计算机网络期末冲优复习要点.docx

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计算机网络期末冲优复习要点

第一章

1.计算机网络的定义

原始定义：

以能够相互共享资源的方式互相连接的、自治计算机系统的集合。

流行定义：

利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件实现网络资源共享的系统。

2.计算机网络的组成：

计算机网络=资源子网+通信子网（+协议）

3.互联网（internet）是由网络和网络通过路由器互联起来而形成的覆盖范围更大的网络，是网络的网络。

4.因特网（Internet）是基于TCP/IP协议簇而构建的世界上最大的互联网络。

网络把许多计算机连接在一起，因特网则把许多网络连接在一起。

因特网=边缘部分（资源子网）+核心部分（通信子网）

5.性能指标

1）速率

比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。

速率即数据率（datarate）或比特率（bitrate），是计算机网络中最重要的一个性能指标。

速率往往指额定速率或标称速率。

2）带宽（bandwidth）

指信号具有的频带宽度，单位是Hz。

（模拟信道）；指信道所能传送的“最高数据率”，单位是比特每秒，b/s（bit/s）。

（数字信道）

3）吞吐量（throughput）

吞吐量：

表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

吞吐量经常用于对实际网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制。

4）时延（delay或latency）

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

传输时延（发送时延）

发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

即指从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

发送时延=数据块长度（比特）/发送速率（信道带宽）（比特/秒）

传播时延

电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

传播时延=信道长度（米）/信号在信道上的传播速率（米/秒）

处理时延

交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。

排队时延

结点缓存队列中分组排队所经历的时延。

排队时延的长短往往取决于网络中当时通信量

5）时延带宽积=传播时延×带宽

6）往返时延（间）

往返时延RTT（Round-TripTime）指从发送方开始发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认为止，总共经历的时间，单位为秒（s）等。

往返时延与发送分组长度、各中间节点处理时间等均有关。

7）利用率

信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。

完全空闲信道的利用率是零。

网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

信道利用率并非越高越好。

6.时延与网络利用率的关系：

若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系：

D=D0/（1-U）,U是网络的利用率，数值在0到1之间。

7.计算机网络体系结构

定义：

计算机网络的体系结构是计算机网络各层及其协议的集合。

体系结构是计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义。

作用：

复杂网络的抽象概念描述,形成网络的框架结构,实现网络的结构化设计；对每一层功能界定,成为该层次的实现者进行软件编程和硬件设计的依据。

五层协议的体系结构：

应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。

8.协议与服务的区别

1）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。

协议是控制两个对等实体或多个实体进行通信的规则的集合。

是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。

2）服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的，并且能够被高一层的实体“看得见”的功能。

9.电路交换，整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像在一个管道中传送；报文交换，整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点；分组交换，单个分组（报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

10.对等连接：

两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。

第二章

1.导引（向）型传输媒体

1）双绞线：

两根相互绝缘的铜导线按规则的方法绞合起来，减少对相邻导线的电磁干扰，用于局域网。

分为屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）和无屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）

2）同轴电缆：

用于有线电视，抗干扰性强，传输速率高。

分为50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆

3）光缆：

通信容量大，传输损耗低，抗雷电和电磁干扰性好，无串音干扰、保密性好，体积小、重量轻。

2.香农定理：

只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。

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。

信道极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N）单位：

（b/s）W信道带宽（Hz）；S平均功率；N高斯噪声功率

信噪比S/N=10log10（S/N）单位：

dB

3.基本的带通调制方法

调幅（AM）：

载波的振幅随基带数字信号而变化。

调频（FM）：

载波的频率随基带数字信号而变化。

调相（PM）：

载波的初始相位随基带数字信号而变化。

4.常用编码方式

不归零制：

正电平为1，负电平为0。

归零制：

正脉冲为1，负脉冲为0。

曼彻斯特编码：

位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1。

也可以反过来定义。

差分曼彻斯特编码：

在每位的中心处始终都有跳变。

位开始边界有跳变代表0，而为开始边界没有跳变代表1。

第三章

1.三个基本问题

1）封装成帧（帧定界）（framing）就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧，确定帧的界限。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

主要目的：

把比特流分成离散的帧，除数据信息外加入一定的控制信息。

成帧的方法：

标识帧的收尾，可面向字符，也可面向比特。

2）透明传输

保证透明传输的方法

面向字符：

字符计数法；字符填充的首位标识法。

面向比特：

位填充的首位标识法；物理层编码违例法。

透明传输问题的解决

异步传输：

字符（字节）填充法

同步传输：

比特（零比特）填充

3）差错控制

目的：

确保帧可靠地交付接收方，保证不丢帧，保证不乱序。

基本方法：

接收方，回送确认控制帧（ACK帧）；发送方，用计时器，超出一定时间，就认为该帧丢失，重发该帧。

用帧的编号识别重复帧的情况，接受方在收到重复帧时，将其丢弃。

2.点对点协议PPP

1）PPP协议的特点

简单；只检测差错，不纠正；不使用序号，不进行流量控制；同时支持多种网络层协议。

2）PPP协议的组成：

将IP数据报封装到串行链路的方法：

异步和同步传输；链路控制协议LCP；网络控制协议NCP。

3）PPP协议的帧格式：

PPP有一个2个字节的协议字段

当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报。

若为0xC021,则信息字段是PPP链路控制数据。

若为0x8021，则表示这是网络控制数据。

4）PPP帧字段的意义：

PPP的帧格式和HDLC相似；标志字段F为0x7E（01111110）；地址字段A为0xFF；控制字段C通常为0x03；PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节。

