北京工业大学 计算机网络总结.docx

北京工业大学 计算机网络总结.docx

《北京工业大学 计算机网络总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京工业大学 计算机网络总结.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

北京工业大学计算机网络总结

2009-12-25王兴

填空、判断、选择、简答、计算带*的为老师点到的

第一章概述

1计算机网络以资源共享的观点定义：

以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合。

计算机网络是指用通信线路将分散在不同地点的具有独立自主功能的计算机系统互相连接，并按照网络协议进行数据通信和共享资源的计算机的集合。

-----所以一台主控机和多台从属机的系统不能成为网络，面向终端的系统也不能称为网络。

2*计算机网络的分类

按网络传输技术进行分类：

广播式网络和点对点式网络

越是小的，地理位置局部化的网络倾向于使用广播传输模式，而大的网络通常使用点到点传输模式。

按网络的覆盖范围进行分类：

个人区域网—1m-一米见方的范围

局域网（LAN）--10m-1km—同一房间，同一建筑物内，同一校园

城域网（MAN）----10km---同一城市

广域网（WAN）---100km—1000km—同一国家，同一个洲

互联网Internet10000km同一个行星

3局域网的技术特点（拓扑结构-广播式网络：

总线型、环型和星型）

A在总线网络中，任何时刻只能有一台机器是主站并可进行发送，而其它机器不能发送，当有多台机器都想发送信息时，需要一种仲裁机制来解决冲突，如以太网-IEEEE802.3标准

B在环网中，同样需要仲裁机制来解决冲突问题（IEEE802.5）

4城域网MAN：

通常使用与LAN相似的技术，可以看成是多个局域网相连构成的网络。

分布式队列双总线DQDB----IEEE802.6

5广域网--通信子网的功能是把消息从主机传到另一台主机。

子网由传输线和交换单元组成（路由器，存储转发）。

6几乎所有的广域网都用存储-转发技术，所以也被称为点到点、存储转发或分组交换子网。

7互连的网络集合称为互联网。

8**计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。

早期的计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为

资源子网：

负责数据处理的主计算机与终端，网络的外围，提供各种网络资源和网络服务。

（主机、终端、终端控制器、外设、软件资源、信息资源）

通信子网：

负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路，网络内层，负责网络数据传输、转发等通信处理任务。

（CPP：

通信控制处理机、网络结点，作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分组的接受、校验、存储、转发等功能）

9*客户---服务器模型：

客户通过网络登录服务器访问数据。

该模型涉及到了两个进程：

一个位于客户机器上，一个位于服务器机

器上。

其中的通信形式是这样的：

客户进程通过网络将一个消息发送给服务器进程。

然后客户进程等待应答消息。

当服务器进程获得了请求消息之后，它执行所请求的工作，或者查到客户所要的数据，然后送回一个应答消息。

10协议层次：

层—每一层的目的都是向上一层提供特定的服务，而把如何具体实现这些服务的细节对上一层加以屏蔽。

协议---是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。

层和协议的集合称为网络体系结构。

一个特定的系统所使用的一组协议（每一层一个协议）称为协议栈。

11*下层可以向上提供两种不同的通信服务：

面向连接的服务和无连接的服务。

面向连接的服务：

是基于电话系统模型的。

为了使用面向连接的网络服务，用户首先要建立一个连接，然后使用（维护）该连接，最后释放连接。

无连接的服务：

基于邮政系统模型的。

每一条报文（信号）都携带了完整的目标地址，所以，每条报文都可以被系统独立的路由。

-----先发送的报文可能被延迟而导致后发的信息先到的情况。

一个可靠的服务通常是这样来实现的：

让接受方向发送方确认收到了一条信息，因而发送方就可以保证报文已经到达。

可靠的面向连接服务器有两种变形：

报文序列（总是保持报文的边界）和字节流（该连接只是一个字节流，没有任何报文边界）

不可靠（意味着没有被确认）的无连接服务通常称为：

数据报服务。

有确认的数据报服务。

请求—应答服务。

通信协议四种类型：

面向连接与确认服务面向连接与不确认服务无连接与确认服务无连接与不确认服务

12原语：

用户进程通过原语操作访问该服务，这些原语告诉该服务执行某个动作，或是将某个对等体所执行的动作报告给客户，在操作系统中通常是一些系统调用，它们进入操作系统内核模式控制该机器，让操作系统发必要分组。

