计算机网络期末考试重点整理.docx

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计算机网络期末考试重点整理

第一章介绍

网络：

一些互相连接的、自治的计算机集合。

网络规模的分类：

广域网（WAN几十到几千公里）、城域网（MAN5-50KM）、局域网（LAN1KM）、个人域网（PAN10M）

协议分层的基本概念：

（1）ISO：

国际标准化组织的英文简称。

（2）OSI/RM（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel）：

即开放系统互连参考模型。

从低到高分为七层：

物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

各层之间相对独立，第N层向第N+1层提供服务。

（3）TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）：

即传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议。

协议采用了四层的层级结构：

网络接口层、网络层、传输层、应用层。

每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

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）易于实现和维护。

（5）能促进标准化工作。

网络协议：

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议（networkprotocol）有三要素：

（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式。

（2）语义，即需要发出任何种控制信息，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。

协议与服务的区别：

协议是规则，约定，而服务是功能，本领。

从层次上来说：

协议是通信双方对等层之间才有的，是水平方向上的关系。

而服务则是通信某一端上下层之间才有的，是垂直方向上的关系，而且是自下向上提供的。

五层协议：

（1）应用层：

为用户的应用进程提供服务。

（2）运输层：

负责两个主机中进程的通信提供服务。

具有复用和分用的功能（TCP，UDP协议）。

（3）网络层：

负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

把运输层产生的报文段或用户数据封装成包进行传送。

（4）数据链路层：

把网络层交下来的IP数据报封装成帧，在两相邻节点之间的链路上透明的传送帧中的数据。

（5）物理层：

透明的传送比特流。

传送时延&传播时延（常与静止等待协议混合考察）：

（1）（主机或路由器发送数据帧所需时间）传输时延=数据帧长度（b）/发送速率（b/s）

（2）（电磁波在信道中传播一定距离所需时间）传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率（m/s）

第二章物理层

四个特性（具体含义、具体例子，RS232）

EIA-RS-232是物理层异步通信接口标准，RS为推荐标准的应为缩写，232为编号。

机械特性:

指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等等。

平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化的规定。

电气特性：

指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

功能特性指明某条先上出现的某一电平的电压表示何种意义。

工程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

奈奎斯特定理（波特率、带宽、信息速率，每秒发多少码元，每个码元承载多少位）

奈奎斯特：

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的判决成为不可能。

信道的极限信息传输速率√

最大数据速率=2Blog2V（貌似会这么考：

在信道状态个数求信道数据速率）

B为带宽，V是信号包含的离散等级个数（信道状态个数）

其中B为信道带宽（以Hz为单位）；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

【注：

信噪比：

信号的平均功率与噪声的平均功率之比。

常记为：

S/N。

并用分贝（dB）做度量单位。

即

】

复用技术

1）频分复用FDM：

用户在同样的时间占用不同带宽P48

2）时分复用TDM：

所有用户在不同时间内使用同样的频带宽度，为等时信号，更适合数字信号传输，其改进为统计时分复用STDM，也称为异步时分复用，集中器能正常工作的前提是假设各用户均间歇地工作P48-50

