网工香农定理与奈奎斯特定理问题

香农定理与奈奎斯特定理问题：

数据速率即数据传输率，是单位时间内在信道上传送的信息（位数）。

香农定理

香农定理总结出有噪声信道的极限数据速率：在一条带宽为W（HZ），信噪比为S/N的有噪声信道的极限数据速率Vmax为：

Vmax=W log2(1+S/N) 单位(b/s)

分贝与信噪比的关系为：

dB=10log10S/N dB的单位为 分贝

例：设信道带宽为4kHz，信噪比为30dB，按照香农定理，信道的最大数据传输速率约等于？

解：1，根据题意例出香农定理算式：Vmax=Wlog2(1+S/N)

2, 例出信噪比关系：dB=10log10S/N

3, 计算 30dB=10log10S/N 则S/N=1000

4，Vmax=4Khz log2(1+1000)=4000x10 =40000b/s=40kb/s

注意：此处出现单位换算一次，1 kb/S=1000b/s

尼奎斯特定理

有限带宽无噪声信道的极限波特率，成为尼奎斯特定理，若信道带宽为W（HZ）,则最大码元速率（波特率）为：

B=2W（baud）

码元的信息量n与码元的种类数N有如下关系，数据速率= 码元速率(波特率)*码元携带的信息量

n=log2N

所以，由尼奎斯特定理可得：

Vmax=B long2N=2 w log2N 单位（b/s）

例：设信道带宽为 3400Hz，调制为 4 种不同的码元，根据 Nyquist 定理，理想信道的数据速率为？

解：1，根据题意例出尼奎斯特定理算式：Vmax=2 W long 2N

2, 直接套入数字：Vmax=2x3400xlog2(2次方)

3, Vmax=2x3400x2=13600b/S=13.6kb/s

注意：此处出现单位换算一次，13600b/s=13.6kb/2

例1：设信道采用2DPSK调制，码元速率为300波特，则最大数据速率为

解：Vmax=B long2N=300x1=300b/s

例2：在异步通信中，每个字符包含1位起始位，7位数据位，1位奇偶效验位和两位终止位，若每秒传送100个字符，采用4DPSK调制，则码元速率为？有效数据速率为？

解：1，根据题意计算数据速率为 （1+7+1+2）*100=1100b/s

2，由尼奎斯特定理得出，1100b/s=B*log2^4

3，B=1100/2=550baud

4, 有效数据速率，即单位时间内传输的数据位，即7*100=700b/S

E1与T1问题

E1载波基本帧由32个子信道组成，其中30个子信道用于传送话音数据，2个子信道CH0和CH16用于传送控制命令，该基本帧的传送时间为125us。

在E1载波中，每个子信道的数据速率是64Kb/s，E1载波的控制开销占6.25%

E1信道的数据速率是2.048Mb/s

T1载波的每个信道的数据速率为64kb/s，T1信道的总数据速率是1.544Mb/s

E3的数据速率是34.368Mb/s ，T3信道的数据速率为44.736Mb/s

HDLC

高级数据链路控制协议是一种面向比特的同步链路控制协议，采用01111110作为标志以确定帧的边界。

数据传输延迟问题

总延迟T=发送延迟T1+传输延迟T2

注意：电信号在电缆上传播的速度为光速的2/3，即20wkm/s

卫星传送信号的延迟恒定为270ms

例：在相隔2000km的两地间通过电缆以4800b/s的速率传送3000比特长的数据包，从开始发生到接收数据需要的时间是:？，如果用50Kb/s的卫星信道传送，则需要的时间是？

解：

对于电缆：

传输延迟T1=2000km/(20km/ms)=10ms

发送延迟T2=3000b/(4800b/s)=625ms

T=T1+T2=625ms+10ms=635ms

对于卫星：

传输延迟 T1=270ms

发送延迟 T2=3000 b/(50kb/s)=60ms

T=T1+T2=270ms+60ms=330ms

注意：卫星传输数据时与地面相隔距离无关。

数字化技术PCM计算问题

PCM主要经过3个过程：采样，量化和编码。

f=1/T≥2fmax

f为采样频率，T为采样周期， fmax为信号的最高频率。

例：设信道带宽为3400HZ，采用PCM编码，采样周期为125μs，每个样本量化为128个等级，则信道的数据速率为？

解：f=1s/125us=8000Hz

8000Hz＞3400Hz*2

128=2的7次方

则：数据速率=8000Hz*7=56000b/S=56kb/s

CSMA/CD以太帧最小帧长计算问题

最小帧长与数据速率的比值必须大于等于传输距离与传输速率的比值

设L为最小帧长，R为数据速率，S为两端距离，V为传输速度，则

L/R≥2（S/V）

例，一个运行CSMA/CD的协议的以太网，数据速率为1GB/S，网段长1KM，

信号速度为200000KM/S，则最小帧长度为？

解，L/R≥2(S/V)

即 L/1(gb/s)=2x(1km/20000(m/s))即 L=10000b

注意单位换算问题

1GB/S=1000 000 000b/s

CSMA/CD考点汇总：

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）即载波监听多路访问/冲突检测机制。CSMA/CD采用一种称为二进制后退算法，这种方法在重负荷时仍能保证系统的稳定性，有效分解冲突。

CSMA/CD，不适于所有802.3以太网，在10千兆位以太网就忽略了CSMA/CD。

非坚持的CSMA：线路忙，等待一段时间，再侦听；不忙时，立即发送；减少冲突，信道利用率降低：

1坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，立即发送；提高信道利用率，增大冲突：

p坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，根据p概率进行发送，另外的1-p概率为继续侦听（p是一个指定概率值）；有效平衡，但复杂：

CSMA/CA考点汇总

CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量避免。

所有站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间成为帧间间隔IFS（inter frame space），每一个发送站维持一个后退计算器，并监听网络上的通信。

