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  • 2021-09-29 20:07:32

    第二章

    1.物理层要解决哪些问题?物理层的主要特点是什么?
    答:物理层要解决的主要问题:
    (1)物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体,通信手段的不同,使数据链路层感觉不到这些差异,只考虑完成本层的协议和服务。
    (2)给其服务用户(数据链路层)在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流(一般为串行按顺序传输的比特流)的能力,为此,物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。
    (3)在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。
    物理层的主要特点:
    (1)由于在OSI之前,许多物理规程或协议已经制定出来了,而且在数据通信领域中,这些物理规程已被许多商品化的设备所采用,加之,物理层协议涉及的范围广泛,所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议,而是沿用已存在的物理规程,将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械,电气,功能和规程特性。
    (2)由于物理连接的方式很多,传输媒体的种类也很多,因此,具体的物理协议相当复杂。
    2.规程与协议有什么区别?
    答:在数据通信的早期,对通信所使用的各种规则都称为“规程”,后来具有体系结构的计算机网络开始使用“协议”这一名词,以前的“规程”其实就是“协议”,但由于习惯,对以前制定好的规程有时仍常用旧的名称“规程”。
    3.试给出数据通信系统的模型并说明其主要组成构建的作用。
    答:源点:源点设备产生要传输的数据。源点又称为源站。
    发送器:通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。
    接收器:接收传输系统传送过来的信号,并将其转换为能够被目的设备处理的信息。
    终点:终点设备从接收器获取传送过来的信息。终点又称为目的站传输系统:信号物理通道
    4.试解释以下名词:数据,信号,模拟数据,模拟信号,基带信号,带通信号,数字数据,数字信号,码元,单工通信,半双工通信,全双工通信,串行传输,并行传输。
    答:数据:是运送信息的实体。
    信号:则是数据的电气的或电磁的表现。
    模拟数据:运送信息的模拟信号。
    模拟信号:连续变化的信号。
    基带信号:来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
    带通信号:把基带信号经过载波调制后,把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。
    数字数据:取值为不连续数值的数据。
    数字信号:取值为有限的几个离散值的信号。
    码元:在使用时间域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形。
    单工通信:即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。
    半双工通信:即通信和双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也不能同时接收)。这种通信方式是一方发送另一方接收,过一段时间再反过来。
    全双工通信:即通信的双方可以同时发送和接收信息。
    串行传输:使用一根数据线传输数据,一次传输1个比特,多个比特需要一个接一个依次传输。
    并行传输:使用多根数据线一次传输多个比特。
    5.物理层的接口有哪几个方面的特性?个包含些什么内容?
    答:机械特性 :明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
    电气特性 :指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
    功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。
    规程特性:说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
    6.数据在信道重的传输速率受哪些因素的限制?信噪比能否任意提高?香农公式在数据通信中的意义是什么?“比特/每秒”和“码元/每秒”有何区别?
    答:1.数据在信道中的传输速率受到带宽和信噪比等因素的限制。
    2.信噪比不能任意提高。
    3.香农公式的意义:只要信息传送速率低于信道的极限信息传输速率,就一定存在某种办法来实现无差错的传输。
    4.比特/s是信息传输速率的单位码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。一个码元不一定对应于一个比特。

    计算公式:

    信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)       //S为信号的平均功率,N为噪声的平均功率。
    香农公式:C=Wlog2(1+S/N)(bit/s)    //C为信道的极限信息传输速率,W是信道带宽
    M进制的码元,码元宽度为T秒:C=1/log2(M)
    无噪:带宽为BHz。  C=2Blog2(M)
    有噪:带宽为BHz。  C=Blog2(1+S/N)
    最高码元速率R,码元振幅等级n。  C=Rlog2(n)
    频率=传播速率/波长
    频带宽度=最高频率-最低频率
    
    

