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计算机网络复习大纲整理参考
《计算机网络》复习大纲
第1章概述
1.网络分类:
个人区域网络,局域网,城域网,广域网,Internet
2.因特网的组成
边缘部分由所有连接在因特网上的主机,服务器,移动终端等组成。
这部分是用户直接使用的,也称为端系统。
核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。
这部分是为边缘部分提供通
信服务。
3.电路交换与分组交换
电路交换必定是面向连接的,电路交换的三个阶段:
建立连接,通信,释放连接
特点:
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。
分组交换采用存储转发技术。
4.拓扑结构:
总线型,星形,环形,网状
5.协议、接口和服务:
通过协议实现服务,通过接口提供服务。
6.实体:
可以发送或接收信息的任何东西,可以是指硬件或软件(进程)。
7.对等实体:
可以相互通信的实体。
它们一般处于相同层,实现了相同的协议。
8.OSI体系结构:
七层协议的功能及关联的实体
7应用层体系结构中的最高层,为用户的应用进程提供服务
主要应用:
域名解析服务(DNS)文件传输服务(FTP)
电子邮件服务(SMTP,POP3)Web服务(HTTP)
6表示层这一层主要解决用户信息的语法表示问题。
它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法,转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。
即提供格式化的表示和转换数据服务。
数据的压缩和解压缩,加密和解密等工作都由表示层负责。
5会话层会话层不参与具体的传输,它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。
如服务器验证用户登录便是由会话层完成的。
4运输层负责为两个主机中进程之间的通信提供传送服务。
运输层实现的服务也称为端到端(End-to-End)数据传送服务。
关联实体:
主机进程
3网络层负责将物理网络连接起来,为任何接入网络的结点之间提供数据传送服务。
网络层实现主机到主机(Host-to-Host)的传送。
网络层还具有路由选择功能。
关联实体:
路由器。
2数据链路层负责具有直接物理连接的两个结点之间的数据传送,它将网络层提交下来的数据封装成帧进行传送。
数据链路层实现结点到结点(Node-to-node)或跳到跳(Hop-by-hop)的传送。
关联实体:
网络适配器(网卡),网桥,交换机。
1物理层在物理链路上传送原始比特流。
需要对机械、电气、功能和过程进行约定。
如多大电压表示1或0,插头中有多少要引脚,各引脚如何连接等。
关联实体:
传输介质、中继器、放大器、集线器。
9.TCP/IP体系结构
4应用层包含所有的高层协议
3运输层提供应用程序间的通信
2网际层负责不同网络间的通信
1网络接口层各种通信网络与TCP/IP之间的接口
10.SAP,PCI,SDU,PDU
PDU:
ProtocalDataUnit协议数据单元
SDU:
ServiceDataUnit服务数据单元
PCI:
ProtocalControlInformation周边元件扩展接口
SAP:
ServiceAccessPoint服务访问点
11.数据的封装与解封装
12.时延,传播时延,发送时延,排队时延
时延:
一个分组从网络的一个节点传送到另一个节点所需的时间。
包括:
(a)发送时延:
将分组发送出去所需的时间。
发送时延=数据块长度(b)/信道带宽(b/s)
(b)传播时延:
电磁波在线路中的传播时间(近似光速)。
传播时延=信道长度(m)/信号在信道上的传播速率(m/s)
(c)处理时延:
主机/路由器处理分组的时间
(d)排队时延:
在路由器或网络中的排队时间。
13.RTT,吞吐量
往返时间RTT:
表示从发送方发送数据开始,到发送方收到来自接收方的确认,总共经历的时间。
往返时间跟所发送的分组长度有关。
吞吐量:
线路在某段时间的实际传输率(bps)。
影响吞吐量的因素:
带宽,协议,拥塞情况,发送方的发送速度,接收方的接收速度等等。
吞吐量取决于数据流过的链路的传输速率
例如:
一条带宽为3Mbps的ADSL线路在繁忙时段可能只有100Kbps的吞吐量
第2章物理层
1、连通。
(a)直接物理连接:
点到点(point-to-point)和多路访问(multiple-access)
(b)间接物理连接:
互连网络(internet,internetwork):
