计算机网络原理复习要点.docx
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计算机网络原理复习要点
第1章
1、计算机网络是计算机技术和数据通信技术紧密结合的产物。
2、计算机网络的定义。
用通信线路分散在不同地点的、具有独立自主性的计算机系统相互连接，并按网络协议进行数据通信和实现资源共享的计算机集合，称为计算机网络。
3、数据通信是计算机网络最基本的功能。
4、按照计算机网络的系统功能，一个网可分为“资源子网”和“通信子网”两大部分
5、根据网络的覆盖范围进行分类，计算机网络可以分为三种基本类型：
局域网（LocalAreaNetwork，LAN）、城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）和广域网（WideAreaNetwork，WAN）。
6、什么是网络的拓扑结构？
按照拓扑学的观点，将工作站、服务器、交换机等网络单元抽象为“点”，网络中的传输介质抽象为“线”，计算机网络系统就变成了由点和线组成的几何图形，它表示了通信媒介与各节点的物理连接结构，这种结构称为网络拓扑结构。
7、计算机网络常用的拓扑结构有五种，星型、总线型、环型、树型和网状型拓扑结构。
8、根据网络的通信方式对网络分类。
广播式网络、点到点式网络。
9、网络协议及三要素是什么？
我们把计算机网络中用于规定信息的格式、以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议。
三要素分为：
语法、语义、时序。
10、什么是计算机网络体系结构？
计算机网络的各层、层中协议和层间接口的集合。
11、为什么说协议是水平的，服务是垂直的？
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。
12、ISO/OSI参考模型分层和TCP/IP的分层结构，按顺序写出各分层
ISO/OSI参考模型（从第一层到第七层）：
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
TCP/IP参考模型（从第一层到第四层）：
网络接口层、网际层、传输层、应用层。
13、everythingoverIP和IPovereverything的含义。
TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务（everythingoverIP）。
TCP/IP协议也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行（IPovereverything）
14、Internet起源于Arpanet，使用TCP/IP协议。
第2章
1、理解波特率、数据传输入速率以及两者之间的关系。
数据传输速率是每秒传输的二进制比特数，又称为数据率或比特率。
单位有bit/s等，用C表示。
把承载数据的基本信号单元称为码元，把每秒传输的码元数称为波特率，又称为码元传输速率，单位为波特，记作baud。
用B表示。
B=1/T（baud）T为信号码元的时间宽度，单位为秒。
C=BI=B·log２M（bit/s）M是一个码元表示的有效状态数。
2、会计算传输时延和传播时延。
发送时延即传输时延。
3、理解时延带宽积。
时延带宽积为某一链路所能容纳的比特数。
表示发送端连续发送数据，则发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了“时延带宽积”个比特。
时延带宽积=带宽*传播时延。
单位为比特。
4、奈奎斯特准则。
对于一个带宽为W（单位为Hz）的无噪声低通信道，最高的码元传输速率Bmax为2倍的W，单位为baud，即Bmax=2W（baud）.
5、香农定理。
在有高斯白噪声干扰情况下，Cmax=Wlog2（1+S/N）（bit/s）
W为信道宽度，单位为Hz,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。
S/N为信噪比。
一般使用的是10log10（S/N）,单位为分贝（dB）.
6、从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种类型：
单工通信、半双工通信、双工通信。
7、在计算机通信系统中，根据组成字符的各个二进制位是否同时传输，通信方式分为:
并行传输串行传输
8、曼彻斯特编码
每个比特间隔的中间位置处都存在一个跳变。
这种中间处的跳变既含有时钟信息，也含有数据信息：
从低到高的跳变代表1，从高到低的跳变代表0。
优点：
接收方容易利用每个数据位中间位置的跳变生成同步时钟信号，勿需单独传送时钟，又称自带时钟码；利用跳变的相位容易判断“0”和“1”；因为每个数据位中间都有跳变，因此无直流分量。
缺点：
曼彻斯特编码的传输效率减少了一半。
10Mb/s以太网（Ethernet）采用的就是曼彻斯特编码。
9、数字数据的模拟信号编码：
10、PCM脉冲编码调制：
采样――量化――编码
11、常用的信道复用技术有：
频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用
第3章
1、理解透明传输，理解流量控制，掌握几种滑动窗口协议
a）透明传输：
所谓透明传输就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应能够在链路上传送。
b）流量控制：
协调发送方与接收方的工作。
2、零比特填充
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?
