计算机网络复习总结要点.docx
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计算机网络复习总结要点
第一章
1、边缘部分的两种通信方式:
客户服务器模式(C/S),对等方式(P2P)
2、路由器
路由器是实现分组交换(packetswitching)的关键构件,其任务是转发收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能。
在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。
路由器处理分组的过程是:
⏹把收到的分组先放入缓存(暂时存储);
⏹查找转发表,找出到某个目的地址应从哪个端口转发;
⏹把分组送到适当的端口转发出去。
主机和路由器的作用不同
⏹主机是为用户进行信息处理的,并向网络发送分组,从网络接收分组。
⏹路由器对分组进行存储转发,最后把分组交付目的主机。
3、分组交换
A、分组过程
1)在发送端,先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。
2)每一个数据段前面添加上首部构成分组。
3)分组交换网以“分组”作为数据传输单元。
依次把各分组发送到接收端(假定接收端在左边)。
4)收到分组后剥去首部
5)最后还原成原来的报文
B、分组首部的重要性
⏹每一个分组的首部都含有地址等控制信息。
⏹分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息,把分组转发到下一个结点交换机。
⏹用这样的存储转发方式,最后分组就能到达最终目的地。
C、分组交换的优点
⏹高效动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。
⏹灵活以分组为传送单位和查找路由。
⏹迅速不必先建立连接就能向其他主机发送分组。
⏹可靠保证可靠性的网络协议;分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。
D、分组交换带来的问题
⏹分组在各结点存储转发时需要排队,这就会造成一定的时延。
⏹分组必须携带的首部(里面有必不可少的控制信息)也造成了一定的开销。
4、计算时延
时延的定义:
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。
发送时延=数据块大小(bit)/信道带宽(bit/s)
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/在信道的传播速率
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的通信量。
时延带宽积=传播时延带宽
5、体系结构
1)TCP/IP体系结构:
从上往下:
应用层、运输层、网际层和网络接口层
2)5层的体系结构
从上往下:
⏹应用层(applicationlayer)
⏹运输层(transportlayer)
⏹网络层(networklayer)
⏹数据链路层(datalinklayer)
⏹物理层(physicallayer)
3)OSI结构
从上往下:
应用层,表示层,会话层,运输层,网络层,数据链路层,物理层
6、网络协议组成要素
⏹语法数据与控制信息的结构或格式。
⏹语义需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。
⏹同步事件实现顺序的详细说明。
7、分层好处与缺点
好处:
⏹各层之间是独立的。
⏹灵活性好。
⏹结构上可分割开。
⏹易于实现和维护。
⏹能促进标准化工作。
缺点:
有些功能会在不同层重复出现,因而产生了额外开销。
若层数太少,就会使每一层的协议太复杂。
层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。
8、几个概念
⏹实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
⏹协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
⏹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。
⏹要实现本层协议,还需要使用下层所提供的服务。
⏹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“水平的”,即协议是控制对等实体之间通信的规则。
⏹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。
⏹同一系统相邻两层的实体进行交互的地方,称为服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)。
第二章
1、几个概念
⏹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。
⏹“模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。
⏹“数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。
⏹码元(code)——在使用时间域(或简称为时域)的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形。
2、几个特性
⏹机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
⏹电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
⏹功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
⏹过程特性指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
3、奈奎斯特定理
1)奈奎斯特定理
⏹1924年,奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈奎斯特定理。