由若干网络互连而成的网络。
2、寻址方式:
单播(unicast),多播(multicast),广播(broadcast)
3、传输方向:
单工(simplex),半双工(half-duplex),全双工(full-duplex);
4、复用技术
频分复用(FDM),时分复用(TDM),统计时分复用(STDM),
波分复用(WDM),码分复用(CDMA)
5、传输介质:
双绞线(UTP和STP,1~5类UTP),同轴电缆(基带和宽带),
光纤(单模和多模),无线介质(微波和红外线);
6、宽带接入技术
ADSL,HFC,FTTH
ADSL:
非对称数字用户线,采用频分复用技术,
把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道,从而避免了相互之间的干扰。
上行和下行带宽不对称。
ADSL不能保证固定的数据率。
ADSL在用户线的两端各安装一个ADSL调制解调器(指上一页中的ATU-R和ATU-C)。
HFC:
HFC网是在有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。
FTTH:
指将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业用户处,是光接入系列中除FTTD(光纤到桌面)外最靠近用户的光接入网应用类型。
第3章数据链路层
1、透明传输:
字节填充法,零比特填充法
2、差错检测方法:
奇偶校验,校验和,CRC
奇校验法:
原信息码后面加上1个1后,具有奇数个1。
偶校验法:
原信息码后面加上1个1后,具有偶数个1。
奇偶校验法只能检测出奇数个比特错。
校验和法:
发送方计算校验和:
把数据按16位分组(每16位为一组),对每组求和,把和值超过16位的进位部分加到低16位,再对求和结果求反。
接收方检验步骤:
把数据分成16位组,把所有16位组进行加法运算,再对求和结果求反,如果结果为0,则无差错。
校验和法---举例
发送方:
数据:
DEB7455DC0A800DC
求和:
1E598=E598+1=E599
求反:
1A66
则发送端发送:
数据+1A66
接收方:
把收到的数据(DEB7455DC0A800DC1A66)
每16位分组,求和得FFFF,再对求和结果求反码得0,说明没有差错。
CRC:
循环冗余检验
3、PPP帧格式及PPP协议的应用;
标志字段F=0x7E(01111110)。
F是PPP帧的定界符。
地址字段A=0xFF(广播地址)。
控制字段C通常置为0x03。
【说明】连续两帧之间只需用一个标志字段。
PPP是面向字节的,所有的PPP帧的长度都是整数字节。
PPP协议:
是在点到点链路上传输各种协议数据的一种标准方法。
PPP协议常用于家庭用户与ISP通过拨号建立连接时使用的数据链路层协议。
当PPP协议用在异步传输(逐个字符地传输)时,使用字节填充法来实现透明传输。
当PPP协议用在同步传输(连续比特流)时,采用零比特填充方法来实现透明传输。
4、MAC层及MAC帧格式
MAC层的功能:
1、将数据封装成帧进行发送(接收时解封装)
2、实现和维护MAC协议
3、比特差错检测
4、寻址
5、网卡的功能
网卡是工作在数据链路层的网路组件,是局域网中连接计算机和传输介质的接口。
网卡主要功能:
数据的封装与解封
链路管理
编码与译码
6、CSMA/CD协议
CSMA/CD:
是以太网的MAC层协议。
7、交换机的自学习算法
网桥每收到一帧,都用该帧的源地址查找转发表:
如果没有找到,网桥用该帧的源地址和接收该帧的接口在转发表中增加一项。
如果找到了,则更新该表项的接口及生存期。
8、集线器与交换机的区别
集线器:
工作在物理层
在转发帧时,向所有接口转发
转发方式:
逐比特转发
扩大了局域网的范围,同时也扩大了碰撞域。
网桥:
工作在数据链路层
在转发帧时,向某一个接口转发
转发方式:
先存储,再查找,再转发
扩大了局域网的范围,隔离了碰撞域。
9、最大传输单元MTU
是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据报大小(以字节为单位)。
最大传输单元这个参数通常与通信接口有关(网络接口卡、串口等)
10、VLAN的作用(虚拟局域网)
把一个或多个局域网中的设备通过软件配置成一个虚拟的局域网,使得这些设备能够像在同一个局域网中一样进行通信。
11、生成树协议(STP协议)的作用
使冗余端口置于“阻塞状态”。
网络中的计算机在通信时,只有一条链路生效。
当这个链路出现故障时,将处于“阻塞状态”的端口重新打开,从而确保网络连接稳定可靠。
习题3-07,3-08,3-28,3-32
