網(wǎng)絡(luò)工程師重點筆記

1、第一講計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是由數(shù)據(jù)通信技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。信源和信宿統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備。基本概念：數(shù)據(jù)（data）： 傳遞（攜帶）信息的實體。（記錄下來可以被鑒別的符號）信息（information）： 是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。（經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)）信號（signal）： 數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式傳播。分為模擬信號以數(shù)字信號。信道（channel）： 傳送信息的線路（或通路）比特（bit）： 信息量的單位（二進制）。比特率為每秒傳輸二進制位個數(shù)。碼元（code cell）： 時間軸上的一個信號編碼單元。波特（Baud）： 碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?。波特率為每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)（即信

2、號傳輸速率）。帶寬 （物理性質(zhì) 人為不能改變）帶寬是通信信道的寬度，是信道頻率上界與下界之間之差，是介質(zhì)傳輸能力的度量，在傳統(tǒng)的通信工程中通常以赫茲（HZ）為單位計量。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，一般使用每秒位數(shù)（b/s或bps）作為帶寬的計量單位。主要單位：kb/s mb/s Gb/s 時延 信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時間傳輸可靠性：1.數(shù)據(jù)能正確送達 2.數(shù)據(jù)能有序送達（當采用分組交換時）通信的三要素：信源 信宿 信道 信源-發(fā)送器-信宿-接收器-信道 源系統(tǒng) 目的系統(tǒng)任何信道都不是完美無缺的，因此會對傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生干擾，稱為“噪聲”。（外界：閃電 串擾 內(nèi)部：介質(zhì)特性（衰減.延遲與頻率有關(guān)）

3、信息和數(shù)據(jù)（二進制位）不能直接在信道上傳輸 必須經(jīng)過 編碼 調(diào)制 解調(diào) 解碼 編碼：數(shù)據(jù)-適合傳輸?shù)臄?shù)字信號-（便于同步·識別·糾錯）調(diào)制：數(shù)字信號-適合傳輸?shù)男问?按頻率·幅度·相位解調(diào)：接收波形-數(shù)字信號解碼：數(shù)字信號-原始數(shù)據(jù)綜上 信息（信息編碼）-數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)編碼）-信號（調(diào)制）-信道-（解調(diào)）信號-（數(shù)據(jù)解碼）數(shù)據(jù)-（信息解碼）信息列： 信息 A 數(shù)據(jù)01000001 信號（電波等各種信號）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成（數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸線路：有介質(zhì)和我無介質(zhì)傳輸設(shè)備傳輸設(shè)備：調(diào)制解調(diào)器 中繼器 多路復用器 交換機等 調(diào)制解調(diào)器等

4、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備也稱DCE數(shù)據(jù)處理系統(tǒng); 計算機 · 終端等又分為：源系統(tǒng)（信源+發(fā)送器）：發(fā)出數(shù)據(jù)的計算機目的系統(tǒng)（信宿+接收器）：接受數(shù)據(jù)的計算機計算機·終端等設(shè)備也稱DTEDTE要通過DCE（接入設(shè)備）才能接入網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)通信的基本過程（數(shù)據(jù)傳輸和通信控制）與打電話比較五個階段建立物理連接 撥號 撥通對方建立邏輯連接 互相確認身份數(shù)據(jù)傳輸 互相通話斷開邏輯連接 互相確認要結(jié)束通話斷開物理連接 雙方掛斷注：并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個階段。信道及其主要特征數(shù)據(jù)信道和模擬信道數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道。計算機網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進行數(shù)據(jù)傳輸 （A

5、DSL ISDN DDN ATM 局域網(wǎng)）模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)信道。（CATV 無線電廣播 電話撥號線路）信號模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值數(shù)字信號：時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號。周期信號和非周期信號周期信號：信號由不斷重復的固定模式組成（如正玄波）非周期信號;信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信：在數(shù)字信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信：在模擬信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點：抗噪聲（干擾）能力強 可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量 便于用計算機處理 易于加密 保密性