CSMA/CA 协议适用于突发性业务。

各个发送站在两次帧间间隔（IFS）之间进行竞争发送。

OSI/RM各层功能简介

7、应用层 application layer 处理网络应用

6、表示成 presentation layer 数据表示，数据压缩

5、会话层 session layer 互联主机通信

4、传输层 transport layer 端到端应带，分组排序，流量控制

3、网络层 network layer 分组传输和路由选择

2、数据链路层 data link layer 传送以帧为单位的信息

1、物理层 physical layer 二进制数据传输

各协议注意事项：

网络层的服务访问点是ip地址。

BGP协议是一种路由协议，BGP报文封装在TCP报文中，

BGP报文类型有：建立邻居关系的open，对open请求应答的keepalive，发送路由更新的update报文，通告路由错误的notification报文。

ICMP工作在网络层，ICMP报文封装在IP数据报中传输，是一种面向连接。

ICMP报文用于测试目的主机或路由器是否可达，回声请求用于确实是否连通，

路由重定向即更改路由器的跳步顺序。

SNMP基于UDP传输方式。

TFTP提供不可靠的数据流传输服务，承载在UDP上。

ARP和RARP协议，在TCP/IP协议族中属于网络层，在OSI模型中属于数据链路层，ARP报文封装在以太帧中。

使用ADSL拨号上网，需要在用户端安装ARP协议来建立IP地址到MAC地址间的映射。

TCP报头的最小长度是20字节。

在TCP协议中，采用端口号来区分不同的应用进程。

TCP进行流量控制的方法是使用可变大小的滑动窗口协议。

在TCP/IP网络中，为各种公共服务保留的端口号为1-1023。

127.0.0.1是IPV4环回地址，它被分配给了一个内部环回接口，此接口可供节

点用来向自己发送数据包。该地址既可以作为目标地址，也可以作为源地址。

自动专用IP地址（automatic private ip address APIPA）地址范围是169.254.0.0-169.254.255.255 ，在网络故障找不到DHCP服务器或DHCP服务器失效时使用。

如果帧编号字段为K位，对于选择重发ARQ协议，发送窗口大小为W≤2的K-1次方，对于后退N帧的ARQ协议，则窗口大小为W≤2的K次方-1。

Ipv4协议头中标识符字段的作用是用于分段和重装。

当TCP实体要建立连接时，其段头中的SYN标识置1。

UDP协议在IP层上提供了端口寻址功能。

Ipv6协议数据单元表示松散源路由功能的扩展头部是路由选择头部，如果有多个

扩展头部，第一个扩展头部为逐条头部。

Ipv6中，地址类型由格式前缀来区分，Ipv6可集聚全球单播地址的格式前缀是001

Ipv6 中，0:0:0:0:0:0:0:0表示不确定地址，不能分配给任何节点，0:0:0:0:0:0:0:1表示回环地址，节点用这种地址向自身发送ipv6分组

Ipv6的“链路本地地址”是将主机的MAC地址附加在地址前缀1111 1110 10之后产生的。

telnet采用客户端/服务器工作方式，采用NVT（网络虚拟终端）格式，实现客户端和服务器的数据传输。

DNS服务器中，主域名服务器具有一个或几个域的授权，并负责维护这个区域的所有域名信息。辅助域名服务器作为主域名服务器的备份服务器提供域名解析服务。转发域名服务器主要负责非本地域名的查询。缓存域名服务器可以通过自己的查询操作建立地址缓存的服务器，它没有域名数据库。任何一个internet用户可以使用整个域名树上的任何一个域名服务器来解析域名。

在域名解析过程中，缓存域名服务器获取的解析结果耗时最短。

DNS服务器在名称解析过程中正确的查询顺序是 本地缓存记录→区域记录→转发域名服务器→根域名服务器。

DNS服务器进行域名解析时，采用递归方法，发送域名请求为1条，迭代则是多条。

DNS资源记录中记录类型（record-type）有多种，SOA是授权，NS是域名，A是IP地址，CNAME是别名，MX是邮件，PTR是指针。

DNS中，没有域名数据库的是缓存域名服务器。

ftp命令中，用来设置客户端当前工作目录的命令是lcd。

http协议中，用来读取一个网页的操作方法是GET。

应用层

HTTP、FTP、telnet、SMTP

SNMP、DNS、DHCP

POP、DNS

TFTP

传输层

TCP

UDP

网络层

IP、ICMP、ARP、RARP

通信子网层

电话网，局域网，无线网

常见协议的端口号：

FTP 20数据21控制 ，FTP协议中，控制连接是由客户端主动建立的，是服务器客户端程序。

telnet23，为了使异构计算机和操作系统间的Telnet交互操作成为可能，Telnet协议定义了一种通用字符终端作为数据和命令在Internet上的传输方式，即NVT（Net Virtual Terminal，网络虚拟终端）

smtp25，DNS53（TCP和UDP都它都能用） TFTP69， HTML80，SNMP161。 DHCP67、68 ，DHCP客户端不能从DHCP服务器获得web服务器的IP地址。

Pop3协议采用Client/server模式，客户端与服务器建立TCP连接，占用TCP端口110。

HTTPS是一种安全的HTTP协议，它使用SSL来保证信息安全，使用TCP的443端口来发送和接收报文。HTTPS安全机制工作在传输层。

SSL：secure socket layer 是目前解决传输层安全问题的一个主要协议，基于TCP协议上提供可靠的端到端安全服务，SSL协议使用的默认端口是443

IPSEC，通过扩充认证头AH及对报文内容进行加密封装ESP有效的保障网络安全。IPSEC是网络层安全协议。

TLS(transport layer security) 传输层安全协议，是确保互联网上通信应用和其用户隐私的协议，TLS由两层构成，TLS记录协议和TLS握手协议，TLS属于传输层安全协议。

报文摘要算法MD5的输出是128位，SHA-1的输出是160位。

SNMP：simple network management protocol ,简单网络管理协议，端口161，用来对通信线路进行管理，SNMP service为windows发送SNMP请求报文，并能对SNMP报文进行解析服务，而SNMP trap service （trap[陷阱]）用以监听被管主机发送来的陷入报文的服务。

PGP(Pretty Good Privacy)，是一个基于RSA公匙加密体系的邮件加密软件。可以用它对邮件保密以防止非授权者阅读，它还能对邮件加上数字签名从而使收信人可以确认邮件的发送者，并能确信邮件没有被篡改。

DNS，是域名系统（Domain Name System）的缩写，它是因特网的一项核心服务，它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串，使用端口53.