    7.假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。如果采用振幅调制,把码元的振幅划分为16个不同等级来传送,那么可以获得多高的数据率(b/s)?(可以参考第七题上面的公式)
    解:C=RLog2(16)=20000b/s×4=80000b/s
    8.假定要用3KHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据(无差错传输),试问这个信道应具有多高的信噪比(分别用比值和分贝来表示?这个结果说明什么问题?)(可以参考第七题上面的公式)
    解:C=Wlog2(1+S/N)
    64000b/s=3000Hz×log2(1+S/N)
    S/N=64.2dB
    这说明这是个信噪比要求很高的信道。
    9.用香农公式计算一下,假定信道带宽为3100Hz,最大信道传输速率为35Kb/s,那么若想使最大信道传输速率增加60%,问信噪比S/N应增大到多少倍?如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N再增大到十倍,问最大信息速率能否再增加20%?(可以参考第七题上面的公式)
    解:C=Wlog2(1+S/N)
    35000b/s=3100log2(1+S/N)
    S/N= 2 35000 / 3100 2^{35000/3100} 235000/3100-1
    则是信道传输速率变为35Kb/s(1+0.6)=56Kb/s
    S/N1= 2 56000 / 3100 2^{56000/3100} 256000/3100-1
    此时S/N扩大到原来的100倍
    C1=Wlog2(1+10S/N1)
    C1/56Kb/s=118.5%
    此时信息速率只能提升18.5%
    10.常用的传输媒体有哪几种?各有何特点?
    答:双绞线
    双绞线分屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。可以传输模拟信号,也可以传输数字信号,有效带宽达250kHz。一般用作电话线传输声音信号。双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰,误码率高。
    同轴电缆
    同轴电缆分基带同轴电缆和宽带同轴电缆,由于其高带宽(高达300~400Hz)、低误码率、性能价格比高。
    光导纤维
    光导纤维以光纤维载体,利用光的全反向原理传播光信号。其优点是直径小、质量轻:传播频带款、通信容量大:抗雷电和电磁干扰性能好,五串音干扰、保密性好、误码率低。
    无线电微波通信
    无线电微波通信分为地面微波接力通信和卫星通信。其主要优点是频率高、频带范围宽、通信信道的容量大;信号所受工业干扰较小、传播质量高、通信比较稳定;不受地理环境的影响,建设投资少、见效快。缺点是地面微波接力通信在空间是直线传播,传输距离受到限制,一般只有50km,隐蔽性和保密性较差;卫星通信虽然通信距离远且通信费用与通信距离无关,但传播时延较大。
    11.假定有一种双绞线的衰减是0.7dB/km(在 1 kHz时),若容许有20dB的衰减,试问使用这种双绞线的链路的工作距离有多长?如果要双绞线的工作距离增大到100公里,试应当使衰减降低到多少?
    解:双绞线的工作距离S=20dB/0.7dB/Km=28.6Km
    100Km=20dB/衰减
    衰减=0.2dB/Km
    12.试计算工作在1200nm到1400nm之间以及工作在1400nm到1600nm之间的光波的频带宽度。假定光在光纤中的传播速率为 2 × 1 0 8 2×10^8 2×108m/s.(可以参考第七题上面的公式
    解:1200nm到1400nm:
    频率=传播速率/波长
    最高频率= 2 × 1 0 8 m / s / 1200 n m = 1.67 × 1 0 14 H z 2×10^8m/s/1200nm=1.67×10^{14}Hz 2×108m/s/1200nm=1.67×1014Hz
    最低频率= 2 × 1 0 8 m / s / 1400 n m = 1.43 × 1 0 14 H z 2×10^8m/s/1400nm=1.43×10^{14}Hz 2×108m/s/1400nm=1.43×1014Hz
    频带宽度=最高频率-最低频率=23.8THz
    1400nm到1600nm:
    最高频率= 2 × 1 0 8 m / s / 1400 n m = 1.43 × 1 0 1 4 H z 2×10^8m/s/1400nm=1.43×10^14Hz 2×108m/s/1400nm=1.43×1014Hz
    最低频率= 2 × 1 0 8 m / s / 1600 n m = 1.25 × 1 0 1 4 H z 2×10^8m/s/1600nm=1.25×10^14Hz 2×108m/s/1600nm=1.25×1014Hz
    频带宽度=最高频率-最低频率=17.86THz
    13.为什么要使用信道复用技术?常用的信道复用技术有哪些?
    答:为了通过共享信道,最大限度提高信道利用率。
    频分、时分、码分、波分。
    14.试写出下列英文缩写的全文,并做简单的解释。FDM,TDM,STDM,WDM,DWDM,CDMA,SONET,SDH,STM-1 ,OC-48.
    答:FDM(frequency division multiplexing)
    TDM(Time Division Multiplexing)
    STDM(Statistic Time Division Multiplexing)
    WDM(Wave Division Multiplexing)
    DWDM(Dense Wave Division Multiplexing)
    CDMA(Code Wave Division Multiplexing)
    SONET(Synchronous Optical Network)同步光纤网
    SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字系列
    STM-1(Synchronous Transfer Module)第1级同步传递模块
    OC-48(Optical Carrier)第48级光载波
    15.码分多址CDMA为什么可以使所有用户在同样的时间使用同样的频带进行通信而不会互相干扰?这种复用方法有何优缺点?
    答:各用户使用经过特殊挑选的相互正交的不同码型,因此彼此不会造成干扰。 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现。占用较大的带宽。
    16.共有4个站进行码分多址通信。4个站的码片序列为 A:(-1-1-1+1+1-1+1+1) B:(-1-1+1-1+1+1+1-1) C:(-1+1-1+1+1+1-1-1) D:(-1+1-1-1-1-1+1-1) 现收到这样的码片序列S:(-1+1-3+1-1-3+1+1)。问哪个站发送数据了?发送数据的站发送的是0还是1?
    解:S•A=(+1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1, A发送1
    S•B=(+1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1, B发送0
    S•C=(+1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0, C无发送
    S•D=(+1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1, D发送1
    17.试比较xDSL、HFC以及FTTx接入技术的优缺点?
    答:xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务。成本低,易实现,但带宽和质量差异性大。HFC网的最大的优点具有很宽的频带,并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。要将现有的450 MHz 单向传输的有线电视网络改造为 750 MHz 双向传输的 HFC 网需要相当的资金和时间。FTTx(光纤到……)这里字母 x 可代表不同意思。可提供最好的带宽和质量、但现阶段线路和工程成本太大。
    18.为什么在ASDL技术中,在不到1MHz的带宽中却可以传送速率高达每秒几个兆比?
    答:靠先进的DMT编码,频分多载波并行传输、使得每秒传送一个码元就相当于每秒传送多个比特
    19.什么是EPON和GPON?
    答:EPON(以太无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此,它综合了PON技术和以太网技术的优点:低成本;高带宽;扩展性强,灵活快速的服务重组;与现有以太网的兼容性;方便的管理等等。
    GPON(Gigabit-Capable PON) 技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准,具有高带宽,高效率,大覆盖范围,用户接口丰富等众多优点,被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化,综合化改造的理想技术。

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    千次阅读 多人点赞 2018-02-11 00:00:13
    seid=733222547867341420目录第一章:1.1:电信网络:固定电话计算机网络:电脑上网有线电视网络:电视上网(单向通讯)软件共享:使用服务器上的软件硬件共享:使用没有连在本地的打印机 1.2网络:通过交...

    此为本人观看韩立刚老师视频所做笔记与总结!下面为视频连接:

    https://www.bilibili.com/video/av10921041/?from=search&seid=733222547867341420

    目录

    第一章:

    1.1:

    电信网络:固定电话

    计算机网络:电脑上网

    有线电视网络:电视上网(单向通讯)

    软件共享:使用服务器上的软件

    硬件共享:使用没有连在本地的打印机

     

     

    1.2

    网络:通过交换机将节点(主机)连接     (距离不超过100m)

    互联网:通过路由器将各个网络连接起来 internet

    因特网:特指最大联网             Internet

     

    整个Internet使用的就是TCP/IP协议

     

    因特网发展的三个阶段:

    一:ARPANET向互联网发展:

    1969 美国国防部研发的第一个分组交换网络(ARPANET)

           分组交换:用网络设备把计算机连接起来

    1975 分组交换网络互相连接,互联网产生,网络规模变大

    1983 将TCP/IP协议制定为标准协议,

    此时网络不对外开放,用于美国国防部,没想到对外开放,所以TCP/IP协议有很多安全问题,(ARP欺骗造成网络故障),IPv6将安全问题考虑进来,

    整个Internet网络起源于1983

     

    二:

    1985美国国家科学基金会围绕留个大型计算机中心建设计算机网络(三级网络)

           学校网(企业网)——地区网——主干网

     

    三:

    1993 美国政府交给个公司运营(三层ISP)

    此时主干网速度为45M

     

     

    电信机房  网通机房  双线机房(电信和网通的人访问都很快)

     

    因特网的标准化工作:因特网协会ISOC 分为因特网研究部(长期规划与研究)  和因特网工程部(解决短期问题)

     

    1.3因特网的组成

     

    因特网的边缘分布:主机之间的通信方式

    客户服务器方式(C/S):客户端与服务端

     

    对等方式(P2P):P2P下载:客户端也是服务器,发现源,测试哪些可用,可以同时从多个源上下载同一份文件,减轻服务器压力

     

    因特网的核心:数据交换方式

    电路交换  面向连接:(实时性传输)核心路由之间可以使用路由交换

    比如打电话(也就是专线方式,数据不用写地址,接收端就一个,所以可能导致占线,也就是资源被占用),在两个电话需要通信的时候通过一个或多个交换机将两个电话链接起来,通话完后释放

    1.     建立连接:申请占用通信资源(拨号)

    2.     通话:一直占用通信资源

    3.     释放通信资源

          

     

     

           报文交换:不进行分组

    报文一般比分组长的多

    报文 交换的时延较长

          

           分组交换:比如计算机网络

          

           一个完整的文档就叫报文,发送数据太大则须分组发送,每组加上首端(接收端地址),分组发送。

           路由器根据地址选择路径

           起点终点一样的分组可以选择不同的路径(选择最佳路径),同一路径可以同时被多个计算机使用(不占线)

           分组交换不需要建立连接

     

     

    路由器有存储转发的功能

     