服务原语实际就是对一个操作或一个服务进行描述。

13服务和协议

服务是指某一层向它上一层提供的一组原语（操作）。

服务定义了该层打算代表其用户执行那些操作，但是它并不涉及如何实现这些操作。

服务也会涉及到两层之间的接口，其中低层是服务器提供者，而上层是服务器的用户。

协议时一组规则，用来规定同一层上的对等实体间所交换的信息或者分组的格式和含义。

涉及到具体实现，它对于该用户不可见。

服务涉及到层之间的接口。

协议涉及到不同机器上对等实体之间发送的分组。

14*OSI参考模型

下三个为硬件层，上四个为软件层

物理层：

涉及到在通信信道上传输的原始数据位（数据传输单位是比特）

数据链路层：

将一个原始的传输设施转变成一条逻辑的传输线路，在这条传输线路上，所有未检测出来的传输错误也会反映到网络层上。

（差错控制和流量控制）

网络层：

控制子网的运行过程。

确定如何将分组从源端路由到目标端。

（实现拥塞控制，网络互连）

传输层：

接受来自上一层的数据，并且在必要的时候把这些数据分割成小的单元，然后把数据单元传递给网络层，并且确保这些数据片段都能够正确的到达另一端。

传输层是一个真正的端到端的层，所有的处理都是按照从源端到目标端来进行的。

会话层：

允许不同机器上的用户之间建立会话。

表示层：

关注的是所传递的信息的语法和语义。

应用层：

包含了各种各样的协议，这些协议往往直接针对用户的需要。

HTTP—超文本传输协议

15*TCP/IP参考模型

主机—网络层：

负责通过网络发送和接受IP数据报。

互连层：

相当于OSI参考模型网络层无连接网络层

传输层：

主要功能是在互联网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端--端连接；

传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议

用户数据协议UDP是一种不可靠的无连接协议

应用层：

网络终端协议Telnet文本传输协议FTP

简单邮件传输协议SMTP域名系统DNS

简单网络管理协议SNMP超文本传输协议HTTP

16OSI模型的网络层同时支持无连接和面向连接，但传输层只支持面向连接。

TCP/IP的网络层只支持无连接，但传输层同时支持两种无连接和面向连接。

17本书所使用的混合参考模型：

物理层，数据链路层（介质访问控制子层），网络层，传输层，应用层

18蜂窝无线网络----正六边形面积

19面向连接的网络：

X.25，帧中继，ATM

20KMGTPEZY广域网-以太网802.3无线网802.11

211Byte=1字节=8bit

22LAN的一个替代方案是简单的大型分时系统，通过终端为用户提供服务。

请说出采用LAN的客户—服务器系统的两个好处：

A，局域网模型可以递增扩展，且整个系统不会因单点故障而崩溃（有备份数据）

B低成本，并提供更多的计算能力和更好的交互接口。

23*请说出使用分层协议的两个理由：

A通过协议分层可以把设计问题划分为较小的易于处理的片段。

B分层也意味着某一层的协议改变不会影响较高层或较低层的协议。

24在讨论网络协议的时候，“协商”意味着什么？

，请给出一个例子。

解答：

协商是要让双方就在通期间将使用的某些参数值达成一致。

举例：

最大分组长度

25*OSI模型中的哪一层处理以下的问题

a:

把传输的位流分帧（数据链路层）

b:

在通过子网的时候决定使用哪条路由路径（网络层）

26*在无连接通信和面向连接的通信两者之间，最主要的区别是什么?