DNS查询模式

1.递归查询:

一般客户机和服务器之间属递归查询，即当客户机向DNS服务器发出请求后,若DNS服务器本身不能解析,则会向另外的DNS服务器发出查询请求，得到结果后转交给客户机；

2.迭代查询(反复查询): 一般DNS服务器之间属迭代查询，如：若DNS2不能响应DNS1的请求，则它会将DNS3的IP给DNS2，以便其再向DNS3发出请求；路由协议

RIP每30秒，IGRP每90秒一次发布路由更新。OSPF不论是否网络拓扑发生改变，每10秒发送一次hello数据包，OSPF如果40秒没有收到hello分组，就认为对方不存在。

IGRP(interior gatway routing protocol)内部网关路由协议，是一种动态距离向量路由协议，由思科设计，使用组合用户配置尺度，包括带宽，延迟，可靠性和最大传输单元 (MTU)。

IGRP协议的路由度量一般情况下可以简化为跳步数。

默认情况下，IGRP每隔90秒发送一次路由更新广播，在3个更新周期内（270秒），没有从路由中的第一个路由器接收到更新，则宣布路由不可访问。

IGRP配置为：

Router(config)#router igrp 10

Router(config)-router)#network 192.168.20.0

IGRP不支持可变长子网掩码

RIPV1与RIPV2

RIPV2是一个距离矢量路由协议，相比RIPV1具有三处改进：

使用组播而不是RIPV1的广播来传播路由更新。采用触发更新机制来加速路由收敛，即出现变化时向邻居发送更新报文，可以不必等待更新周期。支持无类域间路由CIDR，使网络设计更加具有伸缩性。

RIPV1与V2具有共同点是，以跳步数来度量路由费用，允许最大跳步数为15跳。

OSPF：开放最短路径路由协议

OSPF是链路状态路由协议，在同一层的区域内与其他所有路由器交换链路状态公告（LSA）信息。OSPF的工作是有层次的，其层次中最大实体为自制系统（AS）。AS是遵循共同路由策略统一管理下的网络群，拥有多个接口的路由器可以加入多个区间，这些路由器成为边缘路由器，分别为每个区间保存其拓扑数据库。

OSPF主干负责在区间分发路由信息，包含所有的区间边缘路由器，非全部属于某区间的网络及其相连的路由器。

SPF算法是OSPF的基础，用OSPF hello协议来获取邻居信息，hello包也含有keepalive功能。自治系统号由16比特组成，共有65533个取值。

OSPF采用Hello协议分组来维持与邻居的连接，采用LSA（链路状态广播信息）和这些路由器交换链路状态信息。在默认情况下，40秒没有收到hello分组，就认为对方不存在。

每一个路由器都包含同一AS种的数据库项

在同一区域中，所有OSPF路由器都维护一个相同的AS结构数据库。使用Dijkstra算法来计算每一个目的路由器的距离。

使用LSA(link state adrertsement)链路状态通告来更新和维护拓扑数据库。

BGP(Bord Gateway protocol)边界网关协议， 是运行在TCP上的一种自治系统的路由协议，采用触发性的路由更新机制，不交换整个BGP表，而只更新发生变化的路由条目。路由更新是由update消息来完成的，当没有路由更新传送时，BGP会话用keepalive消息来验证连接的可用性。Keepalive包很小，可以节省带宽，协商发生错误时，BGP会向双方发送notification消息来通知错误。

在BGP协议中，open报文用于与相邻的另一个BGP发言人建立相邻关系，update报文用于确认open报文，以及周期性证实相邻边界路由的存在，notification用于发送检测到的差错，BGP支持CIDR，拥有丰富的路由过滤和路由策略。

STP：spanning tree protocol 生成树协议 ，STP要求每个网桥分配一个唯一的标识（BID），BID通常由优先级（2 bytes）和网桥MAC地址（6bytes）构成。

交换机优先级以4096为块大小递增或递减，默认值为32768。根据选举规则，选择较小的交换机，当优先级相同的时候，查找最小的MAC地址成为根交换机。

MPLS多协议标签交换， 是一种快速数据包交换和路由的体系，它为网路哦数据流量提供了目标路由，转发和交换等能力，它拥有管理不同形式通信流的机制。

MPLS网络由核心部分的标签交换路由器LSR和边缘部分的标签边缘路由器LER组成。

LER的作用是分析IP包头， 决定相应的传送级别和标签交换的路径LSP

MPLS工作流程：

由LDP(标签分发协议)和传统路由协议(ospf)等在LSR中建立路由表和标签映射表。在MPLS出口处的LER接收IP包，完成三层功能，并给IP包打上标签。在MPLS出口处的LER将分组中的标签去掉后继续转发。LSR不再对分组进行第三层处理，只根据分组上的标签交换单元进行转发。

MPSL格式 2层头部### MPLS头部###i p头部### 数据

严格源路由选项规定，IP数据报要经过路径上的每一个路由器，相邻路由器间不得有中间路由器，并且所经过的路由器顺序不可更改，而松散源路由选项只会给出IP数据报必须经过源站指定的路由器，并不给出一条完备的路径，即松散源路由指IP分组必须经过源站指定的路由器，不规定路径。

交换机

交换机有三种交换方式：存储转发交换，直通交换，碎片过滤式交换。

STP：spanning tree protocol 生成树协议，STP要求每个网桥分配一个唯一的标识（BID），BID通常由优先级（2 bytes）和网桥MAC地址（6bytes）构成。

交换机优先级以4096为块大小递增或递减，默认值为32768。根据选举规则，选择较小的交换机，当优先级相同的时候，查找最小的MAC地址成为根交换机。

IEEE802.1d协议，就是生成树协议，所有网桥有5种状态功能。

阻塞(blocking)不转发器，不学习

监听(listening)识别根桥，可区分根端口，指定端口，和非指定端口，不能学习接收帧的地址。

学习(learning)MAC端口能够学习接收帧的MAC地址，但不能转发。

转发(orwarding)MAC端口可以学习接收帧的源地址，并可以根据目的地址将其转发到适当的端口。

禁用(disabled)MAC端口不参与生成树算法。

VTP协议，交换机的运行模式可分为3种：

服务器模式(server)，可以创建，添加，删除和修改VLAN配置，并从中继端口发出VTP组播帧，把配置信息分发到整个管理域中的所有交换机，一个管理域中可以有多个服务器。客户机模式(clien)不允许创建，修改或删除VLAN，但可以监听并据此修改自己的VLAN。透明模式(transporent)可进行VLAN配置，但配置信息不会传播至其他交换机。