    1.4计算机网络在我国的发展

    中国在1994年正式介入互联网

     

    1.5计算机网络的类别

     

    计算机网络最简单的定义:一些互相连接的,自治的计算机的集合

    按作用范围来分:广域网(WAN)跨城市

                                城域网(MAN)覆盖一座城市

                                局域网(LAN) 覆盖几栋大楼

                                个人区域网(PAN) 两台计算机通过一个交换机相连

     

           新的理解:不单单从网络覆盖的范围区分局域网和广域网应根据是否使用了广域网技术或者局域网技术判别

                  局域网:自己购买设备,带宽固定,不再交钱,自己维护,一般距离100m以内

                  广域网:花钱买服务,花钱买带宽

     

    按使用者来分:公共网:整个Internet网络

                           专用网:政府办公网 公司内网

     

    按拓扑结构分:总线型:所有设备连接在一条总线上

                           环形:总线为环状

                           星型:所有设备连接在一个交换机上

                           树型:根交换机到分支交换机再到分支交换机

                           网状:路由器连的网,容错率高,路径多

     

    按交换方式分:电路交换网

                           报文交换网

                           分组交换网

     

    按工作方式分:资源子网

                           通信子网

                           接入网

     

     

    1.6计算机网络的性能

    速率:连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率,  b/s  kb/s Mb/s

    Gb/s 

    此概念是指数字信道这路径上的流量快慢 其对象是数字信道 而非主机

           360检测的速率为b/s   电信所说的单位为 bit/s  与实际相差8倍   

     

    带宽:网卡或者网络设备的最高传送速率

     

    吞吐量:单位时间内通过某个网络的数据量

     

    时延:发送时延:= 数据块长度(比特)/信道带宽(比特/秒)

             传播时延:= 信道长度(米)/信号在信道上的传播速率(米/每秒)

             处理时延:= 网络节点存储转发处理的时间(选择发送路径的时间)

             排队时延:= 网络节点缓存队列排队时间  (排队的时间)

     

    时延带宽积:传播时间 * 带宽

     

    往返时间:从发送方发送数据开始,到发送方收到接收方确认

                    局域网一般小于1ms

    利用率:信道利用率 = 有数据通过的时间/(有+无)数据通过的时间

                  网络利用率 = 信道利用率加权平均值

          

                  当利用率增加时,时延会大幅度增加

     

     

    1.7计算机网络的体系结构

     

    ISO:国际标准化组织

    OSI/RM:互联网法律上的国际标准

    TCP/IP Suite(套件):因特网事实上的国际标准

    Network Protocol:数据交换遵守的规则,标准或约定

    网络体系结构:计算机网络各层及其协议的集合

     

    OSI七层模型:

    每一层的变化尽量少的影响其他环节,其意义是为了标准化和降低每一个步骤的相互关联

     

    应用程:能够产生网络流量的 能和用户交互的为应用程序 不产生流量的应用程序不算

    表示层:加密 压缩 数据乱码(开发人员需要考虑的问题)

    会话层:服务和客户端建立的会话 (查木马 netstat -nb)

                  木马:盗窃信息远程控制 一般没有对话框  后台运行

                  病毒:消耗资源

    传输层:可靠传输:建立会话(传输失误重新传)

    不可靠传输:不建立会话(qq发消息:尝试发送几次失败之后返回发送失败消息

    域名解析不建立会话:一个包就能完成

    机房的屏幕广播软件通过广播传输:也是不可靠传输)

    流量控制:当客户机对服务器所传送的数据加载不过来了 请求服务器减缓数据的传送速率

    网络层:选择最佳路径(动态路由协议自动选择)   IP地址编址

    数据链路层:数据如何封装

    添加物理层地址     

    以太网卡(MAC)

    物理层:电压 接口标准

     

    网络工程师主要解决传输层,网络层,数据链路层的问题

     

     

    网络排错:从底层往高层排查(注意网线电源线是否连接通畅,是否欠费)

     

    网络安全和OSI参考模型

           物理层安全

           数据链路层安全ADSL账号密码  无线网卡的密码(AP密码)

           网络层安全在路由器上设置哪个网段可以访问Internet

           应用层安全SQL注入漏洞 上传漏洞

     

     

    TCP/IP四层模型:

    应用层(传输数据单元PDU):包括应用层

    表示层

    会话层

    传输层(报文):

    网络层(数据报(IP分组)):

    网络接口层:包括数据链路层(数据帧)

                                物理层(bite)

     

    应用程序在传输一大段数据的时候

    ——在传输层先分成段,编号,加上TCP(或同一层次其他协议)协议,此时叫做段

    ——在网络层加上IP地址,此时叫做数据包,此时已经可以传输数据

    ——在数据链路层加上MAC地址(物理层地址),此时叫做数据帧

    ——在物理层加上帧头帧尾,变成bite

     

    开放式系统互联的几个概念:

    实体:交换信息的硬件或软件进程

    协议:控制两个对等实体通信的规则

    服务:下层想上层提供服务,上层需要使用下层提供的服务来实现本层的功能

    服务访问点:相邻两实体间交换信息的地方

     

    展开全文
  • 1.计算机网络可以向用户提供哪些服务? 答:例如音频,视频,游戏等,但本质是提供连通性和共享这两个功能。 连通性:计算机网络使上网用户之间可以交换信息,好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。 共享:...

    第一章

    1.计算机网络可以向用户提供哪些服务?
    答:例如音频,视频,游戏等,但本质是提供连通性和共享这两个功能。
    连通性:计算机网络使上网用户之间可以交换信息,好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。
    共享:指资源共享。可以是信息,软件,也可以是硬件共享。
    2.试简述分组交换的要点。
    答:采用了存储转发技术。把报文(要发送的整块数据数据)等分成若干数据段,每个数据段加入控制信息组成的首部(header),构成若干分组。因为分组首部包含了目的地址和原地址等重要控制信息,每个分组才可以在互联网中独立地选择传输路径。
    分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的通信资源,分组到达一个路由器之后先存储,查找转发表、后转发,省去建立和释放连接的开销,因此效率更高。
    分组交换的优点:高效、灵活。迅速、可靠
    高效:在分组传输过程中动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。
    灵活:每一个分组独立地选择转发路由。
    迅速:以分组作为传送单位,可以不先建立连接就能向其他主机发送分组
    可靠:保证可靠性的网络协议:分布式多路由的分组交换网,使网络有很好的生存性
    分组交换的缺点:时延、额外开销
    时延:分组在各路由器存储转发时需要排队。
    额外开销:分组必须携带控制信息,整个分组交换网络还需要专门的管理和控制机制。
    3.试从多个方面比较电路交换,报文交换和分组交换的主要优缺点
    (1)电路交换:端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障,对连续传送大量数据效率高。
    (2)报文交换:无须预约传输带宽,动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高,通信迅速。
    (3)分组交换:具有报文交换之高效、迅速的要点,且各分组小,路由灵活,网络生存性能好。
    4.为什么说互联网是自印刷术发明以来人类在存储和交换信息领域的最大变革?
    答:融合其他通信网络,在信息化过程中起核心作用,提供最好的连通性和信息共享,第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力。
    5.因特网的发展大致分为哪几个阶段?请指出这几个阶段的主要特点。
    答:从单个网络 APPANET 向互联网发展;TCP/IP 协议的初步成型 建成三级结构的
    Internet;分为主干网、地区网和校园网;形成多层次 ISP 结构的 Internet;ISP 首次出现。
    6.简述因特网标准制定的几个阶段?
    答:(1)因特网草案(Internet Draft) ——在这个阶段还不是 RFC 文档。
    (2)建议标准(ProposedStandard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
    (3)草案标准(Draft Standard)
    (4) 因特网标准(Internet Standard)
    7.小写和大写开头的英文名 internet 和 Internet 在意思上有何重要区别?
    答:(1) internet(互联网或互连网):通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的网络,协议无特指。
    (2)Internet(因特网):专用名词,特指采用 TCP/IP 协议的互联网络。
    区别:后者实际上是前者的双向应用。
    8.计算机网络都有哪些类别?各种类别的网络都有哪些特点?
    答:按范围:
    (1)广域网 WAN:远程、高速、是 Internet 的核心网。
    (2)城域网:城市范围,链接多个局域网。
    (3)局域网:校园、企业、机关、社区。
    (4)个域网 PAN:个人电子设备
    按用户:公用网面向公共营运。
    专用网面向特定机构。
    9.计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么?
    答:主干网:提供远程覆盖\高速传输\和路由器最优化通信。
    本地接入网:主要支持用户的访问本地,实现散户接入,速率低。