答案：
（1）011011111011111000
（2）000111011111-11111-110
3、CRC校验码的计算
循环冗余校验（CRC）
在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验CRC的检错技术。
CRC基于二进制除法
在CRC中，在数据单元（比如一个字节）的后面附加一个称为“循环冗余码”或“CRC余数”的冗余数位串，使该数据单元可被另一个预先给定的二进制数完全除尽。
接收端将所接收的数据单元用同样的二进制数相除，如果无余数，则可认为所接收的数据单元正确无误，如果有余数，则认定该数据单元已有差错。
循环冗余校验码
循环冗余校验编码是通过多项式除法检测错误的。
方法是将待传输的数据位串看成系数为0或1的多项式，如位串10011可表示为f（x）=x4+x+1.发送前收发双方约定一个生成多项式G（x）（其最高阶和最低阶系数必为1），发送方在数据位串的末尾加上校验和，使带校验和的位串多项式能被G（x）整除。
接收方收到后用G（x）除多项式，若有余数，则传输有错
1、若G（x）为r阶，原始数据为m位，其多项式为M（x），则在原始数据后面添加
r个0，实际传输数据为m+r位，相应多项式为xrM（x）。
2、按模2除法用对应于G（x）的位串去除对应于xrM（x）的位串。
3、按模2加法把xrM（x）的位串与余数相加，结果就是要传送的带校验和的数据多项式T（x）。
例1取生成多项式h（X）＝X4+X+1，假设欲发送的一段信息101100110，问在线路上传输的码字是？
解：
由h（X）＝X4+X+1得生成的码字为：
10011，n为4
在101100110后面添加n（此时n=4）个0，得到1011001100000。
用1011001100000去除10011，得到余数为1000（保持n位，若不够前面用0补上）
把余数1000添加到要发送的数据101100110的后面，就是实际要传送的码字，为：
例3.已知：
接收码字:
1100111001，生成多项式:
h（X）=X4+X3+1（r=4）
求：
码字的正确性。
若正确，则指出冗余码和信息码。
解：
1）用接收到的码字除以生成码，余数为0，所以码字正确。
2）因r=4，所以冗余码是：
1001，信息码是:
110011
例4.要发送的数据为1101。
采用CRC的生成多项式是P（x）=x2+1。
试求应添加在数据后面的余数。
数据在传输过程中要发送的数据1101变成1100，问接收端能否发现？
能否发现那几位发生错误？
若数据在传输过程中要发送的数据1101变成1000，问接收端能否发现？
能否发现那几位发生错误？
答：
（1）添加的检验序列为10（1101除以101）
（2）数据在传输过程中要发送的数据1101变成1100，110010除以101，余数为01，不为0，接收端可以发现差错。
•（3）若数据在传输过程中要发送的数据1101变成1000，100010除以101，余数为0，接收端不能发现差错。
第4章
1、为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：
逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）子层介质访问控制MAC（MediumAccessControl）子层。
2、在以太网中，使用的是CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）协议来进行介技访问控制的，掌握此协议的过程。
掌握计算不同网络最小帧长以及最大跨距的方法
CSMA/CD协议的过程总结（发送端）
（1）（网络）适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中，准备发送。
（2）若适配器检测到信道空闲（即在96比特时间内没有检测到信道上有信号），就发送这个帧。
若检测到信道忙，则继续检测并等待信道转为空闲（加上96比特时间），然后发送这个帧。
（3）在发送过程中继续检测信道，若一直未检测到碰撞，就顺利把这个帧成功发送完毕。
若检测到碰撞，则中止数据的发送，并发送人为干扰信号。
（4）在中止发送后，适配器就执行指数退避算法，返回到步骤
（2），或停止发送（碰撞16次之后）。
CSMA/CD的发送过程可以简单描述为：
讲前先听——忙则等待
无声则讲——边讲边听
冲突即停
后退（等待一段时间）重传
多次无效（仍冲突），放弃发送
CSMA/CD帧的接收过程CSMA/CD的设计的基本原则是：