网络分类

IEEE802.3ae 10Gb/s以太网，10Gb/s以太网中，全部采用光纤标准，不再支持半双工模式，一律全双工。

IEEE802.3规定的最小帧长为64字节，这个帧长是指从目标地址到校验和的长度。

千兆以太网标准802.3z定义了一种帧突发方式（frame bursting），这种方式是指一个站可以连续发送多个帧

Ethernet数据帧格式最多1518字节，目的MAC6字节，源MAC6字节，类型2字节，CRC4字节，剩下为数据部分的1500个字节，其中，IP头20字节，TCP头20字节，则数据部分最长为1460字节。

8021.q封装协议，在原来的以太帧头中的源地址后增加了一个4字节的802.1q标签。

IEEE 802.11标准定义的Peer to Peer网络是一种不需要有线网络和接入点支持的点对点网络。

以太网协议中使用二进制后退算法，该算法的最大特点是在重负载下，提高网络的利用率。

IEEE802.11标准定义了两种无线网络的拓扑结构，一种是基础设施网络，它通过无线接入点AP将其连接到现在网络。二是特殊网络AD HOC，它是一种点对点连接。

IEEE802.11

标准

速度

技术

802.11

2.4GHZ，ISM频段

1mb/s，2mb/s

扩频通信技术

802.11b

2.4GHZ，ISM频段

11mb/s

Cck技术

802.11a

5GHZ，U-NII频段

54mb/s

OFDM调制技术

802.11g

2.4GHZ,ISM频段

54mb/s

OFDM调制技术

802.11n

智能无线技术

300mb/s→600mb/s

MIMO与OFDM技术

IEEE 802.11i规定使用802.1x认证和密钥管理方式，在数据加密方面，定义了TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）、CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）和WRAP（Wireless Robust Authenticated Protocol）三种加密机制

802.11i 采用加密算法为AES。

802.11b定义无线网络安全协议WEP，是一种MAC层认证机制，使用RC-4加密法，是对称加密机制，长度为40或128位。

IEEE802.11标准使用扩频通信技术，即使用伪随机序列，对代表数据的模拟信号进行调制。

帧中继的地址格式中，表示虚电路标识符是DLCI。

组网技术中，家庭局域网不但能够连接因特网，而且WLAN内部还可以直接通信，应使用设备为无线路由器+无线网卡。

使用代理服务器不能避免来自internet上病毒的入侵，不能对信息加密。

网路结构的三层模型细节：

接入层：实现用户访问，要求成本低，高密度，接入层可实现用户访问控制即MAC绑定。

汇聚成：分为多个广播/组播域，可以实现VLAN间的路由选择，并通过访问控制列表实现分组过滤。

核心层：主干线路，提供链路冗余，路由冗余，VLAN中继和负载均衡等功能。

网络通信设备

多模光纤与单模光纤的特殊区别：

多模光纤使用发光二极管，单模光纤使用激光二极管。

多模光纤允许多束光纤穿过光纤，单模光纤比多模光纤采用的波长长。

单模光纤只允许一束光线穿过光纤，单模光纤传输频带宽，多模光纤传输频带窄。

局域网中双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两类，STP有金属包层，辐射小，价格高。

UTP分为3类，4类，5类和超5类4种。

3类UTP适应以太网(10mb/s)对传输介质的要求。(4类与3类差不多)

5类UTP因价廉质优为快速以太网(100Mb/s)首选。

超5类UTP为千兆以太网(1000Mb/s)

100BASE－TX是一种以太网标准，用于描述5类非屏蔽双绞线上如何运行100Mb/s速率的快速以太网，100BASE使用两对抗阻为100欧姆的5类非屏蔽双绞线，最大传输距离为100米一对用于发送，一对用于接收，用4B/5B编码方式，自动协商最大传输速率。

IEEE 802.3au

100BASE-TX 5类非屏蔽双绞线 2对跳线 传输距离100m

100BASE-FX 62.5/125多模光纤 2对用于收发 传输距离400m

100BASE-T4 3类非屏蔽双绞线 4对用于收发 传输距离100m

光纤覆盖分类（FTTX）：

FTTN，光纤到节点即光纤到弱电箱。【node节点】

FTTC，光纤到路边。【curb】路边

FTTZ，光纤到小区。【zone】地区

FTTH，光纤到户。【home】户

光纤布线系统测试指标包括：最大衰减值，波长窗口参数，回波损耗限值，与近端串扰无关，近端串扰用于测试双绞线。

通常请了下，信息插座安装在距离地面30→50CM高。

ADSL接入方式分为虚拟拨号和准专线两种。

采用虚拟拨号的用户需安装PPPOE或PPPOA客户端软件，以及类似于MODEM的拨号程序，输入用户名称和用户密码即可接到宽带接入点。

采用准专线方式的用户使用电信部门静态或动态分配的IP地址，开机即可接入internet。

家庭内，PC通过ADSLMODEM→分离器→入户接线盒→电话线→DSL接入复用器(DSLAM)连接ATM或IP网络。

话音线路通过：分离器→入户接线盒→电话线→DSL接入复用器，接入电话交换机。

局域网管理站轮询问题：最大支持设备=轮询时间（秒）÷一次查询时间（秒）

例如：假设某局域网，管理站每15min轮询管理设备一次，一次查询时间是200MS。则管理站最多可支持 15*60/0.2=4500个。

计算机病毒

蠕虫是一种常见的病毒，主要通过网络和电子邮件传播。目录行病毒，可改变相关目录的文件项。引导型病毒，寄生于主引导区，引导区，病毒利用操作系统的引导模块放在某个固定位置，将移动引导分区内容。多型病毒，每次感染都会改变自己。特洛伊木马，特征为有未知程序试图建立网络连接。

