计算机网络重点.docx
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计算机网络重点
第1章：
概述
1.计算机网络的功能：
连通性（数据通信），共享（资源共享）。
2.网络（network）由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。
3.互联网是“网络的网络”（networkofnetworks）。
4.连接在因特网上的计算机都称为主机（host）。
5.网络把许多计算机连接在一起。
6.因特网则把许多网络连接在一起。
7.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。
8.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。
9.因特网的组成：
从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：
（1）边缘部分（资源子网）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（通信子网）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）。
10.边缘部分：
处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。
这些主机又称为端系统（endsystem）。
“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”
11.在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：
客户—服务器方式（C/S方式）：
客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。
即Client/Server方式
对等方式（P2P方式）
即Peer-to-Peer方式
12.核心部分：
网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router）。
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。
13.电路交换的主要特点：
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（占用通信资源）
通信（一直占用通信资源）
释放连接（归还通信资源）
14.三种交换的优缺点：
提纲（3）
14.计算机网络的定义：
计算机网路是利用线路把具有独立功能的分布在不同地理位置的计算机连接起来，并通过网路协议实现数据通信和信息服务的信息系统。
最简单的定义：
一些互相连接的、自治的计算机集合。
·计算机网路分类：
（1）按作用范围：
a）广域网WAN（WideAreaNetwork）
作用范围通常为几十到几千公里。
也称为远程网。
在大范围区域内提供数据通信服务，主要用于互连局域网。
b）局域网LAN（LocalAreaNetwork）
通常指几公里以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其它设备的集合。
特点：
距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。
c）城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）
作用范围一般是一个城市，距离约为5~50km。
d）个人区域网PAN（PersonalAreaNetwork）
个人局域网就是把属于个人的电子设备用无线技术连接起来的网络，也称为无线个人局域网WPAN，范围约为10m
（2）按使用者：
公用网，专用网
15.计算机网路性能指标：
1．速率：
网络技术中的速率指的是链接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率。
2．带宽：
带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。
3．吞吐量：
吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
4．时延
e）发送时延（传输时延）：
发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间
发送时延=数据块长度（比特）/发送速率（比特/秒
f）传播时延：
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
传播时延=信道长度（米）/信号在信道上的传播速率（米/秒）
g）处理时延：
交换结点（主机或路由器）为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。
h）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。
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
链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
传播时延带宽积即时延带宽积=传播时延带宽，用来衡量网络容量
6．往返时间RTT
它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。
7．利用率
利用率有信道利用率和网络利用率两种。
信道利用率指出某信道有百分之几的时间被利用（有数据通过）。
完全空闲的信道利用率为0。
网络利用率则是全网络的是信道利用率的加权平均值。
信道利用率并非越高越好。
16.协议的本质：
计算机与计算机通讯所使用的一种语言。
计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。
这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。
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。
17.网络协议的三要素：
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。
19.划分层次：
文件传送模块、通信服务模块、网络接入模块
20.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。
18.具有五层协议的体系结构（P27的图abc三个都要记画+每一层的功能=简答题）减少成五层的好处：
看到减少费用肯定是错误的选项
应用层:
体系中的最高层，直接为用户应用进程提供服务。
运输层：
运输层的任务就是负责向两个主机中进程之间的通信提供服务（主要协议：
TCP、UDP）
网络层：
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务
数据链路层：
将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点之间的链路“透明”地传送帧中的数据。
物理层：
在物理层上所传数据的单位是比特。
物理层的任务就是透明地传送比特流。
简述数据传输过程（P29页图1-17，画图加解释）
应用进程数据先传送到应用层，加上应用层首部，成为应用层PDU；
应用层PDU再传送到运输层，加上运输层首部，成为运输层报文；
运输层报文再传送到网络层，加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）；
IP数据报再传送到数据链路层，加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧；
数据链路层帧再传送到物理层；
最下面的物理层把比特流传送到物理媒体，电信号（或光信号）在物理媒体中传播；
从发送端物理层传送到接收端物理层；
物理层接收到比特流，上交给数据链路层；
数据链路层剥去帧首部和帧尾部，取出数据部分，上交给网络层‘
网络层剥去首部，取出数据部分，上交给运输层；
运输层剥去首部，取出数据部分，上交给应用层；
应用层剥去首部，取出应用程序数据，上交给应用进程；
收到了AP1发来的应用程序数据！
21.运输层的两种协议：
（1）传输控制协议TCP——提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段。
（2）用户数据报协议UDP——提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据报。