第4章网络层
1、数据报交换和虚电路交换的区别
虚电路:
应用于ATM,帧中继网络中,建立一条虚电路,所有分组沿同建立好的虚电路传输,按序到达目的主机。
释放虚电路
数据报:
应用于Internet中,不需要建立连接,各分组独立发送,可能不按序到达目的主机。
2、网络连接设备及工作层次
集线器,交换机或网桥,路由器,网关
网络互连设备:
物理层:
集线器(Hub)
链路层:
交换机(Switch)
网络层:
路由器(Router)
在网络层以上:
网关
3、IP分组格式
4、IP地址
分类地址(A、B、C三类IP地址的判断);特殊IP地址,私有IP和全球IP的判断,NAT技术,VPN技术,子网和子网掩码;变长子网掩码VLSM;根据IP地址和子网掩码计算该IP地址所在网络的子网号和广播地址,子网划分和IP地址的分配,无类域间路由CIDR记法,路由聚合。
IP地址的判断
例题:
判断以下IP地址的类别
①210.12.240.17C
②183.194.76.253B
③12.34.48.50A
④192.168.69.256非法
特殊IP地址
(1)网络地址(主机位全0的IP地址)
网络地址用来表示一个子网,例如:
10.0.0.0,172.16.0.0,192.168.1.0。
(2)广播地址(主机号全1的IP地址)
用广播地址作为目的地址的IP分组,网络上的所有主机都能接收到。
例如:
10.255.255.255,172.16.255.255,192.168.1.255。
(3)有限广播地址(255.255.255.255)
不知道自己所处网络的网络地址时,要发送广播包采用的地址。
(4)回送地址(127.0.0.1)
用于网络软件测试和本地进程间通信,网络号为127的分组不能出现在任何网络上。
(5)0.0.0.0
表示所有不清楚的主机和目的网络
(6)169.254.*.*
当不能通过DHCP正常得到IP地址时,由Windows系统自动为主机分配的地址。
私有IP地址(专用IP地址)---仅在机构内部使用的IP地址,可以由本机构自行分配,而不需要向因特网的管理机构申请。
10.0.0.0到10.255.255.255
172.16.0.0到172.31.255.255
192.168.0.0到192.168.255.255
全球IP地址---全球唯一的IP地址,必须向因特网的管理机构申请。
NAT技术:
“NetworkAddressTranslation”,是一种把内部私有IP地址转换成全球IP地址的技术。
NAT的典型应用是将使用私有IP地址的园区网络连接到Internet。
例如:
家庭宽带接入(ADSL、HFC)地址分配企业局域网接入地址分配移动无线接入地址分配
计算网络地址:
eg:
给定一个IP地址:
222.1.2.3,如何计算它的网络号?
解:
根据IP地址的第一部分为222,判断它是个C类地址,C类网络的默认掩码为:
255.255.255.0
(掩码)AND(IP地址)=(网络地址)
则网络地址为:
222.1.2.0
IP分片:
IP分组分片---举例1
[例4-1]:
一个无选项总长度为3820字节的IPv4分组(协议号=6,TTL=60,TOS=0,标识=26208,源地址=192.168.1.120,目标地址=172.16.45.96)分片(每片<=1420字节)
变长子网掩码VLSM
等长子网掩码:
如果要将一个网络划分为若干子网,每个子网允许的主机数相同,则采用相同的子网掩码。
变长子网掩码:
某些情况下需要将一个网络划分成不同大小的子网,即每个子网允许的主机数不同,则采用不同的子网掩码。
变长子网掩码---举例
某公司申请了一个C类IP地址199.1.12.0该公司有销售部100人,财务部50人,设计部50人,请为各部门分配IP地址。
(1)先平分成两个子网,各126台主机,用子网掩码255.255.255.128
子网1:
199.1.12.0XXXXXXX
子网2:
199.1.12.1XXXXXXX
(2)再把子网2平分成两个子网,各62台主机,用子网掩码255.255.255.192
子网21:
199.1.12.10XXXXXX
子网22:
199.1.12.11XXXXXX
如果再平分子网22,所用的掩码是?
255.255.255.224
子网判断---举例
例1:
主机1的IP地址为:
156.26.27.71,主机2的IP地址为:
156.26.27.110,
子网掩码为:
255.255.255.192。
试判断主机1和主机2是否在同一子网?
A:
主机1的网络地址:
156.26.27.64,主机2的网络地址:
156.26.27.64,所以,主机1和主机2在同一子网。
?
?