各种病毒的名称：

Worm .sasser 蠕虫

Troian.qq psw 特洛伊木马

Backdoor.IRCBot 后门

Macro .Melissa 宏病毒

网络安全

PPP：point-to-point protocol 点对点协议

建立PPP链接以后，发送方就发出一个提问消息(challenge[挑战] message)，接收方根据提问消息来计算一个散列值，CHAP协议采用这种方式进行用户认证。

CHAP：challeng handshake authentication protocol 挑战握手协议，通过三次握手周期性地校验对端的身份，在初始链路完成时，可以在链路建立之后的任何时候重复进行，具体过程为：

链路建立，以认证者向对端发送challenge消息。对端点用经过担心哈希函数来应答。认证者根据自己计算的哈希值来应答，配对则承认。经过一段时间发送新的challenge给端点。

PKI （Pubic Key Infrastructure）公钥基础设施，是一组规则，过程，人员，设施，软件和硬件的集合。可用来进行公钥证书的发放，分发和管理。

CA对主体的公钥签名并发放证书，主要功能有：

证书更新：当前证书过期，发现新证书证书作废：使得该证书从该时刻起非法证书发布：PKI用户可以搜索并取得证书维护证书作废列表：在PKI中保持作废列表的时效发布作废列表：使PKI用户可以访问作废列表。

数据传输加密是对传输中的数据流加密，以防止通信线路上的窃听，泄露，篡改和破坏。加密可以在3个不同层次来实现，即链路加密，节点加密和端到端加密。链路加密侧重点在通信链路上而不考虑新源何新宿，是对保密信息通过各链路采用不同的加密密钥提供安全保护。

端到端加密则指信息由发送端自动加密，进入TCP/IP数据包回封，然后作为不可阅读和不可识别的数据穿过因特网，当这些信息一旦到达目的地，将自动重组，解密成为可读取的数据形式。

实现VPN的关键技术主要有隧道技术、加密解密技术、密钥管理技术和身份认证技术。

隧道协议中最为典型的有IPsec，L2TP，GRE，PPTP，L2F，其中GRE，IPsec属于第三层（网络层）隧道协议，L2TP，PPTP，L2F属于第二层隧道协议。

L2TP数据吧的封装格式为IP UDP L2TP PPP

利用报文摘要算法生成报文摘要的目的是防止发送的报文被篡改。

Linux文件详细信息具体内容详解：

列如：drwxr－ xr－x 2 root root 4096 nov 600:04 aa

第一个字符有5种情况：

d ,表示目录文件 l,表示连接文件

－，表示普通文件 b,表示设备文件

P,表示普通文件

后面9个字符每3个一组，分别代表文件所有者，文件所有者所在的用户组，其他用户对文件拥有的权限。rwx 代表读写执行，若没有某权限，用－代替。

“2”表示该目录下的文件数，该文件数目=隐藏文件数+普通文件数

root代表这个文件（目录）的属主用户为root

第二个root代表这个文件（目录）所属的用户组为root

4096代表文件的大小（字节数），目录的大小是4096个字节

Nov 6 00:04 是目录修改时间

内存容量问题：

地址编号从80000H到BFFFFH且按字节编址的

内存容量为( 5 )KB,若用16K*4bit的存储芯

片够成该内存 ，共需( 6 )片

5.A.128 B.256 C.512 D.1024

6.A.8 B.16 C.32 D.64

解析：

1、80000H 和 BFFFFH 末尾的H表示16进制

不参与运算。

2、做减法运算（也可都换算成10进制）

求出内存容量

BFFFF-80000=3FFFF 10进制就是262143B，

然后262143/1024=256KB，故空（5）答案

是 B、256。

3、算成bit

256KB=256*1024*8(bit)

16K*4bit=16*1024*4(bit)

4、求出片数

（256*1024*8）/（16*1024*4）=32(片)

