自考-04741计算机网络原理

发表于 2017-12-01 更新于 2019-04-19 分类于考试阅读次数：本文字数： 19k 阅读时长 ≈ 17 分钟

单选 25题 25分
填空 10题 10分
简答 6题 30分
综合 4题 35分

重点：综合，单选，填空，简答

目前最新的是 2018 版，博客的内容是旧版的。下面的慕课是新版主编人的课，大部分内容相似，有参考价值
慕课

计算机网络原理精讲(2018版)

第一章计算机网络概述

计算机网络的发展

计算机网络的四个发展阶段（识记）
- 面向终端的计算机网络
- 计算机–计算机网络
- 开放式标准化网络
- 因特网广泛应用与高速网络技术的发展
电信业务网，广播电视网，计算机网络三大网络的基本知识（识记）
- 电信业务网是以电话网为基础逐步发展起来的。
- 电话系统由三个主要的部件构成：本地网络；干线；交换局；
- 目前电话双绞线上网主流速率56Kbps，物理极限64Kbps
- bps(bits per second)即比特率、比特/秒、位/秒、每秒传送位数，数据传输速率的常用单位
广播电视网：有线电视网（CATV）
计算机网络：初期主要是局域网（LAN)，广域网（WAN)是在Internet大规模发展后才进入平常家庭，目前主要依赖于电信网。
宽带网络（识记）
- 分为宽带骨干网（核心交换网）基于光纤通信系统的；宽带接入网；
- 电信业一般认为速率达到2Gbps的骨干网称做宽带网。
- 接入网根据传输介质分为：光纤接入，铜线接入，光线同轴电缆混合接入和无线接入等多种类型。
- 宽带接入技术分为：有线，无线两种。
全光网络（All Optical Network,AON)是以光节点取代现有网络的电节点，并用光纤将光节点互连成网，采用光波完成信号的传输，交换等功能。
多媒体网络：指能够传输多媒体数据的通信网络。需要满足交互性和实时性的要求。表现在：
- 高传输带宽要求：压缩标准有ITU-T的H.261，H.263，和ISO的MPEG等
- 不同类型的数据对传输要求也不同：
  - 语音对实时性要求强，带宽要求不高。
  - 高质量视频对实时性和带宽要求都很高。
  - 多媒体对误码率要求不同，关键帧出错无法恢复，解压，回放，非关键帧出错仅会导致画质下降，一定程度是可以容忍的
- 对多媒体传输有连续性和实时性要求
- 对多媒体传输有同步的要求
- 具有多方参与通信的特点：视频会议要求成员之间可以通信；视频点播要求同时发向多个用户
移动网络以及下一代网络的未来发展趋势（识记）
将计算机网络和移动通信技术结合起来，为用户提供移动的计算环境和新的计算模式。主要技术有：
- 蜂窝式数字分组数据（Cellular digital Packet Data， CDPD）通信平台，特点是无线和可移动
- 无线局域网（Wireless LAN， WLAN）：以微波，激光，红外线等实现物理层和数据链路层功能，传输速率可达几十Mbps
- Ad hoc网络：是一种由一组用户群构成，不需要基站，没有固定路由器的移动通信模式。
- 无线应用协议WAP（Wireless Application Protocol）：崭新的，开放的全球化协议。让用户使用内置浏览器在电话上访问Internet
- 下一代网络NGN（Next Generation Network)：是一个基于分组的核心网络（有别于之前的时分复用网络）
  - 能够提供包括电信业务在内的多种业务
  - 支持多种宽带能力和具有按需求的服务质量（QoS）进行传送的技术
  - 实现业务相关功能与底层传送技术的独立

计算机网络的基本概念

计算机网络的定义（领会）：就是利用通信设备和线路将地理位置不同的，功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议，信息交换方式和网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统，一个计算机网络是由资源子网和通信子网构成的。
计算机网络的两大组成部分（领会）：
- 资源子网-负责全网的数据处理和向用户提供网络资源及服务。信息处理
  - 提供资源的主机HOST和请求资源的终端T（terminal）
  - 他们都是信息传输的源节点或宿节点，也统称为端结点
  - 包括主计算机及其附属设备，终端及终端控制器等。
- 通信子网-负责信息传递
  - 网络节点（转接结点、中间节点）和通信链路组成，作用是控制信息的传输和在端结点之间转发信息。
  - 信息在两端节点之间传输时，可能要经过多个中间节点转发，称为“存储-转发”，广域网WAN一般都采用这种传输方式。
  - 局域网LAN一般采用”广播“传输方式
计算机网络的功能：软/硬件资源共享，用户间信息交换（识记）
计算机网络的典型应用（识记）
- 办公自动化OA
- 远程教育
- 电子银行
- 证券及期货交易
- 校园网
- 企业网络
- 智能大厦和结构化综合布线系统

计算机网络的分类 *

按拓扑结构：星形，总线形，环形，树形，混合形，网形（识记）
选择网络拓扑结构时，考虑因素：
- 可靠性
- 费用
- 灵活性
- 响应时间和吞吐量
网络拓扑根据通信子网中通信信道类型分为
- 点–点线路通信子网：每条物理线路连接一对结点：星形，环形，树形，网状型
- 广播信道通信子网：一个公共的通信信道被多个网络节点共享。总线形，树形，环形，无线通信与卫星通信型。
各种网络拓扑结构的特征（识记）
- 星形：
  - 优点：控制简单；故障诊断和隔离容易；方便服务
  - 缺点：电缆长度和安装工作量可观；中央节点的负担较重，形成”瓶颈“；各站点的分布处理能力较低。
- 总线拓扑
  - 优点：所需电缆数量少；结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性；易于扩充，增加或减少用户比较方便；
  - 缺点：传输距离有限，通信范围受到限制；故障诊断和隔离较困难；分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实时功能，大业务量降低了网络速度
- 环形拓扑
  - 优点：电缆长度短；可使用光纤；所有计算机都能公平地访问网络的其他部分，网络性能稳定。
  - 缺点：节点故障会引起全网故障；加入和撤出过程较复杂；采用令牌传递的方式，在负载很轻时，信道利用率比较低。
- 树形拓扑
  - 优点：易扩展；故障隔离容易
  - 缺点：各节点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。
- 混合形拓扑：”星–环“拓扑；“星–总”拓扑
  - 优点：故障诊断和隔离较为方便；易于扩展；安装方便
  - 缺点：需要选用带智能的集中器；电缆安装长度会增加
按网络交换方式分：电路交换网，报文交换网，分组交换网（首次在ARPANET上使用）（识记）
按网络的覆盖（地理）范围：广域网，局域网，城域网（识记）
按网络传输技术：广播方式，点对点方式（识记）