5、路由器
路由器的端口(Console口,LAN口,WAN口),路由器接口IP地址与网段;路由表,静态路由和动态路由,默认路由。
默认路由:
在路由选择过程中,如果路由表中没有到达目的网络的路由信息,就把数据报转发到默认路由指定的路由器中。
如上图中路由表的第一项就是默认路由:
网络号
(0.0.0.0),子网掩码(0.0.0.0)。
默认路由可以减少路由表的空间搜索路由表所用的时间当一个网络只有很少的对外连接时可使用默认路由。
6、路由器转发IP分组的过程(P134例4-4)
看课本。
7、ARP协议
每台主机以ARP高速缓存的形式维护一张已知IP地址到硬件地址的映射表;
主机在发送一个分组到具体的目的IP地址之前,都要访问自己的ARP高速缓存。
如果找到该IP地址对应的MAC地址,就写入帧的首部。
若无映射项,则广播一个报文,要求具有此IP地址的主机用它的MAC地址作出响应;
具有该IP地址的主机直接应答请求方,并把新的映射项填入ARP高速缓存。
硬件地址,ARP协议的工作过程,ARP命令,ARP缓存,ARP欺骗
ARP协议---举例
主机A向主机B发送一个分组,且主机A的高速缓存中没有B的映射项。
则:
(1)主机A的ARP进程广播一个ARP请求分组,分组包含:
(IPA,MACA,IPB);
(2)局域网中所有主机上运行的ARP都收到此ARP请求分组,并将IPA与MACA的映射关系存入各自的缓存中;
(3)主机B向A发送ARP响应分组,分组包含自己的IP地址和MAC地址;
(4)主机A收到B的响应分组后,在自己的ARP缓存中写入IPB与MACB的映射项。
ARP请求分组以广播方式发送,ARP响应分组则是单播。
ARP缓存中映射项的生存期,一般情况下,WindowsXP中主机2分钟,服务器>10分钟,路由器4个小时。
ARP欺骗:
攻击依据:
主机在任何时候收到ARP数据包,都会更新ARP缓存。
攻击举例:
主机A要向主机B发送数据,主机C为攻击机。
攻击原理:
C向A发送一个ARP数据包(数据包的源IP是B的IP,源MAC是一个新的MAC地址),A收到后更新自己缓存中的ARP表,A发给B的数据包中封装新的MAC地址,如果新的MAC地址是不存在的,则A和B之间就不能正常通信;如果新的MAC地址是C的MAC地址,则
A发的数据包会发给C。
8、ICMP协议
ICMP协议的作用,ICMP回送请求和应答报文,ICMP终点不可达差错报告报文,ICMP时间超过差错报告报文,ICMP的应用PING和Tracert。
ICMP协议:
用于IP协议在执行过程中的出错报告
只是报告差错,不能纠正差错
ICMP报文封装在IP数据报中
向源主机报告IP协议的差错信息
不能独立于IP协议而单独存在
ICMP协议的作用:
为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机,在网际层使用了网际控制报文协议(ICMP协议)。
ICMP回送请求和应答报文(类型=8/0,测试目标站点是否可达)。
是由主机或路由器向一个特定的目的主机发出的询问。
收到报文的主机必须诶源主机或路由器发送ICMP回送报文。
这种询问报文用来测试目的站是否可达以及了解其有关状态。
ICMP差错报告报文
ICPM终点不可达ICMP报文
当路由器不能给数据报找到路由器,或主机不能交付数据报时,就丢弃这个数据报,并向源主机发出终点不可达ICMP报文。
不能交付数据报的情况:
网络不可达、主机不可达、协议不可达。
ICPM超时ICMP报文
超时ICMP报文在两种情况下产生:
(1)路由器在转发数据报时,如果TTL值减1后为0,就丢弃该数据报,并向源主机发送一个超时ICMP报文;
(2)当数据报分片时,属于一个数据报的所有分片未能在一定时间内到达目的主机,目的主机将丢弃已接收的分片,并向源主机发送超时ICMP报文。
ICMP的应用举例
应用1:
PING命令
PING使用ICMP询问报文(回送请求与应答),来测试两个主机之间的连通性。
PING程序默认向目的主机发送4个ICMP回送请求报文,目的主机向源主机发送4个ICMP回送应答报文。
应用2:
tracert命令
Tracert用来测试到达目的主机所经过的路由器的IP地址,以及到达每个路由器的往返时间。
Tracert使用ICMP差错报告报文(超ICMP)。