故空（6）答案是 C、32。

网络互联基础-TCP/IP协议族

1、物理层

机械特性：接口的型状，尺寸的大小，引脚的数目和排列方式等。

电气特性：接口规定信号的电压、电流、阻抗、波形、速率及平衡特性等。

功能特性：接口引脚的意义、特性、标准。电压表示范围的含义。

过程特性：确定数据位流的传输方式，事件发生顺序。如：单工、半双工或全双工。

物理层协议有：

美国电子工业协会(EIA)的RS232，RS422，RS423，RS485等； 际电报电话咨询委员会(CCITT)的X.25、X.21等；

物理层的数据单位是位比特(BIT)，典型设备是集线器HUB。

2、链路层

链路层屏蔽传输介质的物理特征，使数据可靠传送。

内容包括介质访问控制、连接控制、顺序控制、流量控制、差错控制和仲裁协议等。

链路层协议有：

协议有面向字符的通讯协议(PPP)和面向位的通讯协议(HDLC)。

仲裁协议：802.3、802.4、802.5，即：

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)、Token Bus、Token Ring

链路层数据单位是帧，实现对MAC地址的访问，典型设备是交换机Switch。

3、网络层

网络层管理连接方式和路由选择。

连接方式：虚电路(Virtual Circuits)和数据报(Datagram)服务。

虚电路是面向连接的(Connection-Oriented)，数据通讯一次路由，通过会话建立的一条 通路。

数据报是非连接的(Connectionless-Oriented)，每个数据报都有路由能力。

网络层的数据单位是包，使用的是IP地址，典型设备是路由器Router。

这一层可以进行流量控制，但流量控制更多的是使用第二层或第四层。

4、传输层

提供端到端的服务。可以实现流量控制、负载均衡。

传输层信息包含端口、控制字和校验和。

传输层协议主要是TCP和UDP。

传输层位于OSI的第四层，这层使用的设备是主机本身。

5、会话层

会话层主要内容是通过会话进行身份验证、会话管理和确定通讯方式。

一旦建立连接，会话层的任务就是管理会话。

6、表示层

表示层主要是解释通讯数据的意义，如代码转换、格式变换等，使不同的终端可以表示。

还包括加密与解密、压缩与解压缩等。

7、应用层

应用层应该是直接面向用户的程序或服务，包括系统程序和用户程序，

例如www、FTP、DNS、POP3和SMTP等都是应用层服务。

从功能角度可分为三组，1、2层解决网络信道问题，3、4层解决传输问题，5、6、7层处理对应用进程的访问。

从控制角度可分为二组，第1、2、3层是通信子网层，第4、5、6、7层是主机控制层。

二、TCP/IP 协议簇

TCP/IP协议簇分为四层，IP位于协议簇的第二层(对应OSI的第三层)，TCP位于协议簇的第三层(对应OSI的第四层)。

TCP和IP是TCP/IP协议簇的中间两层，是整个协议簇的核心，起到了承上启下的作用。

1、接口层

TCP/IP的最低层是接口层，常见的接口层协议有：

Ethernet 802.3、Token Ring 802.5、X.25、Frame reley、HDLC、PPP等。

2、网络层

网络层包括：IP(Internet Protocol)协议、ICMP(Internet Control Message Protocol)

控制报文协议、ARP(Address Resolution Protocol)地址转换协议、RARP(Reverse ARP)反向 地址转换协议。

IP是网络层的核心，通过路由选择将下一跳IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务

ICMP是网络层的补充，可以回送报文。用来检测网络是否通畅。

Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echo relay进行网络测试。

ARP是正向地址解析协议，通过已知的IP，寻找对应主机的MAC地址。

RARP是反向地址解析协议，通过MAC地址确定IP地址。比如无盘工作站和DHCP服务。 3、传输层

传输层协议主要是：传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和用户数据报协 议UDP(User Datagram rotocol)。

TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯时完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于点对点的通讯。

TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。

UDP是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。UDP通讯时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出丢包现象，实际应用中要求在程序员编程验证。

4、应用层

应用层一般是面向用户的服务。如FTP、TELNET、DNS、SMTP、POP3。

FTP(File Transmision Protocol)是文件传输协议，一般上传下载用FTP服务，数据端口 是20H，控制端口是21H。

Telnet服务是用户远程登录服务，使用23H端口，使用明码传送，保密性差、简单方便。 DNS(Domain Name Service)是域名解析服务，提供域名到IP地址之间的转换。 SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)是简单邮件传输协议，用来控制信件的发送、中转。 POP3(Post Office Protocol 3)是邮局协议第3版本，用于接收邮件。 数据格式： 数据帧：帧头＋IP数据包＋帧尾 (帧头包括源和目标主机MAC地址及类型,帧尾是校验字)

IP数据包：IP头部＋TCP数据信息 (IP头包括源和目标主机IP地址、类型、生存期等) IP数据信息：TCP头部+实际数据 (TCP头包括源和目标主机端口号、顺序号、确认号、校验字等)

铁束发威，巴以冲突中的“激光打火箭弹”小视频是真的吗？

先说结论。网络上流传的巴以冲突中击落火箭弹的激光武器视频大概率来自电子游戏 ；拥有类似能力的以色列铁束（iron beam）激光防御系统已经非常接近于实战部署；用于防御无人机、无人船、迫击炮弹和简易火箭弹的近程激光防御系统近些年取得重大进展；我国在激光武器领域拥有世界先进水平，出口海外的激光武器已经取得实战战果；世界各国研制中的大功率远程激光武器系统，仍旧面临非常多尚未突破的技术难题。

视频真伪的判断

社交媒体上流传的声称是“以色列铁束激光武器击落哈马斯火箭弹”的视频片段最早可以追溯到 10 月 11 日上传的一段战争沙盒游戏《武装行动3》（ARMA3）的游戏视频。

10 月 16 日，《武装行动3》的制作公司——捷克波西米亚互动工作室（Bohemia Interactive Studio）的首席执行官马雷克·斯潘内尔（Marek Španěl）在其个人社交媒体证实了视频确实来自游戏录屏，并且提醒要注意使用各种游戏视频谎称是战争实拍的行为。[1]

铁束系统的研发机构在 2022 年表示，该系统还需要 2-3 年的时间才能完成实战部署。

网络上流传的巴以冲突中以色列使用激光武器拦截火箭弹的视频截图。

铁束是什么

2014 年初，以色列军火巨头拉斐尔先进防务系统公司（Rafael Advanced Defense Systems）在新加坡航展上展示了铁束定向能防空系统。[2]

所谓“定向能武器”（direct-energy weapon）是包括激光、离子束、高能微波等的非弹道武器，铁束采用的就是高能激光作为其杀伤手段。 该系统由以色列国防部出资，拉斐尔公司联合美国洛克希德·马丁公司研制开发。

铁束的组件。图源：Rafael官网

当时，拉斐尔公司宣称，铁束将会在 2015 年进入以色列陆军服役。不过，到 2022 年初的时候，时任以色列总理的贝内特还在表示，铁束将会在年内投入使用。[3]而 2022 年底，拉斐尔公司高管在接受采访时说，铁束会在 2-3 年内完成实战部署。他同时表示，铁束系统并不存在重大技术难题，只是需要解决一些“工程”方面的障碍。[4]

要说铁束，先说“铁穹”

以色列面临巨大的国土防空压力 ，假想敌包括从射程几千千米可携带核生化弹头的中远程地对地弹道导弹、射程数百千米的中近程战术地对地弹道导弹和巡航导弹、射程数千米到数百千米的各型号火箭弹、低成本简易火箭弹、迫击炮弹、军用无人机和简易改装的无人机等各式各样的目标。

为此，以色列军方打造了一个由多层防空武器组成的防空系统。 其最外层防空由作战半径超过 2000 千米的“箭3”（arrow3）大气层外拦截导弹组成；第二层为作战半径数百千米的“箭2”（arrow2）导弹；百千米以内的目标由中层防御“大卫投石索”（David’s Sling）导弹负责拦截；铁穹（iron dome）作为近层和末端防御系统，负责拦截敌方射程在 4-70 千米的各种火箭弹和其他低速弹药。