计算机网络的标准化 *

主要标准制定机构：ISO，ITU，IETF（识记）
- ISO国际标准化组织，自发不缔约组织，由各技术委员会（TC)组成。中国1980年开始也参加了OSI的标准工作。
- 国际电信联盟(ITU)
- 国际电信联盟电信标准化局(ITU-T)
- 美国国家标准局（NBS)
- 美国国家标准学会（ANSI)
- 欧洲计算机制造商协会（ECMA)
- 因特网工程特别任务组（IETF）任务：简化现存标准并开发一些新的标准

1984年，国际标准化组织ISO颁布了”OSI/RM开放系统互连基本参考模型”的国际标准ISO7498，简称OSI/RM。
计算机网络的实例：因特网，公用数据网，SNA是计算机网络的三个实例。
因特网的前身是ARPANET；公用数据网是负责完成节点间通信任务，向全社会公众开放服务的通信子网；
SNA是IBM公司用于计算机网络产品的设计规范，他描述了网络部件的功能以及通过网络传输信息和控制网络配置，运行的逻辑构造，格式和协议等。
一个计算机网络是由（资源子网）和（通信子网）构成的
计算机网络中的共享资源主要指（硬件）（软件）和数据
在网络应用系统中，Client/Server体系结构是在网络基础之上，以（数据库管理）系统为后援，以（微机）为工作站的一种系统结构。
最早出现的计算机网络是（ARPANET）
计算机网络中负责节点间通信任务的那一部分称为（通信子网）
信息在两端节点之间传输时，若要经过多个中间节点转发，则称这种传输方式为（存储-转发）；局域网一般采用广播的传输方式。
面向终端的计算机网络和计算机-计算机网络的主要区别在于（多处理中心）；计算机-计算机网络具有多处理中心。
Internet网络最基本，最重要而且使用最广的服务是（E-Mail）
中国教育科研计算机网的缩写是（CERNET）
下列哪一种网络服务允许你维护网络中的对象的信息（目录服务）
文件服务；报文服务；目录服务；数据库服务；
计算机网络的主要功能：硬件资源共享，软件资源共享和用户信息交换。
(国际标准化组织ISO)是一个自发的不缔约组织，由各技术委员会组成。
校园网广泛采用（客户/服务器）服务模式，其资源分布一般采用（层次）结构。
一般认为具有三A的大厦，可视为智能大厦，三A指（CA通信自动化）（OA办公自动化）（BA楼宇自动化）
主要由各成员国的邮政，电话和电报部门组成的国际化条约组织为（CCITT（现改名ITU-T））
我们俗称的家庭办公，属于计算机网络的一种（远程交换）应用形式。
计算机集成制造系统CIMS为（柔性自动化）系统

第二章计算机网络体系结构

网络的分层体系结构

网络通信协议三要素：语义，语法，定时（识记）*
网络协议定义：计算机网络中为进行数据交换而建立的规则，标准或约定的集合就称为网络协议(Protocol)
- 语义(Semantics):涉及用于协调与差错处理的控制信息
- 语法(Syntax)：涉及数据及控制信息的格式，编码及信号电平等
- 定时（Timing）：涉及速度匹配和排序等
网络分层体系结构的概念和计算机网络体系结构，协议的概念（识记）
网络分层体系结构的概念（识记）：计算机网络各层次结构模型及其协议的集合，称为网络的体系结构。
层次结构的要点：
- 除了物理介质上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。
- 对等层的虚通信必须遵循该层的协议
- n层的虚通信是通过n/n-1层接口处n-1层提供的服务，以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的
层次结构划分的原则
- 每层的功能应是明确的，并且是相互独立的
- 层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少
- 层数应适中
世界上第一个网络体系结构是IBM公司1974年提出的，命名为“系统网络体系结构SNA”

OSI/RM开放系统互连参考模型

OSI参考模型及每层的功能。OSI/RM对等实体的通信（领会）
OSI包括三级抽象：体系结构，服务定义，协议规范。
体系结构定义了一个七层的模型，用以进行进程间通信

通信服务可以分为两大类：面向连接服务，无连接服务

TCP/IP参考模型

TCP/IP参考模型及每层的功能，TCP/IP协议簇内容（领会）

特点

开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统
独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网，广域网，更适用于互联网中
统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都有唯一的地址
标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务

OSI/RM与TCP/IP参考模型的比较

两者相似之处：基于协议栈的概念，分层体系结构（识记）
不同之处：层的数目不同，面向连接的和无连接的通信范围不同（识记）
OSI网络层同时支持无连接和面向连接的通信；传输层上只支持面向连接的通信；
TCP/IP模型的网络层只有无连接通信，传输层上同时支持两种通信模式；
面向连接的和无连接的服务机制（领会）

SMTP为简单邮件传送协议；
DNS为域名服务；
FTP为文件传输协议；
TELNET为远程终端访问协议；

课后题

说明协议的基本含义，三要素的含义与关系。
协议与服务有何区别？又有何关系？

第三章物理层

主要功能是实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。
直接面向实际承担数据传输的物理介质（即通信信道）
物理层的传输单位为比特(bit)，即一个二进制位0或1。
注意：物理层不是指具体的物理设备，也不是指信号传输的物理介质，而是指在物理介质上为上一层（数据链路层）提供一个传输原始比特流的物理连接。

