计算机网络第5版知识汇总.docx
《计算机网络第5版知识汇总.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络第5版知识汇总.docx（50页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
计算机网络第5版知识汇总
第1章：
概述
1、网络：
是指“三网”，即电信网络、有线电视网络、计算机网络。
2、计算机网络向用户提供的最重要的功能有两个：
连通性、共享。
3、
（1）网络：
由若干结点和连接这些结点的链路组成；
（2）互联网（互连网internet）：
通过路由器把网络和网络连接起来组成的更大的网络，它是“网络的网络”；（3）因特网（Internet）：
是世界是最大的互连网络。
4、因特网发展的三个阶段：
（1）单个网络ARPANET；
（2）三级结构的因特网：
分为主干网、地区网、校园网（或企业网）；（3）多层次ISP结构的因特网：
因特网的运营由因特网服务提供商ISP负责。
5、万维网WWW（WorldWideWeb）：
被广泛使用在因特网上，大方便了广大非网络专业人员的使用，成为因特网成指数级增长的主要动力。
6、因特网的组成：
边缘部分、核心部分。
边缘的端系统中的程序之间的通信方式分为：
客户服务器方式（C/S方式）、对等方式（P2P方式）；
7、
（1）电路交换的特点：
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；
（2）分组交换的特点：
分组交换采用存储转发技术，在数据的前面加上控制信息的首部就构成了一个分组，由于首部包含了如目的地址和源地址等重要信息，因此，每一个分组（报文的一部分）都能在因特网中独立地选择传输路径；
（3）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，转发到一下结点；
8、计算机网络的性能指标：
（1）速率：
指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称为数据率或比特率，它是计算机网络中最重要的一个性能指标，单位为b/s、bps；
（2）带宽：
在计算机网络中表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，单位b/s；
（3）吞吐量：
表示在单位时间内通过某个网络（或信息、接口）的数据量。
（4）时延：
是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间，它由以下几个部分组成：
发送时延：
是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，计算公式为：
发送时延＝数据帧长度/发送速度
传播时延：
是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间，计算公式为：
传播时延＝信道长度/电磁波在信道上的传播速度
处理时延：
主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理；
排队时延：
分级在经过网络传输时，要经过许多路由器，但分组在进入路由器后
要先在输入队列中排队等待处理；
总时延＝发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
（5）时延带宽积：
表示链路可容纳多少个比特，计算公式为：
时延带宽积＝传播时延×带宽
（6）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（接收方收到数据后便立即发送确认）共经历的时间；
（7）利用率：
D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延是，则D0、D和利用率U之间的关系为：
D＝D0/（1－U）
9、计算机网络的体系结构：
（1）开放系统互连基本参考模型OSI/RM，简称OSI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；
（2）TCP/IP的四层协议：
应用层、运输层、网际层、网络接口层；
（3）五层协议：
应用层、运输层、网络层、数据链接层、物理层。
第2章：
物理层
1、物理层考虑的是怎样才能连接在各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。
物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性。
2、常用术语：
（1）数据：
是运送消息的实体；
（2）信号：
是数据的电气的或电磁的表现；（3）模拟信号：
或连续信息，代表消息的参数的取值是连续的；（4）数字信号：
或离散信号，代表消息的参数的取值是离散的。
（5）信道：
一般是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道；
3、通信双方的信息交互的方式分为：
单向通信（单工通信）、双向交替通信（半双工通信）、双向同时通信（全双工通信）。
4、奈式准则：
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的问题，使接收端对码元的识别成为不可能。
5、信噪比：
就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为S/N，单位为dB：
信噪比＝10log10（S/N）（dB）
香农公式：
它指出信道的极限信息传输速率C是：
C＝Wlog2（1+S/N）（b/s）
其中，W为信道的带宽（以HZ为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的设若噪声功率。
香农公式表明：
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。
6、物理层下面的传输媒体：
传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它是数据传输系统在发送器和接收器之间的物理通路。
分为：
导向传输媒体（电磁波被导向着固体媒体传播）、非导向传输媒体（指自由空间，即无线传输）。
导向传输媒体：
双绞线、同轴电缆、光缆（单模光纤：
适用于长距离传输；多模光纤：
适用于近距离传输）；
7、信息复用技术：
（1）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。
可见频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源；
（2）时分复用TDM：
是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。
时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。
（3）统计时分复用STDM：
是一种改进的时分复用，它使用集中器收集每个用户的数据放入相应的帧中，当一个帧放满后就通过高速线路发送出去。
因为每个用户所占用的时隙并不是周期性地出现，所以它又称为异步时分复用。
（4）波分复用WDM：
就是光的频分复用；
（5）码分复用CDM：
每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。
第3章：
数据链路层
1、数据链路层使用的信道主要有两种类型：
点对点信道（一对一的点对点通信方式）、广播信道（一对多的通信方式）。
2、使用点对点信道的数据链路层
（1）链路：
是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换结点；
（2）数据链路：
当需要在一条线路上传送数据时，除了需要一条物理链路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输，若把这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路；现在最常使用的方法是使用网络适配器（即，网卡）；
（3）数据链路层协议的三个基本问题：
封装成帧、透明传输、差错检测；
1 封装成帧：
就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就了一个帧。
帧长等于数据部分的长度加上帧首部和帧尾部的长度，而首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
最大传送单元MTU：
是链路层协议规定的帧的数据部分的长度上限；
2 SOH放在一帧的最前面，表示帧的首部开始；EOT表示帧的结束；注：
SOH和EOT都是控制字符的名称，它们的十六进制编码分别是01H和04H。
透明传输：
指不管从键盘上输入什么字符都可以放在这样的帧中传输过去。
但在数据部分是非文本方式（如二进制代码的程序或图像等）时，数据部分可能出现某个二进制代码恰好和SOH或EOT这种控制字符一样，这样就不能透明传输了。
解决方法：
发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”（1BH）。
而在接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符。
这种方法称为字节填充或字符填充。
3 差错检测：
比特差错：
传输的过程中1可能会变成0，0可能会变成1.