答：

面向连接的通信有三个阶段。

在连接建立阶段先要做一个请求，然后才能建立连接。

仅仅在这个阶段被成功完成后，才开始数据传送阶段。

然后是连接释放阶段。

无连接通信没有这些阶段。

它只是发送数据。

2.在无连接通信和面向连接通信,两者之间,最主要的区别是什么

答:

面向连接通信有三个阶段,在建立阶段,发送请求来建立连接.只有在这个阶段成功之后,数据传输阶段才能开始.最后是释放阶段.无连接通信只是发送数据,不包含这些阶段.

4.如果在数据链路层上交换的单元称为帧,而在网络层上交换的单元称为分组,那么应该是帧封装分组,还是分组封装帧?

答:

帧封装分组.当分组到达数据链路层时,整个分组作为帧的数据域,封装帧进行传输

5.给出理由说明PPP使用了字节填充技术

答:

PPP由软件执行,而HDLC由硬件执行.在软件中运行,字节比位要方便.PPP为调制解调器而设计,调制解调器接收数据的单位是字节,而不是位

6.PPP发送IP,包含2个标志字节,1个协议字节,2个校验和字节,总共5字节

7.高速以太网的最大线缆长度是以太网的1/10

C-S（客户服务器）模型:

客户-网络-服务器,两个进程通信.

Internet流行用途:

（1）访问远程信息

（2）个人之间的通信（3）交互式娱乐（4）电子商务

对等通信:

区别于客户-服务器模型（peertopeer），没有固定的客户和服务器

固定无线和移动无线:

办公室（非无线,非移动）旅馆的笔记本（非无线,移动）无布线建筑（无线,非移动）移动办公室（无线,移动）

传输技术:

广播式链接,点到点链接

广播:

将一个分组发送给所有目标机器.

多播:

广播给指定的一组机器.

单播:

点对点的传输模式

局域网（LAN）的三个不同特征:

范围,传输技术,拓扑结构.

以太网:

IEEE802.3,一种非集中控制的,基于总线的广播式网络.

IBM令牌环（IEEE802.5）基于环的LAN,工作速度是4Mbps和16Mbps,FDDI是另一种环网.

广播式网络分为静态和动态,动态分配分为集中式和非集中式.

城域网（MAN）的典型例子:

有线电视网络,标准化为IEEE802.16

主机通过通信子网连接,子网由传输线和交换单元组成.

网络拓扑结构:

总线,环,星形

存储转发子网（分组交换子网）:

每个路由完整接收分组,保存,并在输出线路空闲时才将它转发出去.当分组很小并且大小相同,成为信元.

无线网络分三类:

系统互连,无线LAN,无线WAN

系统互联:

通过短距离的无线电,将一台计算机的各个部件连接起来.

互联网构成:

路由+线路=>子网+主机=>网络+网络=>互联网

网关（gateway）:

完成不同网络间的连接,提供硬件及软件层次上的转换.

协议层级:

每一层都是一种虚拟机,向上一层提供特定的服务.

网络体系结构:

层和协议的集合称为网络体系结构.

协议栈:

一个特定的系统所使用的一组协议

层设计问题:

需要编址机制,错误控制,流控制,多路复用和多路解复用.

面向连接服务:

基于电话系统模型,数据位顺序到达.可靠的报文流（页码页序例）,可靠的字节流（远程登录）,不可靠的连接（数字化的语音）

无连接服务:

基于邮政系统模型,报文乱序到达.不可靠的数据报（电子垃圾邮件）,有确认的数据报（挂号信）,请求应答（数据库查询）

服务与协议的关系:

服务是指某一层向它上一层提供的一组原语,涉及层之间的接口.协议是一组规则,用来规定同上一层的对等实体之间所交换的消息或者分组的格式和含义,设计到不同机器上对等实体之间发送的分组.

OSI模型（7层,由下到上）:

物理（位）,数据链路（数据帧）,网络（分组）,传输（TPDU）,会话,表示,应用层.

