最新计算机网络知识点.docx

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最新计算机网络知识点

（二）创业弱势分析计算机网络知识点

第一章概述

1.网络分为电信网络、有线电视网络和计算机网络。

2.计算机网络的两大功能：

连通性和共享。

3.计算机网络（简称为网络network）由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。

很多情况下，我们可以用一朵云表示一个网络。

从而忽视掉网络中的细节问题。

4.网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过路由器连接在一起。

与网络相连的计算机常称为主机。

5.因特网发展的三个阶段：

①从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。

②建成了三级结构的因特网。

③逐渐形成了多层次ISP（Internetserviceprovider）结构的因特网。

6.internet（互联网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。

在这些网络之间的通信协议可以任意选择，不一定非要使用TCP/IP协议。

Internet（互联网，或因特网）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互联网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，而且前身是美国的APPANET。

7.ISP常译为互联网服务提供商。

8.ISP分为三个层次：

主干ISP、地区ISP、本地ISP。

9.NAP（或称为IXP互联网交换点）网络接入点：

用来交换因特网上流量；向各ISP提供交换设施，使他们能够互相平等通信。

10.因特网交换点IXP（InterneteXchangePoint），主要作用是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组。

IXP常采用工作在数据链路层的网络交换机，这些网络交换机都用局域网互连起来。

11.所有的因特网标准都是以RFC的形式在因特网上发表的。

RFC（RequestForComments）的意思是请求评论。

注意，并非所有的RFC文档都是因特网标准，只有一部分RFC文档最后才变成因特网标准。

12.因特网的组成：

①边缘部分：

用户利用核心部分提供的服务直接使用网络进行通信并交换或共享信息；主机称为端系统，（是进程之间的通信,主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信）。

两类通信方式：

✧客户（client）服务器（server）方式：

客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方；客户程序：

一对多，必须知道服务器程序的地址；服务程序：

可同时处理多个远地或本地客户的请求（被动等待）；

✧对等连接方式（p2p）：

平等的、对等连接通信。

既是客户端又是服务端；

②核心部分：

为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）（主要由路由器和网络组成）；核心中的核心：

路由器（转发收到的分组，实现分组交换）

交换——按照某种方式动态地分配传输线路的资源：

✧电路交换：

建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放资源（归还通信资源）。

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。

电路交换的主要特点：

面向连接的。

✧报文交换：

基于存储转发原理（时延较长）；

✧分组交换：

报文（message）切割加上首部（包头header）形成分组（包packet）；优点：

高效（逐段占用链路，动态分配带宽），灵活（独立选择转发路由），迅速（不建立连接就发送分组），可靠（保证可靠性的网络协议）。

✧路由器处理分组过程：

缓存→查找转发表→找到合适端口；（存查发）。

✧存储转发时造成时延；后两者不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。

由于一个分组的长度往往小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

13.区别：

电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直接到达终点，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。

14.计算机网络的分类

●按作用范围：

WAN（广），MAN（城），LAN（局），PAN（个人）；

●按使用者：

公用网，专用网；

●按介质：

有线网，光纤网，无线网络；

●按无线上网方式：

WLAN，WWAN（手机）；

按通信性能：

资源共享，分布式计算机，远程通信网络。

15.计算机网络的性能

1）速率（比特每秒b/s）：

数据量/信息量的单位；

2）带宽（两种）：

①频域称谓，赫兹Hz，信号具有的频带宽度；②时域称谓，比特每秒（b/s），通信线路的最高数据率；两者本质一样，宽度越大，传输速率自然越高；

3）吞吐量：

单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4）时延：

●发送时延（传输时延）：

；发生在及其内部的发送器中；

●传播时延：

；发生在及其外部的传输信道媒体上；

●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。

（取决于当时的通信量）；

⏹数据的发送速率不是比特在链路上的传播速率。

5）时延带宽积：

时延带宽积（体积）=传播时延（长）X带宽（截面积），以比特为单位的链路长度；

6）往返时间（RTT）：

简单来说，就是两倍传播时延（实际上还包括处理时延，排队时延，转发时的发送时延）；

7）利用率：

信道利用率→网络利用率（全网络的信道利用率的加权平均值）

，U为利用率，D为时延，因此利用率不是越高越好。

减少方法：

增大线路的带宽。

16.非特征性能：

费用，质量，标准化，可靠性，可扩展性和可升级性，易于管理和维护。

第2章物理层

1、基本概念

机械特性（接口）;电气特性（电压范围）;功能特性（电压的意义）;规程特性（顺序）

2、数据在计算机内部多采用并行传输方式，但数据在通信线路上传输方式为串行传输。

3、一个数据通信系统包括三大部分：

源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。

（1）源系统一般包括以下两个部分:

源点和发送器。

（2）目的系统一般也包括以下两个部分:

接收器,终点。

（3）数据:

运送消息的实体。

信号:

数据的电气的或电磁的表现。

模拟信号,或连续信号:

代表消息的参数的取值是连续的。

数字信号,或离散信号:

代表消息的参数的取值是离散的。

码元:

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。

4、信道

（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）常用编码方式

不归零制:

正电平代表1,负电平代表0。

归零制:

正脉冲代表1,负脉冲代表0。

曼彻斯特编码:

位周期中心的向上跳变代表0,位周期中心的向下跳变代表1。

但也可反过来定义。

差分曼彻斯特编码:

每一位的中心处始终都有跳变.位开始边界有跳变代表0,而位开始边界没有跳变代表1。

（5）基带信号:

来自信源的信号,为使信道能够传输低频分量和直流分量，需要进行调制。

①基带调制（仅对波形进行变换）;

②带通调制（使用载波调制）:

①调幅②调频③调相。

4、信道的极限容量

限制码元在信道上的传输速率的两因素：

（1）信道能够通过的频率范围（码间串扰）——加宽频带；

（2）信噪比——信号的平均功率和噪声的平均功率之比；信噪比（dB）=10log10（S/N）（dB）

极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N）b/s；低于C即可实现无差错传输

让每个码元携带更多比特的信息量；

5、传输媒体可分为两大类:

即导引型传输媒体和非导引型传输媒体。

（1）导向型传输媒体:

Ⅰ双绞线:

①屏蔽双绞线（加强抗电磁干扰能力）②无屏蔽双绞线

Ⅱ同轴电缆（用于传输较高速率的数据）:

①50Ω同轴电缆;②75Ω同轴电缆

Ⅲ光缆:

①多模光纤②单模光纤（光纤直径下只有一个光的波长）

（2）非导向型传输媒体：

①短波通信（靠电离层的反射）;

②微波通信:

①地面微波接力通信（中继站）;②卫星通信（较大的传播时延）。

6、信道复用技术

（1）频分复用:

所有用户在同样的时间占用不同的资源。

（2）时分复用（同步）:

所有用户在不同的时间用同样的频带宽度.（更有利于数字信号的传输）；

（3）统计时分复用（异步）：

动态分配时隙；

（4）波分复用：

光的频分复用；

（5）码分复用（码分多址CDMA）:

不同的码型;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（相乘为0，0为-1）。

在实用的系统中是使用伪随机码序列。

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；

任何一个码片向量和该码片反码的向量自己的规格化内积都是-1；

任何一个码片向量和其他码片向量的规格化内积都是0；

7、E1的速率是2.048Mbit/s，而T1的速率是1.544Mbit/s。

8、宽带接入的媒体来看，可以划分为两大类：

①有线宽带接入②无线宽带接入

（1）非对称数字用户线ADSL：

把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

（2）上行和下行带宽不对称；上少下多

（3）极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有很大的关系；

（4）离散多音调DMT——频分复用；

（5）组成：

数字用户线接入复用器（DSLAM）、用户线和用户家中的一些设施；

（6）光纤同轴混合网HFC（有限电视网）

基于CATV网（树型拓扑结构，模拟技术的频分复用）改造的；

使用光纤模拟技术，采用光的振幅调制AM；

节点体系结构——模拟光纤连接,构成星形网；提高网络的可靠性,简化了上行信道的设计；

比CATV网更宽的频谱，且具有双向传输功能；

12、假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为20000码元/秒。

如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得多高的数据率（b/s）?