6、強 可以傳輸語言 數(shù)據(jù) 影像 通用 靈活計算機通信僅在不得已的情況下，才會使用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。數(shù)據(jù)傳輸方式單/雙工通信-單/雙向傳輸單工：數(shù)據(jù)單向傳輸 （例：無線廣播）半雙工：數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時刻雙向傳輸（例：對講機）全雙工：數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（例;電話） 需要有兩條物理上的傳輸線路; 或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向的信號傳輸。并行傳輸方式和串行傳輸方式并行數(shù)據(jù)傳輸：傳輸中有多個數(shù)據(jù)位同時傳輸（計算機內(nèi)部各部件之間和近距離傳輸）串行數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)傳輸中數(shù)據(jù)的每一位按順序依次傳輸（常用于計算機之間的通信）基帶/頻帶/寬帶傳輸基帶：調(diào)制前

7、的原始信號所占用的頻帶。主要傳輸數(shù)字信號頻帶：經(jīng)調(diào)制的信號所占用的頻率?；鶐鬏敚翰恍枰{(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。例：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）在信道上傳輸?shù)氖腔鶐盘?。頻帶傳輸：就是模擬傳輸。 數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。（通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)）寬帶傳輸：把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百MHZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例：閉合電視的信號傳輸。（主要傳輸模擬信號）數(shù)據(jù)同步方式串行通信中，發(fā)和收數(shù)據(jù)應在時間上保持一致，稱之為同步目的是使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致：同步脈沖頻率 數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結(jié)束 位邊界 數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個

8、層次上實現(xiàn)同步： 位-位同步 字符-字符同步 幀（Frame）-幀同步位同步：目的是使接收端接收的每一位信號與發(fā)送端保持同步包括兩種外同步-發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步：通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。字符同步：找到正確的字符邊界。計算機網(wǎng)絡(luò)中站點的連接方式點-點連接 多點連接 交換連接 集線式連接第二講傳輸介質(zhì)在計算機網(wǎng)絡(luò)通信中必須要有實在的 物理的介質(zhì)來進行信號傳輸傳輸介質(zhì)：磁介質(zhì) 高帶寬 低費用 高延時（小時）-在通信中很少使用（使用于硬盤

9、 軟盤）金屬導體 雙絞線 （目前使用最廣泛） 同軸電纜（粗 細）光纖 用于高質(zhì)量 遠距離 價格昂貴無線介質(zhì) 無線電 微波 衛(wèi)星 紅外線 雙絞線（TP）簡介：每根有4對·25對·1800對 典型連接距離100米。用于局域網(wǎng)。有RJ45接頭（水晶接頭）。早期用于電話網(wǎng)絡(luò) 目前用于計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：內(nèi)導體芯線 絕緣層 內(nèi)層屏蔽 外屏蔽 外套優(yōu)缺點： 1成本低 2 組裝密度高 節(jié)省空間 3安裝容易（綜合布線系統(tǒng)） 4平衡轉(zhuǎn)換（高速率） 5抗干擾性一般 保密性不強 6連接距離短分類： 屏蔽雙絞線（應用較少）：在外層加有鋁箔以減小干擾和串音 價格較貴 非屏蔽雙絞線（應用廣泛）：雙絞線外層

10、無任何屏蔽層 抗干擾能力較弱 但常規(guī)應用已經(jīng)足夠 常用雙絞線有3類（16Mb/s）和五類（155Mb/s）兩種 雙絞線連接標準：色彩標記和連接方法：交叉線：（1-3 2-6交換）交換機-交換機·pc-pc · HUB-HUB（標準端口）直連線：pc/路由器-交換機/HUB HUB-HUB（級連端口）計算機連入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備光纖（Optical Fiber）原理：依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點： 1傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（>100GB/S） 2傳輸損耗小，適合長距離傳輸 3抗干擾性能極好(采用光波傳輸受電磁影響極小)，誤碼率低，保密性好 4輕便 5