目前数据链路层广泛使用的检错技术：
循环冗余检验CRC：
FCS是添加在数据后面的冗余码：
它由数据除以拟定的除数得到（实质是做异或运算）。
3、点对点协议PPP：
PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。
（1）PPP协议的特点：
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（是数据部分的长度，不是帧的总长度）、网络层地址协商、数据压缩协商。
（2）PPP不需要的功能：
纠错（只进行检错，即PPP协议是不可靠传输协议）、流量控制（TCP负责）、序号（PPP是不可靠传输协议）、多点线路、半双工或单工链路。
（3）PPP协议的组成：
一、一个将IP数据报封装到串行链路的方法；二、一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP；三、一套网络控制协议NCP。
（4）PPP协议的帧格式：
F标志字段是帧的定界符，A是地址字段，B是控制字段，FCS是使用CRC的帧检验序列，协议字段代表了帧的信息部分的数据类型（0x0021代表IP数据报，0xC021代表LCP数据，0x8021代表网络层的控制数据）：
F
7E
A
FF
C
03
协议
信息部分
FCS
F
7E
字节1112不超过1500字节21
字节填充：
0x7E转变成（0x7D，0x5E）；
0x7D转变成（0x7D，0x5D）；
若小于0x20，则前面加入一个0x7D。
零比特填充：
只要发现在信息字段中有5个连续的1，则立即填入一个0。
4、局域网使用的就是广播信道，局域网的特点：
网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
802.3－－以太网；802.4－－令牌总线网；802.5－－令牌环网。
IEEE802委员会把局域网的数据链路层分为：
逻辑链路层LLC子层和媒体接入控制MAC子层。
5、适配器（又称为网络接口卡NIC，简称网卡）的重要功能：
（1）进行数据串行传输和并行传输的转换；
（2）用存储芯片对数据进行缓存；（3）设备驱动程序安装在计算机的操作系统中；（4）能够实现以太网的协议。
6、CSMA/CD协议：
以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。
而且它的一个重要问题是如何协调各计算机的工作（在同一时间只能允许一台计算机发送信息），因此以太网采用的方法是使用一种特殊的协议：
载波监听多点接入/碰撞检测协议CSMA/CD：
“多点接入”：
说明这是“总线型网络”；
“载波监听”：
就是“发送前先监听”；
“碰撞检测”：
就是“边发送边检测”，但发送成功后不检测。
注：
一个站不可能同时进行发送和接收，因此使用CSMA/CD协议的以太网只能进行半双工通信。
退避算法：
以太网端到端往返时间2τ称为争用期。
退避算法如下：
（1）确定基本退避时间，它就是争用期2τ。
以太网把争用期定为51.2us；
（2）从离散的整数集合[0，1，…，（2^k－1）]中随机取出一个数，记为r。
重传应推后的时间就是r倍的争用期。
上面参数k的计算公式为：
K＝Min[重传次数，10]
可见当重传次数不超过10时，参数k就等于重传次数，当重传超过10，则k就
不再增大而一直等于10。
（3）当重传达到16次仍不成功时，则丢弃该帧，并向高层报告。
注：
以太网把争用期定为51.2us：
对于10Mb/s的以太网，争用期内可发送512bit，即64字节，因此以太网规定最短有效帧长为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，这种帧都应当立即被丢弃。
7、以太网的MAC层：
（1）MAC层的硬件地址：
硬件地址又称为物理地址或MAC地址（这种地址应用在MAC帧中）。
共48位的全球唯一的地址，它固化在适配器的ROM中。
（2）MAC帧的格式：
字节66246~15004
目的地址
源地址
类型
数据（46~1500）
FCS
第4章：
网络层
1、虚电路服务与数据报服务的对比：
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
因特网设计思路：
网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力将会的数据报服务。
2、网络层IP协议与之配套使用的还有四个协议：
（1）地址解析协议ARP：
把IP地址解析成物理地址；方法是在主机ARP高速缓存中存放一个IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表还经常更新。
（2）逆地址解析协议RARP：
把物理地址解析成IP地址。
（3）网际控制报文协议ICMP：
它不是高层协议，而是IP层协议；它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。
1 ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首部，组成IP数据报发送出去。
2 ICMP报文的种类有两种：
ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。
3 几咱常用的ICMP报文类型：
ICMP报文种类
类型的值
ICMP报文的类型