答：

C=R*Log2（16）=20000b/s*4=80000b/s

13、共有4个站进行码分多址通信。

4个站的码片序列为

A：

（－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1）B：

（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1）

C：

（－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1）D：

（－1＋1－1－1－1－1＋1－1）

现收到这样的码片序列S：

（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。

问哪个站发送数据了？

发送数据的站发送的是0还是1？

解：

S·A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1，A发送1

S·B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1，B发送0

S·C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0，C无发送

S·D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1，D发送1

第3章数据链路层（计算题：

1CRC；2征用期、最短帧长与时延）

1、两种信道：

①点对点信道；②广播信道。

2、链路（物理链路）之间没有任何节点。

3、帧——协议数据单元。

4、三个基本问题：

①封装成帧——加上首部和尾部进行帧定界；

②透明传输——字节填充，加上转义字符ESC（1B）；

③差错检测——循环冗余检验CRC。

进行模二运算得到的余数（比除数少一位）作为冗余码，数据加上冗余码在除以除数P，得到的余数为0即为无差错。

凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错（无比特差错）；

要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上帧编号、确认和重传机制。

5、点对点协议PPP

（1）特点：

①简单（这是首要的要求）;②封装成帧（帧界定符）;③透明性;④多种网络层协议（IP、IPX）;⑤多种类型链路（串并,同异,高低,电光,动静）;⑥差错检测（立即丢弃）;⑦检测连接状态（短时间自动检测）;⑧最大传送单元（数据部分的最大长度）;⑨网络层地址协商;⑩数据压缩协商（不要求标准化）。

（2）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（数据链路）

网络控制协议NCP——用于支持不同的网络层协议

（3）帧格式

（4）①异步传输:

字节填充——转义字符（0x7D）;①0x7E—>（0x7D,0x5E）②0x7D—>（0x7D,0x5D）③<0x20—>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。

②同步传输:

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。

（5）建立过程

物理链路→LCP链路→鉴别的LCP链路（PAP）→NCP链路（IP协议对应IPCP）

6、局域网数据链路层

（1）局域网的特点：

网络为一个单位所拥有,且地理范围和站点范围均有限,具有广播功能,便于扩展,提高系统的可靠,可用,生存。

（2）局域网的拓扑:

星形网,环形网（令牌环形）,总线网（CSMA/CD和令牌传递）,树形网（频分复用的宽带局域网）。

（3）共享信道:

Ⅰ静态划分信道（①频分复用②时分复用③波分复用（光的频分）④码分复用）

Ⅱ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。

（4）以太网的两个标准——DIXEthernetV2和IEEE802.3

（5）适配器的作用:

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。

（6）CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）协议

实施通信简便的两个措施：

①采用无连接的工作方式（不编号，不确认）；

②曼切斯特编码（一分为二）；

对点接入——总线型网络；载波监听——发送前先监听；

碰撞检测（冲突检测）——边发送边监听，发送的不确定性；半双工通信

（7）争用期（碰撞窗口）——截断二进制指数退避（动态退避）（2τ征用期）

最短有效帧长度为64字节；以太网取51.2微秒为争用期的长度。

帧间最小间隔9.6微秒。

强化碰撞——人为干扰信号；

7、使用广播信道的以太网

（1）集线器的星形拓扑

物理上星形网，逻辑上总线网；多接口；工作在物理层，简单地转发比特，不进行碰撞检测；

（2）以太网的信道利用率

成功发送一个帧占用信道的时间=T（帧长除以发送速率）+τ；

参数a：

，越小越好，帧长度要够长；

极限信道利用率

；

（3）以太网的MAC层

硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。

48位MAC地址。

RA——注册管理机构；OUI——组织唯一标识符（公司的）；EUI——扩展唯一标识符；

适配器检测MAC帧中的目的地址是否发往本帧——单播，广播，多播；

最常用的MAC帧是以太网V2的格式。

数据字段46~1500字节

利用曼切斯特编码来确定长度；

帧间最小间隔导致不需要帧结束定界符；

以太网不负责重传丢弃的MAC帧；

9、在物理层扩展以太网

光纤扩展；集线器扩展

优点：

①使原来属不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。

②扩大局域网覆盖的地理范围。

缺点：

①碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。

②如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。

10、在数据链路层扩展以太网（网桥）

（1）网桥作用（过滤）——根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发（存储转发）。

（2）好处：

①过滤通信量。

（隔离开碰撞域）②扩大了物理范围。

（增大工作站的数目）③提高了可靠性。

（出现故障只影响个别网段）④可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。

（3）缺点：

①存储转发增加了时延。

②在MAC子层并没有流量控制功能。

（缓存空间不够造成溢出导致帧丢失）③具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。

④广播风暴。

（网络拥塞）

在转发帧时，不改变帧的源地址；

（4）透明网桥

自学习，即插即用（IEEE802.1D）

组成：

地址（源地址）+接口+时间（更新用的）

生成树算法——任何两个站之间只有一条路径。

（5）源路由网桥

发现帧记录所有可能的路由传送；广播；最佳路由；

（6）多接口网桥——以太网交换机,

全双工；独占通信媒体，无碰撞地传输数据；

有存储转发，也有直通（不检查差错，但提高速率减少时延）；

（7）虚拟局域网（VLAN）：

由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。

同一VLAN的成员可以收到其他成员的广播信息；

11、高速以太网（大于100Mb/s）

100BASE-T以太网：

双绞线；星形拓扑结构；IEEE802.3的CSMA/CD;

