完整word版计算机网络第七版谢希仁著 考试知识点整理.docx

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完整word版计算机网络第七版谢希仁著考试知识点整理

《计算机网络》整理资料

第1章概述

1、计算机网络的两大功能：

连通性和共享；

2、计算机网络（简称为网络）由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。

网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。

3、互联网基础结构发展的三个阶段：

①从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。

②建成了三级结构的因特网。

③逐渐形成了多层次ISP（Internetserviceprovider）结构的因特网。

4、制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段：

1互联网草案（InternetDraft）②建议标准（ProposedStandard）③互联网标准（InternetStandard）

5、互联网的组成：

1边缘部分：

由所有连接在互联网上的主机组成，这部分是用户直接使用的。

处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机，这些主机又称为端系统（endsystem）。

（是进程之间的通信）

两类通信方式：

✧客户—服务器方式：

这种方式在互联网上是最常见的，也是最传统的方式。

客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程（软件）。

客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方；服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。

客户程序：

一对多，必须知道服务器程序的地址；不需要特殊硬件和很复杂的操作系统。

服务器程序：

可同时处理多个远地或本地客户的请求（被动等待）；一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持

✧对等连接方式（p2p）：

平等的、对等连接通信。

既是客户端又是服务端；

2核心部分：

由大量网络和连接在这些网络上的路由器组成，这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）（主要由路由器和网络组成）；核心中的核心：

路由器（路由器是实现分组交换的关键构建，其任务是转发收到的分组）

交换——按照某种方式动态地分配传输线路的资源：

✧电路交换：

必须经过建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放资源（归还通信资源）三个步骤的交换方式。

电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源；

✧报文交换：

基于存储转发原理（时延较长）；

✧分组交换：

分组交换采用存储转发技术。

在发送报文（message）之前，先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部（包头header）后，就构成了一个分组（包packet）；分组是在互联网中传送的数据单元。

路由器处理分组过程：

缓存→查找转发表→找到合适接口转发出去。

优点：

高效（逐段占用链路，动态分配带宽），灵活（独立选择转发路由），迅速（不建立连接就能发送分组），可靠（保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网）

问题：

存储转发时会造成一定的时延；无法确保通信时端到端所需的带宽。

报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽；

6、计算机网络的分类：

按作用范围：

WAN（广），MAN（城），LAN（局），PAN（个人区域网）；

按使用者：

公用网，专用网；

7、计算机网络的性能

1）速率（比特每秒bit/s）：

比特（bit）：

信息论中信息量的单位；网络技术中速率指的是数据的传送速率也称为数据率或比特率。

2）带宽（两种不同的意义）：

①频域称谓，指信号具有的频带宽度，单位赫兹Hz②时域称谓，表示在单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”，单位比特每秒（bit/s）;两者本质一样，一条通信链路的“带宽”越宽，传输的“最高数据率”自然越高。

3）吞吐量：

单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。

受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4）时延：

时延是指数据（一个报文或分组，甚至是比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间，有时也成为延迟或迟延。

●发送时延（传输时延）：

主机或路由器发送数据帧所需要的时间。

●传播时延：

电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

●处理时延：

主机或路由器在收到分组时需要花费一定的时间进行处理。

●排队时延：

结点缓存队列中分组排队所经历的时延。

（取决于网络当时的通信量）；

数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和。

⏹注：

对于高速网络，提高的仅仅是数据的发送速率不是比特在链路上的传播速率。

5）时延带宽积：

时延带宽积（体积）=传播时延（长）X带宽（截面积），以比特为单位的链路长度。

6）往返时间（RTT）：

简单来说，就是两倍传播时延（实际上还包括处理时延，排队时延，转发时的发送时延）；

7）利用率：

信道利用率→网络利用率（全网络的信道利用率的加权平均值）。

，D0表示网络空闲时的时延，U为利用率，D表示网络当前的时延；

可见信道利用率并不是越高越好，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增大。

减少方法：

增大线路的带宽。

8、计算机网络的非特征性能：

费用，质量，标准化，可靠性，可扩展性和可升级性，易于管理和维护。

9、计算机网络体系结构

OSI/RM——开放系统互连参考模型（法律上的国际标准）；简称OSI。

TCP/IP——事实上的国际标准；

协议——为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

三要素：

语法（结构和格式），语义（动作），同步（顺序）；

分层的好处：

①各层之间是独立的；②灵活性好；③结构上可分割开；④易实现和维护；⑤能促进标准化工作。

五层体系结构：

●应用层：

通过应用进程（正在运行的程序）间的交互来完成特定网络应用。

（如DNS,HTTP,SMTP,FTP）

●运输层：

负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务；（复用和分用）。

运输层主要使用以下两种协议：

1、传输控制协议TCP：

提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输单位是报文段。

2、用户数据报协议UDP：

提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务（不保证可靠性），其数据传输单位是用户数据报。

●网络层：

负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务（在TCP/IP体系中，分组也叫IP数据报）。

●数据链路层：

将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点（主机和路由器之间或路由器之间）间的链路上传送帧；每一帧包括数据和必要的控制信息。