3）通信时，复用器和分用器总是成对使用P48

4）码分复用CDM （码分多址CDMA） 这种系统发送的信号抗干扰性能极强，类似于白噪

声。

不知道需不需要看懂P52-53例子，估计不会计算。

传输介质（有线、无线）

有线（导向传输媒体）：

1.双绞线（屏蔽、非屏蔽）

2.同轴电缆

3.光缆（抗干扰，损耗小，体积小，重量轻，贵，T型头）

光纤通信就是利用逛到纤维传递光脉冲来进行通信

多模光纤：

可以存在许多条不同角度入社的光线在一条光线中传输

单模光纤：

光纤直径减小到只有一个光的波长。

则光纤就像一根波导那样，它可使光纤一直向前传播，而不会产生多次反射。

无线（非导向传输媒体）：

1.短波通信（高频通信）

2.无线电波通信（包括：

地面微波接力同心、卫星通信）

电路交换、包交换（估计可能考区别）

电路交换：

连接的建立过程预留了从发送端到接受端一路上的带宽资源，该条电路上的所有数据将走专门的路径。

特点：

发送数据之前需从端到端建立一条路径，从发送端到接收端建立物理连接。

按距离和时间收费

包交换：

使用存储转发传输技术，不同的数据包可以走不同的路径，选择取决于他们被传输是的网络状况。

对数据包大小规定严格上限，以防止任何用户长时间霸占传输线路。

没有传输数据预留带宽，会有排队迟延。

按包收费。

项目

电路交换

包交换

呼叫建立

需要

不需要

专用物理路径

是

不是

每个包遵循相同的路径

是

不是

包按序到达

是

不是

交换机崩溃是否致命

是

不是

可用带宽

固定

动态

可能拥塞的时间

在建立时

在每个包

潜在浪费带宽

是

不是

存储转发传输

不是

是

收费

按分钟计

按包计

第三章数据链路层

零比特插入：

是为HDLC（高级数据链路控制）协议开发的，每个帧的开始和结束由一个特殊的比特模式，01111110或十六进制0x7E标记。

每当发送方的数据链路层在数据中遇到连续五个1，它便自动在输出的比特流中填入一个0。

CRC校验码的计算：

黑书p166（简单把例子搞懂即可）

可以使用CRC的情况：

前提（错误没有发生在G（x）上）

停止等待协议：

（stop-and-wait）

1.无错信道上的单工：

即假设信道不会出错，并且数据流量只是从发送方到接收方。

发送方发出一阵后，需要等待接收方确认到达后才能发送下一帧。

（但是因为要接受接收方的确认，因此帧可以在两个方向上传输，因此物理信道是采用半双工的，同时，发送方的数据链路层不检查接收方的帧）

2.有错信道上的单工：

即信道会出错，帧会损坏和丢失。

需要解决的问题：

区分达到的帧是第一次发送的新帧还是已经发送的老帧。

所以在帧的头部加上序号，以供接收方检查。

检查位只需1位即可解决问题（0，1）当拥有正确序号的帧到来，接收方接收后，期待序号变为另一个。

滑动串口协议（slidingwindow）：

1.所有滑动窗口协议的本质是任何时刻发送方总是维持一组序号，分别对应于允许它发送的帧。

我们称这些帧落在滑动窗口内。

（接收方类似）

2.任何时候当有新的数据从网络层来时，它被赋予窗口中的下一最高序号，并且窗口的上边界前移一格。

当收到一个确认时，窗口的下边界也前移一格。

连续AQR

包括连续重发请求ARQ方案是指发送方可以连续发送一系列信息帧，即不用等前一帧被确认便可继续发送下一帧，效率大大提高。

但在这种重发请求方案中，需要在发送方设置一个较大的缓冲存储空间（称作重发表），用以存放若干待确认的信息帧。

当发送方收到对某信息帧的确认帧后，便可从重发表中将该信息帧删除。

所以，连续重发请求ARQ方案的链路传输效率大大提高，但相应地需要更大的缓冲存储空间。

gobackn（对应接收窗口为1）

接收方只需简单丢弃错误后所有到达的后续帧，针对这些帧不返回确认

*选择重传对应接收窗口大于1，并且当检测到错误后发送否定确认（NAK），发送方接收到后立即重传错误帧，后续帧被缓存不丢弃。

HDLC

HDLC——面向比特的同步协议：

HighLevelDataLinkControl（高级数据链路控制规程）。

HDLC是面向比特的数据链路控制协议的典型代表，该协议不依赖于任何一种字符编码集；数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现；全双工通信，有较高的数据链路传输效率；所有帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重份，传输可靠性高；传输控制功能与处理功能分离，具有较大灵活性。

ppp（点对点协议）：

因特网用户通常需要连接到某个ISP（互联网服务提供商）才能接入因特网，PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时的链路层协议

