计算机网络复习.docx

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计算机网络复习

第一章概述

1.计算机网络向用户提供的最重要的功能分别是（连通性）和（共享）。

2.网络由若干（结点）和链接这些（结点）的（链路）组成。

3.网络把许多（计算机）连接在一起，而因特网则把许多（网络）连接在一起。

4.从因特网的工作方式上看，因特网是由（边缘部分）和（核心部分）组成。

（边缘部分）是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。

（核心部分）是为边缘部分提供服务的。

5.主机A的某个（进程）和主机B上的另一个（进程）进行通信，简称为计算机之间的通信。

6.客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用（进程）。

7.（客户）是服务的请求方，（服务器）是服务的提供方。

8.三种交换技术（电路交换）（报文交换）（分组交换）。

1.

（1）电路交换是整个报文的比特流连续的从源点直达终点。

（2）报文交换是整个报文先传送到相邻结点，全部储存下来后查找转发表，转发到下一个结点。

（3）分组交换传送到相邻结点，储存下来后查找转发表，转发到下一个结点。

2.

（1）若要传送大量数据，传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传送速度较快。

（2）报文交换和分组交换不需要预先分配传送带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。

（3）分组交换比抱文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性

9.因特网的发展大致分为哪几个阶段?

请指出这几个阶段的主要特点

1、计算机-终端

将地理位置分散的多个终端通信线路连到一台中心计算机上，用户可以在自己办公室内的终端键入程序，通过通信线路传送到中心计算机，分时访问和使用资源进行信息处理，处理结果再通过通信线路回送到用户终端显示或打印。

这种以单个为中心的联机系统称做面向终端的远程联机系统。

在主机之前增加了一台功能简单的计算机，专门用于处理终端的通信信息和控制通信线路，并能对用户的作业进行预处理，这台计算机称为"通信控制处理机"，也叫前置处理机；在终端设备较集中的地方设置一台集中器，终端通过低速线路先汇集到集中器上，再用高速线路将集中器连到主机上。

2、以通信子网为中心的计算机网络

将分布在不同地点的计算机通过通信线路互连成为计算机－计算机网络。

连网用户可以通过计算机使用本地计算机的软件、硬件与数据资源，也可以使用网络中的其它计算机软件、硬件与数据资源，以达到资源共享的目的。

3、网络体系结构标准化阶段

ISO制订了OSIRM成为研究和制订新一代计算机网络标准的基础。

各种符合OSIRM与协议标准的远程计算机网络、局部计算机网络与城市地区计算机网络开始广泛应用。

4、网络互连阶段

各种网络进行互连，形成更大规模的互联网络。

Internet为典型代表，特点是互连、高速、智能与更为广泛的应用。

10.因特网标准制定的几个阶段？

（1）因特网草案

（2）建议标准

（3）草案标准

（4）因特网标准

1、计算机网络的定义

计算机网络就是用通信线路将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机连接起来，并配置相应的网络软件，以实现计算机之间的数据通信和资源共享。

2、几种不同类别的网络。

按作用范围、按使用者、接入网

3、计算机网络的性能指标

（1）速率

网络技术中的速率是指连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

在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。

（3）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

是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

（a）发送时延

是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是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。