●物理层：

透明地传送比特流（双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等不在物理层）。

10、实体、协议、服务和服务访问点

实体——任何可发送或接受信息的硬件或软件进程；

协议——控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合；（水平的）

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务（垂直的）。

要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。

同一系统相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方，称为服务访问点SAP（ServiceAccessPoint）。

下面的协议对上面的服务用户是透明的。

IPovereverythingeverythingoverIP（p36）

第2章物理层

1、基本概念

机械特性（接口）；电气特性（电压范围）；功能特性（电压的意义）；过程特性（顺序）

2、数据通信系统

一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（发送端、发送方）→传输系统（传输网络）→目的系统（接收端、接收方）。

常用术语：

●数据（data）——运送消息的实体。

●信号（signal）——数据的电气的或电磁的表现。

●模拟信号，或连续信号（analogous）——代表消息的参数的取值是连续的。

●数字信号，或离散信号（digital）——代表消息的参数的取值是离散的。

●码元（code）——代表不同离散数值的基本波形。

3、信道的基本概念

信道：

用来表示向某一个方向传送信息的媒体；可以有以下三种基本方式。

①单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

（广播）

②双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。

这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后，可以再反过来。

3双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。

●基带信号——来自信源的信号，为使信道能够传输低频分量和直流分量，必须进行调制

基带调制（仅对波形进行变换）；

带通调制（使用载波调制）。

最基本的带通调制方法：

①调幅（AM）；②调频（FM）；③调相（PM）；

为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法，例如正交振幅调制

4、信道的极限容量

两因素：

●信道能够通过的频率范围（码间串扰）——加宽频带；

●信噪比——信号的平均功率和噪声的平均功率之比；常记为S/N，并用分贝（dB）作为度量单位

即：

信噪比（dB）=10log10（S/N）（dB）

●香浓公式：

信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N）（bit/s）；

式中W为信道的带宽（单位Hz），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。

香浓公式表明：

信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。

只要信息传输速率低于信道的极限传输速率，就一定存在某种方法实现无差错传输。

其他提高信息传输速率的办法：

让每个码元携带更多比特的信息量。

5、传输媒体

6、信道复用技术

●频分复用（FDM）：

所有用户在同样的时间占用不同的资源；

●时分复用（TDM）（同步时分复用）：

所有用户在不同的时间用同样的频带宽度；（更有利于数字信号的传输）；

以上两种复用方法的优点是技术比较成熟，缺点是不够灵活。

●统计时分复用（STDM）（异步时分复用）：

动态分配时隙；集中器常使用统计时分复用

●波分复用：

光的频分复用；

●码分复用（码分多址CDMA）：

各用户使用不同的码型，因此各用户之间不会造成干扰。

每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交（orthogonal）（相乘为0，0写为-1，1写为+1）。

在实用的系统中是使用伪随机码序列。

任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1；

任何一个码片向量和该码片反码的向量自己的规格化内积都是-1；

任何一个码片向量和其他码片向量的规格化内积都是0；

7、宽带接入技术

●ADSL（非对称数字用户线）技术——用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造

把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

上行和下行带宽不对称；

ADSL的极限传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）；

离散多音调DMT——频分复用；

ADSL不能保证固定的数据率

基于ADSL的接入网由以下三部分组成：

数字用户线接入复用器（DSLAM）、用户线和用户家中的一些设施；

●光纤同轴混合网（HFC网）

●FTTx技术：

光纤到户FTTH

8、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）?

答：

C=R*Log2（16）=20000b/s*4=80000b/s

9、共有4个站进行CDMA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

第3章数据链路层（计算题：

1CRC；2征用期、最短帧长与时延）

1、两种信道：

①点对点信道。

②广播信道。

2、链路：

从一个结点到相邻结点的一段物理线程（有线或无线），中间没有任何交换节点。

3、数据链路：

当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输，把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

最常用网络适配器。

4、帧——协议数据单元。

5、三个基本问题：

●封装成帧——在一段数据的前后分别添加首部和尾部进行帧定界（确定帧的界限）。

SOH：

帧首部，16进制编码是01，二进制是00000001

EOT：

帧尾部，16进制编码是04，二进制是00000100

●透明传输——解决透明传输问题具体方法：

字节填充（或字符填充），发送端的数据链路层在数据中出现控制字符SOH或EOT的前面插入一个转义字符ESC（16进制编码是1B，二进制是00011011）.