差错报告报文
3
终点不可达
4
源点抑制
11
时间超过
12
参数问题
5
改变路由
询问报文
8或0
回送请求或回答
13或14
时间戳请求或回答
4 ICMP应用举例
分组网间探测PING，用来测试两个主机之间的连通性；
Traceroute（这是UNIX操作系统的名字），它用来跟踪一个分组从源点到终点的路径。
在Windows操作系统中这个命令是tracert。
（4）网际组管理协议IGMP：
（用于IP多播，后面将讲到）
3、各层所使用的中间设备：
（1）物理层使用的中间设备叫做转发器（repeater）；
（2）数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器（bridge）；
（3）网络层使用的中间设备叫做路由器（router）；
（4）网络层以上使用的中间设备叫做网关（getway）。
4、分类的IP地址：
就是将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中第一个字段是网络号，第二个字段是主机号，一个IP地址在整个因特网范围内是唯一的。
可记为：
IP地址:
:
={<网络号>，<主机号>}
（1）分类：
A类地址：
8位网络号，第一位为0；
B类地址：
16位网络号，第一二位为10；
C类地址：
24位网络号，第一二三位为110；
D类地址：
为多播地址，前四位为1110；
E类地址：
为保留地址，前四位为1111。
（2）IP地址的指派范围：
网络类别
最大可指派的网络数
第一个可指派的网络号
最后一个可指派的网络号
每个网络中的最大主机数
A
126（2^7-2）
1
126
16777214
B
16383（2^14-1）
128.1
191.255
65534
C
2097151（2^21-1）
192.0.1
233.255.255
254
注：
A类地址的全0表示“本网络”，网络号为127（01111111）保留作为本地软件环回测试；因此网络数－2；
因为B类和C类地址网络号都不可能出现全为0或1的情况，因此，除去128.0.0.0和192.0.0.0，其它都可用，因此网络数都－1；
因为主机号中全为0表示本主机，全为1表示所有的，因此ABC三类的主机数都－2。
（3）IP地址的特点：
1 IP地址管理机构只分配网络号，剩下的主机号由该网络号的单位自行分配；路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组而不需要考虑主机号；
2 由于一个路由器至少连接到两个网络，因此它至少应当有两个不同的IP地址；
3 一个网络是指具有相同网络号的主机的集合，因此，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络；
4 在IP地址中，所有分配到网络号的网络都是平等的。
（4）无编号网络（或无名网络）：
是对两个路由器直接相连时不分配IP地地的这段线路。
（5）物理地址：
是数据链路层和物理层使用的地址，它放在MAC帧首部，随传输的过程相应变化；
IP地址：
是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址，它放在IP数据报首部，它在数据传输过程中始终不变。
5、IP数据报的格式：
04816192431
版本
首部长度
区分服务
总长度
标识
标志
片偏移
生存时间TTL
协议
首部检验和
源地址（32位）
目的地址（32位）
可选字段（长度可变）
填充
数据部分
首部
数据部分
注：
首部总长度至少20字节，其中“首部长度”字段是以32位字长（4字节）为单位的。
6、IP层转发分组流程：
路由表中，对每一条路由最主要有以下两个信息：
（目的网络地址，下一跳地址）
分组转发算法如下：
（1）从数据报的首部提取目的主机的IP地址D，得出目的网络地址为N；
（2）若N就是与此路由器直接相连的某个网络地址，则进行直接交付，不需要再经过其他的路由器，直接把数据报交付给目的主机；否则就间接交付，执行（3）；
（3）若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行（4）；
（4）若路由表中有到达网络N的路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行（5）；
（5）若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（6）；
（6）报告转发分组出错。
7、划分子网
划分子网思想：
（1）一个拥有许多物理网络的单位，可将所属的物理网络划分为若干个子网，划分子网纯属一个单位内部的事情，对外仍表现为一个网络；
（2）划分子网的方法是从网络的主机号中借用若干位作为子网号subnet-id，这样IP地址在单位内部就变为三级IP地址：
网络号、子网号和主机号，可表示为：
IP地址:
:
={<网络号>，<子网号><主机号>}
8、子网掩码：
它也是32位，由一串1和跟随一串0组成。
子网掩码中的1对应于IP地址中原来的net-id加上subnet-id，而子网掩码中的0对应于现在host-id。
把收到的数据报的目的IP地址逐位与子网掩码相“与”，就可以得出子网的网络地址。
注：
（1）如果一个网络不划分子网，那么该网络的子网掩码就使用默认子网掩码。
默认的子网掩码中1的位置和IP地址中的网络号字段net-id正好相对应。