11、價格較高 6需要光電轉(zhuǎn)換（安裝比較麻煩）結(jié)構(gòu)： 保護層 包層 纖芯（組成 塑料二氧化硅即高純玻璃）光纖的傳輸原理光的反射光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當入射角>=臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄露。纖芯-折射率高 玻璃包層-折射率低亮度調(diào)制：有光脈沖1 無光脈沖0光傳輸系統(tǒng)：光源·介質(zhì)·光檢測光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二級管/激光二極管/光檢測器：光電二級管PIN/雪崩二極管APD特點：單項傳輸，雙向需兩根光纖應用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干。電信網(wǎng)絡(luò)。服務器連接分類：多模光纖（MMF）： 價格便宜 有發(fā)散性傳

12、輸距離短單模光纖 (SMF)：單束光線沿直線傳播聚焦性好傳輸距離遠同軸電纜（Coaxial Cable）簡介：計算機網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜（阻抗50O歐姆有粗同軸和細同軸兩種）粗軸應用有線電視網(wǎng) 以前的計算機局域網(wǎng)使用細軸應用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：速率10Mb/s 500米（粗）/185米（細）結(jié)構(gòu)：無線介質(zhì)（信號在大氣或外層空間自由傳播）特點：使用電磁波或光波攜帶信息優(yōu)缺點： 1無需物理連接 2適用于長距離或不便于布線的場合 3易受干擾 傳輸帶寬較小 4反射，為障礙物所阻隔主要類型： 1無線電 地面微波 2通信衛(wèi)星 3紅外線原理圖;無線電基站與終端之間通信采用無線鏈路應用領(lǐng)域：移動通信

13、 無線局域網(wǎng)（WLAN）基站與終端之間連接的是無線網(wǎng)絡(luò) 而基站與intrnet相連是有線的地面微波通過地面站之間接力傳送 接力站之間距離50-100km速率：每信道45Mb/s容易受天氣變換影響地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置（同步）覆蓋面積較廣使用3顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長廣播式傳輸應用領(lǐng)域：電視傳輸長途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(shù)字數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳播把數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號常見的有兩種：不歸零碼和曼徹斯特編碼不歸零碼（NRZ）二進制數(shù)字0 1分別用兩種電平來表示： 常用-

14、5v表示1 +5v表示0缺點：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容（由于采用直流量傳播傳播的距離較短 不能進行大規(guī)模的傳輸）不具備自同步機制，傳輸時必須使用外同步。（發(fā)送前必須發(fā)送同步信號）曼徹斯特編碼（Manchester Coding）用電壓的變化表示0和1. 規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變 高低的跳變代表0 低高的跳變代表1每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號。這種編碼也稱為自同步編碼（Code）缺點：因要發(fā)生跳變 需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）差分曼徹斯特編碼（Differential）每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼元開始處有無跳變來表示0

15、和1，有跳變代表0，無跳變代表1數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制使數(shù)字數(shù)據(jù)能在模模擬信道上傳輸三種常用的調(diào)制技術(shù)幅移鍵控 （ASK）頻移鍵控 （FSK）相移鍵控 （PSK）原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進行調(diào)制載波信號S（t）=Acos(wt+) 載波信號類似正余玄波S（t）的參量包括：幅度A 頻率w 初相位調(diào)制就是要使A w或 隨數(shù)字基帶信號的變化而變化模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為F，若以>=2F的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號系列就能完整地恢復出原始信號。要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信

16、號。三個步驟：采樣：按一定間隔對語音信號進行采樣量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼：對每個舍入(4舍5入)后的樣本進行編碼為二進制編碼后的信號稱為PCM信號（脈沖調(diào)制，Pulse Coded Modulation）多路復用技術(shù)多路復用：多個信息源共享一個公共信道為何多路復用-提高線路利用率適合場合：當信道的傳輸能力大于每個信元的平均傳輸需求時類比：公共運輸系統(tǒng)（鐵路 海運 航空）復用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。復用方法頻路復用（FDM）按頻率劃分不同的信道，如CATM系統(tǒng)波分復用 （WDM）按波長化分不同的信道用于光纖傳輸時分復用（T