●差错检测——比特在传输过程中可能会产生差错（比特差错）；传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率（BER）。

循环冗余检验CRC：

CRC运算就是在数据M的后面添加供差错检测用的n位冗余码。

n位冗余码得出方法：

用二进制的模2运算进行2^n乘M（待传送的数据）的运算，这相当于在M后面添加n个0。

得到的（k+n）位的数除以事先商定的长度为（n+1）位的除数P，得到的余数（比除数少一位）作为冗余码，数据加上冗余码在除以除数P，得到的余数为0即为无差错。

凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错（无比特差错）

要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上帧编号、确认和重传机制。

（提高通信效率）

传输差错：

帧丢失、帧重复、帧失序

6、点对点协议PPP——目前使用得最广泛的数据链路层协议

●特点：

①简单（这是首要的要求）；②封装成帧（帧界定符）；③透明性；④多种网络层协议（PPP协议必须能在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议，如IP、IPX）；⑤多种类型链路（串行的、并行的，同步的、异步的，高速的、低速的，电的、光的，动态的、静态的）；⑥差错检测（立即丢弃有差错的帧）；⑦检测连接状态（短时间自动检测）；⑧最大传送单元（MTU是数据链路层的帧可以载荷的数据部分的最大长度）；⑨网络层地址协商；⑩数据压缩协商（不要求标准化）。