吉比特以太网：

全双工和半双工都可以；1Gb/s；

12、要发送的数据为101110。

采用CRCD生成多项式是P（X）=X3+1。

试求应添加在数据后面的余数。

答：

作二进制除法，10111000010011添加在数据后面的余数是011

13、PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。

试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？

若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？

答：

0110111111111100

011011111011111000

0001110111110111110110

00011101111111111110

第4章网络层（计算题：

1子网划分；2路由选择）

1、虚电路服务和数据报服务的对比

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（尽最大努力交付）

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，每个分组使用段的虚电路号

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（独立发送）

当节点出故障时

所有通过出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

网络“面向连接”虚电路端系统“无连接”数据报

2、与IP协议配套使用的还有三个协议：

①地址解析协议ARP②网际控制报文协议ICMP③网际组管理协议IGMP

3、①物理层中继系统：

转发器（repeater）。

②数据链路层中继系统：

网桥或桥接器（bridge）。

③网络层中继系统：

路由器（router）。

④网桥和路由器的混合物：

桥路器（brouter）。

⑤网络层以上的中继系统：

网关（gateway）。

4、IP地址的编址方法

①分类的IP地址。

这是最基本的编址方法，

②子网的划分。

这是对最基本的编址方法的改进，

③构成超网。

这是比较新的无分类编址方法。

5、分类的IP地址（网络号+主机号=32位）

IP地址由ICANN进行分配（中国向APINC）；

分类的IP地址（已成历史）

A类地址（

——50%）类别号为0

最大的可指派的网络数（网络号全0表示本机，全1表示环回测试；——

）。

每个网络中的最大主机数（主机号全0表示本主机的网络地址，全1表示所有主机；——

）。

B类地址（

——25%）类别号为10

最大的可指派的网络数（网络号（128.0.0.0不可用）——

）。

每个网络中的最大主机数（主机号跟A类一样——

）。

C类地址（

——12.5%）类别号为110

最大的可指派的网络数（网络号（192.0.0.0不可用）——

）。

每个网络中的最大主机数（主机号（同上）——

）。

特点：

①路由器仅根据网络号来转发分组；

②多归属主机——一个路由器至少要有两个不同的IP地址（每个接口一个）；

③用网桥或转发器连接的局域网仍属于一个网络（相同网络号），用路由器才能连接不同网络；

4、IP地址（逻辑地址）与硬件地址（物理地址、MAC地址）

①硬件地址（或物理地址、MAC地址）是数据链路层和物理层使用的地址。

②IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。

③使用IP地址是为了隐蔽各种底层网络的复杂性而便于分析和研究问题；

④数据链路层看不到数据包的IP地址；

⑤路由器只根据目的IP地址的网络号进行路由选择；

5、ARP——IP地址转为MAC地址；

ARP作用：

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。

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。

①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。

②如没有，ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组。

收到ARP响应分组后，将得到的IP地址到硬件地址的映射写入ARP高速缓存。

ARPcache——本局域网的主机和路由表的IP地址到MAC地址的映射表；

请求是广播，响应是单播，一次请求响应，两边同时把双方的信息写进ARPcache；

不同局域网的主机，要通过路由器进行ARP查询；

6、ARP四种典型情况

发送方

接收方

动作

主机

本网主机

解析

主机

它网主机

解析到边界路由器相邻接口

路由器

本网主机

解析

路由器

它网主机

解析到边界路由器相邻接口

7、IP数据包的格式（首部20字节，固定的）

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

协议

首部检验和

源地址

目的地址

可选字段（长度可变）

填充

数据部分

总长度——不少于576字节；

标识，标志，片偏移——用于分片；

TTL（现为跳数限制）——在经过路由器时才减1；

协议：

协议名

ICMP

IGMP

TCP

UDP

协议字段值

1

2

6

17

首部检验和——只检验首部，16位反码运算相加再求反码，检验时一样，得到为0即无差错；

IP首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施。

7、IP层转发分组的流程

从一个路由器转发到下一个路由器（信息：

目的网络地址，下一跳地址）；

特定主机路由——对特定的目的主机指明一个路由，方便控制网络和测试网络；

默认路由（0.0.0.0）——下一跳路由器的地址不在IP数据包里，而在MAC帧里（转为

MAC地址）；

分组转发算法：

直接交付→特定主机路由→下一跳路由器→默认路由。

（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）若网络N与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机D；否则是间接交付，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指明的下一跳路由器；否则，执行（5）。