Tracert程序从源主机发送一连串的IP数据报,其数据部分包含非法端口号的UDP数据;其首部中的TTL值从1开始依次递增,直到该IP数据报到达目的主机;目的主机向源主机发送终点不可达ICMP报文。
9、动态路由选择协议
自治系统AS,距离向量路由协议RIP(距离向量算法,路由表更新算法P149例4-5),链路状态路由协议OSPF,外部网关协议BGP
自治系统(AutonomousSystem,AS)是一个组织机构内部的网络。
例如,一所大学的校园网,一家公司的网络。
路由信息协议RIP采用了距离向量算法(求通过的路由器数目最少的一条路径)。
“距离”的定义:
从一个路由器到直连网络的距离定义为0。
从一个路由器到非直连网络的距离定义为所经过的路由器数加1。
[例4-5]路由器R6,收到相邻路由器R4的更新路由信息,试更新R6的路由表。
RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器。
“距离”的最大值为16时即相当于不可达。
可见RIP只适用于小型互联网。
内部网关协议OSPF
开放最短路径优先协议OSPF(OpenShortestPathFirst),是一种链路状态协议。
“链路状态”指:
本路由器的接口IP和状态,相邻路由器,及该链路的“代价”(费用、距离、时延、带宽)。
OSPF是目前IGP中应用最广、性能最优的协议。
外部网关协议BGP
BGP协议是一种路径向量协议,用于在不同自治系统的边界路由器之间交换路由信息,寻找一条可以到达目的网络的较好路径。
BGP考虑路径可达性,而非最优路径,原因:
因特网规模大,计算最短路径不现实不同AS的“开销”度量不同,一条经过不同AS的路径,计算其“开销”不可用。
其他安全、政治、经济方面的因素。
BGP协议的特点
BGP协议交换路由信息的规模是以自治系统数为单位,这要比这些自治系统中的网络数少很多。
每一个自治系统中BGP发言人的数目是很少的。
使得自治系统之间的路由选择不致于过分复杂。
BGP协议只在路由变化时发出增加或撤销路由的命令。
第5章运输层
1、端口号:
用来标识主机上运行的应用进程,是一个16比特的数字(0-65535)。
采用C/S方式进行通信的应用程序,客户端必须知道服务器端的IP地址和端口号。
2、TCP和UDP的区别
UDP和TCP均要对收到的报文进行差错检测。
TCP协议可通过调节发送方发送到网络的流量的速率来实现流量控制。
TCP协议还提供拥塞控制功能。
使用UDP传输的应用程序可以根据需要以任何速率发送数据。
3、UDP的首部格式
4、TCP的首部格式(端口,序号,确认号,6个标志位,窗口)
5、TCP的可靠传输
停止-等待协议,超时重传机制,TCP滑动窗口协议(序号,确认号,确认标志位),发送缓存和接收缓存的作用,
停等协议:
发送方每发送完一个分组就停止,等待接收方的确认;收到确认后才继续发送下一分组。
停止等待协议(总结)
发送方:
(1)每发送一个分组后都要等待确认分组,只有该确认分组到达,才可以发送下一分组。
(2)每发送一个分组都启动超时定时器。
(3)当超时而没有收到确认分组则重传,并重启超时定时器。
(4)收到的重复确认分组将丢弃。
接收方:
(1)收到分组都将发送确认分组。
(2)将丢弃收到的重复分组。
TCP滑动窗口协议:
发送缓存和接收缓存的作用:
发送缓存用来暂时存放:
(1)应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据;
(2)已发送出去,但尚未收到确认的数据。
接收缓存用来暂时存放:
(1)按序到达的、但尚未被接收应用程序读取的数据;
(2)不按序到达的数据。
6、TCP的流量控制
利用“窗口”实现流量控制(序号,确认号,确认标志位,窗口),死锁问题(零窗口通告),糊涂问题
流量控制:
控制发送方的发送速率。
TCP首部中的“窗口”是TCP进行流量控制的重要方法。
在通信过程中,接收方可通过“窗口”调整发送方发送窗口的大小。
如果接收方的接收缓冲区满,将发送一个零窗口通告给发送方。
当发送方收到一个零窗口通告时,必须停止发送,直到接收方重新通知一个非零窗口
死锁的解决方法---持续计时器
1.TCP为每一个连接设置一个持续计时器。
2.当发送方收到接收方的零窗口通告,就停止发送数据,并启动持续计时器。
3.当持续计时器到期,就发送一个零窗口探测报文段(仅携带1字
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