计算机网络复习班级整理汇总.docx

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计算机网络复习班级整理汇总

Chapter1概述

网络（network）:

由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成

——互联网是“网络的网络”（networkofnetworks）

计算机网络的定义:

一些相互连接的,自治的计算机的集合P17功能:

连通性,共享P1

因特网发展的三个阶段：

第一阶段是从单个网络ARPANET*向互联网发展的过程

第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网（主干网/地区网/校园网,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（因特网服务提供者ISP（InternetServiceProvider））

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）

“主机A和主机B进行通信”，实际上是指：

“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。

即“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。

或简称为“计算机之间通信”

两种通信方式:

客户服务器方式（C/S,Client/Server方式）-->请求与服务关系P9

对等方式（P2P方式.Peer-to-Peer方式）-->平等通信关系P11特点:

既是客户又是服务器

路由器:

在网络的核心部分起重要作用,实现分组交换（packswitching）的关键构件

路由器-->分组交换-->与电路交换（P11）的区别-->前者分组（报文）进行独立的传输,后者整体在一个事先建立并确定的通道中进行传输,完成后一次性释放连接

分组交换的实现过程:

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,并依次把各分组发送到接收端

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。

4.接收端收到分组后剥去首部还原成短报文

5.在接收端把收到的数据恢复成为原来的长报文

分组交换的优点:

高效动态分配路径，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

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。

主机和路由器的区别:

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。

计算机网络性能指标：

P19

速率:

速率即数据率（datarate）或比特率（bitrate）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

带宽:

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）。

吞吐量（throughput）:

表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量

时延:

a.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。

b.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。

c.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

d.排队时延结点缓存队列中分组排队所经历的时延

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

时延带宽积:

时延带宽积=传播时延×带宽

往返时间RTT:

发送方发送数据到收到接收方的确认所经历的时间

利用率:

若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系：

网络协议（networkprotocol）：

简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

（由语法、语义和同步组成）

计算机网络的体系结构（architecture）是计算机网络的各层及其协议的集合，换言之体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。

OSI与TCP/IP（必考!

P23-30）比较：

→

五层协议的体系结构：

↓

各层功能见P28，详细功能在后几章

发送数据简略流程：

AP2接收到数据后剥除各层增加的首部（尾部）得到原数据

*ARPAnet的贡献：

1.完成了对计算机网络定义、分类与子课题研究内容的描述；

2.研究了报文分组交换的数据交换方法；

3.促进TCP/IP协议的发展；

4.提出了通信子网和资源子网的两级网络结构机制；

5.为Internet的形成与发展奠定基础。

6.采用了层次结构的网络体系模型；

Chapter2物理层

物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：

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。

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。

模拟信号/连续信号（analogous）——代表消息的参数的取值是连续的。

数字信号/离散信号（digital）——代表消息的参数的取值是离散的。

单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。

双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。

基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。

带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

调幅（AM）：

载波的振幅随基带数字信号而变化。

调频（FM）：

载波的频率随基带数字信号而变化。

调相（PM）:

载波的初始相位随基带数字信号而变化。

奈氏准则:

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。

香农公式:

香农（Shannon）用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。

信道的极限信息传输速率C可表达为

C=Wlog2（1+S/N）b/s

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为信道内部的高斯噪声功率。

香农公式表明:

1.信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

2.只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。

（香农公式的意义）

3.若信道带宽W或信噪比S/N没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率C也就没有上限。

4.实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。

光纤的工作原理（了解）P42

复用技术（考点）:

频分复用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）:

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。

频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。

时分复用TDM（TimeDivisionMultiplexing）:

时分复用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。

每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

（由于时间片划分的固定性,时分复用可能会造成线路资源的浪费）

统计时分复用STDM（StatisticTDM）:

时隙数小于用户数的TDM方法.

波分复用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）:

波分复用就是光的频分复用

码分复用CDM（CodeDivisionMultiplexing）:

常用的名词是码分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）。

各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。

每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。

每个站被指派一个唯一的mbit码片序列。

如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。

如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。

例如，S站的8bit码片序列是00011011。

发送比特1时，就发送序列00011011，

发送比特0时，就发送序列11100100。

S站的码片序列：

（–1–1–1+1+1–1+1+1）-->惯例写法将0写为-1

CDMA的重要特点:

1.每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交.