OSI分层原则:

当需要一个不同抽象体的时候,应该创建一层.每一层都应该执行一个明确定义的功能.选择每一层功能的时候,应该考虑到定义国际标准化的协议.选择层边界的时候,应该是"跨接口所需要的信息流"尽可能的小.曾数应该足够多,以保证不同的功能不会被混在在同一层中,同时层数不能够太多,以避免整个体系结构变得过于庞大.

OSI的三个核心概念:

服务,接口,协议

第2章物理层

1传输介质三类:

有导向的介质（铜线，磁介质,双绞线（3类,5类每厘米内拧的更紧）,同轴电缆,光纤）,

无导向介质（无线电波,激光）.卫星

2物理连接分为点对点连接与多点连接

3数据传输分为单工（信息流是单方向的且不能改变），半双工（通信双方不能同时进行收发）和全双工方式（通信双方可同时收发信息）。

4通信子网分为点对点通信线路通信子网与广播信道通信子网

5广域网主要采用点到点通信线路，局域网与城域网一般采用广播信道。

6由于技术上存在较大的差异，因此在物理层和数据链路层协议上出现了两个分支，一类是基于点对点通信线路，另一类是基于广播信道。

7数据传输分为串行传输方式与并行传输方式。

串行传输的物理数据服务单元是位；并行传输方式的物理数据服务单元式N位，N为并行连接的物理通道数。

8数据可分为模拟数据，数字数据。

信号可分为模拟信号，数字信号。

传输中的四种传输方式：

模拟数据的模拟信号传输（模拟电话）模拟数据的数字信号传输（数字化）

数字数据的模拟信号传输数字数据的数字信号传输

910lgS/N---分贝香农定律：

一条带宽为HHz、信噪比为S/N的有噪声信道的最大数据传输率为：

最大数据传输率（位/秒）=Hlog2（1+S/N）

10*传输介质的主要类型

双绞线：

屏蔽双绞线STP非屏蔽双绞线UTP

同轴电缆：

内导线、绝缘层、外屏蔽层、外部保护层

光纤电缆：

光纤传输系统的三个关键部件:

光源,传输介质,检测器.

光纤对比铜线的优点:

更高的带宽,相对较低的衰减,不受电源震荡,电磁干扰,不受空气中腐蚀性化学物质侵蚀.

无线与卫星通信信道：

无线，微波，红外，可见光

微波通信；蜂窝无线通信；卫星通信

11传输音频范围（300Hz—3400Hz）带宽3.1KHz。

12数模转换为调制，模数转换为解调。

13多路复用技术的分类：

频分多路复用FDM波分多路复用WDM时分多路复用TDM

14*数据交换技术：

电路交换，报文交换（存储-转发）和分组交换（数据报方式和虚电路方式）。

数据报工作方式的特点：

同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网。

同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象。

每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址。

数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。

虚电路的通信过程分为三个阶段：

虚电路建立，数据传输与虚电路释放阶段。

虚电路的特点：

在每次分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接。

这是因为不需要真正去建立一条物理链路，连接发送方与接收方的物理链路已经存在；一次通信的所有分组都通过这条虚电路顺序传送，因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。

分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象；分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检测，而不需要做路径选择；通信子网中每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。

15广域网中的数据交换技术：

电路交换（面向连接）和存储转发交换。

16存储转发交换技术：

报文、报文分组交换

17ATM是一种面向连接的技术：

物理链路=n个虚通路=n个虚通道

18*数据传输率和谐波之间的关系

Bps/8=谐波的频率=1/T

Bps乘以发送的谐波数=24000/b=3000Hz

第三章数据链路层

1*设计数据链路层的主要目的：

将有差错的物理线路改进成无差错的数据链路。

方法—差错检测，差错控制，流流量控制

作用：

改善数据传输质量，向网络层提供高质量的服务

功能：

A向网络层提供一个定义良好的服务接口B处理传输错误C调节数据流，确保慢速的接受方法不会被快速的发送方淹没

2*为网络层提供三种合理的服务：

A无确认无联接的服务：

误码率低的线路，实时业务，局域网

B有确认无连接的服务：

适用于不可靠的通信，如无线网

C有确认有联接的服务

3*数据链路层传送单位:

帧,包含一个帧头,一个净荷域（用于存放分组）,一个帧尾.