也叫传输时延。

（b）传播时延

电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

（c）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。

（d）排队时延

结点缓存队列中分组排队所经历的时延。

（5）往返时间

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（接收方收到数据后便立即发送确认）所经历的时间。

（6）信道利用率

指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。

完全空闲的信道的利用率是零。

（7）网络利用率

是全网络的信道利用率的加权平均值。

4、计算机网络的非性能特征

（1）费用：

一般来说，网络的速率越高，价格也越高。

（2）质量：

取决于构件的质量和组网的形式。

（3）标准化：

采用国际标准，可以提高互操作性，易于升级、维修和技术支持。

（4）可靠性：

速率越高，花费就越大，来保证可靠性。

（5）可扩展性和可升级性

（6）易于管理和维护

5、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。

6、网络协议的组成要素三要素

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。

7、ISO、OSI/RM、TCP/IP，五层协议体系结构：

综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。

应用层，运输层，网络层，数据链路层和物理层。

应用层：

直接为用户的应用进程提供服务。

运输层：

负责为两个主机中进程之间的通信提供服务。

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上“透明”地传送帧中的数据。

物理层：

透明地传送比特流。

8、分层的好处

各层之间是独立的。

灵活性好。

结构上可分割开。

易于实现和维护。

能促进标准化工作。

9、各层要完成的功能

差错控制

流量控制

分段和重装

复用和分用

连接建立和释放

10、计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。

体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。

11、实体（entity）

表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

12、协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。

13、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。

14、服务访问点

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。

1、假定网络的利用率到达了90%。

试估算一下现在的网络时延是它的最小值的多少倍？

答：

D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，U表示网络的利用率。

根据公式：

D=D0/（1-U）

D=D0/（1-0.9）=D0/0.1=10D0

2、收发两端之间的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。

试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：

（1）数据长度为107bit,数据发送速率为100kb/s。

（2）数据长度为103bit,数据发送速率为1Gb/s。

从上面的计算中可以得到什么样的结论？

解：

（1）发送时延：

ts=107/105=100s

传播时延：

tp=106/（2×108）=0.005s

（2）发送时延：

ts=103/109=1µs

传播时延：

tp=106/（2×108）=0.005s

结论：

若数据长度大而发送速率低，则在总的时延中，发送时延往往大于传播时延。

但若数据长度短而发送速率高，则传播时延就可能是总时延中的主要成分。

3、假设信号在媒体上的传播速度为2×108m/s.媒体长度L分别为：

（1）10cm（网络接口卡）

（2）100m（局域网）

（3）100km（城域网）

（4）5000km（广域网）

试计算出当数据率为1Mb/s和1Gb/s时在以上媒体中正在传播的比特数。

（1）1Mb/s:

传播时延=0.1/（2×108）=5×10-10

比特数=5×10-10×1×106=5×10-4

1Gb/s:

比特数=5×10-10×1×109=5×10-1

（2）1Mb/s:

传播时延=100/（2×108）=5×10-7

比特数=5×10-7×1×106=5×10-1

1Gb/s:

比特数=5×10-7×1×109=5×102

（3）1Mb/s:

传播时延=100000/（2×108）=5×10-4

比特数=5×10-4×1×106=5×102

1Gb/s:

比特数=5×10-4×1×109=5×105

（4）1Mb/s:

传播时延=5000000/（2×108）=2.5×10-2

比特数=2.5×10-2×1×106=5×104

1Gb/s:

比特数=2.5×10-2×1×109=5×107

第二章物理层

1、物理层的四个特性机械特性电气特性功能特性过程特性

2、数据在计算机内和网络上的传输方式数据在计算机中多采用并行传输，但数据在通信线路上的传输方式一般都是串行传输。

3、几个概念

（1）数据（data）

运送消息的实体。

（2）信号（signal）

数据的电气的或电磁的表现。

（3）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。

从通信双方信息交互的方式看，有三种方式：

（4）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。

（5）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）。

（6）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。

最基本的二元制调制方法有以下几种：

（7）调幅（AM）：

载波的振幅随基带数字信号而变化。

（8）调频（FM）：

载波的频率随基带数字信号而变化。

（9）调相（PM）：

载波的初始相位随基带数字信号而变化。

4、信噪比：

信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为S/N。

5、信噪比的计算公式信噪比（dB）=10*log10（S/N）

6、奈氏准则

7、香农公式C=Wlog2（1+S/N）b/s（传输速率C单位b/s）（带宽W单位Hz）

8、利用奈式准则、信噪比和香农公式进行简单的计算。

1.假定某信道受奈氏准则限制的最高码元数率为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，那么可以获得最高的数据率？

由码元的振幅划分为16个不同等级得一个码元可以携带4bit的信息，又由于最高码元数率为20000码元/秒，所以可以获得最高的数据率为4bit/码元*20000码元/秒=80000bit/s

2.假定要用3kHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据（无差错传输），试问这个信道应具有多高的信噪比？