●不需要/支持的功能：

①纠错（不可靠传输）；②流量控制（由TCP负责）；③序号（不是可靠传输，在无线时可用）；④多点线路（不支持一主对多从）；⑤半双工或单工链路（只支持全双工）。

●组成——三个部分：

1、一个将IP数据报封装到串行链路的方法。

2、链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）。

（用来建立、配置和测试数据链路连接）

3、网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）。

——其中的每一个协议支持不同的网络层协议

●帧格式

PPP帧的格式

标志字段F（Flag）规定为0x7E（0x表示后面的字符是用十六进制表示的）7E（01111110）

地址字段A规定为0xFF（11111111）

控制字段C规定为0x03（00000011）

字节填充——转义字符（0x7D）；

零比特填充——5个1后加0；

●建立过程

（设备之间无链路）→物理链路→LCP链路→已鉴别的LCP链路（口令鉴别协议PAP/口令握手鉴别协议CHAP）→NCP链路（IP控制协议IPCP）

7、局域网数据链路层

●局域网的特点：

网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点范围均有限。

优点：

具有广播功能，便于系统的扩展和逐渐演变，提高了系统的可靠、可用、生存性。

●局域网的拓扑：

星形网，环形网，总线网。

●共享信道：

①静态划分信道（频分复用时分复用波分复用码分复用）②动态媒体接入控制又称多点接入（随机接入；受控接入，如多点线路探询（polling）/轮询）

●以太网的两个标准——DIXEthernetV2和IEEE802.3

●适配器的作用：

①进行串行/并行转换。

②对数据进行缓存。

③在计算机的操作系统安装设备驱动程序。

④实现以太网协议。

●CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）协议

为了通信简便，以太网采用了以下两个措施：

1用较为灵活的无连接的工作方式（不进行编号，不要求对方发回确认）；

2曼切斯特编码（一分为二）；

多点接入——总线型网络；

载波监听（检测信道）——不管在发送前还是发送中，每个站都必须不停地检测信道；

碰撞检测（冲突检测）——边发送边监听。

每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性（发送的不确定性）

半双工通信

争用期（碰撞窗口）——经过征用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

以太网使用截断二进制指数退避（动态退避）算法来确定碰撞后重传的时机

最短有效帧长度为64字节；

强化碰撞——人为干扰信号；

帧间最小间隔为9.6微秒，相当于96比特时间

●使用集线器的星形拓扑

物理上星形网，逻辑上总线网；

一个集线器有许多接口；

集线器工作在物理层，每个接口仅仅简单地转发比特，不进行碰撞检测；

●以太网的信道利用率

成功发送一个帧占用信道的时间=T（发送帧需要的时间，由帧长除以发送速率得出）+τ（单程端到端传播时延）；

参数a：

，a越小越好，以太网的帧长度不能太短；

极限信道利用率

；只有当a远小于1才能得到尽可能高的极限信道利用率

●以太网的MAC层

名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处；

RA——注册管理机构；

OUI——组织唯一标识符（公司的）；

EUI——扩展唯一标识符；

适配器检测MAC帧中的目的地址是否发往本帧——单播，广播，多播；

最常用的MAC帧是以太网V2的格式。

利用曼切斯特编码来确定长度；

帧间最小间隔导致不需要帧结束定界符；

以太网不负责重传丢弃的MAC帧；

8、要发送的数据为101110。

采用CRCD生成多项式是P（X）=X3+1。

试求应添加在数据后面的余数。

答：

作二进制除法，10111000010011添加在数据后面的余数是011

9、PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。

试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？

若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？

答：

0110111111111100

011011111011111000

0001110111110111110110

00011101111111111110

10、在2000m长的总线上，数据传输率为10Mbps，信号传播速率为200m/μs，采用CSMA/CD进行数据通信。

（１）争用期是多少？

（２）最小帧长应该为多少？

（3）若A向B发送1000字节的数据，A是否必须在数据发送期间一直进行冲突检测？

为什么？

（1）争用期为

（2）最短帧长

（3）不需要，只需在发送前25字节是需要进行冲突检测。

原因在于冲突只会出现在争用期内（等价于发送25字节），争用期内没有冲突，则在传输完之前就一定不会发生冲突；过了争用期，其他站点检测信道时，会检测到信道处于忙状态，因此不会发送数据。

第4章网络层（计算题：

1子网划分；2路由选择）

网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务

网络层不提供服务质量的承诺

1、虚电路服务和数据包服务的对比

对比的方面

虚电路服务

数据报服务

思路

可靠通信应当由网络来保证

可靠通信应当由用户主机来保证（尽最大努力交付）

连接的建立

必须有

不需要

终点地址

仅在连接建立阶段使用，每个分组使用段的虚电路号

每个分组都有终点的完整地址

分组的转发

属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发

每个分组独立选择路由进行转发（独立发送）

当节点出故障时

所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作

出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化

分组的顺序

总是按发送顺序到达终点

到达终点时不一定按发送顺序

端到端的差错处理和流量控制

可以由网络负责，也可以由用户主机负责

由用户主机负责

2、虚拟互连网络（IP网）

使用路由器解决各种异构的物理网络连接在一起的问题；

3、分类的IP地址

IP地址由ICANN进行分配（中国向APINC）；

一个IP地址在整个互联网范围内是唯一的

分类的IP地址（已成历史）

●A类地址（

——50%）

网络号全0表示本机，全1表示环回测试；——

主机号全0表示本主机的网络地址，全1表示所有主机；——

●B类地址（

——25%）

网络号（128.0.0.0不可用）——

；

主机号跟A类一样——

●C类地址（

——12.5%）

网络号（192.0.0.0不可用）——

；

主机号（同上）——

A类、B类、C类地址都是单播地址

●特点

每一个IP地址都由网络号和主机号两部分组成，IP地址是一种分等级的地址结构

IP地址管理机构分配IP地址时只分配网络号

路由器仅根据网络号来转发分组（不考虑目的主机号）；

多归属主机——一个路由器至少要有两个不同的IP地址（每个接口一个）；

用网桥或转发器连接起来的若干个局域网仍属于一个网络（相同网络号），用路由器才能连接不同网络；

4、IP地址与硬件地址

物理地址是数据链路层和物理层使用的地址；IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址

使用IP地址是为了隐蔽各种底层网络的复杂性而便于分析和研究问题；

数据链路层看不到数据报的IP地址；

路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择；

5、ARP（地址解析协议）和RARP

ARP——IP地址转为MAC地址；

每一台主机都设有一个ARPcache（ARP高速缓存）——里面有本局域网上的主机和路由表的IP地址到MAC地址的映射表；

请求是广播，响应是单播，一次请求响应，两边同时把双方的信息写进ARPcache；

不同局域网的主机，要通过路由器进行ARP查询；

6、IP数据包的格式

04816192431

版本

首部长度

区分服务

总长度

标识

标志

片偏移

生存时间

协议

首部检验和

源地址

目的地址

可选字段（长度可变）

填充

数据部分

固定部分（20字节）

互联网中所有的主机和路由器，必须能够接受长度不超过576字节的数据报；

标识，标志，片偏移——用于分片；

TTL（现为跳数限制）——在经过路由器时才减1；

常用协议：

协议名

ICMP

IGMP

TCP

UDP

协议字段值

1

2

6

17

首部检验和——占16位，只检验数据报的首部，但不包括数据部分。

用反码算术运算把所有16位字相加，再将得到的和求反码，检验时一样，得到为0即无差错；

IP首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施。

7、IP层转发分组的流程

从一个路由器转发到下一个路由器（最主要的两个信息：

目的网络地址，下