17、DM）按時間劃分不同的信道，目前應用最廣泛碼分復用 （CDM） 按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途頻分復用（FDM）原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每一路信號占用一個頻率通道進行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。例：有線電視波分多路復用-光的頻分復用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進行傳輸。時分復用TMD原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應用極為廣泛。由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片上固定的時隙，所以這種時分復用也稱為同步時分復用。一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。時分復用

18、的典型例子是PCM信號的傳輸把多個話路的PCM語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送 每個時隙承載一路PCM信號統(tǒng)計（異步）時分TDM-STDMTDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬的浪費。STDM：用戶不固定占用某個時隙，有空間時隙就將數(shù)據(jù)放入。統(tǒng)計時分前要有標識，標明是哪一個用戶的。碼分復用CDM原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼系列編碼（任意兩個地址碼系列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號再接收端被疊加，然后接收者用同樣的地址碼系列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號才能被檢出，由此恢復出原

19、始數(shù)據(jù)。 在無線移動通信中應用廣泛。數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進行接續(xù)。用戶掛機后則斷開該線路，該線路又可分配給其他用戶。最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換 后進化為自動交換為什么要采用交換技術(shù)節(jié)省線路投資，提高線路利用率。實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換 報文交換 分組交換電路交換在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程可以是真正的物理線路，也可以是一個復用信道。特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。-“面向連接的”（典型例子：電話）過程：建立連接通信釋放連接優(yōu)缺點：建立連接的時間長一但建立連接就獨占線路，線路利用率

20、低無糾錯機制建立連接后，傳輸延時小不適用于計算機通信：因為計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性（無數(shù)據(jù)傳輸時帶寬為空有數(shù)據(jù)傳輸時數(shù)據(jù)量又非常的大）的特點，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到10%。 電路交換也能在多路復用信道上實現(xiàn) 在物理線路的某個信道上建立連接。報文交換以報文為單位進行“儲存轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)?？杀欢鄠€鏈路所共享。在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先存儲，待信道空閑時在轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲-轉(zhuǎn)發(fā)。特點： 傳輸前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰結(jié)點傳輸報文時建立結(jié)點間的連接。-稱為“無點連接”（典型例子：電報） 整個報文作為一個整體一起發(fā)送。優(yōu)缺點： 沒有建立和拆除

21、連接所需的等待時間 線路利用率高 （可被多個鏈路所共享。） 傳輸可靠性較高 報文大小不一樣，造成存儲管理復雜 大報文造成儲存轉(zhuǎn)發(fā)延時長，且對存儲容量要求較高 出錯后整個報文全部重發(fā)（導致效率下降） 分組交換（包交換）-在報文交換上的改進將報文分割成若干個大小相等的分組（packet）進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路也是“無連接的”。有強大的糾錯機制 流量控制 擁塞控制盒路由選擇功能。優(yōu)缺點： 對轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組速度快轉(zhuǎn)發(fā)延時小適用于交互式通信某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組效率高各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好需要分割報文和重組報文，增加了端點的

22、負擔分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報文方式和虛電路方式 數(shù)據(jù)報方式（Datagram）各分組獨立確定路由（傳輸路徑） 不能保證分組按序到達，所以目的站點需要按分組編號重新排序和組裝。虛電路方式（Virtual Circuit）通信前預先建立一條邏輯連接虛電路 虛電路是由其路勁上的所有交換機中的路由表定義的 類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車：分組，鐵路網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)，火車站：節(jié)點）各線路可以看成是一條虛電路。也需要三個過程：建立數(shù)據(jù)傳輸拆除 建立虛電路時，交換機將預留傳輸傳輸時所需要的所有資源虛電路的路由在建立時確定,傳輸數(shù)據(jù)時則不再需要 (每個分組走的路徑是相同的 且按序到達) 數(shù)據(jù)傳輸時只需指定虛電路號，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)“數(shù)字管道”提供的是“面向連接”的服務 但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個鏈路段與鐵路系統(tǒng)類比！ 可以看成是采用了電路交換思想的分組交換 能夠保證分組按序到達永久虛電路PVC和交換虛電路SVC差錯控制與檢錯什么是差錯控