    时延计算问题:

    (1)发送时延:发送时延=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s) 
    (2)传播时延:传播时延=信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s) 
    (3)处理时延题目中会给出。 
    (4)排队时延和处理时延一般题目都会忽略不计。 
    (5)总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
    (6)时延带宽积=传播时延*带宽
    (7)往返时间RTT:发送时间=数据长度/发送速率;有效数据率=数据长度/(发送时间+RTT)
    (8)利用率:D。表示网络空闲时的时延,D表示网络当前的时延,网络当前的利用率为U,则:D=D。/(1-U)
    (9)带宽时延积=带宽×(距离/传播速率)(也指传播信道上比特数目最大的数值)
    

    10.试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共 x(bit)。从源点到终点共经过 k 段链路,每段链路的传播时延为 d(s),数据率为 b(b/s)。在电路交换时电路的建立时间为 s(s)。在分组交换时分组长度为 p(bit),且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下,分组交换的时延比电路交换的要小?(提示:画一下草图观察 k 段链路共有几个结点。)(可以参照第10题上面的计算公式
    答:线路交换时延:kd+x/b+s, 分组交换时延:kd+(x/p)(p/b)+ (k-1)(p/b),其中(k-1)(p/b)表示 K段传输中,有(k-1)次的储存转发延迟,当 s>(k-1)(p/b)时,分组交换的时延比电路交换的时延小,当x>>p,相反。
    11.在第10题的分组交换网中,设报文长度和分组长度分别为x和(p+h)(bit),其中p为分组的数据部分的长度,h为每个分组所添加的首部长度,与p的大小无关。通信的两端共经过k段链路。链路的数据率为b(bit/s),但传播时延和节点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小,问分组的数据部分长度p应取为多大?(可以参照第10题上面的计算公式
    答:总时延D表达式,分组交换时延为:D= (x/p)((p+h)/b)+ (k-1)(p+h)/b ,D对p求导后,令其值等于0,求得p=[(xh)/(k-1)]^0.5
    12.因特网的两大组成部分(边缘部分与核心部分)的特点是什么?它们的工作方式各有什么特点?
    答:边缘部分:由各主机构成,用户直接进行信息处理和信息共享;低速连入核心网。
    核心部分:由各路由器连网,负责为边缘部分提供高速远程分组交换。
    13 .客户-服务器方式与P2P对等通信方式的主要区别是什么?有没有相同的地方?
    答:前者严格区分服务和被服务者,后者无此区别。后者实际上是前者的双向应用。
    14.计算机网络有哪些常用的性能指标?
    答:速率,带宽,吞吐量,时延,时延带宽积,往返时间RTT,利用率。
    15.假定网络利用率达到了90%。试估计一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍?(可以参照第10题上面的计算公式
    解:设网络利用率为U,当前网络时延为D,网络空闲时延为D。
    根据D=D。/(1-U),可以得出D=10D。现在的网络时延是它的最小值的10倍。
    16.计算机通信网有哪些非性能特征?非性能特征与性能特征有什么区别?
    答:非性能特征:宏观整体评价网络的外在表现。性能特征:具体定量描述网络的技术性能。
    17.收发两端之间的传输距离为1000km,信号在媒体上的传播速率为 2 × 1 0 8 m / s 2×10^8m/s 2×108m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延:
    (1) 数据长度为 1 0 7 b i t 10^7bit 107bit,数据发送速率为100kb/s。
    (2) 数据长度为 1 0 3 b i t 10^3bit 103bit,数据发送速率为1Gb/s。
    从上面的计算中可以得到什么样的结论?(可以参照第10题上面的计算公式