物理层接口与协议

物理层上的协议有时也称为接口。协议规定了与建立，维持及断开物理信道有关的特性，包括机械的，电气的，功能性的和规程性的四个方面。
只关心比特流信息的传输，不涉及各比特之间的关系（包括信息格式及其含义），对传输差错也不做任何控制；

物理层的定义和功能（识记）
定义：ISO定义为：在物理信道实体之间合理地通过中间系统，为比特传输所需的物理连接的激活，保持和去除提供机械的，电气的，功能性和规程性的手段。比特流传输可以采用异步传输或同步传输完成。

ITU在x25建议书第一级中定义：利用物理的，电气的，功能的和规程的特性在DTE和DCE之间实现对物理信道的建立，保持和拆除功能。

DTE，DCE的定义（识记）
DTE(Data Terminal Equipment)指数据终端设备，是对属于用户所有的联网设备或工作站的统称；
DCE(Data Circuit-Terminal Equipment/ Data Communication Equipment)指的是数据电路终接设备或数据通信设备，是对为用户提供入网连接点的网络设备的统称，如自动呼叫应答设备，调制解调器等。
常用的25芯，9芯连接器标准（识记）

数据，控制，定时及接地四类接口信号线，规程特性（识记）
接口信号线按功能分为：数据信号线，控制信号线，定时信号线，接地线四类
物理层中较重要的新规程是EIA RS-449及X.21，IEA RS-232C仍是目前最常用的异步通信接口
100系列和200系列接口标准（识记）
ITU V.24 建议采用数字命名法，用于DTE-DCE接口时，信号线名称均为”1xx“,故称其为100系列接口信号线；
采用DTE-ACE（Automatic Calling Equipment 自动呼叫设备）接口时，信号线名称均为”2xx“,故称其为200系列接口信号线；
100系列作为DTE与不带自动呼叫设备的DCE之间的接口。
200系列完成DET与自动呼叫设备的接口
X.21，X.21 bis建议（识记）
bis是法语”替换物“的意思
电气连接方式（领会）

DTE与DCE接口的电气连接方式：非平衡方式，采用差动接收器的非平衡方式及平衡方式三种

发送端将信号调制成为对称的信号用双线发送，称为平衡发送；发送如采用单线（对应有参考电平），称为非平衡发送；接收端采用对称接收称为平衡接收；接收端采用非对称接收（单线接收对应一个基准电平）称接收为非平衡接收。例如差动电路就是一种平衡方式。

平衡传输和非平衡传输的区别：
　平衡传输是指信号传输线的有两个输入端，一个地线。
　不平衡传输是指信号传输线的有一个输入端，一个地线。当有共模干扰存在时，由于平衡传输的两个端子上受到的干扰信号数值相差不多，而极性相反，干扰信号在平衡传输的负载上可以互相抵消，所以平衡电路具有较好的抗干扰能力。

非平衡方式：采用分立元件技术设计的非平衡接口，每个电路使用一根导线，收发两个方向共用一根信号地线，信号速率<= 20Kbps，传输距离<=15米。
由于公用信号地线，所以会产生比较大的串扰。RS-232C与之兼容
采用差动接收器的非平衡方式。采用集成电路技术设计的非平衡接口，与上面相比，发送器仍使用非平衡式，但接收器使用差动接收器。每个电路是用一根导线，但每个方向都使用独立的信号地线，使串扰信号较小。速率可达300Kbps，距离为10m（300Kbps时）-1000m(<=3Kbps时)。RS0423与之兼容。
平衡方式：采用集成电路技术设计的平衡接口，使用平衡式发送器和差动式接收器，每个电路采用两根导线，构成各自完全独立的信号回路，使串扰信号减至最小。速率<=10Mbps，距离为10M（10Mbps时）- 1000m(<=100Kbps时)
EIA RS-232C接口标准，EIA RS-449及RS-422与RS-423接口标准（领会）
RS(Recommended Standard)推荐标准，232表示标识号码，C表示已被修改过的次数
232使用25芯连接器，逻辑1电平为-15V到-5V，逻辑0的电平为+5V到+15V。+-5V为过渡区，不做定义。
设备直联（不用调制解调器）距离<=15m
0-5V TTL电平

传输介质

多模光纤和单模光纤（识记）
使用发光二极管LED，电流通过时产生可见光，但定向性较差，是通过在介质内不断反射向前传播的，这种光纤称为多模光纤
使用注入型激光二极管ILD，根据激光器原理工作，产生的是激光，定向性好，可以沿着光导纤维直接传播，减少了折射和损耗，效率更高，距离更大，还可以保持很高的数据传输率，称为单模光纤。
无线传输介质：无线电波，微波，红外线和激光，卫星通信（识记）
有线传输介质：双绞线，同轴电缆和光纤，基带同轴电缆和宽带同轴电缆（领会）

数据通信技术

数据传输率

数据传输速率（比特率）：是指每秒能传输的二进制信息位数，单位为位/秒(Bits Per Second)，记作bps或b/s，$$R=\frac{1}{T}×log_2N (bps)$$
式中T为一个数字脉冲信号的宽度（全宽码情况）或重复周期（归零码情况），单位为秒
一个数字脉冲也称为一个码元，N为一个码元所负载的bit数，也称调制电平数，N一般取2的整数次方值。

信号传输速率（码元速率，波特率，调制速率）：表示单位时间内通过信道传输的码元个数，也就是信号经调制后的传输速率。
$$B=\frac{1}{T} (Baud)$$

1波特表示每秒传输一个码元符号，而通过不同的调制方式，可以在一个码元符号上负载多个bit位信息。

打个比喻来说：波特率表示单位时间内经过的卡车，而比特率表示卡车上装多少箱货物。

上面两式合并可得：$$R=B×log_2N (bps)$$
数据传输速率和波特率之间的关系

在二元调制方式中R和B都取同一值。但在多元调制的情况下，必须将他们分开。例如：四相调制方式，即N=4，且$T=833×10^{-6}$秒，可求出：
数据传输速率：$R=\frac{1}{T}×log_2N=\frac{1}{833×10^{-6}}×log_24=2400 (bps)$

