计算机网络复习

计算机网络复习

1.网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络
2.网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
3.人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。
4.Internet 和 Internet 的区别
• 以小写字母 i 开始的 internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
• 以大写字母I开始的的 Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。
5. 三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。
       第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网
6. 因特网的组成
   (1) 边缘部分  由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
   (2) 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服务的（提供连通性和交换）。
7.两种通信方式
• 客户服务器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式
• 对等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 
8. 路由器是实现分组交换(packet switching)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
9. 电路交换的三个阶段：建立连接, 通信, 释放连接
10. 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
11.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。  
12 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   
13.几种不同类别的网络:
– 广域网 WAN (Wide Area Network)
– 局域网 LAN (Local Area Network)
– 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
– 个人区域网 PAN (Personal Area Network)
不同使用者的网络:
– 公用网 (public network)
– 专用网 (private network)

14.  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。
• Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。
• 速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等
• 速率往往是指额定速率或标称速率。 
15.  带宽
• “带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)
总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
16.五层协议的体系结构
• 应用层(application layer)
• 运输层(transport layer)
• 网络层(network layer)
• 数据链路层(data link layer)
• 物理层(physical layer)
第二章  物理层
1.数据在计算机中多采用并行传输方式
2.物理层的特性
• 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。
信道复用技术
1.频分复用，时分复用和统计时分复用，波分复用，码分复用
第三章    数据链路层 
数据链路层使用的信道主要有：
点对点信道
一对一的点对点通信
广播信道
一对多的广播通信
 数据链路(data link) 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（逻辑的）。
 常用网卡来实现这些协议的硬件和软件。一般的网卡都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。  
 物理层的数据交换单元为二进制比特
 数据链路层的协议数据单元——帧
 网络层中协议数据单元称作IP数据报
 点对点数据链路层通信的主要步骤：
结点A的数据链路层将网络层交下来的IP数据报分别加首部和尾部封装成帧；
   结点A将帧送给结点B；
   若结点B的数据链路层收的帧无差错，则从帧中提取IP数据报上交网络层；否则丢弃该帧
• 数据链路层中传输数据要解决的基本问题
– 封装成帧
– 帧同步（透明传输，采用的是字节填充法）
– 差错控制（检错码、纠错码）
最大传送单元（MTU）

– 纠错码（检错码）
• CRC循环冗余检验
• （n,k）码
• 简洁实用的异或(XOR)
– 传输过程的差错类型和应对策略
• 帧丢失、帧重复、帧失序
• 帧编号、确认、重传
现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)
• PPP协议应该满足的需求
– 简单
– 封装成帧
– 透明性
- 多种网络层协议
– 多种类型链路
– 差错检测
– 检测连接状态
– 最大传送单元
– 网络层地址协商
– 数据压缩协商 
• PPP协议的透明传输
– 异步传输
• 将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5E)。
• 若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5D)。
• 若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。
– 同步传输
• 若使用同步传输（一连串的比特连续传送）。这时 PPP 协议采用零比特填充方法来实现透明传输。
在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除

• 媒体共享技术
– 静态划分信道
• 频分复用
• 时分复用
• 波分复用
• 码分复用
– 动态媒体接入控制（多点接入）
• 随机接入
受控接入 ，如多点线路探询(polling)，或轮询
– 为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：
– 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层
– 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。
– 与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的
适配器的作用
– 串并转换
– 对数据进行缓存
– 实现以太网协议
因此，以太网采取的协调方法是一种特殊的协议——CSMA/CD(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。
– “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。

• 争用期
– 将总线上单程端到端传播时延记作t
– 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 t （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 t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
争用期的长度
– 以太网取 51.2 ms 为争用期的长度。
– 对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，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。
二进制指数类型退避算法
– 发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。
• 确定基本退避时间，一般是取为争用期 2t。
• 定义重传次数 k ，k £ 10，即
                 k = Min[重传次数, 10]
• 从整数集合[0,1,…, (2k -1)]中随机地取出一个数，记为 r。重传所需的时延就是 r 倍的基本退避时间。
• 当重传达 16 次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。
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。
强化碰撞
当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：
立即停止发送数据；
再继续发送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。
集线器实质上是一个多接口的转发器，仅仅简单的转发比特，工作在物理层，不进行碰撞检测