在这四层防空系统中，铁穹无疑是其中最大的明星。自 2011 年服役以来，铁穹拦截各种火箭弹袭击的场景已经成为了新时代战场的名场面。十几年来，铁穹以近九成的拦截成功率击落了上万枚各种目标，成为了当今最优秀的防空系统之一。 除了以色列本国大量装备之外，包括美国、印度等国家已经或者意向购买该系统。

但是铁穹系统并非无懈可击，新一轮的巴以冲突爆发之初，哈马斯武装正是利用了铁穹的弱点，成功对以色列进行了有效的打击。铁穹的最大缺点就是抗饱和打击能力有限。 其实这么说对铁穹很不公平——它在抗饱和打击方面已经是“世界最强”之一。

我们先来看一下一个典型的铁穹作战单元的基本构成：

探测和跟踪系统

核心为以色列另一军工巨头以色列航空航天公司（IAI）研制的EL/M-2084型相控阵雷达，可以同时跟踪 1100 个目标，并为拦截导弹提供数据链支持。这一型号的雷达也是“大卫投石索防空系统”的核心探测器，其海军型也为以色列、印度等多国海军采购作为舰艇防空系统的核心部件。

铁穹发射拦截器。来源：Wikipedia

指挥和控制系统

由以色列私营企业mPrest系统公司研发，负责分析来自探测跟踪系统的数据，解算导弹的拦截弹道，判断目标的威胁程度。如果系统研判目标弹着点会在无人区，就会自动放弃拦截。

发射系统

铁穹采用固定的发射阵地。这主要是因为以色列国土面积有限，敌人的来袭方向可以提前预判，因而不需要采用机动式发射平台。导弹发射器为 4x5 排列的箱式布局，备弹 20 发。每个作战单元装备3-4台发射器。

导弹系统

铁穹的塔米尔（Tamir）拦截弹直径 0.16 米，长 3 米，重 90 千克。采用中段指令制导和主动雷达末制导，并装备近炸高爆战斗部。

一个铁穹作战单元可以覆盖约 150 平方千米，60-80 枚备弹可以对抗 30-60 个来袭目标。这已经是非常出色的战术指标。但这次哈马斯武装在 10 月 7 日的军事行动中，用数千枚火箭弹的火力对铁穹实施了饱和式攻击。

以色列目前装备有十几个铁穹作战单元，其全部待发的塔米尔拦截弹在第一波火箭弹齐射攻击中，就几乎消耗殆尽。 铁穹系统再装填导弹的火力空白，成了哈马斯火箭弹攻击的突破口。

铁穹系统更本质的缺点是造成其无力拦截大量哈马斯火箭弹齐射的原因。这个缺点就是成本高。与前一个缺点一样，说铁穹成本高同样是不公平的。 一个铁穹作战单元的成本约为 5000 万美元，每枚塔米尔导弹的成本约 4-5 万美元。这对于一个采用高性能相控阵雷达和主动雷达引导拦截弹的高端防空系统已经是非常低的价格。

国际上目前很难找到成本更低的类似的防空系统。但问题是，它的对手成本更低。 哈马斯武装大量生产的简易火箭弹，单枚成本不过几百到几千美元。它们无需采用精确制导系统，主要作战任务是对以色列平民目标进行杀伤和威慑，有时候甚至完全不需要任何制导系统，只要火箭飞出去就算完成任务。

这种不对等的成本导致以色列面临一个棘手的局面——虽然其经济实力远高于对手，在“简易矛”和“精密盾”的对抗中，依然承受着巨大的经济压力。 这一次的巴以冲突，很多分析家认为，以色列的铁穹系统拦截弹库存已经消耗殆尽。即便铁穹的单发成功率提升到 100%，这种“兑子”游戏从时间成本和经济成本上都是不可持续的。

铁束是解决方案吗？

相比于防空导弹或者防空火炮，激光武器有着无与伦比的理论优越性。

1、相比于用音速的倍数（马赫数）来衡量速度的导弹和炮弹，激光束的速度是不可超越的光速，直线传播且打击速度极快 ，无需解算弹道，也无需计算提前量。

2、激光本身没有质量，因此发射激光束也不像发射炮弹和导弹一样需要考虑后坐力或者震动，发射系统的力学设计会相对简单。

3、只要激光器有电能或者其他能源输入，理论上激光武器可以无限次发射 ，而不用像传统武器一样考虑备弹数量和再装填速度。

4、每次打击仅需考虑其消耗能源的成本 ，没有炮弹、导弹的设计、生产、物流、仓储、检修、报废的全寿命成本问题。

因此，理论上低成本、有无限开火能力的激光防空系统，就成了对抗类似哈马斯火箭的理想武器。这也是以色列在铁穹系统列装之前就开始研发铁束系统的原因。

图源：Rafael官网

激光武器的现实问题

理想很丰满，现实却很骨感。激光武器要想从科幻走向现实，还有很多技术难题。

高功率激光器技术难度很大

激光之所以能用作武器，主要依赖于其光线携带的能量 。当高能光线照射到物体后，会产生强烈的热效应，让物体表面迅速升温，对物体造成破坏。生活中的激光切割、激光焊接、激光手术刀等利用的都是这个原理。所以，要摧毁目标，必须有足够强度的激光照射到目标上。

激光和其他的电磁波一样，在空间传播遵守能量的立方反比定律，所以单位面积的能量会随着交战距离的增加而迅速衰减。 如果要用激光拦截远距离的目标，比如数百千米外的弹道导弹，理论上需要激光器的功率最少要达到兆瓦级，也就是千千瓦级。

目前，兆瓦级激光器的理论方案包括：电泵浦激光器、化学激光器、固体激光器、光纤激光器和二氧化碳激光器等。实际应用中，美国曾在上世纪 90 年代提出“机载高能激光拦截系统”（ABL）的概念，意在把高能激光器装上飞机，拦截几百千米外敌方刚刚发射尚在助推阶段的战术地对地弹道导弹。这一系统后来演变成YAL-1A机载激光实验平台，采用一台氧碘化学激光器，发射功率为 1 兆瓦级。最初的工程目标是 3 兆瓦级的激光器，但是工程难度太大，为此调低了目标。