这个结果说明什么问题？

香农公式为C=Wlog2（1+S/N）

C/W=log2（1+S/N）

2（C/W）=1+S/N

S/N=2（C/W）-1

S/N=2（64/3）-1=2642184信噪比（dB）

=10*log10（S/N）

=10*log10（2（C/W）-1）

=10*log10（2（64/3）-1）

=10*6.42196

=64.2dB

这个结果说明这是一个信噪比很高的信道

3.用香农公式计算一下，假定信道带宽为3100Hz，最大信息传输速率为35kb/s，那么若想使最大信息传输速率增加60%，问信噪比S/N应增加多少倍？

如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N再增大10倍，问最大信息速率能否再增加20%？

（1）由C=Wlog2（1+S/N）b/s得：

35=3.1log2（1+S/N）

S/N=2（35/3.1）-1=2503.527

35*1.6=3.1log2（1+x*S/N）

x*S/N=2（35*1.6/3.1）-1

X=（2（35*1.6/3.1）-1）/（S/N）

X=274132.933/2503.527

X=109.496所以信噪比S/N应增加100倍

（2）S/N=2503.527

增加100倍为250352.7

在此基础上再增加10倍为2503527

C=3.1log2（2503527+1）

C=3.1lg2503528/lg2=3.1*（6.39833/0.30103）

C≈65.89215≈66

提高了：

（66-35*1.6）/（35*1.6）=（66-56）/56=17.8%

最大信息速率不能再增加20%

物理层要解决什么问题？

物理层的主要特点是什么？

（1）物理层要解决的主要问题：

① 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。

② 物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备、传输媒体和通信手段的不同，使上面的数据链路层感觉不到这些差异的存在，而专注于完成本层的协议与服务。

（2）物理层的主要特点：

① 物理层确定与传输媒体接口的机械、电气、功能和过程特性。

② 由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此物理层的协议种类较多。

常用的传输媒体有哪几种各有何特点

答：

常见的传输媒体有以下几种：

1.双绞线 

特点：

①可以传输模拟信号和数字信号；②双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，误码率高；③因为其价格便宜，且安装方便，既适于点到点连接，又可用于多点连接，故仍被广泛应用。

