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软考网络工程师笔记整理——（一）

• 第一章 基础理论

• 第一节 网络体系结构

• 1.1 OSI参考模型
• 1.2 TCP/IP参考模型

• 第二节 物理层

• 2.1 数据通信理论知识
• 2.2 数字传输系统
• 2.3 接入技术
• 2.4 有线传输介质
• 2.5 其他知识

• 第三节 数据链路层

• 3.1 检错与纠错
• 3.2 点对点协议
• 3.3 常见广播方式的数据链路层

• 第四节 网络层

• 4.1 IP协议与IP地址
• 4.2 地址规划与子网规划
• 4.3 ICMP
• 4.4 ARP和RARP
• 4.5 IPv6
• 4.6 NAT

• 第五节 传输层

• 5.1 TCP
• 5.2 UDP

• 第六节 应用层

• 6.1 DNS
• 6.2 DHCP
• 6.3 WWW与HTTP
• 6.4 E-mail
• 6.5 FTP
• 6.6 SNMP
• 6.7 其他协议

第一章 基础理论

网络体系结构、七层模型的学习

第一节 网络体系结构

网络体系结构包括:OSI参考模型、TCP/IP参考模型

1.1 OSI参考模型

OSI参考模型：“物 联 网 传 会 表 应”

1. 物理层 单位：bit
   处于OSI模型最底层，为数据链路层实体提供建立、传输、释放的物理连接。提供透明的比特流传输。物理层构建在物理传输介质和硬件设备相连接之上。
   工作方式：全双工或是半双工
   传输方式：异步或是同步
   注：在网络通信中一般都是采用双工的通信模式
2. 数据链路层 单位：帧（以太网帧）
   将原始的传输线路转变成一条逻辑的传输线路，实现帧的传输。
   区分数据链路与链路：
   链路：是相邻的两个结点之间的物理链路
   数据链路：数据的通道，相当于物理链路+通信协议而组成的逻辑链路
   功能：链路接连的建立、拆除和分离；帧定界和帧同步；顺序控制；差错检测与恢复；链路标识与流量控制
3. 网络层 单位：包
   控制子网的通信
   功能：提供路由选择（最优路径）；中继；激活和终止网络连接；链路复用；差错检测和恢复；流量控制
4. 传输层 单位：段
   功能：实现可靠的端到端的数据传输；差错控制；流量/拥塞控制
5. 会话层
   不同机器上的用户建立会话，会话指的是各种服务
6. 表示层
   提供一种通用的数据描述格式
   功能：数据语法转换；语法表示；数据加密和解密；数据压缩和解压
7. 应用层
   OSI模型最高层，直接针对用户的需要

补充知识点

（1）封装：像快递打包，通常是附加一个报头和报尾

（2）网络协议：像马路上车辆行驶时需要遵守的交通规则

网络协议组成：语法、语义、时序关系

（3）PDU：协议数据单元，对等层次之间传输的数据单元

（4）实体：可以接受或发送信息的硬件或者软件进程通常是一个特定的软件模块

（5）服务：协议是水平的，服务的垂直的

1.2 TCP/IP参考模型

OSI模型过于复杂，在实际应用中不常使用，一般使用TCP/IP模型较多

TCP/IP参考模型与OSI参考模型有许多相似之处，都是以协议栈为基础

ICMP协议是封装在IP数据报中的，ARP、RARP协议是网络层协议

第二节 物理层

2.1 数据通信理论知识

模拟信号：一段连续的时间内，代表信息的特征量可以在任意瞬间捕捉，信号具有连续性
数字信号：信息用若干明确的离散值组成，信号具有离散性
1、传输速率
码元：代表不同离散数值的基本波形（信号状态的种数）
例子：若交通信号灯有四种显示状态，红、绿、黄、不亮，采用二进制表示方法可以使用 00 、01、10 、11，两位二进制就可以表示这四种状态，在次例中码元为4（信号有四种不同的状态）
码元速率（波特率）：单位时间内载波参数变化的次数 单位波特，Baud，简写成 B
比特率：单位时间内信道上传输的数据量（比特数），单位比特每秒，b/s或bps
波特率和比特率的转换关系：
bit=Baudlog2^N
N:码元种类数
那奎斯特定理（无噪声理想情况下）：
最大数据速率=2Wlog2^N=Blog2^N
W:信道带宽，B：波特率，N:码元种类数
S/N=100 <=> 30dB
香农公式（有信噪比情况下）：
极限数据速率=Wlog2^(1+S/N)
在30dB的情况下公式可以估算为：c=W*10
误码率：接收到的错误码元数在总传送码元数中所占比例