    解:(1)发送时延:ts= 1 0 7 / 1 0 5 10^7/10^5 107/105=100s
    传播时延tp= 1 0 6 / ( 2 × 1 0 8 ) 10^6/(2×10^8) 106/(2×108)=0.005s
    (2)发送时延ts = 1 0 3 / 1 0 9 10^3/10^9 103/109=1µs
    传播时延:tp= 1 0 6 / ( 2 × 1 0 8 ) 10^6/(2×10^8) 106/(2×108)=0.005s
    结论:若数据长度大而发送速率低,则在总的时延中,发送时延往往大于传播时延。但若数据长度短而发送速率高,则传播时延就可能是总时延中的主要成分。
    18.假设信号在媒体上的传播速度为 2.3 × 1 0 8 m / s . 2.3×10^8m/s. 2.3×108m/s.媒体长度L分别为: (1)10cm(网络接口卡)(2)100m(局域网) (3)100km(城域网)(4)5000km(广域网) 试计算出当数据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。
    解:
    (1)1Mb/s:传播时延= 0.1 / ( 2.3 × 1 0 8 ) = 4.35 × 1 0 − 10 0.1/(2.3×10^8)=4.35×10^{-10} 0.1/(2.3×108)=4.35×1010,比特数= 4.35 × 1 0 − 10 × 1 × 1 0 6 = 4.35 × 1 0 − 4 4.35×10^{-10}×1×10^6=4.35×10^{-4} 4.35×1010×1×106=4.35×104
    10Gb/s: 比特数= 4.35 × 1 0 − 10 × 1 × 1 0 10 = 4.35 4.35×10^{-10}×1×10^{10}=4.35 4.35×1010×1×1010=4.35
    (2)1Mb/s: 传播时延= 100 / ( 2.3 × 1 0 8 ) = 4.35 × 1 0 − 7 100/(2.3×10^8)=4.35×10^{-7} 100/(2.3×108)=4.35×107, 比特数= 4.5 × 1 0 − 7 × 1 × 1 0 6 = 4.35 × 1 0 − 1 4.5×10^{-7}×1×10^6=4.35×10^{-1} 4.5×107×1×106=4.35×101
    10Gb/s: 比特数= 4.35 × 1 0 − 7 × 1 × 1 0 1 0 = 4.35 × 1 0 3 4.35×10^{-7}×1×10^10=4.35×10^3 4.35×107×1×1010=4.35×103
    (3) 1Mb/s: 传播时延= 100000 / ( 2.3 × 1 0 8 ) = 4.35 × 1 0 − 4 100000/(2.3×10^8)=4.35×10^{-4} 100000/(2.3×108)=4.35×104,比特数= 4.35 × 1 0 − 4 × 1 × 1 0 6 = 4.35 × 1 0 2 4.35×10^{-4}×1×10^6=4.35×10^2 4.35×104×1×106=4.35×102
    10Gb/s: 比特数= 4.35 × 1 0 − 4 × 1 × 1 0 1 0 = 4.35 × 1 0 6 4.35×10^{-4}×1×10^10=4.35×10^6 4.35×104×1×1010=4.35×106
    (4)1Mb/s: 传播时延= 5000000 / ( 2.3 × 1 0 8 ) = 2.17 × 1 0 − 2 5000000/(2.3×10^8)=2.17×10^{-2} 5000000/(2.3×108)=2.17×102,比特数= 2.17 × 1 0 − 2 × 1 × 1 0 6 = 2.17 × 1 0 4 2.17×10^{-2}×1×10^6=2.17×10^4 2.17×102×1×106=2.17×104
    1Gb/s: 比特数= 2.17 × 1 0 − 2 × 1 × 1 0 1 0 = 2.17 × 1 0 8 2.17×10^{-2}×1×10^10=2.17×10^8 2.17×102×1×1010=2.17×108
    19.长度为100字节的应用层数据交给传输层传送,需加上20字节的TCP首部。再交给网络层传送,需加上20字节的IP首部。最后交给数据链路层的以太网传送,加上首部和尾部工18字节。试求数据的传输效率。数据的传输效率是指发送的应用层数据除以所发送的总数据(即应用数据加上各种首部和尾部的额外开销)。若应用层数据长度为1000字节,数据的传输效率是多少?
    解:(1)100/(100+20+20+18)=63.3%
    (2)1000/(1000+20+20+18)=94.5%
    20.网络体系结构为什么要采用分层次的结构?试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活。
    答:①各层之间是独立的。某一层可以使用其下一层提供的服务而不需要知道服务是如何实现的。
    ②灵活性好。当某一层发生变化时,只要其接口关系不变,则这层以上或以下的各层均不受影响。
    ③结构上可分割开。各层可以采用最合适的技术来实现
    ④易于实现和维护。
    ⑤能促进标准化工作。
    与分层体系结构的思想相似的日常生活有邮政系统,物流系统。
    21.协议与服务有何区别?有何关系?
    答:协议和服务的概念的区分:
    1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。
    2、协议是“水平的”,即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。但服务是“垂直的”,即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令,这些命令在OSI中称为服务原语。
    22.网络协议的三个要素是什么?各有什么含义?
    答:网络协议:为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成:
    (1)语法:即数据与控制信息的结构或格式。
    (2)语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。
    (3)同步:即事件实现顺序的详细说明。
    23.为什么一个网络协议必须把各种不利的情况都考虑到?
    答:因为网络协议如果不全面考虑不利情况,当情况发生变化时,协议就会保持理想状况,一直等下去!就如同两个朋友在电话中约会好,下午3点在公园见面,并且约定不见不散。这个协议就是很不科学的,因为任何一方如果有耽搁了而来不了,就无法通知对方,而另一方就必须一直等下去!所以看一个计算机网络是否正确,不能只看在正常情况下是否正确,而且还必须非常仔细的检查协议能否应付各种异常情况。
    24.论述具有五层协议的网络体系结构的要点,包括各层的主要功能。
    答:综合OSI 和TCP/IP 的优点,采用一种原理体系结构。
    各层的主要功能:
    (1)物理层 物理层的任务就是透明地传送比特流。(注意:传递信息的物理媒体,如双绞线、同轴电缆、光缆等,是在物理层的下面,当做第0 层。) 物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
    (2)数据链路层 数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧(frame)为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。
    (3)网络层 网络层的任务就是要选择合适的路由,使 发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站,并交付给目的站的运输层。
    (4)运输层 运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务,使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。
    (5)应用层 应用层直接为用户的应用进程提供服务。
    25.试举出日常生活中有关“透明”这种名词的例子。
    答:电视,计算机视窗操作系统、工农业产品
    26.试解释以下名词:协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户-服务器方式。
    答:(1)实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
    (2)协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
    (3)客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。
    客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
    (4)协议栈:指计算机网络体系结构采用分层模型后,每层的主要功能由对等层协议的运行来实现,因而每层可用一些主要协议来表征,几个层次画在一起很像一个栈的结构.
    (5)对等层:在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层.
    (6)协议数据单元:对等层实体进行信息交换的数据单位.
    (7)服务访问点:在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方.服务访问点SAP是一个抽象的概念,它实体上就是一个逻辑接口.
    27.试解释everything over IP 和IP over everthing 的含义。
    答:(1)TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务 (所谓的everything over ip)
    (2)允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行(所谓的ip over everything)
    28.假定要在网络上传送1.5MB的文件。设分组长度为1KB,往返时间RTT=80ms。传送数据之前还需要有建立TCP连接的时间,这时间时2*RTT=160ms。试计算在以下几种情况下接收方收完该文件的最后一个比特需要的时间。
    (1)数据发送速率为10Mbit/s,数据分组可以连续发送。
    (2)数据发送速率为10Mbit/s,但每发送完一个分组后要等待一个RTT时间才能在发送下一个分组。
    (3)数据发送速率极快,可以不考虑发送数据所需要的时间。但规定在每一个RTT往返时间内只能发送20个分组。
    (4)数据发送速率极快,可以不考虑发送数据所需要的时间。但在第一个RTT往返时间内只能发送一个分组,在第二个RTT内可以发送两个分组,在第三个RTT内可以发送四个分组。