而调制速率（波特率）：$B=\frac{1}{T}=\frac{1}{833×10^{-6}}=1200 (Baud)$

信道容量：表示信道传输数据的能力，单位也是位/秒（bps）.是信道最大的数据传输速率
奈奎斯特（Nyquist)首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值B与信道带宽H的关系：$$B=2×H (Baud)$$
其中，H是信道带宽，也称频率范围，即信道能传输的上，下限频率的差值，单位为Hz。

信道传输能力的奈奎斯特公式：$$C=2×H×log_2N$$

有噪声信道传输能力的香浓公式： $$C=H×log_2N(1+S/N)$$
S表示信号功率，N为噪声功率，S/N为信噪比。常表示成 $10log_{10}(S/N)$ ，以分贝(dB)为单位来计量，例如：信噪比为30dB，带宽为3KHz的信道最大数据传输速率为：$C=3K×log_2(1 + 10^{30/10})=3K×(1+1001)\approx30Kbps$

数据和信号的定义（识记）
可以定义为有意义的实体，它涉及事务的存在形式。分为模拟数据和数字数据。
模拟数据是某个区间内连续变化的值；数字数据是离散的值；

信号：是数据的电子或电磁编码。也可分为模拟信号和数字信号
模拟信号是随时间连续变化的电流，电压或电磁波，可以利用其某个参量（如幅度，频率，相位等）来表示要传输的数据；
数字信号是一系列离散的电脉冲，可以利用其某一瞬间的状态来表示要传输的数据。

信息：数据的内容和解释；
信源：通信过程中产生和发送信息的设备或计算机；
信宿：通信过程中接收和处理信息的设备或计算机；
信道：是信源和信宿之间的通信线路；

放大器和中继器的作用（识记）

模拟传输系统要用放大器来增强信号中的能量，但同时也会使噪音分量增强，以至于引起信号畸变。
中继器：接收衰减了的数字信号，把数字信号恢复为0，1的标准电平，然后重新传输这种新的信号，这样就有效地克服了衰减。

数据通信的定义（识记）
误码率的定义（识记）
是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标，他定义为二进制数据位传输时出错的概率。
设传输的二进制数据总数为N位，其中出错的位数为$N_e$，则误码率表示为：$$P_e=N_e/N$$
计算机网络中，一般要求误码率低于$10^{-9}$，即平均每传输$10^9$位数据仅允许错一位。
模拟数据或数字数据用模拟信号或数字信号表示的概念（领会）
MODEM和CODEC作用（领会）
数字数据可以用模拟信号表示：使用MODEM将数字信号转为模拟信号，把模拟信号转为数字信号；
模拟数据可以用数字信号表示：CODEC（Coder Decoder）编码解码器
带宽，信号状态数和信噪比的含义（领会）
并行和串行通信方式，串行通信的单工，半双工和全双工方式（领会）
通信有两种基本方式：串行方式和并行方式。通常并行方式用于近距离通信，串行方式用于距离较远的通信。
并行的数据传送线也叫总线，如并行传送8位数据就叫8位总线。

串行通信：通过并行转串行硬件设备发送，然后通过串行转并行硬件设备接收。
串行数据通信的方向性结构有三种：单工，半双工，全双工。
单工数据传输只支持数据在一个方向上传输。
半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，因而半双工实际上是一种可以切换方向的单工通信。
全双工数据传输允许数据同时在两个方向上传输，因此全双工通信是两个单工通信方式的结合，要求收发设备都有独立的接收和发送能力。

频分多路复用技术，时分多路复用技术和波分多路复用技术的实现条件及工作原理（领会）
多路复用：数据通信系统或计算机网络中，传输介质的带宽或容量往往超过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）。

频分多路复用技术FDM：将物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道传输一路信号。
多路原始信号在频分复用前，先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，使信号的带宽不互相重叠。
使用频分多路复用器MUX来实现。
时分多路复用技术TDM：将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用。
ITU建议了一种2.048Mbps速率的PCM载波标准，称为E1载波（欧洲标准）
波分多路复用技术WDM：光纤上的WDM基本原理是，假定有4条光纤汇合到一个组合器中，发送到远端，每条光纤的能量位于不同的波长处。通过组合器组合到一条共享的光纤上，在远端又被分离器分离到与发送端一样多的4天光纤上。每条光纤上的过滤器能够过滤出某一波长的光，其他波长被过滤掉。

同步传输和异步传输的工作原理和特征（领会）
数据传输速率及其单位bps，信号调制速率及其单位波特的定义（简单应用）
数据传输速率与信号调制速率的关系（简单应用）
计算信道容量的两个经典公式：奈奎斯特公式和香农公式（综合应用）
带宽为64MHz的信道，每个码元8个离散值，无噪音情况下，最大数据传输速率是多少
根据奈奎斯特公式：c=2H×log2N
=2×64M×log2(8) = 384Mbps

有一受随机噪声干扰的信道，其带宽为4KHz，信噪比为30dB。试求出最大数据传输速率。
因H=4KHz，信噪比为30dB, S/N= 10^(SNR/10)
由香农公式：C=H × (1+S/N)
=4Khz × (1+10^(30/10))
=4k×1001
=4k×10^3
=40kbps
所以，最大的数据传输速率为：40kbps

采用每种相位各有2种调幅的调制方法，在带宽为8KHz的无噪声信道上传输数字信号，若要达到64Kbps的数据速率，至少需要多少种不同的相位？
答：
设相位数为x，
C=2H×log2(2x);
64Kbps=2×8KHz×log2(2x);
log2(2x) = 4;
2x=16; x = 8;

2016年4月采用4种相位和4种振幅的QAM调制方法，试计算在信号传输速率为1200Baud的无噪声信道上能达到的数据传输速率（写出计算过程）

答：
根据奈奎斯特公式：信号传输速率=2×带宽，信号表示位=4×4=16
信号传输速率=2×H 既1200=2×H
最大数据传输速率=2×H×log2N
=1200×log2(16)
=4800bps