他给出了在假定的理想条件下,为了避免码间串扰,码元的传输速率的上限值。
⏹在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,否则就会出现码间串扰的问题,使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能。
4、例题详解:
2-07
解:
因为极限值是20000码元/秒
而划分为16个不同的振幅,则一个码元对应于4个bit位
所以极限数据率是80000b/s
2-16(码分复用)
解:
我们设X(-1+1-3+1-1-3+1+1)
A与X内交的结果是1
B与X内交的结果是-1
C与X内交的结果是0
D与X内交的结果是1
所以A,D发送的是1,B发送的是0,C没有发送数据
第三章
1、差错检测,冗余码计算
1)什么是差错检测
⏹在传输过程中可能会产生比特差错:
1可能会变成0而0也可能变成1。
⏹在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER(BitErrorRate)。
⏹误码率与信噪比有很大的关系。
⏹为了保证数据传输的可靠性,在计算机网络传输数据时,必须采用各种差错检测措施。
2)循环冗余检验的原理
⏹在数据链路层传送的帧中,广泛使用了循环冗余检验CRC的检错技术。
⏹在发送端,先把数据划分为组。
假定每组k个比特。
⏹假设待传送的一组数据M=101001(现在k=6)。
我们在M的后面再添加供差错检测用的n位冗余码一起发送。
3)冗余码的计算
⏹用二进制的模2运算进行2n乘M的运算,这相当于在M后面添加n个0。
⏹得到的(k+n)位的数除以事先选定好的长度为(n+1)位的除数P,得出商是Q而余数是R,余数R比除数P少1位,即R是n位。
举例:
⏹现在k=6,M=101001。
⏹设n=3,除数P=1101,
⏹被除数是2nM=101001000。
⏹模2运算的结果是:
商Q=110101,
余数R=001。
⏹把余数R作为冗余码添加在数据M的后面发送出去。
发送的数据是:
2nM+R
即:
101001001,共(k+n)位。
图示:
2、CSMA/CD协议
CS,MA,CD分别表示载波监听,多点接入,碰撞检测
⏹“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
⏹“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据,如果有,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞。
⏹总线上并没有什么“载波”。
因此,“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。
⏹“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。
⏹当几个站同时在总线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。
⏹当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞。
⏹所谓“碰撞”就是发生了冲突。
因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。
2)CSMA/CD的重要特性
⏹使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工通信)。
⏹每个站在发送数据之后的一小段时间内,存在着遭遇碰撞的可能性。
⏹这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。
3)争用期
⏹最先发送数据帧的站,在发送数据帧后至多经过时间2(两倍的端到端往返时延)就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。
⏹以太网的端到端往返时延2称为争用期,或碰撞窗口。
⏹经过争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。
4)CSMA/CD原理
A、工作站发送数据时,先侦听信道是否有载波,如果有,则表示信道忙,继续侦听,直至检测到空闲,并立即发送数据。
B、在发送数据过程中进行冲突检测,若在冲突窗口内未发生冲突,则表示数据发送成功,否则立即停止发送,并采用二进制回退算法,等待一个随机时间后再重复发送过程。
C、对于接受方,则根据数据包的校验和正确与否,物理地址是否为自己,来决定是否将数据交给上层协议。
5)争用期的长度
⏹以太网取51.2s为争用期的长度。
⏹对于10Mb/s以太网,在争用期内可发送512bit,即64字节。
⏹以太网在发送数据时,若前64字节没有发生冲突,则后续的数据就不会发生冲突。
6)最短有效帧长
⏹如果发生冲突,就一定是在发送的前64字节之内。
⏹由于一检测到冲突就立即中止发送,这时已经发送出去的数据一定小于64字节。
⏹以太网规定了最短有效帧长为64字节,凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。
3、网桥的优缺点
1)优点:
⏹过滤通信量,增大吞吐量,隔离碰撞域
⏹扩大了物理范围
⏹提高了可靠性
⏹可互连不同的物理层,不同MAC子层和不同速率的以太网
2)缺点
⏹增加了时延
⏹没有流量控制功能
⏹引起广播风暴
4、VLAN——虚拟局域网
5、局域网的几种拓扑结构
6、数据链路层的信道的两种类型:
点对点通道,广播通道
7、数据链路和帧
数据链路(datalink)除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输。
若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。
数据链路层传送的是帧
8、习题
1)3-08
可得P=1001
计算得出:
Q=101011,R=011
注意:
在这里加法不进位,如1111+1010=0101,减法就按照加法的来
2)3-20