（2）子网数等于2^n－2；要除去全0和全1的情况。
9、使用子网时的分组转发：
路由表必须包含以下三项内容：
目的网络地址、子网掩码、和下一跳地址。
具体算法如下：
（1）从收到的数据报的首部提取目的IP地址D；
（2）先判断是否为直接交付。
对路由器直接相连的网络逐个进行检查：
用各网络的子网掩码和D逐位相“与”，看结果是否和相应的网络地址匹配。
若匹配，则把分组进行直接交付，转发任务结束。
否则就是间接将会，执行（3）；
（3）若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行（4）；
（4）对路由表中的每一行（目的网络地址，子网掩码，下一跳地址），用其中的子网掩码和D逐位相“与”，其结果为N。
若N与该行的目的网络地址匹配，则把数据报传送给该行指明的下一跳路由器；否则，执行（5）；
（5）若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（6）；
（6）报告转发分组出错。
10、无分类编址CIDR（构造超网）
（1）CIDR最重要的两个特点：
1 CIDR消除了传统的A类、B类、C类地址以及划分子网的概念。
它把32位的IP地址划分为两个部分，“网络前缀”和“主机号”，表示为：
IP地址:
:
={<网络前缀>，<主机号>}
CIDR使用“斜线记法”，或称为CIDR记法，即在IP地址后面加上斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数。
2 CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。
只要知道CIDR地址块中的任何一个地址，就可以知道这个地址块的起始地址（即最小地址和最大地址，以及地址块中的地址数）。
例如：
128.14.35.7/20＝10000000000011100010001100000111
可得出：
最小地址：
128.14.32.110000000000011100010000000000000
最大地址：
128.14.47.25410000000000011100010111111111110
（2）最长前缀匹配：
使用CIDR时，路由表的第个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。
所以在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果，这样就带来一个问题：
我们应该选择哪一个呢？
？
？
答：
应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由，这叫作最长前缀匹配。
11、因特网的路由选择协议：
路由选择协议的核心就是路由算法。
（1）路由算法根据能否随网络的通信量或拓扑自适应地进行调整变化分为：
静态路由选择策略（也叫做非自适应路由选择）与动态路由选择策略（也叫做自适应路由选择）。
（2）分层次的路由选择协议：
因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统AS：
自治系统AS是在单一的技术管理下的一组路由器。
而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由选择协议以确定分组在AS之间的路由。
在目前的因特网中，一个大的ISP就是一个自治系统。
这样，因特网就把路由选择协议划分为两大类，即：
1 内部网关协议IGP（InteriorGatewayProtocol），即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。
目前这类协议有：
RIP和OSPF协议。
2 外部网关协议EGP（ExternalGatewayProtocol），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。
目前这类协议使用最多的是：
BGP的版本4（BGP-4）。
（3）内部网关协议RIP（路由信息协议RoutingInformationProtocol）：
它是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，其最大的优点就是：
简单。
1 “距离”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”也称为“跳数”，RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器。
2 RIP协议的特点：
A.仅和相邻路由器交换信息；
B.路由器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；
C.按固定的时间间隔交换路由信息。
3 距离向量算法：
A.对地址为X的相邻路由器发来的RIP报文，先修改此报文中的所有项目，把“一一跳”字段中的地址都改为X，并把所有的“距离”字段的值加1。
每一个项目都有三个关键数据，即：
到目的网络N，距离是d，下一跳路由器是X；
B.对修改后的RIP报文中的每一个项目，进行以下步骤：
若原来的路由表中没有目的网络N，则把该项目添加到路由表中。
否则（即在路由表中有目的网络N，这时就再查看下一跳路由器地址）
若下一跳路由器地址是X，则把收到的项目替换原路由表中的项目。
否则（即这个项目
升级会员 