采用QAM-16调制方式传输300KB的数据需要256秒，计算最小调制速率

$$信号传输速率=300×1024×8/256 = 9600bps$$

$$调制速率=9600÷(log_2(16)) = 2400Baud$$

在无噪声情况下，若某通信链路的带宽为3KHz，采用4个相位，每个相位具有4种振幅的QAM调制技术，则该通信链路的最大数据传输速率是__B__。
A．12 Kbps
B．24 Kbps
C．48 Kbps
D．96 Kbps
[解析] 依题意，某通信链路的带宽W=3KHz，采用4个相位，每个相位具有4种振幅的QAM调制技术，则信号状态个数共有4×4=16种。在无噪声情况下，根据奈奎斯特准则可得该通信链路的最大数据传输速率，即Rmax=2Wlog2N=2×3×10^3×log2(16)=6×10^3×4=24×103bps=24Kbps。

已知信道带宽为6KHz、采用四相调制技术，分别计算在不考虑噪声情况下和信噪比为30dB情况下的最大数据传输速率。(要求写出计算过程)

不含噪音，根据奈奎斯特公式，数据传输速率等于 C=2×H×LOG2N 因为题目给出H为6KHZ ，四相即N=4 所以C=2×6K×2=24Kbps
信噪比30db，根据香农公式 C=H×log2(1+1001)=6K10=60Kbps

若采用同步时分复用TDM技术，一条带宽1.92Mbps的线路可以复用多少条64Kbps的信道?该线路上1秒钟最多可以传输多少个以太网的数据帧?(要求写出计算过程) 可以复用信道数量=1.92M/64K=30条信道由于以太网帧最小必须是64字节，也就是64×8比特大小 P173 1.92M/（64×8）=3750个帧每秒

260比特的移动语音音频，采样频率为50Hz，假定不压缩，则传输所需要的带宽是多少
每秒需要传输的数据=260×50=13000bit
所需带宽为13Kbps

月球到地球的距离大约为3.8×10^5km，架设一条200Kbps的点到点链路，信号传播速度为光速，将一幅照片从月球传到地球需要501.3s，求照片字节数
答：
距离为3.8×10^8m，光速约为3.0×10^8m/s 光传输时间大约为3.8/3.0 =1.3s
实际传输时间为501.3s-1.3s=500s
字节数= 500s×200k/8=12500KB

标准的以太网帧最大可以发送长度1518字节，指的就是这个。去掉以太网头14个字节，再去掉尾部的校验和FCS
4个字节，留给上层协议也就是(1518-14-4)=1500个字节，这个就是MTU的由来。
标准以太网帧长度下限为：64 字节
标准以太网帧长度上限为：1518 字节

数据编码

调幅，调频和调相的工作原理（识记）
调幅：用不同的振幅来表示0和1
调频：用两个或多个不同频率的连续波表示0和1
相位调制：用不同的相位角度表示0和1

归零码和不归零码，单极性码和双极性码（识记）

单极性不归零码：无电压表示0，恒定正电压表示1。判断门限为半幅度电平，即0.5-1.0表示1。0.5-0表示0
双极性不归零码：正电流表示1，负电流表示0。正负幅度相等。
以上编码都是每一位编码占用了全部码元的宽度，属于全宽码，也叫不归零码NRZ(Non Return to Zero)。如果重复发送1码，需要连续发送正电流，码元之间没有间隙，不易区分。

单极性归零码：发1码时，发出正电流，持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲。0码仍然不发送电流。
双极性归零码：发正负窄脉冲。码元间隔时间大于窄脉冲宽度。

数字数据的模拟信号编码（领会）
各种正交振幅调制（QAM）的工作原理和性能（领会）
ADSL工作原理，性能和特点（领会）
数字数据的数字信号编码（领会）
位同步法的工作原理，群同步法（起–止式同步法）的工作原理（领会）

位同步：接收端每一位数据都要和发送端保持同步。
群同步：传输的信息被分成若干”群“，一般以字符为单位，在每个字符前面冠以起始位，结束处加上终止位，从而组成一个字符序列。

模拟数据的数字信号编码（领会）
曼切斯特编码的编码原理（简单应用）
曼切斯特编码：每一位的中间有一跳变，从高到低的跳变表示1，从低到高的跳变表示0.
差分曼切斯特编码：使用开始时有无跳变表示，无跳变表示1，有跳变表示0

采样定律及采样，量化，编码三过程及量化级与编码位数的关系（简单应用）
T1载波和E1载波的帧结构（简单应用）

数据交换技术

电路交换；报文交换；分组交换；高速交换

高速交换技术的工作原理和特点（识记）
结合电路交换和分组交换，并与光传输技术融合。
电路交换技术的工作原理和特点（领会）
在源节点与目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用物理连接线路，直到数据传输结束。

电路建立，数据传输，电路拆除三个阶段

报文交换技术的工作原理和特点（领会）
分组交换技术（虚电路分组交换和数据报分组交换）的工作原理和特点（领会）

类似报文交换，但是分组长度有限之后，可以缓存在内存中，而不是硬盘上，提高了交换速度。
虚电路方式：源节点和目的节点先建立一条逻辑通路。

各种数据交换技术的性能比较

课后题：

第四章数据链路层

数据链路层的功能

数据链路层的功能：帧同步功能，差错控制，流量控制，链路管理功能（识记）
帧同步功能：字符填充法，比特填充法，违法编码法和字节计数法（领会）

字符填充法：使用特定的字符来界定一帧的始终。数据中如果出现同样字符需要在前面填充一个转义控制字符DLE。使用麻烦，依赖字符编码集，兼容性差
比特填充法：使用一组特定的比特界定一帧的始终。数据中如果出现同样编码，使用“0比特填充法”处理。
违法编码法：只能在物理层采用特定的比特编码方法时采用。例如曼切斯特编码方法中，高高，低低电平是违法的，用来界定一帧的始终。
字节计数法：以一个特殊的字符表示一帧的开始，并以一个专门字段表示帧内字节数。