凡是不发送帧的结点都处于接收状态。
结点接收帧的过程是被动的，只要总线上发送帧，它就要接收。
3、以太网中MAC地址的三种类型：
单播地址、多播地址、广播地址
4、以太网集线器和交换机的区别。
1.在OSI中的工作层次不同
交换机：
数据链路层
集线器：
物理层
2.数据传输方式不同
交换机：
转发
集线器：
广播
3.带宽占有方式不同
交换机：
独占
集线器：
共享
4.传输模式不同
交换机：
全双工
集线器：
半双工
5.冲突域不同
交换机：
每个端口是一个冲突域
集线器：
所有端口在同一个冲突域之内
5、交换机地址学习功能及帧的过滤功能。
交换机的地址学习功能
以太网交换机利用“端口/MAC地址映射表”进行数据交换那么，交换机中的地址映射表是怎样建立和维护的呢？
两个问题：
交换机如何知道哪台计算机连接到哪个端口。
当计算机在交换机的端口之间移动时，交换机如何维护地址映射表。
交换机应该具有自动建立地址映射表的功能。
通常，以太网交换机利用“地址学习”法来动态建立和维护端口/MAC地址映射表。
以太网交换机的地址学习是通过读取帧的源地址并记录帧进入交换机的端口进行的。
当得到MAC地址与端口的对应关系后，交换机将检查地址映射表中是否已经存在该对应关系。
如果不存在，交换机就将该对应关系添加到地址映射表；
如果已经存在，交换机将更新该表项。
因此，在以太网交换机中，地址是动态学习的。
只要这个节点发送信息，交换机就能捕获到它的MAC地址与其所在端口的对应关系。
交换机建立起端口/MAC地址映射表之后，它就可以对通过的信息进行过滤。
以太网交换机在地址学习的同时还检查每个帧，并基于帧中的目的地址做出是否转发或转发到何处的决定。
6、广播域与冲突域
所谓冲突域（物理分段）指的是连接在同一根导线上的所有工作站的集合。
或者说是同一个物理网段上的所有节点的结合或以太网上竞争同一段带宽的节点集合。
这个域代表了冲突在其中发生并传播的区域，这个区域可以被认为是共享段。
广播域是网络中的一组设备的集合，即同一个广播帧能到达的所有设备成为一个广播域。
当这些设备中的一个发出一个广播时，所有其他的设备都能接收到这个广播帧。
7、生成树协议的作用
回路的解决办法:
生成树协议
是一种链路管理协议，它为网络提供路径冗余同时防止产生环路。
将某些端口置于阻塞状态就能防止冗余结构的网络拓扑中产生回路
8、Vlan的概念及作用
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。
•
VLAN（VirtualLocalAreaNetwork）就是虚拟局域网的意思。
交换机上提供了VLAN的广播分类方法。
在交换机上，一个VLAN被定义成一个广播域，处于同一个VLAN的站点之间可以接受彼此的广播消息。
但是广播消息会被不属于同一VLAN的端口或设备过滤掉。
VLAN的三大优点：
控制广播风暴：
一个VLAN就是一个逻辑广播域，通过对VLAN的创建，隔离了广播，缩小了广播范围，可以控制广播风暴的产生。
提高网络的整体安全性：
可以控制用户访问权限和逻辑网段大小，将不同用户群划分在不同VLAN，从而提高交换式网络的整体性能和安全性
方便网络的管理：
对于采用VLAN技术的网络来说，一个VLAN可以根据部门职能、对象组或者应用将不同地理位置的网络用户划分为一个逻辑网段。
在不改动网络物理连接的情况下可以任意地将工作站在工作组或子网之间移动。
利用虚拟网络技术，大大减轻了网络管理和维护工作的负担，降低了网络维护费用
第5章
1、理解电路交换和存储转发交换，报文件交换和分组交换
数据交换技术主要有两种：
电路交换
存储-转发
存储-转发交换技术又分为报文交换和分组交换。
电路交换
在数据传输期间,在源节点与目的节点之间有一条利用若干中间节点构成的一条专用的物理连接线路，通信过程中由通话的双方独享，直到数据传输结束再拆除此物理连接。
用电路交换方式进行一次通信，要经过3个过程：
建立电路连接
传输数据
电路释放
电路交换优点：
适合传输大量数据
数据传输可靠、迅速，不丢失且保持原来的队列
建立连接之后，时延很小
缺点：
即使不通话，也被占用，他人不可使用，降低了线路的利用率
不适合传输少量数据
存储-转发交换
存储-转发交换是一种不要求建立专用物理信道的交换技术。
当发送方要发送消息时，把目的地址加到报文中，然后从发送节点起，一个节点一个节点地把报文转送到目的节点；在转送过程中，中间节点把报文暂时存储起来，然后在线路不忙时将报文转发出去。
特点：