2.同轴电缆 

特点：

①在局域网发展初期被广泛采用；②具有很好的抗干扰性能。

3.光导纤维 

特点：

①传输损耗小，可实现长距离传输；②直径小、质量轻；③传播速率高、通信容量大；④抗雷电和电磁干扰性能好，保密性好、误码率低。

 4.无线电微波通信 

无线电微波通信分为地面微波接力通信和卫星通信。

特点：

①传输频率宽，通信容量大；②受外界干扰小，传输质量较高；③初建成本低，易于跨越山区、江河。

1、多模光纤

可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。

这种光纤就叫多模光纤。

特点：

传输距离近，价格低，发光二极管

2、单模光纤

若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。

特点：

传输距离远，价格高，激光二极管。

3、光纤的缺点

需要专用设备连接光纤。

4.为什么要使用信道复用技术？

常用的信道复用技术有哪些？

答：

信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的信道上，以共享信道资源。

在一条传输介质上传输多个信号，提高线路的利用率，降低网络的成本。

常用的信道复用技术有：

频分复用、时分复用、统计时分复用、波分复用和码分复用等。

5.复用是通信技术中的基本概念。

6.最初在数字运输系统中使用的传输标准是脉冲编码调制PCM。

现在高速的数字传输系统使用同步光钎网SONET（美国标准）或同步数字系列SDH（国际标准）。

7.光纤同轴混合网（HFC）：

是在有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。

FTTx是新一代的光纤用户接入网，用于连接电信运营商和终端用户。

FTTx的网络可以是有源光纤网络，也可以是无源光网络。

用于有源光纤网络的成本相对较高，实际上在用户接入网中应用很少，所以目前通常所指的FFTx网络应用的都是无源光纤网络。

第3章数据链路层

1、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。

2、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。

3、数据链路层传输的数据单位是（帧）。

4、误码率

在二进制电平传输时，误码率等于二进制码元在传输中被误传的比率，即用接收错误的码元数除以被传输的码元总数所得的值就是误码率。

5、冗余码的计算。

用二进制的模2运算进行2n乘M的运算，这相当于在M后面添加n个0。

得到的（k+n）位的数除以事先选定好的长度为（n+1）位的除数P，得出商是Q而余数是R，余数R比除数P少1位，即R是n位。

现在k=6,M=101001。

设n=3,除数P=1101，

被除数是2nM=101001000。

模2运算的结果是：

商Q=110101，

余数R=001。

把余数R作为冗余码添加在数据M的后面发送出去。

发送的数据是：

2nM+R

即：

101001001，共（k+n）位。

6、PPP协议（点对点协议）有三个组成部分

一个将IP数据报封装到串行链路的方法。

异步和同步链路控制协议LCP。

一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议。

网络控制协议NCP。

一套网络控制协议，其中的每一个协议支持不同的网络层协议。

7、零比特填充

5个1后加个0

8、数据链路层有几大功能。

帧同步功能差错控制流量控制链路控制MAC寻址区分数据与控制信息透明传输

9、数据链路层有几种类型的信道。

点对点信道。

这种信道使用一对一的点对点通信方式。

例如：

PPP协议

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。

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送。

例如：

以太网

10、数据链路层要解决的基本问题是什么？

（1）封装成帧

（2）透明传输

（3）差错检测

1、局域网的拓扑结构。

拓扑结构：

总线型、星型、环型

2、数据链路层的两个子层。

MAC子层，和LLC子层

3、局域网中物理层的功能

信号的编码与译码

为进行同步用的前同步码的产生与去除

比特的传输与接收

4、MAC层的功能

将上一层交下来的数据封装成“帧”进行发送，接收时进行相反的过程

实现和维护MAC协议

比特差错检测

寻址

5、LLC层的功能

建立和释放数据链路层的逻辑连接

提供与高层的接口

差错控制

给帧加序号

与媒体接入无关的部分都集中在逻辑链路控制LLC子层。

6、指示原语和请求原语

指示原语是服务提供者向服务用户表示某种状态服务。

请求原语是服务用户向服务提供者请求指定的服务。

7、适配器的重要功能：

进行串行/并行转换。

对数据进行缓存。

在计算机的操作系统安装设备驱动程序。

实现以太网协议。

8、CSMA/CD协议。

载波监听多点接入/碰撞检测

9、曼彻斯特编码。

差分曼彻斯特编码：

在信号位开始时不改变信号极性，表示逻辑"1"

在信号位开始时改变信号极性，表示逻辑"0"；

10、电磁波在1km电缆的传播时延约为（5）us。

11、以太网的争用期。

争用期内可发送多少字节。

512bit，即64字节。

12、截断二进制指数退避算法。

13、帧间最小间隔。

9.6微秒

14、以太网规定：

最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

15、局域网技术的三要素

拓扑结构、传输介质、介质访问控制方法

16、介质访问控制方法要解决的三个问题

该哪个节点发送？

发送时会不会出现冲突？

出现冲突怎么办？

1、10BASE-T的含义以及传输距离。

10代表10Mbps的数据率；BASE表示连接线上的信号是基带信号；T代表双绞线；

10BASE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m。

2、争用期

3、关于物理地址

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。

4、发往本站的帧

单播帧（一对一）

广播帧（一对全体）

多播帧（一对多）

5、以太网的两个标准

DIXEthernetV2标准（最常用）

IEEE的802.3标准

6、帧长度和帧中数据的长度

有效的MAC帧长度为64～1518字节之间。

数据字段的长度不在46～1500字节之间。

7.适配器的重要功能：

进行串行/并行转换。

对数据进行缓存。

在计算机的操作系统安装设备驱动程序。

实现以太网协议。

8、碰撞域和广播域。

广播所能覆盖的范围就叫做广播域

在以太网中，如果某个CSMA/CD网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域。

如果以太网中的各个网段以集线器连接，因为不能避免冲突，所以它们仍然是一个冲突域。

9、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。

10、网桥的工作原理和特点是什么？

网桥与转发器以及以太网交换机有何异同？

答：

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

转发器工作在物理层，它仅简单地转发信号，没有过滤能力

以太网交换机则为链路层设备，可视为多端口网桥

11、使用网桥带来的好处

过滤通信量。

扩大了物理范围。

提高了可靠性。

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。

12、使用网桥带来的缺点

存储转发增加了时延。

在MAC子层并没有流量控制功能。

具有不同MAC子层的网段桥接在一起时延更大。

网桥只适合于用户数不太多（不超过几百个）和通信量不太大的局域网。

13、网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法。

14、转发表的建立过程。

自学习功能。

15、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。

16、虚拟局域网的组网方法

基于端口号；基于MAC地址；基于路由；基于策略

17、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4章网络层

1、理解网络层提供的两种服务。

虚电路服务数据报服务

2、网络层协议分布及每个协议的作用。

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

网际控制报文协议ICMP

网际组管理协议IGMP

3、将网络互连的中间设备。

中间设备又称为中间系统或中继（relay）系统。

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）。

4、虚拟互连网。

5、IP地址。

6、IP地址与硬件地址的区别。

IP地址和硬件地址的区别：

⑴IP地址放IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部；

⑵在网络层和网络层以上使用IP地址，数据链路层及以下使用硬件地址。

7、ARP和RARP。

IP地址→ARP→物理地址

物理地址→RARP→IP地址

8、IP数据报首部格式及首部检验和的计算。

一个IP数据报由首部和数据两部分组成。

首部的前一部分是固定长度，共20字节，