差错控制：反馈重发，超时计时器以及帧编号的原理（领会）
流量控制：停止等待方案，滑动窗口机制（领会）

差错控制

随机热噪声引起的随机错和冲击噪声引起的突发错（识记）
奇偶校验码（水平垂直奇偶校验码）的算法，检错能力和编码效率（简单应用）
垂直奇偶校验：检测出所有奇数位错，检测不出偶数位错;编码效率R=p/(p+1)；偶校验：每位异或运算；奇校验：偶校验在和1做异或
水平奇偶校验：所有突发长度<=p的突发错误;编码效率R=q/(q+1)
水平垂直奇偶校验：能检测出所有3位或3位以下的错误，奇数位错，突发长度<=p+1的突发错，很大一部分偶数位错。还能纠正部分差错。
编码效率：R=pq/[(p+1)(q+1)
]
循环冗余码的算法，检错能力和编码效率（简单应用）
CRC(cyclic redundancy code)又称多项式码：漏检率比奇偶检验低很多也便于实现。
检错能力：所有奇数位错，所有双比特的错，所有<=校验位长度的突发错
生成多项式，模2除的概念和应用（简单应用）
已知CRC生成多项式和要发送的二进制数据，求循环冗余校验码
解题思路：
生成多项式计算CRC
1 生成多项式转换成二进制序列，如果最高次幂R为4则，二进制位数为5即R+1位
2 将待发送二进制序列左移R位，尾部填0，也就是添加多项式最高次幂个0
3 要知道“模二除法”怎么算
余数首位是1，商就是1，余数首位是0，商就是0。

设要发送的二进制数据为101100111101，CRC生成多项式为X4+X3+1，试求出实际发送的二进制数字序列(要求写出计算过程)。
转换多项式为二进制数据=11001
处理待发送数据：1011001111010000
商1000000011 余1110
101100111101+1110

冗余位的求算（简单应用）
冗余位=信息位尾部添加多项式最高次幂位数个0，然后除以多项式

基本数据链路协议

停等协议（简单应用）
发送一帧后等待接收方返回确认信息，再发送下一帧。
实现简单，缓冲区小。因为要等待确认，所以信道利用率不高。
顺序接收管道协议（简单应用）
一次性发送若干帧，然后接收若干返回确认信息。接收方如果发现有错误，则错误和后面的帧全部丢弃。发送方超时自动重发最后确认帧后面的所有帧。
滑动窗口用来控制已发送尚未确认的帧数，接收方窗口指示允许接收的帧的序号
选择重传协议（简单应用）
不丢弃出错帧后面的正确帧数据，放到缓冲区，等出错帧重发正确后，在一起提交。

停等：发送窗口=1，接收窗口=1
Go-back-N 发送窗口>1，接收窗口=1
选择重传：发送窗口>1，接收窗口>1

链路控制规程

分为异步协议和同步协议两大类。
异步协议：以字符为独立的信息传输单位，对字符内的比特实现同步，字符之间的间隔时间是不固定的。每个字符都要添加起始位，校验位，停止位等冗余位，信道利用率不高
同步协议：以许多字符或比特组织成的数据块–帧为传输单位。在帧的起始处同步，使帧内维持固定的时钟。
同步协议分为：面向字符（最早提出的同步协议），面向比特，面向字节计数的同步协议三种类型。

任何链路层协议均可由：链路建立，数据传输，链路拆除三部分组成。

面向字符的同步控制协议BSC：10个传输控制字符，两类报文格式（简单应用）

BSC协议将信息分为：数据报文和监控报文两类。
监控报文分为：正向监控和反向监控两种。
每一种报文至少包含一个传输控制字符，用以确定信息的性质或实现某种控制作用。

数据报文：报头（可选）+文本，发送方收到确认后才能发送下一块
BSC的数据块有四种格式：

单独块或是最后一块：SYN SYN STX 报文 ETX BCC
带报头的单独块：SYN SYN SOH 报头 STX 报文 ETX BCC
分块的第一块：SYN SYN SOH 报头 STX 报文 ETB BCC
分块的中间块：SYN SYN STX 报文 ETB BCC

BSC的监控有四种格式：

确认：SYN SYN ACK
否认：SYN SYN NAK
拆除：SYN SYN EOT
轮询：SYN SYN P/S前缀站地址 ENQ

面向比特的同步控制协议HDLC：帧格式，三种帧类型（简单应用）

High-level Data Link Control:

HDLC：面向比特，。
帧格式：标志地址控制信息帧校验序列标志
F A C I FCS F
01111110 8位 8位 N位 16位 01111110

FCS：多项式由ITU V.41规定为$X^{16}+X^{12}+x^5+1$
“0比特插入法”：除了标志以外的所有字段如果连续出现5个1就在后面添加0.

帧类型：有信息帧（I帧），监控帧（S帧）和无编号帧（U帧）

bit1-8顺序
信息帧（I帧）:控制字段bit1为0，bit2-4 N(S)存放发送帧序号，bit6-8 N(R)预期要接收的帧序号

监控帧（S帧）: 帧长48位，控制字段bit1,2为10，无信息字段，帧长6个字节。bit3,4为类型编码：
00-接收就绪（RR），01-拒绝（REJ），10-接收未就绪（RNR），11-选择拒绝（SREJ）

无编号帧（U帧）:控制字段bit1,2为10，不包含N(S),N(R)

特点：

不依赖字符集
可透明传输，“0比特插入法”易于硬件实现
全双工通信
CRC校验
传输控制与处理功能分离，具有较大灵活性。

操作方式：
正常响应方式（NRM：normal responese mode）
异步响应方式（ARM：Asynchronous responese mode)
异步平衡方式（ABM：Asynchronous balanced mode)

因特网的数据链路层协议

SLIP协议（识记）
串行线路IP协议（Serial Line IP, SLIP）
问题：

不支持动态IP分配，必须事先知道对方的IP地址。
无协议类型字段，只能支持IP协议
无校验字段

PPP协议（领会）
点到点协议(Point-to-point Protocol, PPP)