不过，即便调低到了 1 兆瓦级，这台激光器的总重量依然接近 20 吨，体积有五台SUV那么大。为了能装下如此大的激光器，美军改装了一架波音747巨型客机。氧碘化学激光器使用化学反应产生的能量来激发激光，反应原料为碘、过氧化氢、氢氧化钾和氯气，每次发射都需要消耗数吨原料。

因此即便对波音747这样的巨型飞机，一次携带的激光器燃料也只能提供几次拦截所需。

2007 年，YAL-1A进行了拦截测试，成功击落了几枚 80 千米外的靶弹。但在2011 年，这个项目被美国国防部取消。

时任美国国防部部长罗伯特·盖茨表示：“据我所知，国防部中没有人认为该计划应该或将会在实际操作中部署。现实情况是，你需要比现在飞机上的化学激光器强大 20 到 30 倍的激光器，才能在距离发射场任意距离的地方发射……如果要实施此计划，您将需要 10 到 20 架747，每架花费 10 亿美元，每年运营费用为 1 亿美元。我不认为军方可以支持这样的项目。”

现阶段，为了提高工程的可行性，各国在继续推进兆瓦级激光武器研发的同时，把着力点放在了百千瓦和十千瓦级激光武器的应用方向。

把激光武器从战略防御转变成射程较近的战术武器。即便激光器能量下降了一到两个数量级，技术难度依然很大。

难度体现在两方面，一个是能量供给 ，尤其是对机载、舰载、车载平台，激光发射需要瞬时大电流，同时又要求连续发射能力，这需要极高性能的电能储存设备。

第二个是热控 ，激光器工作时，能量并不能完全转化为光能，相当大部分会变成热，对激光器乃至整个激光武器的结构安全都会带来巨大的冲击。

控制系统异常复杂

前文在谈论激光武器的优点时曾提到，由于激光速度极快且准直性好，所以无需计算弹道和提前量。但实际应用中，光线并不会严格按照直线传播。地球的大气是一个极其复杂的环境，空气的温差、气流、颗粒物，都会引起光线的扭曲变形。这也是为什么我们会看到星光闪烁的原因。

激光也是如此，在大气中的激光束也会发生散射、折射，造成光斑移动。 与几乎可以一击必杀的炮弹、导弹不同，激光要做到破坏目标，需要一定的照射时间，这一时间在 1-10 秒之间。

激光器 来源：Wikipedia

在此期间，光斑必须稳定照射在目标上。还是以YAL-1A系统为例，它的激光器发射端为直径 1 米的反射镜，在 100 千米外，激光束的光斑直径约 20 厘米。激光器本身在飞行，载机的震动和颠簸，不均匀大气引起闪烁，在这种情况下，还要让光斑在几秒内准确压在一个高速运动的目标上，技术难度可想而知。

为了降低难度，必须减少照射时间，这需要提升激光的功率。于是又遇到了难点一，并且激光束的能量不能无限增大，否则在大气中会产生一种叫做“热晕效应”的现象，即激光把空气电离，导致激光传播受阻。

激光应用场景受限

激光也是光，与可见光一样，云雾、雨雪、沙尘、雾霾都会阻碍激光的传播。在以色列这样相对干旱的环境中，激光武器可以使用的可能性还比较大，在其他气候多变的区域，很多时候激光武器无法做到全天候使用。

反制激光武器并不难

传统的烟雾干扰就可以大大降低激光武器的作战效果。在火箭弹、无人机等可能会遭遇激光拦截的物体表面涂上一层可以反射激光的涂料，也可以让激光失去作用。还有一种更加简单易行的方法，那就是让火箭弹旋转起来，如此一来，激光光斑就无法持续加热某个区域，弱化其杀伤效应。

激光武器的现实应用

铁束系统为百千瓦级的激光防空系统，作战目标主要是火箭弹、迫击炮弹等相对高速的弹道目标。因而就像拉斐尔公司表示的那样，目前还有一些工程问题需要解决。但长远看，此类系统对以色列来说依然非常重要，是完善其国土防空体系的重要组成。

2022 年初，多家外媒报道沙特阿拉伯军方使用其寂静猎手（silent hunter）激光防御系统击落多架胡塞武装的自杀式无人机，成为激光武器的首个实战战果。

从亚美尼亚同阿塞拜疆的纳卡争端、到俄乌冲突，直至最近的巴以冲突，在二十一世纪 20 年代发生的这些战争中，各式各样的无人机成了当之无愧的战场明星。如同第一次世界大战中的坦克一样，这些无人机改变了战争的模式。对抗无人机，成为了今天各国军队的首要任务。

与传统的飞机、导弹、火箭甚至炮弹比，无人机属于低空、慢速、小目标，蜂群一般的低成本无人机，让传统防空系统难以识别，难以跟踪，难以打击。

来源：Wikipedia

一架商用四轴无人机或者简易无人机，成本远低于防空导弹，甚至比要能击落它们的炮弹成本还低。这时候，激光防空的必要性就凸显出来了。 因为这些无人机多数高度不大，续航距离也有限，所以百千瓦，甚至十千瓦级别的激光就可以在几千米距离上对其进行有效拦截。

我国作为无人机大国，同时又是一个激光技术强国，很早就开始了这方面的研究。在最近几届中国航展等国内外的防务展上，中国的激光武器也已经站上了展台。 [5]

相信在更加前沿的领域，我国的激光领域科学家也一定在进行着探索和实践，激光的对抗，已经从科幻电影走进了真实战场，我们正在目睹这一切的发生。

参考资料

[1] https://www.reuters.com/fact-check/clip-shows-arma-3-gameplay-not-israels-laser-weapon-system-2023-10-18/

[2] https://web.archive.org/web/20140119215110/http://www.rafael.co.il/Marketing/195-1951-en/Marketing.aspx

[3] https://apnews.com/article/technology-business-naftali-bennett-israel-middle-east-946f3744cfb6afd59a6ce1b053999ae1

[4] https://www.defensenews.com/industry/2022/10/07/rafael-anticipates-iron-beam-laser-system-could-deploy-in-two-years/

[5] https://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_20657187

策划制作

作者丨鲁坦 科普作者

审核 | 孟健 原陆军某部工程师

策划丨徐来

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