无效的MAC帧
– 帧的长度不是整数个字节；
– 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错；
– 数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间。
对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧
• 数据链路层扩展以太网
– 在数据链路层扩展局域网是使用网桥。
– 网桥工作在数据链路层，它根据 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。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口
• 网桥的优点
– 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10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网
网桥的缺点
– 存储转发增加了时延。
– 在MAC 子层并没有流量控制功能。
– 网桥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。这就是所谓的广播风暴。 
高速以太网
100BASE-T以太网
  100代表最高速率为100MB/S ，T指的是双绞线
1000BASE-X/SX/LX/Cx以太网
  X代表是光纤,SX代表短波长，LX长波长，CX铜线。
                     第四章：网络层

 

• 为了进行更加有效的查找，通常是将无分类编址的路由表存放在一种层次的数据结构中，然后自上而下地按层次进行查找。这里最常用的就是二叉线索(binary trie)。
网际控制报文协议 ICMP
• PING 用来测试两个主机之间的连通性。
• PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。
• PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过运输层的 TCP 或UDP。
• 内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol)    即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。（RIP、OSPF）
• 外部网关协议EGP (External Gateway Protocol)。自治系统间使用的路由选择协议。（BGP-4）
• 工作原理
• 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。
• 从一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。
• 从一个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。
• RIP 协议中的“距离”也称为“跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。
• 这里的“距离”实际上指的是“最短距离”，
• RIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。
• 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。
• RIP 不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP 选择一个具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在另一条高速(低时延)但路由器较多的路由。  
• 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。
•

• RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小。
• RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）。
• 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。  
• RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。
OSPF 使用的是可靠的洪泛法
因此当互联网规模很大时，OSPF 协议要比距离向量协议 RIP 好得多
外部网关协议 BGP
BGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。
边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由。
BGP 协议交换路由信息的结点数量级是自治系统数的量级，
路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组
多播使用组地址—— IP 使用 D 类地址支持多播。多播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址。 
虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT虚拟专用网 VPN
                                 第五章
运输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用
户功能中的最低层。
运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP
当运输层采用面向连接的 TCP 协议时，尽管下面的网络是不可靠的（只提供尽最大努力服务），但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。
当运输层采用无连接的 UDP 协议时，这种逻辑通信信道是一条不可靠信道
• TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment)
• UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报。
在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口.
路由器或交换机上的端口是硬件端口。
UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了很少一点的功能，即端口的功能和差错检测的功能

第一章 概述

电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，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（这只是整个报文的一部分）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。 

计算机网络：一些互相连接的、自治的计算机的集合。 

作用范围的不同，可分为：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）、个人区域网（PAN） 

计算机网络的性能指标：速率、带宽、时延、利用率（信道利用率、网络利用率） （这里可能会有简答题，计算） 

网络协议：为进行网络中心的数据交换而建立的规则、标准或约定。主要由：语法，语义，同步三个要素组成。 

体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合 

OSI的七层协议：物理层，数据链路层，网络层，运输层，会话层，表示层，应用层。 

TCP/IP的四层协议：网络接口层，网际层IP，运输层，应用层。 

五层协议：物理层，数据链路层，网络层，运输层，应用层。 

第二章 物理层

物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性；即机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。 

通信的三种方式：单向通信，双向交替通信，双向同时通信 

基带信号：来自信源的信号。 

带通信号：经过载波调制后的信号 

最基本的带通调制方法：调频，调幅，调相。 

双绞线的类型：无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线 

多模光纤：可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输的光纤 

单模光纤：是光线一直向前传播，而不会产生多次反射的光纤 

频分复用FDM：用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。 

时分复用TDM：将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧），每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。用户所占用的时隙是周期性的出现。所有用户在不同的时间点用同样的频带宽度。更利于数字信号的传输。 

统计时分复用STDM：按需动态分配时隙 

波分复用WDM：光的频分复用。一根光纤上复用两路光载波信号的复用方式。 

密集波分复用DWDM：一根光纤上复用多路数的光载波信号。 

码分复用CDM：共享信道的方法，各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会互相干扰。 

码分多址CDMA：有很强的抗干扰能力，频谱类似白噪声，不易被敌人发现。 （课后习题，可能会出简答题）

 第三章 数据链路层 

链路：是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点 

数据链路：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 

三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测。（CRC 循环冗余检测、零比特填充 简答题） 

局域网的拓扑:：星形图，环形图，总线图，树形图 

CSMA/CD协议：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；“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 

MAC层的硬件地址：由48位，16进制的数字组成的地址。也就是网卡的物理地址。实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI—48。 MAC(Media Access Control)地址，或称为 MAC位址、硬件位址，用来定义网络设备的位置。在OSI模型中，第三层网络层负责 IP地址，第二层资料链结层则负责 MAC位址。因此一个主机会有一个IP地址，而每个网络位置会有一个专属于它的MAC位址。 