许多报文可共享同一信道，线路利用率高；
可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径；
可以平滑通信量，提高系统效率；
可以减少传输错误，提高系统可靠性；
可以对不同通信速率的线路进行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。
报文件交换
通常我们把要发送的整个数据块称为一个报文。
在报文交换方式中，报文是交换的单位。
报文交换采用了存储转发的技术，即发送端把待发送的报文和控制信息（如地址信息）一起发给中间交换节点，中间交换节点将整个报文暂时存储在本地，等到下一节点的传输线路空闲时，再转发到下一个节点，直至接收端。
特点
优点：
许多报文可共享同一条信道，线路利用率高
对不同报文采取不同的优先级
可以增加差错控制机制
可以进行不同速率、不同码型的交换
无需同时使用发送器和接收器
缺点：
报文较大时，处理时延和发送时延较大，不适合传送实时信号
会由于个别字节错误导致整个报文传输作废
要求中间节点有较大的缓冲空间
分组交换
分组交换的思想是从报文交换而来的，分组交换与报文交换的不同在于：
分组交换将用户要传送的信息分割为若干个分组，每个分组中有一个首部，含有目的地址和源地址以及其他控制信息，然后将各个分组进行传输。
在分组交换方式中，分组的大小是固定的，而报文交换中，报文的大小则是随机的。
分组交换的优点：
高效动态分配传输带宽，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。
分组交换的缺点：
各分组在路由器转发时需要排队，造成一定的时延。
每个分组必须携带的控制信息造成一定的额外开销。
第6章
1、IPv4地址分类，特殊地址，根据子网掩码求网络地址。
分类IP地址、特殊IP地址
特殊地址：
（1）0.0.0.0
（2）回送地址（3）直接广播地址（4）有限广播地址（5）本网广播地址（6）私有空间地址
见书162页。
2、子网划分
子网划分能够使单个分类网络地址横跨几个物理网络，这些物理网络统称为子网。
可以使用路由器将它们连接起来，达到充分使用地址、划分管理职责、提高网络性能的作用。
3、MTU
各种物理网络，对帧可携带的数据的上限有不同的规定，叫作最大传输单元（MTU），一个物理网络的MTU由硬件决定，通常情况下保持不变。
不同物理网络，其MTU一般是不相同的。
4、IP数据报分片
IP协议在确定数据报大小时，简单地以“方便”为原则。
也就是说，在不超过版本本身规定的数据报大小的前提下，IP协议选择当前最适合的数据报大小。
所谓“合适”指在源站所在物理网上能进行最大限度的封装。
同时，IP协议提供分片机制，当IP数据报的尺寸大于将发往网络的MTU值时，路由器将IP数据报分成若干较小的分片。
每个分片由报头区和数据区两部分构成，每个分片经过独立的路由选择等处理过程，最终到达目的主机。
5、CIDR
无类别域间路由是开发用于帮助减缓IP地址和路由表增大问题的一项技术。
它废除以前的基于类别的IP地址方案，支持分级寻址的无类别方案，即取消IP地址的分类结构。
它是将几个IP网络结合在一起，使用一种无类别的域间路由选择算法，可以减少由核心路由器运载的路由选择信息的数量。
6、ARP
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，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高速缓存的作用
为了减少网络上的通信量，主机A在发送其ARP请求分组时，就将自己的IP地址到硬件地址的映射写入ARP请求分组。
当主机B收到A的ARP请求分组时，就将主机A的这一地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中。
这样，主机B以后向A发送数据报时就更方便了。
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。
1．在单一局域网内使用ARP协议
2．在大型网络中使用ARP协议
7、划分了自治系统之后，就可以把Internet中使用的路由选择协议分成两大类：
IGP、EGP。
8、RIP协议，距离向量算法
路由信息协议——RIP
RIP（RoutingInformationProtocol，路由信息协议）是内部网关协议中最先得到广泛使用的协议。
我们现在使用的是RIP的第二版RIP2。
与旧版本相比，RIP2可以支持变长子网掩码和CIDR。