22.TCP/IP的体系结构P34页图1-24
背图上的协议和对应层，按空填。
第2章：
物理层
1.数学通信系统及基本术语
数据通信系统：
a）源系统（发送端、发送方）：
包括源点（源站、信源）和发送器。
典型的发送器就是调制器。
b）传输系统（传输网络）
c）目的系统（接收端、接收方）：
包括接收器和终点（目的站、信宿）典型的接收器就是解调器。
基本术语：
通信的目的是传送消息。
数据是运送消息的实体。
信号则是数据的电气或是电磁的表现。
信号分为两大类：
模拟信号或连续信号和数字信号或离散信号。
在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同的离散数值的基本波形就称为码元。
2.信电路往往包含一条发送信道和一条接受信道。
3.有关信道的几个基本概念：
（1）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。
（2）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）。
（3）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。
4.传输媒体及典型应用
a）导向传输媒体：
双绞线，同轴电缆，光缆。
b）非导向传输媒体：
无线电波，无线传输所使用的频段很广（300MHz~300GHz，主要在2~40GHz）。
短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。
微波在空间主要是直线传播：
由于地球不是平面，传播距离受影响。
地面微波接力通信：
传播距离受限、中继站
卫星通信：
通信距离远、传播时延长
第3章：
数据链路层
1.数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：
点对点信道（PPP）：
这种信道使用一对一的点对点通信方式。
广播信道（CSMA/CD）：
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
2.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。
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。
现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。
一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
3.数据链路层的协议数据单元——帧
网络层协议数据单元——IP数据报
4.数据链路层的三个基本问题：
（1）封装成帧：
将IP数据报添加首部和尾部，构成一个完整的帧；帧定界。
（2）透明传输：
表示无论什么样的比特组合的数据都能通过这个数据链路层。
字符填充方法：
发送端的书卷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）
（3）差错检测（P70）：
比特差错→误码率→提高信噪比→降低误码率
检错技术：
循环冗余检验CRC（P70）
·数据M，P（X）生成多项式→除数（n+1位）
·2nM→被除数（即在M后面添加n个0）
·余数R（n位）作为冗余码拼接在M的后面，也称为帧检验序列FCS
·加上FCS后发送的帧是2nM+FCS
结果：
若余数R=0，判为此帧无差错，接受
若余数R≠0，丢弃
·CRC检验只能实现无比特差错的传输，当这还不是可靠传输；
还可能出现：
帧丢失、帧重复、帧失序；
要做到可靠传输，就必须加上确认和重传机制
注意：
在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS（FrameCheckSequence）。
循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同。
CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码。
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。
5.对于通信质量较好的有限传输链路，数据链路层协议不使用确认和重传机制
对于通信质量较差的无线传输链路，数据链路层协议使用确认和重传机制
6.PPP协议应满足的需求
（1）简单——这是首要的要求
（2）封装成帧（3）透明性（4）多种网络层协议：
在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议
（5）多种类型链路（6）差错检测（7）检测连接状态（8）最大传送单元（9）网络层地址协商（10）数据压缩协商
7.PPP协议有三个组成部分
·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）。
8.
9.零比特填充：
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。
10.局域网的拓扑：
星形网、环形网、总线网
11.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）：
动态地控制计算机接入媒体的技术
随机接入
受控接入，如多点线路探询（polling），或轮询。
12.以太网的两个标准：
（1）DIXEthernetV2（事实标准）
（2）IEEE的802.3标准（国际标准）：
将数据链路层分为：
LLC（LogicalLinkControl）子层和MAC（MediumAccessControl）子层
13.适配器的作用：
网络接口板又称为通信适配器（adapter）或网络接口卡NIC（NetworkInterfaceCard），或“网卡”。
适配器的重要功能：
①进行串行/并行转换，②对数据进行缓存，
③在计算机的操作系统安装设备驱动程序，④实现以太网协议。
14.以太网提供的服务：
·以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。
·当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。
差错的纠正由高层来决定。
·如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。
15.CSMA/CD协议：
（填空题，名词解释）
全称：
载波监听多点接入/碰撞检测；CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。
⏹“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”：
就是发送前先监听。
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”：
就是边发送边监听。
即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压变换情况，以便判断自己在发送书记时其他站是否也在发送数据。
16.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）。
17.以太网的端到端往返时延2τ称为争用期，或碰撞窗口。
18.使用广播信道的以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器（hub）；双绞线以太网总是和集线器配合使用。
19.集线器的特点：
（1）集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。
（2）使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是CSMA/CD协议，并共享逻辑上的总线。
（3）集线器很像一个多接口的转发器，工作在物理层。
重点：
以太网的介质访问控制协议规则：
监听信息道是否空闲，如果空闲就立即发送数据，并且继续监听
如果信道忙就一直监听，直到信道空闲，立即发送
在传输过程中，一旦发现冲突，立即停止发送，并且发送干扰信号来强化冲突，以便让其他结点知道
发送完干扰信号后，等待一个随机时间再试图发送，即转到
20.以太网的MAC层：
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。
21.802标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符，名字应当与系统所在地无关，因此局域网上的某个主机的“地址”根本不能告诉我们这台主机位于何方。
22.