    解:题目的条件中的 M = 2 20 = = 1048576 约 等 于 1 0 6 B , K = 2 10 = 1024 约 等 于 1 0 3 B M=2^{20}==1048576约等于10^{6}B,K=2^{10}=1024约等于10^{3}B M=220==1048576106BK=210=1024103B,1B=1字节=8bit=8b
    (1)发送这些比特所需时间= 1.5 × 2 20 × 8 b i t / ( 10 × 1 0 6 b i t / s ) 1.5×2^{20}×8bit/(10×10^6bit/s) 1.5×220×8bit/10×106bit/s=1.258(s)
    最后一个分组传播到达目的地还需要0.5×RTT=40ms时间。总共需要的时间=2×RTT+1.258+0.5×RTT=0.16+1.258+0.04=1.458(s)
    (2)需要划分的分组数=1.5MB/1KB=1536(组)
    建立时间:2xRTT = 0.16(s)
    总的发送时间:仍是1.258(s)
    最后一个分组传播到达目的地需要:0.5×RTT=40(ms)=0.04(s)(二分之一往返时间)
    从第一个分组最后一个比特到达 直到最后一个分组第一个比特 到达需要经历:1535×RTT=1535×0.08=122.8(s)
    总共需要的时间=0.16+1.258+0.04+122.8=1.458+122.8=124.258(s)
    (3)在每一个RTT往返时间内只能发送20个分组。1536个分组,需要76个整的RTT,76个RTT可以发送76×20=1520个分组,最后剩下16个分组,一次发送完。但最后一次发送的分组到达接收方也需要0.5×RTT。
    因此,总共需要的时间=2×RTT+76×RTT+0.5×RTT=6.12+0.16=6.28(s)
    (4)在两个RTT后就开始传送数据。共 1536个分组
    经过n个RTT后就发送了1+2+4+…+2n=2^n-1个分组。
    若n=10,那么只发送了 2^n-1=1023个分组。可见10个RTT不够。
    若n=11,那么只发送了 2^n-1= 2047个分组。可见11个RTT足够了。
    这样,考虑到建立TCP连接的时间和最后的分组传送到终点需要的时间,(最后一次,不考虑返回)现在总共需要的时间=(2+10+0.5)×RTT=12.5×0.08=1(s)
    29.有一个对点链路,长度为50KM。若数据在此链路上的传播速率为 2 × 1 0 8 2×10^8 2×108m/s,试问链路的带宽为多少才能使传播时延和发送100字节的分组的发送时延一样大?如果发送的是512字节长的分组,结果又是如何?(可以参考第十题上面的公式)
    解:传播时延=信道长度/传播速率= 5 × 1 0 4 m / 2 × 1 0 8 m / s = 2.5 × 1 0 − 4 s 5×10^4m/2×10^8m/s=2.5×10^{-4}s 5×104m/2×108m/s=2.5×104s
    100字节:此时的带宽=时延带宽积/传播时延= 100 × 8 b i t / 2.5 × 1 0 − 4 = 3.2 M / b i t 100×8bit/2.5×10^{-4}=3.2M/bit 100×8bit/2.5×104=3.2M/bit ;此时需要带宽为3.2M/bit。
    512字节:此时的带宽=时延带宽积/传播时延= 512 × 8 b i t / 2.5 × 1 0 − 4 = 16.384 M / b i t 512×8bit/2.5×10^{-4}=16.384M/bit 512×8bit/2.5×104=16.384M/bit;此时需要的带宽为16.384M/bit。
    30.有一个点对点链路,长度为 20000 km。数据的发送速率是 1kbit/s。要发送的数据有100bit。数据在此链路上的传播速度为 2 × 1 0 8 m / s 2×10^8m/s 2×108m/s;假定我们可以看见在线路上传播的比特,试画出我们看到的线路上的比特(画两个图,一个在100 bit 刚刚发送完时,另一个是再经过 0.05 s 后)。(可以参考第十题上面的公式)
    解:首先要求出发送时延,传播时延这样才能够清楚的画出图。
    发送时延=数据帧长度/发送速率=100bit/1kbit/s=0.1s
    传播时延=信道长度/传播速率= 2 × 1 0 7 m / 2 × 1 0 8 m / s = 0.1 s 2×10^7m/2×10^8m/s=0.1s 2×107m/2×108m/s=0.1s
    所以我们就可以清楚的知道当一个100bit刚刚发送完时,第一个bit刚好到终点,再经过0.05s后是信道上还有50bit。
    在这里插入图片描述
    31.条件同上题。但数据的发送速率改为1Mbit/s。和上题的结果相比较,你可以得出什么结论?
    答:发送速率=1Mbit/s,经过发送时间0.1s,第一个比特传播了 2 × 1 0 8 × 0.1 = 2 × 1 0 7 m 2×10^8×0.1=2×10^7m 2×108×0.1=2×107m
    再经过0.05s,最后一个比特传播距离为 2 × 1 0 8 × 0.05 = 1 × 1 0 7 m 2×10^8×0.05=1×10^7m 2×108×0.05=1×107m,即走到线路的一半
    发送速率提升可以弥补信息传输中信息传输中断的问题。
    32.以1 Gbit/s的速率发送数据。试问在以距离或时间为横坐标时,一个比特的宽度分别是多少?
    距离: 1 b i t × 2 × 1 0 8 m / s ( 在 光 纤 中 的 速 率 ) / 1 G b i t / s = 0.2 m 1 bit × 2 × 10^8 m/s(在光纤中的速率)/ 1 Gbit/s = 0.2 m 1bit×2×108m/s()/1Gbit/s=0.2m
    时间: 1 b i t / 1 G b i t / s = 1 0 − 9 s 1 bit / 1 Gbit/s = 10^{- 9 }s 1bit/1Gbit/s=109s
    33.我们在互联网上传输数据经常是从某个源点传送到某个终点,而并非传送过去再传送回来。那么为什么往返实际RTT是一个很重要的性能指标呢?
    RTT在计算机网络中它是一个重要的性能指标,表示从发送端发送数据开始,到发送端收到来自接收端的确认(接收端收到数据后便立即发送确认),总共经历的时延。

    往返延时(RTT)由三个部分决定:即链路的传播时间、末端系统的处理时间以及路由器的缓存中的排队和处理时间。其中,前面两个部分的值作为一个TCP连接相对固定,路由器的缓存中的排队和处理时间会随着整个网络拥塞程度的变化而变化。所以RTT的变化在一定程度上反映了网络拥塞程度的变化。
    34. 主机A向主机B发送一个长度为 1 0 7 10^7 107比特的报文。中间要经过两个节点交换机,即一共经过三段链路。设每条链路的传输速率为2Mbit/s。忽略所有时延。
    (1)如果采用报文交换,即整个报文不分段,每台节点交换机收到整个的报文后再转发。问从主机A把报文传送到第一个节点交换机需要多少时间?从主机A把报文传送到主机B需要多长时间?

    解:第一节点时间=数据长度/传播速率= 1 0 7 b i t / 2 × 1 0 6 b i t / s = 5 s 10^7bit/2×10^6bit/s=5s 107bit/2×106bit/s=5s
    从A到B的总时间=3×节点时间=15s
    (2)如果采用分组交换。报文被划分为1000个等长的分组,并连续发送。节点交换机能够边接受边发送。试问从主机A把第一个分组传送到第一个节点交换机需要的时间?从主机A把第一个分组传送到主机B需要多少时间?从主机A把1000个分组传送到主机B需要多少时间?
    解:分成1000个分组,则每个分组有 1 0 4 10^4 104个bit。
    第一个分组到达第一个节点的时间= 1 × 1 0 4 b i t / 2 × 1 0 6 / s = 0.005 s 1×10^4bit/2×10^6/s=0.005s 1×104bit/2×106/s=0.005s
    第一个分组到达主机B的时间=3×0.005s=0.015s
    1000个分组到达主机B的时间=0.005s×1000+0.01s=5.01s
    (3)就一般情况而言,比较用整个报文来传送和用划分多个分组来传送的优缺点。
    报文交换:报文是通信链路中一次要发送的数据,报文交换就是把整个报文完整的发送到链路中,在某个节点存储下来之后再发送到下一个节点。
    优点:更加灵活。不需要事先建立连接之后再进行通信。
    缺点:当每个报文的数据量较大时,每次在节点处转发再存储的话时延较大。
    分组交换:分组交换采用转发存储技术,将一个完整的报文,分成若干个分组,再进行转发,而且每个分组之间经过哪一个节点,与上一个分组完全没有关系,这一点在某些网络节点发生网络阻塞时会显得尤其重要。
    优点:发送数据更加灵活,时延更下。
    缺点:发送设备和接收设备就更加复杂。
    35.主机A向主机B连续传送一个600000bit的文件。A和B之间有一条带宽为1Mbit/s的链路相连,距离为5000KM,在此链路上的传播速率为 2.5 × 1 0 8 m / s 。 2.5×10^8m/s。 2.5×108m/s
    (1)链路上的比特数目的最大值是多少?