两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积（innerproduct）都是0

2.任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。

脉码调制PCM体制P53

同步光纤网SONET和同步数字系列SDHP54

xDSL技术:

xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。

DSL就是数字用户线（DigitalSubscriberLine）的缩写。

而DSL的前缀x则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。

P56

ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine）：

非对称数字用户线

HDSL（HighspeedDSL）：

高速数字用户线

SDSL（Single-lineDSL）：

1对线的数字用户线

VDSL（VeryhighspeedDSL）：

甚高速数字用户线

DSL：

ISDN用户线。

RADSL（Rate-AdaptiveDSL）:

速率自适应DSL，ADSL的一个子集,可自动调节线路速率

FTTx技术:

FTTx（光纤到……）也是一种实现宽带居民接入网的方案。

这里字母x可代表不同意思。

光纤到家FTTH（FiberToTheHome）：

光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法。

光纤到大楼FTTB（FiberToTheBuilding）：

光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。

光纤到路边FTTC（FiberToTheCurb）：

从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。

Chapter3数据链路层

数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：

1.点对点信道。

这种信道使用一对一的点对点通信方式。

2.广播信道。

这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。

广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送和接收

链路（link）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。

一条链路只是一条通路的一个组成部分。

链路+协议=数据链路

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。

三个基本问题及解决:

（1）封装成帧（framing）:

在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。

确定帧的界限。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

（2）透明传输:

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”（其十六进制编码是1B）。

字节填充（bytestuffing）或字符填充（characterstuffing）——接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。

如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符。

当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

（3）差错控制:

循环冗余检验CRC（cyclicredundancycode）检错技术。

P68重点掌握!

帧检验序列FCS在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS

（FrameCheckSequence）。

FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并非用来获得FCS的唯一方法。

*仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受（accept）。

*

点对点协议PPP（Point-to-PointProtocol）

PPP协议应满足的需求以及不需要得功能P71-72

PPP协议的组成:

一个将IP数据报封装到串行链路的方法。

链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）。

网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）。

PPP协议的帧格式:

P73**字符填充P73零比特填充（SONET/SDH链路时）P74

**字符填充:

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。

PPP协议的工作状态（了解）P74

载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）P79掌握考点!

“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。

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”。

重要特性:

1.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）。

2.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。

3.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。

二进制指数类型退避算法（truncatedbinaryexponentialtype）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,…,（2k1）]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。

最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间2t（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。

最短有效帧长:

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

网桥P92（了解）

硬件地址又称为物理地址，或MAC地址,48位16进制数

适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址.

如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。

否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。

“发往本站的帧”包括以下三种帧：

单播（unicast）帧（一对一）

广播（broadcast）帧（一对全体）

多播（multicast）帧（一对多）

MAC帧的格式P89

第4章网络层

4.1网络层提供的两种服务

因特网采用的设计思路p109

⏹网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

⏹网络在发送分组时不需要先建立连接。

每一个分组（即IP数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。

⏹网络层不提供服务质量的承诺。

即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。

尽最大努力交付的好处

⏹由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。

⏹如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。

⏹采用这种设计思路的好处是：

网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。

⏹因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。

4.2网际协议IP

网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一。

与IP协议配套使用的还有四个协议：

地址解析协议ARP（AddressResolutionProtocol）

逆地址解析协议RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）

网际控制报文协议ICMP（InternetControlMessageProtocol）

网际组管理协议IGMP（InternetGroupManagementProtocol）

网际层的IP协议及配套协议p110

4.2.1虚拟互连网络

虚拟互连网络的意义

⏹所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。

⏹使用IP协议的虚拟互连网络可简称为IP网。

使用虚拟互连网络的好处是：

当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。

4.2.2分类的IP地址p113

1.IP地址及其表示方法

我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。

IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。

1.1分类IP地址

两级的IP地址可以记为：

IP地址:

:

={<网络号>,<主机号>}

4.2.3IP地址与硬件地址

4.2.4地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP

地址解析协议ARP

⏹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。

逆地址解析协议RARP（RARP协议目前已很少使用）

4.2.5IP数据报的格式

⏹一个IP数据报由首部和数据两部分组成。

⏹首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。

⏹在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。

例题IP数据报分片p123

4.2.6IP层转发分组的流程

分组转发算法p128

4.3划分子网和构造超网

4.3.1划分子网p128

1.从两级IP地址到三级IP地址

划分子网的基本思路：

⏹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。

IP地址:

:

={<网络号>,<子网号>,<主机号>}

2.子网掩码p130

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。

4.3.2在划分子网的情况下路由器转发分组的算法p133-p134

4.3.3无分类编址CIDR

1.网络前缀

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

P135

IP地址:

:

={<网络前缀>,<主机号>}

CIDR还使用“斜线记法”（slashnotation），它又称为CIDR记法，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，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”。

CIDR地址块划分举例：

p137-p138

4.4网际控制报文协议ICMP

ICMP报文的种类有两种，即ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。

P141

4.5因特网的路由选择协议P144

因特网采用分层次的路由选择协议;

因特网有两大类路由选择协议:

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。

目前这类路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF协议。

外部网关协议EGP（ExternalGatewayProtocol）若源站和目的站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。

这样的协议就是外部网关协议EGP。

在外部网关协议中目前使用最多的是BGP-4。

自治系统和内部网关协议、外部网关协议

4.5.2内部网关协议RIP（RoutingInformationProtocol）（必考）

⏹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。

路由信息协议的工作过程和距离向量算法P147-P149

4.5.3内部网关协议OSPF（OpenShortestPathFirst）开放最短路径优先协议P152

OSPF使用的是可靠的洪泛法

4.5.4外部网关协议BGPP156

BGP是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。

BGP发言人（BGPspeaker）：

每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的“BGP发言人”。