目的地址字段6字节
源地址字段6字节
类型字段2字节：
用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。
数据字段46~1500字节：
正式名称是MAC客户数据字段
最小长度64字节18字节的首部和尾部=数据字段的最小长度
FCS字段4字节：
帧检验序列（使用CRC检验），当传输媒体的误码率为1108时，MAC子层可使未检测到的差错小于11014。
23.扩展的局域网
（1）在物理层扩展以太网：
①主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器
②碰撞域：
在任意时刻，在每一个碰撞域中只能有一个站在发送数据
（2）在数据链路层扩展以太网：
①在数据链路层扩展以太网要使用网桥（bridge）。
·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
25.网桥优缺点：
优点：
（1）过滤通信量，增大吞吐量
（2）扩大了物理范围
（3）提高了可靠性
（4）可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。
缺点：
增加了时延；在MAC子层没有流量控制，可能导致帧丢失；传播过多信息时可能产生网络拥塞，即广播风暴。
23.透明网桥：
“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。
透明网桥是一种即插即用设备，意思是只要把网桥接入局域网，不用人工配置转发表网桥就能工作；其标准是IEEE802.1D。
24.网桥初接入以太网时，转发表是空的，因此要按照以下自学习算法处理收到的帧，并按照转发表把帧发送出去。
（1）若从A发出的帧从接口x进入了某网桥，那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到A。
（2）网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口，作为转发表中的一个项目。
（3）在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面。
（4）在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的地址集线器来转发的。
这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址，而把记下的进入接口当作转发接口。
25.网桥和集线器（或转发器）的重要区别：
网桥是按照存储转发方式工作的，一定是先把整个帧收下来（当集线器或转发器是逐比特转发）再进行处理，而不管其目的地址是什么。
26.在网桥的转发表中写入的信息除了地址和接口外，还有帧进入该网桥的时间。
27.网桥的自学习和转发帧的一般步骤：
（1）网桥收到一帧后先进行自学习。
查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。
如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。
如有，则把原有的项目进行更新。
（2）转发帧。
查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。
如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除外）进行转发。
如有，则按转发表中给出的接口进行转发。
若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。
第4章：
网络层
1.因特网采用的设计思路：
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。
2.可靠传输由用户主句的传输层保证。
网络层可以提供不可靠的数据传输。
3.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三个协议：
地址解析协议ARP（AddressResolutionProtocol）
网际控制报文协议ICMP（InternetControlMessageProtocol）
网际组管理协议IGMP（InternetGroupManagementProtocol）
4.
ARP画在最下面，因为IP经常要使用这个协议。
ICMP和IGMP画在这一层的上部，因为他们要使用IP协议。
5.中间设备又称为中间系统或中继系统。
它负责将网络互相连接起来，根据所在的层次，可以分为：
物理层中继系统：
转发器（repeater）。
数据链路层中继系统：
网桥或桥接器（bridge）。
网络层中继系统：
路由器（router）。
网络层以上的中继系统：
网关（gateway）。
6.分类的IP地址
分类的IP地址：
（选择填空）
⏹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。
⏹IP地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN（InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers）进行分配
每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号host-id，它标志该主机（或路由器）。
7.
★IP地址与硬件地址：
（考两者关系和作用）
IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。
在网络层和网络层以上使用的是IP地址，而数据链路层及一下使用的是硬件地址。
IP地址实现多路选择
IP地址的网络地址指子网掩码
8.地址解析协议ARP：
ARP的用途是为了从网络层使用的IP地址解析出在数据链路层使用的硬件地址。
9.
8.IP的数据报格式：
重点！
背图4-13!
P127
简答题：
画图+各部分含义
各部分含义简化（详细看书）
版本：
占4位，指IP协议的版本。
首部长度：
占4位，可表示的最大数值15个单位（一个单位为4字节），因此首部长度最大值60字节。
区分服务：
占8位，用来获得更好的服务，一般不用这个字段。
总长度：
占16位，指首部和数据之和的长度，因此数据报的最大长度为65535字节。
（必须不超过最大传送单元MTU）
标识：
占16位，一个计数器，用来产生数据报的标识。
标志：
占3位，目前只有前两位有意义，分别为MF和DF。
片偏移（13位）：
较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。
生存时间（8位）：
TTL，数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。
协议（8位）字段：
指出此数据报携带的数据使用何种协议
首部检验和（16位）字段：
只检验数据报的首部不检验数据部分。
（不用CRC）
源地址和目的地址：
各占32位
可变部分：
一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施。
9.IP层转发分组的流程：
主要原理：
按主机所在的网络地址来制作路由表（大大简化了路由表），路由器再根据路由表转发
在路由表中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址）
根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这样做的结果是：
⏹IP数据报最终一定可以找到目的主机所在目的网络上的路由器（可能要通过多次的间接交付）。
⏹只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机进行直接交付。
10.划分子网和构造超网
为什么要划分子网？
⏹IP地址空
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