    解:带宽时延积=带宽×(距离/传播速率)= 1 M b i t / s × 5000 K M / 2.5 × 1 0 8 m / s = 2 × 1 0 4 b i t s 1Mbit/s×5000KM/2.5×10^8m/s=2×10^4bits 1Mbit/s×5000KM/2.5×108m/s=2×104bits
    则最大比特数目为 2 × 1 0 4 2×10^4 2×104个。(区分于时延带宽积)
    (2)链路上每比特的宽度是多少?
    解:宽度=链路长度/带宽时延积= 5 × 1 0 6 m / 2 × 1 0 4 b i t s = 250 m 5×10^6m/2×10^4bits=250m 5×106m/2×104bits=250m
    (3)若想把链路上每比特的宽度变为5000KM,这时应把发送速率调整到什么数值?
    解:宽度=链路长度/时延带宽积= 5 × 1 0 6 m / 带 宽 时 延 积 = 5 × 1 0 6 m 5×10^6m/带宽时延积=5×10^6m 5×106m/=5×106m;则时延带宽积=1bits。
    时延带宽积=带宽×(距离/传播速率)=$带宽×5000KM/ 2.5 × 1 0 8 m / s 2.5×10^8m/s 2.5×108m/s=1bits;则带宽=50bit/s,即发送速率为50bit/s。$
    36.主机A到主机B的路径有三段路,其速率分别为2Mbit/s,1Mbit/s和500kbit/s。现在A向B发送一个文件。
    (1)试计算该文件传送的吞吐量。

    解 :吞吐量为三段路中速率最小的那一个,所以吞吐量为500kbit。
    (2)设文件长度为10MB,而网络上没有其他流量。试问该文件从A传送到B大约需要多少时间?为什么这里只是计算大约的时间?
    解:文件大小为 10 × 1 0 6 × 8 b i t = 8 × 1 0 7 b i t 10×10^6×8bit=8×10^7bit 10×106×8bit=8×107bit
    传送速率=吞吐量/单位时间=500kbit/s
    时间=文件大小/吞吐量传送速率= 8 × 1 0 7 b i t / 5 × 1 0 5 b i t / s = 160 s 8×10^7bit/5×10^5bit/s=160s 8×107bit/5×105bit/s=160s
    因为在计算机使用过程中不可能只有这一个文件进行传输,其他文件的传输也在占用传输通道,但无法知道有多少个文件进行传输,所以只能进行假设只有这一个文件进行传输,所以只能计算大约的时间。

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  • 谢希仁编写的计算机网络基础的经典教材(影印版).
  • 计算机网络谢希仁 第7版 习题解答 1-7章
  • 原创声明 本文作者:黄小斜 转载请务必在文章开头注明出处和作者。 本文思维导图 简介 上一期我讲到了... 于是,等我读研的时候,打算以相同的学习方式来补一下其他几门计算机基础课程,首当其冲的就是计算机网络...

    原创声明

    本文作者:黄小斜

    转载请务必在文章开头注明出处和作者。

    本文思维导图

    4fe09ed5-3a13-eb11-8da9-e4434bdf6706.png

    简介

    上一期我讲到了数据结构怎么学,当时我的学习方法是先看视频,再看书,然后刷一刷基础算法题做巩固。

    作为一个非科班考研党,当时觉得这个学习路线还是比较平滑的,毕竟能让我一个小白快速学会,这门课相对来说还是比较简单的。

    于是,等我读研的时候,打算以相同的学习方式来补一下其他几门计算机基础课程,首当其冲的就是计算机网络。

    因为这门课实在重要,几乎是面试必问的内容,什么TCP/IP三次握手,四次挥手,TCP和UDP区别,HTTP协议的一堆面试题,在程序员面试时都是很常见的考题,你们应该也深有体会。

    计算机网络中的复杂概念远不止这些,那么按照老规矩,我们先来看一下计算机网络到底是个啥。

    根据百度百科的介绍,计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统,网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享和信息传递的计算机系统。

    相比于数据结构的介绍,百科上对于计算机网络的介绍更加好懂一些,简单来说,计算机网络就是把计算机通过通信线路连接起来,实现网络互联和信息传递。

    为什么要学计算机网络

    在这个时代,离开了网络,简直没有办法生存,而我们所学的编程知识,脱了网络去谈也将毫无意义,毕竟没有哪个编程语言是只支持单机运行的。

    作为一个编程学习者,当你在学习一门语言时,比如Java,你可能会学到一些基本语法,面向对象的基础、集合类的使用,甚至是多线程、IO流以及异常处理,这种时候你往往意识不到计算机网络的重要性,反正我写代码也不涉及网络传输,平时的工作也只是CRUD,学习计算机网络也没有什么用武之地。

    曾几何时我也是这么想的,但是到后来,我开始接触Tomcat,接触Nginx,以及Java中的网络编程技术,比如BIO和NIO,甚至是网络编程框架netty,在没有计算机网络基础的情况下来看这些东西,绝对会让你怀疑人生。

    最早我开始意识到自己计算机网络基础薄弱时,还是我在学习docker容器方面的知识时,接触到了docker的网络原理,比如docker的网络模式有桥接和host两种,然而我当时基本上看不懂这是什么东西。

    类似地,我在学习OpenStack的时候,也完全看不懂里面的网络组件是做什么用的。

    就算你不学习网络编程、虚拟化和容器调度,你也得学学平时家里的ip地址、DNS和子网掩码怎么配置吧,没认真学习计算机网络之前,我对这些东西甚至都是一脸懵逼的。

    不懂计算机网络的我,想要学编程,真的太难了!