功能：

成帧：可以毫无歧义的分割出一帧的起始和结束。支持错误检测
链路控制：LCP（Link Control Protocol）链路控制协议，支持同步，异步线路，支持面向字节和位的编码方法，用于启动线路，测试线路，协商参数，关闭线路。
网络控制

课后题

考虑一条长度为50Km 的点到点链路，对一个100 字节的分组，带宽为多大时其传播延迟（速度为2×10^8m/s）等于发送延迟？对于512 字节的分组，情况又如何？

答案：
传播延迟：50Km/(2×10^8m/s)=250μs
100字节的分组：100×8/R=250μs，则R=3.2Mbps
512字节的分组：512×8/R=250μs，则R=16384kbps

发送延迟= 字节数×8/带宽

假设在地球和一个火星探测车之间架设了一条128Kbps的点到点链路。从火星到地球的距离（当它们离得最近时）大约是55gm，而且数据在链路上以光速传播，即3X10的8次方m/s

（1）计算链路上的传播延迟
（2）探测车上的一部照相机拍摄周围的照片，并发送回地球。计算从拍完一幅图像到这幅图像到达地球上的控制中心所用的时间。假设每幅图像的大小为5MB。

答案：
（1）传播延迟：550×10^8/(3×10^8) = 183.3s
（2）发送数据延迟：5MB×8/128Kbps = 5000K×8/128Kbps = 312.5s
所用时间：传播延迟 + 发送数据延迟 = 183.3s + 312.5s = 495.8s

下列情况下，假定不对数据进行压缩，对于（1）—（4），计算实时传输所需要的带宽：

（1）HDTV高清晰度视频，分辨率为1920×1080，24位/像素，30帧/秒
（2）8比特POTS（普通的电话服务）语音频率，采样频率为8KHz
 （3）260比特GSM移动语音音频，采样频率为50Hz
 （4）24比特HDCD高保真音频，采样频率为88.2KHz

 答案: (1)1920×1080×24×30     (2)8000×8Bit=64000 B/秒=64 KB/秒
   (3)260×50                (4)24×88.2K = 2.1Mbps

音视频传输所需带宽：
视频：分辨率×像素×帧/秒
音频：比特×采样频率

计算下列情况的时延（从第一个比特发送到最后一个比特接收）：

（a) 1Gbps以太网，其路径上有一个存储转发交换机，分组长度5000比特。假定每条链路的传播延迟为10us，并且交换机在接收完分组后立即开始转发该分组
(b)同（a），但是要经过三个交换机
（c）同（b），但是，假定交换机实现“直通式”转发：就是在收到分组的头（128比特）后立即开始转发该分组.

答案：
(a) 处理延时 T1 = 5000bit/1Gbps=5us
传输延时 T2 = 2×10 = 20us，中间有1个交换机，所以有两条线路
总延时：T = T1+T2 = 25us

(b) 处理延时 T1 = 5000bit/1Gbps=5us
传输延时 T2 = 4×10 = 40us，中间有3个交换机，所以有4条线路
总延时：T = T1+T2 = 45us

(c)处理延时 T1 = 128bit/1Gbps=0.128us
传输延时 T2 = 4×10 = 40us，中间有3个交换机，所以有4条线路
总延时：T = T1+T2 = 40.128us

IP地址分类：
A类IP地址地址范围从1.0.0.0 - 126.0.0.0
B类IP地址地址范围从128.0.0.0 - 191.255.255.255
C类IP地址地址范围从192.0.0.0到223.255.255.255

在IP地址3种主要类型里，各保留了3个区域作为私有地址，其地址范围如下：
A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255
B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255
C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255

第五章网络层

通信子网的操作方式和网络层提供的服务

网络层的功能（领会）
通信子网的两种操作方式：虚电路和数据报（领会）
两种操作所提供的两种服务，两种子网的比较（领会）

路由选择

最优化原则的定义（识记）
静态路由选择策略：泛射路由选择算法（领会）
动态路由选择策略：链路状态路由算法（领会）
移动主机的路由选择。广播路由选择。距离矢量路由算法（领会）
最短路由选择算法（简单应用）
距离矢量路由算法（简单应用）

拥塞控制

拥塞现象的原因（识记）

多条流入线路有分组到达，并需要同一输出线路。此时，如果路由器没有足够的内存来存放所有这些分组，则有的分组会丢失。
因路由器的慢速处理器的缘故，以至于难以完成必要的处理工作，致使有多余的线路容量，分组也需要进入到队列之中。

流量控制和拥塞控制的差异（识记）
拥塞控制的必要性（识记）
拥塞控制的基本原理（领会）
拥塞控制方法（领会）

服务质量

集成服务和区分服务（识记）
标签交换和MPLS的概念（识记）

网络互连

网络互连的基本原理（识记）
网桥技术（识记）
RIP和OSPF，网桥，路由器和网关等国际互连所使用的中继设备及其对应的OSI层次，网桥，交换机，路由器的基本原理（领会）
网络互连的概念，模型，设备（综合应用）

因特网的互连层协议

ICMP协议，IGMP协议（识记）
IP协议，ARP协议与RARP协议，IPv6（领会）

第六章传输层

传输层的功能

传输层的功能和作用（识记）

传输协议

传输连接建立的方法（识记）
传输协议的要素（领会）
传输层的服务（领会）
寻址和端口（简单应用）
建立和释放连接（简单应用）

传输控制协议

TCP的滑动窗口控制，重传策略和拥塞控制（识记）
协议的内容和功能，报文格式（领会）
连接管理机制（领会）

用户数据报协议

协议的内容和功能，报文格式（领会）

第七章应用层

应用层的概念

应用层的地位和作用（识记）

域名系统

域名系统（识记）
IP地址与域名，域名解析原理（领会）

电子邮件

电子邮件的格式（识记）
电子邮件的协议：SMTP，POP3，IMAP的特点

万维网

HTML，浏览器，超文本传输协议HTTP和统一资源定位器URL（识记）
WWW的工作原理（领会）

其他服务

远程登录Telnet（识记）
电子公告板系统BBS（识记）
文件传输协议FTP（领会）

第八章局域网技术

介质访问控制子层

信道访问权的分配：静态分配，动态分配（识记）
局域网的介质访问控制协议：争用协议，无冲突协议，有限争用协议（领会）
介质访问控制（CSMA/CD）（领会）
载波监听多路访问CSMA及非坚持，1-坚持，P-坚持退避算法（领会）
载波监听多路访问、冲突检测CSMA/CD及二进制倒计数协议（领会）
传播延时和传输延时的关系（领会）
CSMA及非坚持，1-坚持，P-坚持退避算法（简单应用）
冲突检测时间和最短帧长的计算（简单应用）