特点：

1.简单，不需要纠错，不需要序号也不需要流量控制（只做CRC检测）

2.封装成帧

3.透明性

4.多种网络协议：

能够在同一条物理链路上同时支持多种网络协议的运行

5.多种类型链路：

需要能够在多种类型的链路上运行

第四章MAC

ALOHA：

多点接入，随机访问协议。

分为：

纯~，最佳信道利用率为18%

分槽~，最佳信道利用率为36%，是前面的两倍

CSMA（carrysensemultipleaccess）：

坚持载波检测多路访问，

发送数据前侦听信道。

空闲则发送（空闲必定以1的概率发送数据，所以是1坚持）。

不空闲则等待空闲。

若是发生冲突，则等待一段时间后再重复以上过程。

非坚持csma。

与前者的区别在于对侦听信道后发现信道忙碌的处理上，不是持续监听直到信道空闲，而是等待一段时间后重复上述算法。

冲突的话，也是随机等待一段时间再重新开始。

这样提高了信道利用率带增加了延迟。

P坚持csma：

侦听空闲，以p的概率发送，否则等待下一个时间槽。

下一个时间槽到来时还是以p的概率发送，如此循环直到发出去。

冲突的话还是等待一段随机时间再重新开始。

CSMA/CD

带冲突检测的csma。

即在冲突发生后立刻停止发送数据，节省时间和带宽。

至少要监听2t（tao）的时间，才能确保信道已经完全被监听的站点占用了。

所以最小帧长的计算：

2t*发送速率。

指数回退算法

确定k=min（重传次数，10）；

在（1，2，3……（2^k）-1）中随机选取一个数n。

等待n*2t的时间在重复发送过程。

在连续十六次失败后则丢弃要发送的帧，报告上层发送失败。

CSMA/CA：

带冲突避免的csma。

用于无线网。

RTS/CTS

RTS请求发送。

CTS做好接收准备。

用于csma/ca中，发送方先发送rts，接收方收到后发送cts。

然后发送方才开始发送数据。

在rts和cts里面有数据长度。

所以相应的其他站会在一定时间内保持缄默。

隐蔽站：

由于竞争者里的太远而导致无法检测到潜在的竞争者。

暴露站：

由于两个接收方不在同一个危险区域，会导致不必要的延迟传输。

这类问题叫做暴露站。

IEEE802体系结构

802标准基本上对应于OSI模型的物理层和数据链路层，这使网络的物理连接和访问方法规范化。

相应的标准编号是IEEE802.1、IEEE802.2、IEEE802.3、IEEE802.4和IEEE802.5等。

●IEEE802.1（独立于拓扑结构）

　定义了局域网体系结构、寻址、网络互连、网络管理与性能测试等规范。

●IEEE802.2（独立于拓扑结构）

　 定义一个被其他低层协议使用的逻辑链路控制（LLC）子层

逻辑链路子层。

●IEEE802.3（适用于以太网）

 　定义了从以太网发展起来的网络，以及与数据链路层的LLC和MAC（介质访问控制）子层，完成网络层的很多功能。

MAC子层使用了一种CSMA/CD:

（载波侦听多路访问/冲突检测）竞争访问技术，即计算机在传输帧以前检测线路上的载波以决定何时传输，冲突发生时使用指数重发来选择哪台计算机传输。

每台计算机在试图再次传输前要延迟一段时间，并在随后的冲突中延迟加倍。

介质访问子层标准。

●IEEE802.4（适用于令牌网）

 　描述描述了使用令牌控制介质访问的总线型物理拓扑结构的网络。

基带和宽带配置都能适用。

●IEEE802.5（适用于环型令牌网）

 　IEEE802.5标准起源于IBM的令牌网（TokenRing）它使用环型的逻辑拓扑和基于令牌的介质访问控制。

令牌网的物理拓扑是星型的，使用逻辑环逐站传递令牌。

MACAddress

物理地址。

现在一般48位。

全球唯一。

每一个网络适配器都有。

EthernetMACFrame，最短帧长，帧突发技术

最短帧长为64，最小数据长度46

帧突发技术是千兆以太网中的一个可选功能，它允许站点在线路上连续发送多个帧而不放弃对线路的控制，但一个站点需要发送几个短帧时，该站点先按照CSMA/CD协议发送一个帧，该帧可能已附加了载波扩充位。

一旦第一个帧发送成功，则具有帧突发功能的该站点就能够继续发送其他帧，直到帧突发长度的总长度达到1500B为止。

这种技术可以提高千兆以太网的带宽利用率。

互连设备，网桥/交换机的工作原理

网桥的基本工作原理

数据链路层互联的设备是网桥（bridge）,在网络互联中它起到数据接收、地址过滤与数据转发的作用，用来实现多个网络系统之间的数据交换。

交换机工作原理：

传统的交换机本质上是具有流量控制能力的多端口网桥，即传统的（二层）交换机。

把路由技术引入交换机，可以完成网络层路由选择，故称为三层交换，这是交换机的新进展。

交换机（二层交换）的工作原理交换机和网桥一样，是工作在链路层的联网设备，它的各个端口都具有桥接功能，每个端口可以连接一个LAN或一台高性能网站或服务器，能够通过自学习来了解每个端口的设备连接情况。