可以算出争用期为1*10^-5s
所以最短帧长为:
1*10^4bit
3)3-32
可以参看P95,这样就懂了,要仔细点。
第四章
1、虚电路服务于数据服务的对比(网络层提供的两种服务)
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
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,每个分组使用短的虚电路号
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
当结点出故障时
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、4个协议和4个设备
1)协议
地址解析协议ARP
逆地址解析协议RARP
忘记控制报文协议ICMP
网际组管理协议IGMP
2)设备
物理层使用的中间设备叫转发器
数据链路层使用的叫网桥或者桥接器
网络层使用的叫路由器
在网络层以上使用的叫网关
3、一张图和一张表
详见P115表4-3和P114图4-6
4、IP地址的三个阶段
1)分类的IP地址
2)子网的划分
3)构成超网
5、IP地址与硬件地址:
IP地址放在IP数据报的首部,硬件地址放在MAC帧的首部
6、ARP协议
⏹不管网络层使用的是什么协议,在实际网络的链路上传送数据帧时,最终还是必须使用硬件地址。
⏹每一个主机都设有一个ARP高速缓存(ARPcache),里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。
⏹当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时,就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。
如有,就可查出其对应的硬件地址,再将此硬件地址写入MAC帧,然后通过局域网将该MAC帧发往此硬件地址。
7、IP数据报
1)格式
固定部分为20字节
标志(flag)占3位,目前只有后两位有意义。
标志字段的最低位是MF(MoreFragment)。
MF1表示后面“还有分片”。
MF0表示最后一个分片。
标志字段中间的一位是DF(Don'tFragment)。
只有当DF0时才允许分片。
片偏移(13位)指出:
较长的分组在分片后
某片在原分组中的相对位置。
片偏移以8个字节为偏移单位。
2)IP数据报的分片
8、划分子网
1)基本概念
⏹划分子网纯属一个单位内部的事情。
单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。
⏹从主机号借用若干个位作为子网号subnet-id,而主机号host-id也就相应减少了若干个位。
⏹凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报,仍然是根据IP数据报的目的网络号net-id,先找到连接在本单位网络上的路由器。
⏹然后此路由器在收到IP数据报后,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数据报直接交付目的主机。
2)子网掩码
⏹从一个IP数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。
⏹使用子网掩码(subnetmask)可以找出IP地址中的子网部分。
知道一个IP地址和子网掩码
就是把IP地址和子网掩码进行与操作即可得网络地址
9、默认路由
⏹路由器还可采用默认路由以减少路由表所占用的空间和搜索路由表所用的时间。
⏹这种转发方式在一个网络只有很少的对外连接时是很有用的。
⏹默认路由在主机发送IP数据报时往往更能显示出它的好处。
⏹如果一个主机连接在一个小网络上,而这个网络只用一个路由器和因特网连接,那么在这种情况下使用默认路由是非常合适的。
10、路由选择协议
1)几个概念
自治系统之间的路由选择也叫做
域间路由选择(interdomainrouting),
在自治系统内部的路由选择叫做
域内路由选择(intradomainrouting)
2)RIP
⏹路由信息协议RIP是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议。
⏹RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。
⏹RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。
2)RIP协议的三个要点和三个特点
要点
⏹和哪些路由器交换信息?
(对象)
⏹交换什么信息?
(内容)
⏹在什么时候交换信息?
(时间)
特点
⏹仅和相邻路由器交换信息。
⏹交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息,即自己的路由表。
⏹按固定的时间间隔交换路由信息,例如,每隔30秒。
3)路由表的建立
⏹路由器在刚刚开始工作时,只知道到直接连接的网络的距离(此距离定义为1)。
⏹以后,每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。
⏹经过若干次更新后,所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。
⏹RIP协议的收敛(convergence)过程较快,即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程
4)距离向量算法
收到相邻路由器(其地址为X)的一个RIP报文:
(1)先修改此RIP报文中的所有项目:
把“下一跳”字段中的地址都改为X,并把所有的“距离”字段的值加1。
(2)对修改后的RIP报文中的每一个项目,重复以下步骤:
若项目中的目的网络不在路由表中,则把该项目加到路由表中。
否则
若下一跳字段给出的路由器地址是同样的,则把收到的项目替换原路由表中的项目。
否则
若收到项目中的距离小于路由表中的距离,则进行更新,
否则,什么也不做。