成帧方法:

A字符计数法（首位N含自己）,

B含字节填充的分界符法（在ESC/FLAG前加ESC，头尾都加FLAG）,

C含位填充的分界标志法（开始结束都用一个特殊的位串”01111110”,帧中连续5个1后加0）,D物理层编码违例法.

4差错检查：

帧（包括发送帧和响应帧）出错、丢失目的：

保证帧正确，按序送交上层。

5流量控制：

目的-解决收发方速率、处理能力及缓冲区数量不匹配问题。

6*一个无限制的单工协议（发送程序：

取数据，构成帧，发送帧）

一个单工的停等（协议4,1）,（半双工，确认加重传）

有噪音信道的单工协议（增加一个定时器和序列号）只有三种可能：

一是确认帧完好无损的到达，二是受损的确认帧蹒跚而至，三是定时器过期。

7*滑动窗口协议：

捎带确认，全双工，发送窗口，接受窗口

一位滑动窗口协议

使用回退N帧技术的协议回退（协议5，2^n-1）,选择重传（协议6，2^n/2）----------几位序列号，n为几

8*HDLC（高级数据链路控制）:

面向位,使用位填充,包含三种类型的帧（信息,管理,无序列号的）

HDLC的组成（帧结构、规程元素、规程类型、使用HDLC的语法可以定义多种具有不同操作特点的链路层协议）

三种数据站：

主站、次站、组合站

HDLC适用的链路构型：

非平衡型（点对点，多点式）平衡型（主站-次站式，组合式）

HDLC的基本操作模式：

正常响应模式NRM，异步响应模式ARM，异步平衡模式

帧结构：

定界符01111110，地址域，控制域，数据域，校验和，定界符

9*Internet中的数据链路层：

点到点通信的两种主要情形：

路由器到路由器，通过modem拨号上网，连到服务器或接入服务器

PPP（点到点协议）:

Internet点对点协议,面向字符,使用字节填充,包含三类功能（成帧方法,链路控制协议（LCP）,协商网络层选项的方法（网络控制协议（NCP）））

基本格式：

标志（01111110），地址（11111111），控制（00000011），协议（1或2），净荷（可变长度），校验和（2或4），标志（01111110）

最小开销为5个字节。

10*有效带宽，效率：

=发送一帧的时间*窗口大小/（发送一帧的时间（具体问题具体分析是否乘以2，如和地球同步卫星通信，确认帧总是被捎带在数据帧上就应该乘以，但说确认帧很短，就不乘以）+延迟传输时间*2---来回两个路程）

11*回退（协议5，2^n-1）,选择重传（协议6，2^n/2）----------几位序列号，n为几-----------------得出窗口大小。

用总时间除以发送一帧的时间，得到的就是需要X个窗口，才能保持通道不空。

吞吐量=N（

12为什么PPP使用字节填充，而HDLC使用位填充？

PPP被明确地设计成是软件形式实现的，而不是像HDLC那样几乎总是以硬件的形式实现。

对于软件实现，完全用字节操作要比用单个操作简单。

此外，PPP被设计成与调制解调器一道使用，而调制解调器是以1个字节为单元而不是以1个比特为单元接受和发送数据的。

205页习题

29．利用地球同步卫星在一个1Mbps的信道上发送1000位的帧，该信道离开地球的传输延迟为270ms。

确认信息总是被捎带在数据帧。

头部非常短，并且使用3位序列号。

在下面的协议中，最大可获得的信道利用率是多少？

（a）停-等协议。

（b）协议5

（c）协议6

p在一个1Mbps的信道上发送1000位的帧的时间为1000/106（s）=1ms

当t=0时，发送方开始发送第一帧，当t=1ms时，该帧已被完全发送出去了，当t=271ms时，该帧才完全到达接收方，t=272ms时，该帧的确认帧已被完全发送出去了，t=542ms时，该帧的确认帧才回到发送方。