所有端口由专用处理器进行控制，并经过控制管理总线转发信息。

VLAN

VLAN（VirtualLocalAreaNetwork）的中文名为"虚拟局域网"。

VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。

这一新兴技术主要应用于交换机和路由器中，但主流应用还是在交换机之中。

但又不是所有交换机都具有此功能，只有VLAN协议的第三层以上交换机才具有此功能，这一点可以查看相应交换机的说明书即可得知。

802.11WLAN（不同帧间隔）

一个QSTA通过载波检测功能来判断信道是否空闲，共有5个不同的IFS来反映无线信道的不同优先权水平，除了802.11标准中用到的SIFS、PIFS、DIFS、EIFS外，在新的IEEE802.11e标准中又增加了一种帧间隔，即仲裁帧间间隔（ArbitrationIFS，AIFS）。

AIFS是工作于EDCA模式的QSTA要获得传输机会时，必须等待的信道空闲时间。

不同的帧间隔长度关系如图3所示。

第五章网络层

路由器谢p170

1、概念：

如果目的主机C或D与源主机A不是连接在同一网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。

这叫做间接交付。

2、结构：

路由选择，分组转发。

路由选择:

由路由选择处理机根据所选定的路由选择协议构造出路由表，同时经常或定期地和相邻路由器交换路由信息而不断地更新和维护路由表。

分组转发：

交换结构，一组输入端口，一组输出端口

其中，交换结构（交换组织）switchingfabric：

根据转发表（forwardingtable）对分组进行处理，将某个输入端口进入的分组从一个合适的输出端口转发出去。

转发和路由选择：

转发是路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。

路由选择是按照复杂的分布式算法，根据从各相邻路由器所得到的关于整个网络的拓扑变化情况，动态地改变所选择的路由。

转发表由路由表得出。

路由表可静态配置或有协议产生。

一般合二为一，不讨论二者区别。

3、路由器的结构图见谢图6-2

面向连接：

一种网络协议。

指通信双方在通信时，事先建立一条通信线路。

有三个过程：

建立连接，使用连接和释放连接。

无连接：

是指通信双方不需要事先建立一条通信线路，而是把每个带有目的地址的包送到线路上，由系统自主选定路线进行传输。

IP协议：

用来使互联起来的许多计算机网络能够进行通信，使性能各异的网络在网络层上看起来就好像是一个统一的网络。

IP协议是无连接网络服务的重要范例。

IP协议配套使用的协议：

ARP（地址解析协议）、RARP（逆地址解析协议）、ICMP（网际控制报文协议）、IGMP（网际组管理协议）

IP地址的定义：

给每个连接在Internet上的主机分配的一个32位点分十进制数地址。

IP数据报头部字段及其含义：

（1）版本。

指IP协议的版本。

（2）首部长度。

单位是字，即如果为1111（15），首部长度为60字节。

（3）区分服务。

用来获得更好的服务。

一般不用了现在。

（4）总长度。

指首部和数据之和的长度，单位是字节。

这个值不能超过帧格式中的数据字段的最大长度（即最大传送单元MTU），如果长于MTU值，则需分片。

这个值的范围：

576~65535（2的16次方-1）

（5）（重组）标识（identification）。

主要用于分片后各数据报片最后能正确重装为原来的数据报。

（6）（分片）标志（flag）。

但只有两位有意义。

其最低位为MF，MF=1表示后面还有分片，MF=0表示这是最后一片。

中间一位为DF，DF=1表示数据不可以分片，DF=0表示允许分片。

（7）（分片）片位移。

指较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。

1个位移代表移了8个字节，故也决定了分片大小必须为8字节的整数倍

（8）生存时间（TTL）。

指数据报在网络中的寿命，现在值得是剩余跳数。

路由器转发数据报之前把TTL减1，到0就丢弃。

（9）协议。

指携带数据使用何种协议。

（10）首部检验和。

只检验数据报首部，不包括数据部分。

（11）源地址。

（12）目标地址。

分类地址：

A、B、C类（单播地址，即一对一通信），D类（多播地址，即一对多通信），全都是32位。

A：

0开头的地址。

网络号1字节，主机号3个字节。

1~126

B：

10开头的地址。

网络号2字节，主机号2个字节。

128~191

C：

110开头的地址。

网络号3字节，主机号1个字节。

192~223

D：

1110开头的地址。

E：

1111开头的未来地址。

特殊IP地址：

看书！

子网划分：

从两级IP地址到三级IP地址的升级，<网络号，主机号>---<网络号，子网号，主机号>

其实就是将两级IP地址的主机号再划分为子网号和主机号，其中前面高位为子网号，剩下的为主机号。