5）PPP协议的工作状态

链路建立：

当用户拨号接入ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。

链路维持：

PC机向路由器发送一系列的LCP分组（封装成多个PPP帧），网络层配置，NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，使PC机成为因特网上的一个主机。

链路释放：

通信完毕，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址；LCP释放数据链路层连接；最后释放物理层连接。

3.以太网的信道利用率

假定：

（1）总线上共有NR个站，每个站均可发送数据帧；

（2）争用期长度为2τ，检测到碰撞后不发送干扰信号；

（3）帧长为L（bit），数据发送速率为C（b/s）。

帧的发送时间为T0=L/C（s）；

（4）一个帧从开始发送，经碰撞后再重传数次，到发送成功且信道转为空闲（即再经过时间τ使得信道上无信号在传播）时为止，共需平均时间为Tav。

以太网的信道利用率：

S=T0/Tav=T0/（2τNR+T0+τ）

极限信道利用率：

Smax=T0/（T0+τ）=1/（1+a），a=τ/T0

4.MAC层的硬件地址

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。

802标准所说的“地址”指适配器的地址或适配器的标识符，与主机所在的地点无关。

MAC源地址和目的地址都是为48bit（6字节）。

5.物理层扩展以太网

集线器：

用多个集线器可连成更大的局域网

优点：

使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信；扩大了局域网覆盖的地理范围。

缺点：

碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高；如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。

6.在数据链路层扩展以太网

1）网桥：

网桥根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。

网桥具有过滤帧的功能。

根据接收帧的目的MAC地址，决定将其转发到哪一个端口。

2）优点：

过滤通信量；扩大了物理范围；提高了可靠性；可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。

3）缺点：

存储转发增加了时延；在MAC子层并没有流量控制功能；具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大；只适合于用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞——广播风暴；

4）网桥的分类：

透明网桥；源路由网桥；多端口网桥（交换式集线器、以太网交换机）

5）以太网交换机工作原理：

交换机可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。

当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；

再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；

如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；

如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应，交换机则学习该目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。

第四章

1.网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类：

无连接的网络服务（数据报服务）和面向连接的网络服务（虚电路服务）

2.虚电路VC：

只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。

3．网络采用的设计思路：

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。

4.中继设备又称为中间系统或中继（relay）系统。

物理层中继系统：

转发器（repeater）。

数据链路层中继系统：

网桥或桥接器（bridge）。

网络层中继系统：

路由器（router）。

网桥和路由器的混合物：

桥路器（brouter）。

网络层以上的中继系统：

网关（gateway）。

5.地址解析协议ARP的作用：

解决IP地址与数据链路层地址（MAC地址）间的映射问题。

（由IP地址找MAC地址）

6.网际控制报文协议ICMP：

允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。

7.分组网间探测PING：

用来测试两个主机之间的连通性。

8.应用traceroute：

跟踪一个分组从源点到终点的路径。

9.网际组管理协议IGMP：

让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机（主机上的某个进程）参加或退出了某个多播组。

10.虚拟专用网VPN：

利用公共因特网作为本机构各专用网之间的通信载体。

11.IP地址

IP地址现在由因特网名字和数字分配机构ICANN进行分配。

在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。

网络号就是IP地址中的net-id。

路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。

路由器的每一个接口都有一个不同网络号的IP地址。

12.IP数据报＝首部（源IP地址和目的IP地址）＋数据（来自传输层的TCP报文或UDP报文）

路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择。

在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报，IP1→IP2表示从源地址IP1到目的地址IP2，两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中。

在具体的物理网络的链路层只能看见MAC帧而看不见IP数据报。

13.子网

1）划分子网的思路

从主机号借用若干个比特作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就相应减少了若干个比特。

IP地址:

:

={<网络号>,<子网号>,<主机号>}

IP数据报发送时根据其目的网络号net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网，最后就将IP数据报直接交付给目的主机。

划分子网后IP地址就变成了三级结构。

2）子网掩码：

32bit的二进制数，连续的1和net-id等长，连续的0和host-id等长。

作用：

用于判断源主机与目的主机是否net-id相同。

3）有效子网数=2^k-2，k是子网号的位数。

有效主机号的数目=2^N-2，N是主机号的位数。

4）IP地址&子网掩码=网络地址

5）划分子网举例

第五章

1.运输层的主要功能

运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。

运输层还要对收到的报文进行差错检测及对服务质量进行监督。

运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接、高可靠性、适用于一次传输大量报文的应用的传输控制协议TCP和无连接、高效率、适用于突发性的一次传输少量报文的应用的用户数据报协议UDP。