这样，一个周期的时间为542ms。

因此，在542ms内发送k个帧的效率为k/542。

所以，

（a）停-等协议，k=1，效率=1/542=0.18%

（b）协议5，k=8-1=7，效率=7/542=1.29%

（c）协议6，k=8/2=4，效率=4/542=0.74%

31．考虑在一个无错误的64kbps卫星信道上单向发送512字节的数据帧，有一些非常短的确认从另一个方向回来。

对于窗口大小为1、7、15和27的情形，最大的吞吐量分别是多少？

从地球到卫星的传输时间为270ms。

p当t=0时发送方开始发送第一帧，则t=512*8/64000s=64ms时，该帧已经被全部发送出去了，t=64+270ms=334ms时，该帧才完全到达接收方，同时非常短的ACK发出去，t=334+270ms=604ms时，该ACK才回到发送方

当窗口大小为1时，数据率为512*8位/604ms=6.781位/ms=6781bps

当窗口大小为7时，7个帧的发送时间为64*7ms=448ms，发送完这7个帧后发送方停下来，在604ms时，第一个ACK到达，新的周期又开始了。

这种情况的数据率为512*8*7位/604ms=47470bps。

直到604ms时，第一个ACK返回，如果发送方在这段时间一直有数据帧可发，就可以连续不断地发送数据帧了。

也就是，如果窗口大小大于604ms/64ms=9.44，发送方只要有足够的数据，就能以64kbps速率传输数据帧。

如果窗口大小大于或等于10，就满足条件了，因此，对于窗口大小大于等于10（如：

15或27）的情况，传输速率为64kbps

第四章介质访问子层

1计算机网络可以分成两类:

点到点连接的网络---大多数广域网

广播信道的网络----大多数局域网

2介质访问控制协议：

解决信道争用的协议，即用于多路访问信道上确定下一个使用者的协议，是数据链路层协议的一部分。

3信道分配问题：

如何在多个竞争的用户之间分配单个广播信道。

分配方式：

静态分配：

FDM-频分多路复用TDM—时分多路复用

（适用于用户较少，数目基本固定，且各用户的通信量都较大的情况；缺点：

无法灵活地适应站点数及其通信量的变化）

动态分配：

4信道分配模型的五个基本假设：

站模式、单道假设、冲突假设、连续时间和分槽时间、载波监听和无载波监听

5多路访问协议：

在多路访问信道上确定下一个使用者的协议

ALOHA:

适用于多各无协调关系的用户竞争单个共享信道使用权.采用统一长度的帧更容易达到最大吞吐量.

纯ALOHA：

用户有数据要发送时，就让它们发送，然后监听信道是否发生冲突，若发生冲突，则等待一段随机的时间重发。

任何时候只要两帧同时使用信道就会产生冲突，破坏两帧。

两帧只要有一位重叠，这两帧都将被完全毁坏，稍后都要重传。

公式:

S=Ge^（-2G）,G=0.5时最大.S=0.184,吞吐量S,负载G

分槽ALOHA：

把时间分成离散的间隔，每个间隔对应于发送一帧所需时间，每个站点只能在时槽开始时才允许发送，牺牲了随机性来提高利用率。

公式:

S=Ge^（-G）,G=1时最大,S=0.368

载波检测多路访问协议:

1-持续CSMA,随机持续检测空闲等待发送,传输成功概率为1.非持续的CSMA,随机检测空闲发送.

p-持续CSMA,按概率p发送,1-p延迟.（产生随机数，小于P则发，大于P小于1则不发）

带冲突检测的CSMA（CSMA/CD）:

时槽宽度2i（有计算题用）,可能处于三种状态（竞争,传输,空闲）,检测到冲突立即停止,随机等待重传.CSMA/CD四句话：

发送前先监听，空闲即发送，边发送边检测，冲突时退避

6一个站点确定发生冲突要花多少时间？

假设两个距离最远