碰撞域：又可以说叫冲突域，在以太网中，如果某个一个CSMA/CD网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域。如果以太网中的各个网段以中继器连接，因为不能避免冲突，所以它们仍然是一个冲突域。

第四章 网络层 

网络层提供的两种服务：虚电路服务和数据报服务 

应用层：各种应用层协议（HTTP,FTP,SMTP） 

运输层：TCP,UDP。在网络层以上使用的中间设备是网关。用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议转换。 

网络层：ICMP,IGMP,IP,RARP,ARP。中间设备是路由器 

网络接口层：与各种网络接口。 

数据链路层：使用的中间设备是网桥或桥接器 

物理层：物理硬件。 使用的中间设备是转发器 

分类的IP地址：（简答题） 

ARP，即地址解析协议，实现通过IP地址得知其物理地址。 

工作流程：1、ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组；

2、在本局域网上所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组；

3、主机B在ARP分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送ARP响应分组，并写入自己的硬件地址；

4、主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到硬件地址的映射。

RARP：逆地址解析协议，允许局域网的物理机器从网关服务器的 ARP 表或者缓存上请求其 IP 地址。 

IP地址通过ARP转变为物理地址；物理地址通过RARP协议转变为IP地址。 

子网掩码，掩码（IP 的范围）：课后题 

RIP：路由信息协议，是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是因特网的标准协议，最大优点就是简单。是一种在网关与主机之间交换路由选择信息的标准。

工作原理 必考 

IGP 内部网关协议：在一个自治系统内部使用的路由选择协议。 

EGP 外部网关协议：若源主机和目的主机处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。 

距离向量算法 课后题 

路由器的构成：路由选择部分（控制部分，核心构件是路由选择处理机）和分组转发部分（交换结构，一组输入端口，一组输出端口）。 

IGMP 网际组管理协议：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参加或退出了某个多播组。 

VPN 虚拟专用网：通过一个公用网络建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。 

NAT 网络地址转换：将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术,被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。原因很简单，NAT不仅完美地解决了lP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机

第五章   运输层

标志进程：因为运输层直接为上层的调用进程提供服务，它需要地址来唯一地标志进程间的通讯。或者说进程通过TSAP（transport service access point）来调用运输层提供的服务 

端口号：大致有两种意思：一是物理意义上的端口，比如，ADSL Modem、集线器、交换机、路由器等 用于连接其他网络设备的接口，如RJ-45端口、SC端口等等。二是逻辑意义上的端口，一般是指TCP/IP协议中的端口，端口号的范围从0到65535， 

IP地址：就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址。 

UDP 用户数据报协议：是 OSI 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。 

TCP 传输控制协议：是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议 

复用：应用层所有的进程都可以通过运输层再传送到IP层 

分用：运输层从IP层收到数据后必须交付给指明的应用进程。 

TCP可靠传输的实现：以字节为单位的滑动窗口；超时重传时间的选择；选择确认SACK 

TCP的流量控制：让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。 利用滑动窗口实现流量控制；必须考虑传输效率。 

TCP的拥塞控制：防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。 

方法：慢开始；拥塞避免；快重传；快恢复 

TCP的运输连接管理：运输连接三个阶段：连接建立；数据传送和连接释放。 

第六章    应用层

DNS 域名系统：用于命名组织到域层次结构中的计算机和网络服务。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。 

主域名服务器：为了提高域名服务器的可靠性，DNS域名服务器都把数据复制到几个域名服务器来保存，其中一个是主域名服务器，其余的是辅助域名服务器。 

主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询；本地域名服务器向跟域名服务器的查询通常都是迭代查询 

FTP文件传送协议：是因特网上使用的最广泛的文件传送协议，提供交互式访问，允许客户知名文件的类型与格式，并允许文件具有存取权限。

WWW 万维网：是一个大规模的、联机式的信息储藏所。 

URL统一资源定位符：是用于完整地描述Internet上网页和其他资源的地址的一种标识方法 

HTTP 超文本传送协议：是一个客户端和服务器端请求和应答的标准，是面向事务的应用层协议，它是万维网上能够可靠的交换文件的重要基础。 

HTML 超文本标记语言：是一种制作万维网页面的标准语言，它消除了不同计算机之间信息交流的障碍。万维网的重要基础。 

电子邮件系统：由用户代理；邮件服务器；以及邮件发送协议（STMP）和邮件读取协议（POP3）