IEEE802标准与局域网

IEEE802标准系列（识记）
局域网的参考模型（领会）
IEEE802.2逻辑链路控制子层（领会）
IEEE802.3：协议，帧格式，MAC功能以及物理层规范（领会）
标准10Mbps的IEEE802.3 LAN的波特率是（20M）
IEEE802.4令牌总线（识记）
IEEE802.5：令牌环，令牌环工作原理，环结构以及操作过程（识记）
以比特度量的环长的计算，令牌环的特点（识记）
以比特度量的环长的计算（领会）
IEEE802.3.4.5的比较（领会）
IEEE802.6：分布队列双总线（领会）
CSMA/CD，以太网，快速，高速局域网，网桥与局域网互连，交换机和交换式局域网（综合应用）

CSMA/CD的基本思想：
当一个节点要发送数据时，首先监听信道，如果信道空闲就发送数据，并继续监听，如果在数据发送过程中监听到了冲突，则立刻停止发送数据，随机等待一段时间后，重新开始尝试发送数据。

设A，B两站相距2km，链路使用CSMA/CD协议，信号传播速率为200000km/s，两站发送速率为1Gbps，A首先发送数据，如果发生碰撞：

A站至多经过多长时间才能检测到发生了碰撞？
最晚要经过2倍的传播延迟才能够检测到：$$T=2×(2km÷200000km/s)=20us$$
假设A要发送的帧足够长，检测到碰撞后，A已经发送了多少位数据？
$$L=1Gbps×20us=20000bit$$

高速局域网

光线分布数据接口FDDI性能，编码，时钟偏移（识记）
FDDI工作原理，帧格式，FDDI组成（识记）
以太网，100Mbps，1Gbps，10Gbps以太网的体系结构（识记）
以太网，100Mbps，1Gbps，10Gbps以太网的物理层规范，MAC方法（领会）

无线局域网技术

无线局域网的特点，技术要求，硬件组成（识记）
无线局域网的连接方案及标准，无线应用协议WAP
无线局域网标准IEEE802.11协议系列，蓝牙技术，IrDA和HomeRF技术，IEEE802.16协议（领会）

移动Ad Hoc网络

移动Ad Hoc网络的特点和应用（识记）
移动Ad Hoc网络的结构和路由协议（识记）
移动Ad Hoc网络与其他移动通信系统的比较（识记）

局域网操作系统

局域网操作系统的演变过程（识记）
局域网操作系统的基本功能（识记）
典型局域网操作系统简介（识记）

计算题

令牌环中最大帧长=数据传输速率×令牌持有时间

FDDI数据传输速率100Mbps，采用4B/5B编码，此编码的效率是80%，最大环长200km，最多可有1000个物理连接。
为了得到信号同步，采用二级编码的方法。即先用4B/5B编码，然后在用倒相的不归零制NRZI编码。保证无论4比特编码为何种组合，其对应的5比特编码中至少有2位1.

设某令牌环网中有50个站点，长度为1Km，数据传输速率为10Mbps，每个站引入2位延迟，信号传播速度为200m／s，数据帧的最大长度为100字节。试求出检测令牌丢失的超时计数器的最小值。
1km长的环网传播延迟为$1Km÷200m/us=5us$
发送最长帧的时间$(100×8bit)÷(10×10^6bit/s)=80us$
50个站的位延迟$(2bit×50)÷(10×10^6bit/s)=10us$
$5us+80us+10us=95us$

某令牌环媒体长度为5km,数据传输速率为16Mbps,环路上共有100个站点,求环的比
特长度。(设每个站点的接口引入1位延迟)
答：
【解析】环的比特长度=5km×5(μs/km)×16Mbps+1bit×100=500bit
【答案】500bit
环的比特长度=信号传播时延×数据传输速率＋接口延迟位数
　　　　　　=环路媒体长度×5(μs/Km)×数据传输速率＋接口延迟位数
式中5μs/Km即信号传播速度200m/μs的倒数

1位延迟等效的电缆长度(米/位)=传播速率/传输速率= 200(m/us)/16Mbps

第九章实用网络技术

分组交换技术

帧中继工作原理及应用（识记）
原理：将数据链路层和网络层进行融合，目的是减少层次间的接口处理，优化冗余项。

应用：既可作为公用网络接口，也可作为专用网络接口。

局域网的互连
语音传输
文件传输

X.25协议：协议层次，分组格式，分组类型（识记）
帧中继帧格式（领会）

异步传输模式

定义，工作方法，功能（识记）
ATM特征，基于Cell的分组交换技术，信元格式，适配层功能（识记）

第三层交换技术

第三层交换技术的引入（识记）
局域网，广域网第三层交换技术（领会）

虚拟局域网技术

虚拟局域网的概念（识记）
建立虚拟局域网的交换技术：端口交换，帧交换，信元交换，划分虚拟局域网的方法（领会）

虚拟专用网VPN

VPN的特点（识记）
VPN安全技术（识记）

计算机网络安全

网络管理的五大基本功能及主要协议，网络安全的概念（识记）
常规加密解密方法，认证和数字签名（领会）

OSI/RM结构

TCP/IP体系结构

第一章 计算机网络概述