2.TCP传送的数据单位是TCP报文段（segment）。

UDP传送的数据单位是UDP报文或用户数据报。

3.端口的概念

1）定义：

代表一个应用进程。

2）表示法：

用16bit的端口号标识216个端口

3）分类

熟知端口：

全局分配，用于标准服务器；数值一般为0~1023，也称保留端口；也称保留端口。

注册端口：

用于标准服务器；数值一般为1024~49151，须在IANA等记。

动态端口：

本地分配，主机建立连接时为用户进程动态分配的端口；数值大于等于49152，也称自由端口（用于服务器端的其他应用和客户端）。

4）端口就是运输层服务访问点TSAP。

5）端口的作用：

是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给运输层，以及让运输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。

端口可用来标志应用层的进程。

4.socket：

端口号拼接到IP地址。

5.UDP：

在IP的数据报服务之上增加了复用和分用的功能以及差错检测的功能。

（出错不处理）

特点：

1）无连接

2）使用尽最大努力交付

3）面向报文的

4）没有拥塞限制

5）支持一对一、一对多、多对一和多对多的通信

6）首部开销小

工作进程：

用2^16个端口区分不同的应用进程

发送端：

随机分配源端口，指定目的端口，构造UDP数据报，交IP。

接收端：

匹配UDP头部目的端口的应用进程；若匹配成功，数据报排入相应的队列；若端口队列排满，则丢弃数据报；若匹配不成功，丢弃数据报，回送“目的端口不可达”的ICMP报文。

6.TCP的特点：

1）面向连接的运输层协议

2）每条TCP连接只能有两个端点

3）提供可靠交付的服务

4）提供全双工通信

5）面向字节流

7.停止等待协议：

能够在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。

每发完一个分组就停止发送，等待对方的确认。

在收到确认后再发送下一个分组。

分组需要编号。

8.TCP的流量控制利用滑动窗口实现流量控制，是一个端到端的问题，就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞。

利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现流量控制。

9.TCP使用滑动窗口机制。

发送窗口里面的序号表示允许发送的序号。

发送窗口后沿的后面部分表示已经发送且已收到确认，而发送窗口前沿的前面部分表示不允许发送的。

发送窗口后沿的变化情况有两种可能，不动（没有收到新的确认）和前移（收到了新的确认）。

发送窗口前沿通常是不断向前移动的。

10.信道利用率U=TD/（TD+RTT+TA）,TD=分组长度/数据速率（数据率），RTT是往返时间。

11.连续ARQ协议可提高信道利用率。

发送方维持一个发送窗口，凡位于发送窗口内的分组都可以连续发送出去，而不需要等待对方的确认。

接收方一般采用累积确认，对排序到达的最后一个分组发送确认，表明到这个分组为止的所有分组都已经正确收到了。

12.TCP连接的建立都是采用客户服务器方式。

主动发起连接建立的应用进程叫做客户（client）。

被动等待连接建立的应用进程叫做服务器（server）。

13.TCP运输连接有三个阶段，即：

连接建立、数据传送和连接释放。

运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地进行。

14.TCP的连接建立采用三次握手机制。

服务器要确认客户的连接请求，然后客户要对服务器的确认进行确认。

15.TCP的连接释放采用四次握手机制。

任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知，待对方确认后就进入半关闭状态。

当另一方也没有数据再发送时，则发送连接释放通知，对方确认后就完全关闭了TCP连接。

第六章

1.域名系统DNS是因特网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字转换为IP地址。

DNS是一个联机分布式数据库系统，并采用客户服务器方式。

2.万维网客户程序与服务器程序之间进行交互所使用的协议是超文本传送协议HTTP。

HTTP使用TCP连接进行可靠的传送。

但HTTP协议本身是无连接、无状态的。

HTTP/1.1协议使用了持续连接（分为流水线方式和非流水线方式）。

3.万维网中用来进行搜索的工具叫做搜索引擎。

搜索引擎大体上可划分为全文检索搜索引擎和分类目录搜索引擎两大类。

4.电子邮件是因特网上使用最多的和最受用户欢迎的一种应用。

电子邮件把邮件发送到收件人使用的邮件服务器，并放在其中的收件人邮箱中，收件人可随时上网到自己使用的邮件服务器进行读取。

相当于“电子邮箱”。

5.一个电子邮件系统有三个主要组成构件，即：

用户代理、邮件服务器，以及邮件协议（包括邮件发送协议，如SMTP，和邮件读取协议，如POP3）。

用户代理和邮件服务器都要运行这两种协议。

6.电子邮件的用户代理就是用户与电子邮件系统的接口，它想用户提供一个很友好的视窗界面来发送和接受邮件。

7.从用户代理把邮件转送到邮件服务器，以及子啊邮件服务器之间的传送，都要使用SMTP协议。

但用户代理从邮件服务器读取邮件时，则要使用POP3（或IMAP）协议。