此外，还提供简单的鉴别。
RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。
RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到每一个目的网络的距离记录。
距离向量算法
一个路由其收到相邻路由器（其地址为X）的一个RIP报文的处理方法：
（1）先修改此RIP报文中的所有项目：
将“下一跳”字段中的地址都改为X，并将所有的“距离”字段的值加1。
（2）对修改后的RIP报文中的每一个项目，重复以下步骤：
若项目中的目的网络不在路由表中，则将该项目加到路由表中。
否则（目的网络在路由表中）若下一跳字段给出的路由器地址和原路由表中的是相同的，则用收到的项目替换原路由表中的项目。
否则（下一跳字段给出的路由器地址和原路由表中的是不相同的）若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新，否则（收到项目中的距离大于路由表中的距离），什么也不做。
（3）若3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则将此相邻路由器记为不可达的路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。
（4）返回。
第7章
1、端口的作用
端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给传输层，以及让传输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。
从这个意义上讲，端口是用来标志应用层的进程。
UDP和TCP都使用了端口（port）进行寻址。
端口是一个很重要的概念，因为在通信时，只有找到了端口，才能最后找到我们所要找的目的进程。
2、TCP和UDP的区别
传输协议数据单元：
两个对等传输实体在通信时传送的数据单位叫作传输协议数据单元TPDU（TransportProtocolDataUnit）。
TCP传送的协议数据单元是TCP报文段（segment）。
UDP传送的协议数据单元是UDP报文或用户数据报。
TCP
当传输层采用面向连接的TCP协议时，尽管下面的网络层是不可靠的（只提供尽最大努力服务），但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。
由于TCP要提供可靠的、面向连接的传输服务，因此不可避免地增加了许多的开销。
这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。
UDP
当传输层采用无连接的UDP协议时，这种逻辑通信信道是一条不可靠信道。
UDP在传送数据之前不需要先建立连接。
对方的传输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。
虽然UDP不提供可靠交付，但在某些情况下UDP是一种最有效的工作方式。
3、TCP建立连接的过程
用三次握手建立TCP连接
A的TCP向B发出连接请求报文段，其首部中的同步位SYN=1，并选择序号seq=x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是x。
TCP的标准规定，SYN置1的报文段不能携带数据，但要消耗一个序号。
在连接请求报文段，可带有MSS大小的可选项。
B的TCP收到连接请求报文段后，如同意，则发回连接同意报文。
B在连接同意报文段中应使SYN=1，使ACK=1，其确认号ack=x+1，自己选择的序号seq=y。
在连接同意报文段，可带有MSS大小的可选项。
A收到此报文段后向B给出确认，其ACK=1，确认号ack=y+1，seq=x+1。
A的TCP通知上层应用进程，连接已经建立。
一般来说，该报文中不含数据，序号x+1不被消耗。
B的TCP收到主机A的确认后，也通知其上层应用进程：
TCP连接已经建立。
4、TCP的确认机制
接收方一般采用累积确认的方式。
即不必对收到的分组逐个发送确认，而是对按序到达的最后一个分组发送确认，这样就表示：
到这个分组为止的所有分组都已正确收到了。
因此确认号表示接收端期望下次收到的数据中的第一个数据字节的序号。
如果某一方使用5643作为确认号，那么它就
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