(3)若3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表,则把此相邻路由器记为不可达路由器,即将距离置为16(距离为16表示不可达)。
(4)返回。
关注P149例子4-5
5)OSPF的概念
OSPF协议的基本特点
⏹“开放”表明OSPF协议不是受某一家厂商控制,而是公开发表的。
⏹“最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF
⏹是分布式的链路状态协议。
三个要点
⏹向本自治系统中所有路由器发送信息,这里使用的方法是洪泛法。
⏹发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态,但这只是路由器所知道的部分信息。
⏹“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻,以及该链路的“度量”(metric)。
⏹只有当链路状态发生变化时,路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。
11、无分类编址CIDR
⏹CIDR还使用“斜线记法”(slashnotation),它又称为CIDR记法,即在IP地址面加上一个斜线“/”,然后写上网络前缀所占的位数(这个数值对应于三级编址中子网掩码中1的个数)。
⏹CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。
1)CIDR地址块
⏹128.14.32.0/20表示的地址块共有212个地址(因为斜线后面的20是网络前缀的位数,所以这个地址的主机号是12位)。
⏹这个地址块的起始地址是128.14.32.0。
⏹在不需要指出地址块的起始地址时,也可将这样的地址块简称为“/20地址块”。
⏹128.14.32.0/20地址块的最小地址:
128.14.32.0
⏹128.14.32.0/20地址块的最大地址:
128.14.47.255
⏹全0和全1的主机号地址一般不使用。
2)CIDR记法的其他形式
⏹10.0.0.0/10可简写为10/10,也就是将点分十进制中低位连续的0省略。
⏹10.0.0.0/10相当于指出IP地址10.0.0.0的掩码是255.192.0.0,即
11111111110000000000000000000000
⏹网络前缀的后面加一个星号*的表示方法
如0000101000*,在星号*之前是网络前缀,而星号*表示IP地址中的主机号,可以是任意值。
12、题目详解
1)4-09
(1)对应的是C类地址的默认子网掩码,但也可以是A或者B的,意思是主机号由最后8位决定,而寻找网络由前面的24位决定
(2)该子网掩码的最后3位为0,即决定主机的,一共有8中选择,但是111和000不能使用,所以可以连接6个主机
(3)子网掩码一样,但是子网数目不同
(4)因为是255.255.240.0,所以最后12位为0,排除掉全0全1的情况,可以连接的主机位2^12-2=4094个
(5)有效,但不推荐这样使用
(6)转换为二进制为11000010001011110001010010000001,转换为十进制
即为194.47.20.129,其为C类地址
(7)有,对于小网络,还可以进一步简化路由表
2)4-31
解:
由题目可知,前缀为前12位,所以第一个字节肯定是不变的
观察第二个字节0x32,二进制表示是00100000,
因为前缀是前12位,那么对于第二个字节来说,高四位不变
在给出的四个答案中只有
(1)的符合,所以只有1是匹配的
(本题目设计到知识点无分类编址CIDR)
3)4-37
解:
(1)因为分到的地址块的前缀有26位,在这个基础上还要划分成4个子网,即还需要2位,所以子网的前缀有28位
(2)前缀28位,还剩4位,所以每个子网有16个地址
(3)(4)一起回答
第一个子网:
地址块为132.23.12.64/28
最小地址:
132.23.12.01000001=132.23.12.65/28
最大地址:
132.23.12.01001110=132.23.12.78/28
第二个子网:
地址块:
132.23.12.80/28
最小地址:
132.23.12.01010001=132.23.12.81/28
最大地址:
132.23.12.01011110=132.23.12.94/28
第三个子网:
地址块:
132.23.12.96/28
最小地址:
132.23.12.01100001=132.23.12.97/28
最大地址:
132.23.12.01101110=132.23.12.110/28
第四个子网:
地址块:
132.23.12.112/28
最小地址:
132.23.12.01110001=132.23.12.113/28
最大地址:
132.23.12.01111110=132.23.12.126/28
4)4-41
解:
路由表更新:
(更新为最短的就OK)
新的路由表如下:
N17A未收到任何关于A的,故不改变
N25C相同的下一条,故更新为4+1=5
N39C新的,加进来
N65C更短,更新
N84E一样,不改变
N94F距离比原来的还大,不改变
第五章
1、应用进程之间的通信
⏹两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信。
⏹应用进程之间的通信又称为端到端的通信。
⏹运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。
应用层不同进程的报文通过不同的端口向下交到运输层,再往下就共用网络层提供的服务。
2、运输层的两个主要协议
(1)用户数据报协议UDP(UserDatagramProtocol)
(2)传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol)
⏹UDP在传送数据之前不需要先建立连接。
对方的运输层在收到UDP报文后,不需要给出任何确认。
虽然UDP不提供可靠交付,但在某些情况下UDP是一种最有效的工作方式。
⏹TCP则提供面向连接的服务。
TCP不提供广
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