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    如何学习计算机网络

    第一次接触

    本科的时候,我们本有一门选修课就是计算机网络,但是当时我没有选它(现在觉得选了可能也听不大懂,但是多少有点印象)

    读研的时候,开始狂补计算机基础,当时为自己选了第一本书《计算机网络(谢希仁)》作为入门教材,现在想想当时真是年幼无知,自己完全可以去某乎看一下推荐书单的。

    这本书作为一本大学通用教材,年代之久远,内容之枯燥,都是在这么多计算机网络书籍里排的上号的,我已经快忘记当时是怎么把这本书啃完的了。

    虽然这本书还没有到大部头的级别,但是里面的内容真的对新手不怎么友好,通篇的都是概念的堆叠和并不容易理解的概念介绍。

    教科书,大家都懂的,大部分都已经脱离时代,虽然计算机网络这几年的变化不大,但是它里面的一些教学方法确实是和时代脱节了。

    我只记得这本书,当初看完一周就忘光了,后面不管是笔试面试,还是重新复习的时候,基本上也想不起来当初都学了啥,真是一本神奇的好书。

    入门学习阶段

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    吃过了教材的亏之后,我终于学会了上某乎找书单了,当时除了购买了一堆Java书籍之外,还特地买了一本《TCP/IP卷一》以及《图解HTTP》准备开始第二轮对于计算机网络的死磕。

    当时也投了一些简历,准备了一些面试,刷过一些面试题,其中面到计算机网络的概率很大,于是我每天都会花一些时间来看着两本书。

    不知道是不是我理解能力有问题,当我看《TCP/IP详解卷一》这本备受推崇的计算机网络书籍时,我竟然有一种再看当初那本教材的感觉,这本大部头,貌似也是在讲一堆复杂的概念,并且用一些不好懂的讲解去解释这些概念。

    当时我的自信心就有点受挫了,难道计算机网络真就这么难么,为什么这本书我仍然看不懂?

    现在看来,计算机网络确实是一门纯理论的课程,除了一些网络抓包和用开发者工具查看网络请求之外,基本上没有什么需要实践的内容,现在很多书从网络抓包入手讲解计算机网络,其实也是一种不错的新型学习方法。

    一本书适不适合一个人,真的是因人而异,特别是这种专业技术书籍,不同水平的人看效果差距也会很多,所以网上的一些书单,你可以参考,但不要盲目推崇,等你自己看懂了再说它好也不迟。

    于是我第二次进军计算机网络也失败了,看完了《TCP/IP卷一》之后,我用了一个月的时间又忘掉了它。

    强化学习阶段

    俗话说,事不过三,两次选书都让我铩羽而归,我的内心是崩溃的,虽然面试的时候还可以靠着背一些常见的计算机网络面试题蒙混过关,但是真遇到较复杂的问题时,我也只能是望洋兴叹,根本说不出个所以然。

    学好计算机网络的关键是理解它,我在网上又搜索了一大堆的内容,看到一本名为《计算机网络:自顶向下》的书籍,也受到一些推崇,原因是这本书从应用层讲起,一直往下讲到物理层,似乎更符合人脑的学习和思考方式。

    我买书一向勤快,当时我在百度实习,于是这本书成了我日常实习时必看的书目。

    因为组里的项目在做容器和私有云,在不懂网计算机网络的情况下去看这俩,简直是找死,更何况里面还涉及了存储、调度、微服务等技术。

    这本书确实给了我全新的观感,此书在开头就说,将以全新的方式介绍计算机网络,先讲应用层,再依次介绍传输层、网络层、链路层和物理层。

    自顶向下和自顶向下的区别在哪呢? 根据自顶向下的思路,我们最先接触的是应用层,也就是常见的HTTP、DNS、FTP、POP等协议,这层协议我们平时都在用,书中讲的也比较接地气,于是我对应用层的介绍也接受的很快。

    按照这个思路,书中继续讲传输层,也就是我们常见的TCP和UDP,应用层使用域名或者是IP+port的方式定位机器,而传输层(这里指TCP)把应用层的数据切片,有序传输,并且保证可靠。

    也就是说,TCP报文把应用层报文包裹了起来。接下来,就到了网络层了,网络层通过IP进行路由,目的就是找到对应的终端机器,所以网络层的数据报要包裹传输层的数据报。

    接着往下,网络层虽然解决了路由问题,但是局域网内的网络交换是通过mac地址进行寻址的,于是数据链路层发挥作用,因为它就是通过mac地址来定位目标机器的,于是数据链路层的数据报要包裹网络层的数据报。

    再到最后物理层,数据传输的本质还是0和1的电信号,自然要通过物理介质进行传输,当然,物理介质除了常见的网线、光纤,还有电磁波(应用于无线局域网)

    上面对整个计算机网络的脉络做了一下梳理,所以,整体看来,按照自顶向下的思路去学习计算机网络,对于新手来说更加友好一些。

    还差得远呢

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    看完了《计算机网络:自顶向下》虽然已经大概了解了整个网络的结构和脉络,但是对于很多实现的细节还是一知半解,比如HTTP和TCP报文的结构,还有一些比较不易理解的概念,比如路由算法、IP广播和多播、NAT技术、VPN技术等等,不理解这些,总觉得还是欠缺了不少东西。

    到后来,开始尝试面试一些大厂,更加发现了自己的差距还很大,比如百度、头条、腾讯这类公司,特别是腾讯,对于计算机网络的考察是特别严格的。

    比如三次握手,四次挥手这种常见问题,一般还会延伸考察,比如为什么要三次握手、四次挥手,没有第三次握手或者没有第四次挥手会怎么样。

    再比如TCP协议的作用是什么,它是如何保证传输可靠的,这时候你就要了解TCP保证可靠传输的机制,比如滑动窗口,超时重传,分组确认等原理,也是你需要能讲清楚的。

    再比如,还有一种常见的考察方式,就是让你讲清楚从域名访问到获得返回结果的过程中都经历了什么,这么开放的问题,要尽可能说出足够多的东西,先是DNS解析,再到TCP三次握手,然后介绍IP数据报的网络路由,以及局域网内数据链路层的作用,甚至可以把物理层也带进去讲一下。

    总之,你掌握的越多越详细,对于这些问题才更有机会答好,我每次都会把整个过程讲的比较详细,这样面试时才不会给自己留坑。

    对了,在学习计算机网络的路上,还有一个很重要的学习资源帮助到了我,那就是刘欣老师的《码农翻身》一书,当时我也是在网上偶尔看到。

    一开始刘欣老师只是写文章,后来把文章集结成书,对于计算机网络的部分,这本书用故事化的方法介绍了很多计算机网络的知识,同时解释了一些较为复杂的计算机网络概念,比如NAT、网络隧道、VPN等等。

    虽然这本书关于计算机网络的内容不是很多,但确实有助于加深对于计算机网络一些概念的理解。

    写了这么多,最后用一张思维导图告诉你计算机网络应该怎么学,算是对本文的总结。

    如果你是科班出身的同学,相信你对计算机网络的学习不用我操心,如果是非科班的同学,按照这个思路去学习,我觉得是还是可以的。

    推荐资源

    书籍

    《计算机网络:自顶向下》 《图解TCP/TP》 《图解HTTP》

    总结

    关于计算机网络的学习,我们就讲到这里了,如果还有什么疑问也可以到我公众号里找我探讨,作为一个Java工程师,必须要懂得Java网络编程,有了计算机网络的基础之后,相信对后续学习网络编程会有帮助,之后也会有关于Java网络编程的文章推出,敬请期待。

    展开全文
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