点流量独立(IndependentTraffic，即一次发送一帧

直至发送结束)、单信道(SingleChannel)、冲突可检测

(ObservableCollision，所有站都能检测信道信号是否冲突)、时间连续或分槽(ContinuousorSlottedTime)、载波侦听或不听

（CarrierSenseorNoCarrierSense，站点可以检查信道状态），动态分配可以利用广播共享信道的特点：一发多收，无需频道转换，且对猝发性适应力强，但是需要解决冲突问题，可以通过以下方法：·竞争信道（无序抢占，允许冲突）

·有序访问（有序使用）

·有限竞争（轻负载-无序，重负载-有序）

4.多路访问信道协议——竞争访问信道协议

·PUREALOHA

规程

发送：任何时刻有数据时立刻发送数据、启动定时、等待确认（否则重发或丢弃报文）

接收：接收方接收到报文，校验并返回确认

问题：冲突严重（发送随意、不监听信道）

性能：按照PPT21页的说明，PUREALOHA的吞吐率为

其中，G~λt为负载，即在时间T内需要传输的总帧数。

·SlottedALOHA

规程

将信道的使用分为离散的时槽，发送帧只能在时槽起始处进行，冲突要么不发生，要么重叠。

性能：

·CMSA（载波侦听多路访问）

在发送帧前检查信道状态。如果线路空闲则立即发送，如果线路忙则等待。CMSA使冲突的概率明显下降。假设数据传输速率为

10Mbps，平均帧长为12kb，距离为1km，则冲突时间

（注：CMSA的冲突延时为传播延时）

①1-坚持CMSA：监听信道，一旦空闲立即发送，如果多个信道则必然

发生冲突；

②P-坚持CMSA：监听信道，信道空闲时以p的概率发送或以(1-p)的概

率随机延时后发送；

③0-坚持CMSA：监听信道，信道空闲后进行随机延时后发送；

几种协议的效率如下：

·CMSA/CD：CMSA协议冲突发生后会继续发送。CMSA/CD一旦发生冲突，立即停止发送，以避免信道浪费。（CD：CollisionDetect）检测方法：冲突时，信号电平因叠加变高（电平检测），或集线器上有两个以上端口活动（逻辑检测）。若传输延迟为t，则发送经过2t 后不必再进行冲突检测。

5.多路访问协议——无冲突协议

设：数据长度为d，每一帧额外开销为N

·预订协议：先申请信道，然后按序访问（基本位图法）

信道利用率：

·自定协议：利用站点自带信息决定使用信道的顺序（二进制地址倒计数法）

信道利用率：

·特定信息指挥：由监控站指定站发送令牌，有令牌才能发送，令牌沿环传递

6.多路访问协议——有限竞争协议

轻负载时，竞争协议具有低延迟的优点，而重负载时，无竞争协议具有较高的信道利用率，于是产生了有限竞争协议：给分组，组间采用竞争协议，组内采用无冲突协议，轻载时增加组成员数量，重载时增加组数量

7.共享式以太网：采用集线器(Hub，物理层设备)，一个集线器连接所

有站点，采用共享电缆，多个站点同时发送就会产生冲突

8.交换式以太网：采用交换机(Switch，数据链路层设备)，交换机仅仅

把数据放至目的站所在的端口，提供独享信道，多站同时发送时，只要目的不同就不会冲突

共享式和交换式以太网可以结合使用。

9.网桥：用于局域网之间的互连，工作于数据链路层，采用存储转发

技术，接收局域网上的所有帧，并按地址转发。不同LAN之间可能会进行协议转换。

核心技术：

·存储转发，便于速率匹配、协议或信号转换

·按址转发，只转发跨LAN数据，实现网间隔离，允许多端口同时收发，而集线器不允许多个端口同时转发，且一个端口收到数据要向所有端口发送

·协议转换

常用的网桥技术：透明网桥(TransparentBridge)：收集所有数据帧，根据MAC地址查表转发。地址表维护方式有逆向学习法、生成树算法。逆向学习法通过接收帧掌握站点信息，生成树法在反向地址学习中形成环路时裁剪分支破坏环路。

注意：

网桥接收所有的数据－－透明性

用户站点并不知道网桥的存在，因此以为目的站是直接相连的。

网桥对未知目的地数据采用扩散方式，一定要送到目的。

对于广播帧，网桥要将其转发到各个端口

（注意与路由器相比）

网桥隔离了冲突域

存储转发的机制使桥两端可以同时有数据在线

（注意与集线器相对比）

无论如何，网桥在数据链路层互连，其结果就是实现所有的站点

“直接相连”。其互连规模有限，隔离性也有限

10.交换机：全硬件实现网桥的功能（生成树除外），交换机在相同类

型的LAN下交换数据，交换机采用部分存储转发形式，只存储目

的地址后即开始转发。

三、测试

1.写出介质访问控制子层的主要功能。

2.求经典10Mbps以太网的波特率。

3.N个站共享一个56kbps的纯ALOHA信道，每个站平均每100秒输

出一个1000位长的帧，既是前面的帧还没有被发送出去。求N的

最大值。

4.一群ALOHA用户每秒钟产生50个请求，包括原始请求和重传请

求。时间槽单位为40ms。求：

（1）第一次发送成功的机会

（2）恰好k次冲突后发送成功的概率

（3）传输次数的期望