计算机网络第5版重点知识总结.docx
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计算机网络第5版重点知识总结
第一章
1、因特网服务提供者ISP（InternetServiceProvider）
根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分成为不同的层次。
2、两种通信方式
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：
C/S方式和P2P方式（Peer-to-Peer，对等方式）。
3、因特网的核心部分
网络核心部分是因特网中最复杂的部分。
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）。
因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在因特网的边缘部分。
在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。
主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。
路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。
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。
4、电路交换
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、通信、释放连接。
5、网络的分类
◆不同作用范围的网络
Ø广域网WAN（WideAreaNetwork）
Ø局域网LAN（LocalAreaNetwork）
Ø城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）
Ø个人区域网PAN（PersonalAreaNetwork）
◆从网络的使用者进行分类
Ø公用网（publicnetwork）
Ø专用网（privatenetwork）
◆用来把用户接入到因特网的网络
Ø接入网AN（AccessNetwork），它又称为本地接入网或居民接入网。
注：
由ISP提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。
6、计算机网络的性能指标
◆速率
◆带宽
◆吞吐量
◆时延（delay或latency）
传输时延（发送时延）——从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
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。
注：
信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。
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。
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+处理时延
◆时延带宽积
利用率——分为信道利用率和网络利用率。
信道利用率——某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。
网络利用率——全网络的信道利用率的加权平均值。
注：
信道利用率并非越高越好。
7、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。
其组成要素有以下三点：
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。
八、实体、协议、服务和服务访问点
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）。
9、TCP/IP的体系结构
路由器在转发分组时最高只用到网络层，而没有使用运输层和应用层。
第二章物理层
一、物理层的基本概念
物理层的主要任务是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。
2、几个术语
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。
三、有关信号的几个基本概念
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。
四、基带信号和调制
基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。
为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制（modulation）。
最基本的二元制调制方法有以下几种：
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。
5、导向传输媒体
双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道。
六、信道复用技术
复用（multiplexing）是通信技术中的基本概念。
复用技术的分类：
频分复用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）
时分复用TDM（TimeDivisionMultiplexing）
波分复用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）
码分复用CDM（CodeDivisionMultiplexing）
第三章数据链路层
1、数据链路层使用的信道分类
数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：
点对点信道：
这种信道使用一对一的点对点通信方式。
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。
2、各层传输的数据单位
网络层：
IP数据报（或IP分组）
数据链路层：
帧
物理层：
比特
三、数据链路层传输数据时的三个基本问题
（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。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
（2）透明传输
（3）差错控制
四、点对点协议PPP（Point-to-PointProtocol）
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。
用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用PPP协议。
1.PPP协议应满足的需求
⏹简单——这是首要的要求
⏹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
2.PPP协议不需要的功能
⏹纠错（只需要检测有无错，而不需纠错）
⏹流量控制
⏹序号
⏹多点线路
⏹半双工或单工链路
3.PPP协议有三个组成部分
1）一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
2）链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）。
3）网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）。
4.PPP协议之不使用序号和确认机制.
5、媒体共享技术
1.静态划分信道
1）频分复用
2）时分复用
3）波分复用
4）码分复用
2.动态媒体接入控制（多点接入）
1）随机接入
2）受控接入，如多点线路探询（polling），或轮询。
6、以太网的两个标准
DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。
7、数据链路层的两个子层
Ø逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）子层
Ø媒体接入控制MAC（MediumAccessControl）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,如下图所示：
局域网对LLC子层是透明的
注意：
1.由于TCP/IP体系经常使用的局域网是DIXEthernetV2而不是802.3标准中的几种局域网，因此现在802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC（即802.2标准）的作用已经不大了。
2.很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。
3.所以我们以后一般不考虑LLC子层。
8、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。
◆以太网发送的数据都使用曼彻斯特（Manchester）编码。
图曼彻斯特编码方式
9、载波监听多点接入/冲突检测（CSMA/CD）
◆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”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。
Ø“冲突检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。
Ø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）。
Ø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，表明产生了冲突。
检测到碰撞后
Ø在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。
Ø每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。
重要特性
Ø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）。
Ø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。
Ø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。
10、以太网的MAC层
1、48位的MAC地址
在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址，共48位，其前3个字节（即高24位）用于标识不同的生产厂家，后3个字节（即低24位）由厂家自行指派，用于标识产品号。
2、从网络上发往本站的帧分为以下3种:
1）单播（unicast）帧（一对一）
2）广播（broadcast）帧（一对全体）