2、调制解调
调制可以分为：基带调制、带通调制
模拟信号调制为模拟信号的方法：（缺点：易受干扰）
**调幅：**依据传输的原始模拟数据信号变换来调整载波的振幅
**调频：**依据传输的原始模拟数据信号变换来调整载波的频率
**调相：**依据传输的原始模拟数据信号变换来调整载波的初始相位

模拟信号编码为数字信号：（优点：抗干扰能力强）
采用脉冲编码，过程为：采样、量化、编码
采样：采用必须遵循奈奎斯特采样定理才能保证无失真地恢复模拟信号,采样频率要大于2信号的最大频率

ASK（幅移键控）
FSK（频移监控）
PSK（相移键控）
BPSK 载波相位2种，分别表示逻辑0和1
4PSK（QPSK）4个输出相位表示2个输入位
8PSK 8个输出相位表示3个输入位
16PSK 16个输出相位表示4个输入位
DPSK（相对相移键控）与相位的位置相关
DPSK与BPSK区别
DPSK是只要数字变换，相位就会发生变化
BPSK逻辑1、0对应的波形是固定的

• 双相码：
  每一位中有电平转换，如果中间缺少电瓶翻转，则认为是错误代码，既可以同步也可以用于检错，负电平到正电平为0，正电平到负电平为1
• 曼彻斯特编码：
  属于一种双相码，负电平到正电平为0，正电平到负电平为1；反之亦可，常用于10M以太网，传输一位信号需要有两次电平变化，因此编码效率为50%
• 差分曼彻斯特编码：
  也属于一种双相码，中间电平只起到定时的作用，不用于表示数据，信号开始时有电平变化为0，无电平变化为1

4B/5B编码效率为80%
8B/10B编码效率为80%
64B/66B编码效率为97%

并行通信适合短距离、成本高

各类复用及其技术特点

2.2 数字传输系统

T1、E1常考点：

2.3 接入技术

• ADSL（非对称数字用户线路）接入方式：ADSL虚拟拨号、ADSL专线接入

-HFC（混合光纤—同轴电缆）：由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成

这个图考的频率比较高

• FTTx技术
  FTTN光纤节点
  FTTH光纤到户
  FTTC光纤到路边
  FTTZ光纤到小区
• PON技术（无源光纤网络）：有无源器件组成
  EPON：上下行 1.5Gps，采用8B/10B编码实际速率1Gps分路比标准定为1：32
  GPON：支持多种速率等级，可支持上下行不对称速率下行2.5Gbps，上行1.25Gbps/622Mbps，分路比1：32，1：64，1：128

2.4 有线传输介质

• 屏蔽双绞线：
  可分为两类，STP和FTP，STP是指每条线都有各自屏蔽层的屏蔽双绞线；FTP采用整体的屏蔽双绞线
• 非屏蔽双绞线
  由8根不同颜色的线分成4对绞合在一起，最常用的是五类线、超五类和六类
  标准568A线序为绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕
  标准568B线序为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕
• 光纤
  多模光纤 直径50-62.5um 成本高
  单模光纤 直径9-10um 成本较低

2.5 其他知识

• RS-232-C
  传输距离小于15m时，最大传输速率19.2kb/s；传输距离小于50m时，最大数据速率9.6kb/s；接口可简化为9针和15针两种
• 帧中继
  没有流量控制，但具有拥塞控制功能，帧中继在第二层建立虚电路，用帧方式承载业务，既可以适应流式业务，又可以适应突发式业务
• ATM
  异步传输模式，是一种数据传输技术，是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，是一种为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式