无分类编址CIDR（构造超网）：

全名是：

无分类域间路由选择（ClasslessInter-DomainRouting）

特点：

1、消除了传统A、B、C类地址与划分子网概念。

采用两级编址：

<网络前缀，主机号>，不过现在一般用“斜线记法”，即IP地址/n，其中n表示前n位为网络前缀

2、网络前缀相同的连续的IP地址组成一个CIDR地址块。

只要知道一个IP地址和n，就可以知道这个地址块的起始地址和最大地址。

路由聚合（RouteAggregation）：

即地址的聚合，使得路由表中的一个项目可以表示原来传统分类地址的很多个路由。

最长前缀匹配（Longest-prefixMatching）：

当查找路由表时得到不止一个匹配结果时，从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。

（其实也就是选择最具体的一个地址匹配）

IP报文转发：

直接路由：

目标地址在同一个子网。

下一跳是一个端口

主机路由（hostroute）：

目标地址是一个IP地址（如10.0.1.2/32）

用于为特定主机指定单独的路径。

网络路由（Networkroute）：

目标地址是一个网络地址。

大多数表项都是这个。

默认路由：

当主机路由跟网络路由都没有找到匹配时用。

将会去到默认网关。

路由器的IP层所执行的分组转发流程：

1.提取目的站的IP地址D，得出其网络号N；

2.若路由表中有目的地址为D的指明主机路由，则将数据报送给所指明的下一站路由器；否则转3；

3.若N是此路由器直接相连的一个网络号，则直接通过该网络将数据报交付给目的站D；否则转4；

4.若路由表中有到达网络N的路由，则将数据报送给所指明的下一站路由器；否则转5；

5.若路由表中有默认路由，则将数据报送给所指明的默认路由器；否则转6；

6.报告分组转发出错。

两种动态路由算法：

距离矢量算法（DV），链路状态路由算法（LS）

DV：

每个路由器维护一张表（即一个矢量），表中列出了当前已知的到每个目标的最佳距离，以及所使用的链路。

这些表通过邻居之间相互交换信息而不断被更新，最终每个路由器都了解到达每个目的地的最佳链路（最短路径）。

LS：

每一个路由器必须完成以下的事情，算法才能正常工作：

（1）发现它的邻居节点，并了解其网络地址。

（2）设置到每个邻居节点的距离或者成本度量值。

（3）构造一个包含所有刚刚获知的链路信息包。

（4）将这个包发送给所有其他的路由器，并接收来自所有其他路由器的信息包。

（5）计算出到每个其他路由器的最短路径。

实际上，算法将完整的拓扑结构分发给了每一个路由器，然后每个路由器进行Dijkstra算法就可以找出从本地到每一个其他路由器的最短路径。

两大路由协议类别：

1、内部网关协议（IGP）：

如RIP、OSPF

2、外部网关协议（EGP）：

如BGP

RIP（路由信息协议）：

基于距离向量的路由选择协议

RIP是让一个自治系统中所有的路由器和自己相邻的路由器定期交换路由信息（各自的路由表），并不断更新路由表，使得每一个路由器到每一个目的网络的路由的距离都是最短的（即跳数最少）。

“距离”（跳数）的定义：

从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1，从一路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1。

距离范围：

1~15,16表示不可达，即RIP允许一条路径最多15跳（个路由器），因此RIP只适用于小型互联网

算法：

条目格式为（目的地址，距离（cost），下一跳）

1、如果条目A的目的网络在原来的表中没有出现，添加条目A

2、如果新来的条目B的目的网络在原来的表中出现，且已有条目A（目的地址，下一跳）=B（目的地址，下一跳），将条目A替换成新来条目B

3、如果新来的条目B的目的网络在原来的表中出现，且已有条目A（目的地址）=B（目的地址）&&A（距离）>B（距离），则将条目A替换成新来条目B

优点：

实现简单，开销较小

缺点：

1、好消息传播快，坏消息传播慢。

2、由于传完整路由表，故网络规模增大时开销也增加。

OSPF（开放最短路径优先）：

与RIP的比较：

1、OSPF采用泛洪法向本自治系统所有路由器发送信息（其实是跟广播差不多，最后扩散到整个区域），而RIP则只发给相邻路由器。

2、OSPF发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态。

（链路状态是说明本路由器和哪些路由器相邻，及该链路的度量（cost））而RIP发送的信息是本路由器到所有网络的距离和下一跳路由器。

3、OSPF只有当链路状态发生变化时才用泛洪法发送信息。

而RIP是路由器间定期交换路由表信息。

4、OSPF用IP数据报传送数据。

而RIP用的是UDP。

5、OSPF用的是LS算法。

而RIP用的是DV算法。

6、这个是相同点：

都属于内部网关协议。

与数据库的同步：

谢希仁P155页有个图

AS（自治系统