3）多播（multicast）帧（一对多）
3、MAC帧的格式
常用的以太网MAC帧格式有两种标准：
1）DIXEthernetV2标准
2）IEEE的802.3标准
最常用的MAC帧是以太网V2的格式,如下：
4、帧间最小间隔
Ø帧间最小间隔为9.6s，相当于96bit的发送时间。
Ø一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6s才能再次发送数据。
Ø这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。
5、多接口网桥——以太网交换机
以太网交换机通常都有十几个接口。
因此，以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。
Ø以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。
Ø交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。
Ø以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。
11、虚拟局域网
Ø虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。
◆这些网段具有某些共同的需求。
◆每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。
Ø虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。
Ø虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息（即“广播风暴”）而引起性能恶化。
Ø虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为VLAN标记（tag），用来指明发送该帧的工作站属于哪一个虚拟局域网。
第四章网络层
12、网络层提供的两种服务
网络层提供两种类型的的服务，即：
虚电路服务和数据报服务。
Ø面向连接的通信方式
⏹建立虚电路（VirtualCircuit），以保证双方通信所需的一切网络资源。
图示虚电路服务
虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。
请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。
因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。
如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序到达终点。
Ø无连接的通信方式
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
图示数据报服务
13、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：
Ø地址解析协议ARP（AddressResolutionProtocol）
Ø逆地址解析协议RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）
Ø网际控制报文协议ICMP（InternetControlMessageProtocol）
注：
ICMP不是高层协议，而是IP层的协议。
Ø网际组管理协议IGMP（InternetGroupManagementProtocol）
十四、网际层的IP协议及配套协议
注：
ICMP网际控制报文协议
15、网络互相连接起来要使用一些中间设备
中间设备又称为中间系统或中继（relay）系统。
Ø物理层中继系统：
转发器（repeater）、中继器。
Ø数据链路层中继系统：
网桥或桥接器（bridge）。
Ø网络层中继系统：
路由器（router）。
Ø网桥和路由器的混合物：
桥路器（brouter）。
Ø网络层以上的中继系统：
网关（gateway）。
十六、网络互连使用路由器
Ø当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。
Ø网关由于比较复杂，目前使用得较少。
Ø互联网都是指用路由器进行互连的网络。
Ø由于历史的原因，许多有关TCP/IP的文献将网络层使用的路由器称为网关。
◆路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。
◆路由器的每一个接口都有一个不同网络号的IP地址。
17、分类IP地址
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）。
两级的IP地址可以记为：
IP地址:
:
={<网络号>,<主机号>}，:
:
=代表“定义为”
IP地址中的网络号字段和主机号字段
常用的三种类别的IP地址
IP地址的一些重要特点
（1）IP地址是一种分等级的地址结构
（2）实际上IP地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。
Ø当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号net-id必须是不同的。
这种主机称为多归属主机（multihomedhost）。
Ø由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。
（3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。
（4）所有分配到网络号net-id的网络，无论是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。
十八、IP地址与硬件地址
Ø网络层及以上使用IP地址
路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择
Ø链路层及以下使用MAC地址
在具体的物理网络的链路层只能看见MAC帧而看不见IP数据报
19、地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP
1、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。
◆ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。
◆如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过ARP找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。
剩下的工作就由下一个网络来做。
2、RARP
逆地址解析协议RARP使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址。
这种主机往往是无盘工作站。
因此RARP协议目前已很少使用。
二十、查找路由表
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。
二十一、划分子网（subnetting）
从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的IP地址变成为三级的IP地址。
这种做法叫作划分子网（subnetting）。
划分子网已成为因特网的正式标准协议。
◆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>}
◆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。
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。
IP地址的各字段和子网掩
默认子网掩码
二十二、因特网的路由选择协议
1、有关路由选择协议的几个基本概念:
理想的路由算法
◆算法必须是正确的和完整的。
◆算法在计算上应简单。
◆算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，要有自适应性。
◆算法应具有稳定性。
◆算法应是公平的。
◆算法应是最佳的。
2、关于“最佳路由”
不存在一种绝对的最佳路由算法。
所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。
实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。
路由选择是个非常复杂的问题
它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。
路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。
3、从路由算法的自适应性考虑：
◆静态路由选择策略——即非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。
◆动态路由选择策略——即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。
4、因特网中的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，其具体的协议有多种，如RIP和OSPF协议：
◆RIP:
RoutingInformationProtocol路由信息协议
RIP协议的三个要点：
1.仅和相邻路由器交换信息。
2.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。
3.按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔30秒。
◆OSPF：
OpenShortestPathFirst开放最短路径优先
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。
BGP：
BorderGatewayProtocol边界网关协议
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。
二十四、专用地址（本地地址）和全球地址
本地地址——仅在机构内部使用的IP地址，可以由本机构自行分配，而不需要向因特网的管理机构申请。
全球地址——全球唯一的IP地址，必须向因特网的管理机构申请。
专用地址（PrivateAddress）
10.0.0.0到10.255.255.255
172.16.0.0到172.31.255.255
192.168.0.0到192.168.255.255
这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能
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