第三节 数据链路层

3.1 检错与纠错

• 海明码：
  码距：是两个码字种不相同的二进制位的个数，两个码字的码距是一个编码系统中任意两个合法编码之间不同的二进制数
  误码率：传输错误的比特占所传输比特总数的比率
  海明研究，检测d个错误，则编码系统码距>=d+1；纠正d个错误，则编码系统码距>=2d+1
  设海明码校验位k，信息位m，他们之间的关系m+k+1<=2^k
• CRC编码
  商定一个多生成项，生成项的最高位和最低为都是必须是1
  eg：G（x）=x⁴+x+1 信息位10110
  多项式生成字符串：1011 在信息位后加上4个0（最高项的数字），采用异或算法计算得出结果

3.2 点对点协议

• PPP
  点到点协议，提供一种在点到点链路上封装网络层协议信息的标准方法，LCP(链路控制协议)使用验证协议磋商在链路上传输网路层协议前验证链路的对端
  PPP三个主要组成部分：在串行链路上封装数据报的方法、建立、配置和测试数据链路连接的LCP协议、建立和配置不同网络层协议的一组网络控制协议
  PPP协议支持两种验证协议：密码验证协议（PAP）、挑战握手协议（CHAP）
• PPPoE
  使以太网的主机通过一个简单的桥接入设备连接到一个远端的接入集中器上
• HDLC
  透明传输、不依赖任何字符编码集，用0比特插入法（避免出现与数据帧的F标记相同的字符串）实现数据报文透明传输
  HDLC有三种工作站：主站、从站、复合站
  HDCL工作方式：正常启动（主站启动）、异步响应方式（从站启动）、异步平行方式（复合站启动）
  通信阶段：链路建立、信息传输、释放

3.3 常见广播方式的数据链路层

• MAC
  MAC层的主要访问方式：CSMA/CD、令牌环、令牌总线
  MAC帧格式



• CSMA/CD
  载波监听多路访问/冲突检测，是一种争用型的介质访问控制协议，为二层协议。
  工作原理：
  发送数据前先检测信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据，在发送数据时，边发送便继续监听，如监听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段随机时间重新尝试数据发送。
  CSMA/CD是一种解决访问冲突的协议，在网络负载较小时，该协议的通信效率较高，在网络负载较大时，发送时间增加，发送的效率极具下降。故此网络协议适合传输非实时的数据。
  在万兆以太网标准中（IEEE 802.3ae）采用全双工方式，抛弃了CSMA/CD
  CSMA/CD主要组成：多路访问；载波监听（以太网规定帧间最小间隔为9.6us）
  在CSMA/CD中采用三种坚持算法:
  (1)1-持续CSMA:一直监听信道，一旦信道空闲，就发送数据
  特点：有利于抢占信道，减少信道空闲时间，较长的传播延迟和同时监听可能会导致多次冲突，降低系统性能
  (2)非持续CSMA：采用等待随机的时间监听信道，若检测到信道空闲则发送数据
  特点：信道利用率提高，减少了冲突的概率，但存在信道空闲时间过长，导致信道利用率降低的情况，而且增加发送的时延
  (3)P-持续CSMA：按照P概率发送数据，1-p的概率下一个时延发送数据
• 重要概念：
  电磁波在1km电线中传播时间为5us
  以太网规定10Mb/s，以太网最小帧常为64字节，最大帧长为1518字节，MTU为1500字节，小于64字节为无效帧，应该丢弃。在千兆和万兆以太网中最小帧长为512字节
• 退避算法：

第四节 网络层

4.1 IP协议与IP地址

4.2 地址规划与子网规划

4.3 ICMP

4.4 ARP和RARP

4.5 IPv6

4.6 NAT

第五节 传输层

5.1 TCP

5.2 UDP

第六节 应用层

6.1 DNS

6.2 DHCP

6.3 WWW与HTTP

6.4 E-mail

6.5 FTP

6.6 SNMP

6.7 其他协议