计算机网络第六版常考知识点总结.docx
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计算机网络第六版常考知识点总结
1.5855网络的组成
网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。
（21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代）
2.互联网（因特网）的组成
网络（network）由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。
网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或者路由器等。
互联网是“网络的网络”（networkofnetworks）。
连接在因特网上的计算机都称为主机（host）。
网络把许多计算机连接在一起，因特网则把许多网络连接在一起。
3.因特网发展的三个阶段
第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。
1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议。
人们把1983年作为因特网的诞生时间
第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。
三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。
第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。
出现了因特网服务提供者ISP（InternetServiceProvider）。
信号传输速率
ISP
ISP可以从因特网管理机构申请到很多的IP地址，同时拥有通信线路以及路由器等连网设备，用户通过向ISP获取IP地址，接入因特网上网。
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:
主干ISP、地区ISP、本地ISP。
主干ISP由几个专门的公司创建和维持，服务面积最大（一般都能覆盖到国家范围）并且拥有高速主干网。
有一些地区ISP网络也可以直接与主干ISP相连
地区ISP是一些较小的ISP。
这些地区ISP通过一个或多个主干ISP连接起来。
它们位于等级的第二层，数据率也低一些。
本地ISP给端用户提供直接的服务。
可以连接到主干ISP或者地区ISP
4.因特网正式标准的四个阶段
因特网草案（InternetDraft）——在这个阶段还不是RFC文档。
建议标准（ProposedStandard）——从这个阶段开始就成为RFC文档。
草案标准（DraftStandard）
因特网标准（InternetStandard）
5.“三网”的概念
电信网络可向用户提供电话、电报、以及传真等服务。
有线电视网络可向用户提供各种电视节目。
计算机网络则可以使用户能够迅速传送数据文件，以及网络上查找并获取各种有用的资料，包括图像和视频文件。
5.因特网按工作方式的划分及组成和作用
从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：
（1）边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成。
这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。
这些主机又称为端系统（endsystem）。
“主机A和主机B进行通信”，实际上是指：
“运行在主机A上的某个进程和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。
即“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。
或简称为“计算机之间通信”
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：
客户服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式
客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程。
客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。
对等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式
对等连接（peer-to-peer，简写为P2P）是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。
双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。
（2）核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。
这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。
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）。
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。
6.路由器处理分组的过程
路由器处理分组的过程是：
把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；
把分组送到适当的端口转发出去。
8.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。
9.网络性能指标
1.速率
比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。
Bit来源于binarydigit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个1或0。
速率即数据率（datarate）或比特率（bitrate）是计算机网络中最重要的一个性能指标。
速率的单位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等
速率往往是指额定速率或标称速率。
2.带宽
“带宽”（bandwidth）本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s（bit/s）。
常用的带宽单位：
更常用的带宽单位是
千比每秒，即kb/s（103b/s）
兆比每秒，即Mb/s（106b/s）
吉比每秒，即Gb/s（109b/s）
太比每秒，即Tb/s（1012b/s）
请注意：
在计算机界，K=210=1024M=220,G=230,T=240
3.吞吐量
吞吐量（throughput）表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
4.时延（delay或latency）
发送时延：
发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。
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。
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。
信号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。
排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。
数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。
5.时延带宽积
时延带宽积=传播时延带宽
链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
6.利用率
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。
网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
信道利用率并非越高越好。
（有上限）
7.往返时间RTT
10.延时的种类（总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延）具体见上面。
。
的七层结构
1物理层—2数据链路层—3网络层—4运输层—5会话层—6表示层—7应用层
IP结构，每层的协议
1网络接口层—2网际层（IP）—3运输层（TCP或UDP）—4应用层（各种应用层协议如TELNETFTPSMTP等）
13.物理层特性
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。
14.通信模型构成
一个数据通信系统模型可分为三大部分：
源系统（发送端、发送方），传输系统（传输网络），目的系统（接收端、接收方）
源系统包括两个部分：
源点：
源点设备产生要提供的数据，源点又称为源站，信源。
发送器：
源点产生的数字比特流要通过发送器编码后才能在传输系统中进行传输。
目的系统包括两个部分：
接收器：
接收传输系统发送过来的信号并把它转换成为能够被目的设备处理的信息。
典型的接收器是调节器，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，提取出在发送端置入的信息，还原出在发送端产生的数字比特流。
终点：
终点设备从接收器获取传送过来的数字比特流，然后把信息输出，终点又称目的站，信宿。
15.模拟通信和数字通信的区别
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。
用户家中的调制调节器到电话端局之间的信号就是模拟信号。
“数字的”（digital）——代表消息的参数的取值是离散的。
PC到调制调解器，在电话网中继线上传送的就是数字信号。
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。
16.单工通信，双工通信，半双工通信概念举例
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。
17.基带通信和带通通信
基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。
像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
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。
因此必须对基带信号进行调制（modulation）。
带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
18.调制的概念，二元调制分类及各个特点
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。
19.码间串扰概念
20.信噪比和香农公式
信噪比：
信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N,并用分贝（dB）作为计量单位。
即：
信噪比（dB）=10log10（S/N）（dB）
香农（Shannon）用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。
信道的极限信息传输速率C可表达为
C=Wlog2（1+S/N）b/s
W为信道的带宽（以Hz为单位）；
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。
信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
若信道带宽W或信噪比S/N没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率C也就没有上限。
实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少
对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有办法提高信息的传输速率。
这就是用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。
，TDM，WDM,CDMA会计算（见书上50页）
频分复用（FDM）的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）
时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。
每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。
每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）。
时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
波分复用就是光的频分复用。
码分复用CDM各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。
每个站被指派一个唯一的mbit码片序列。
如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。
如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。
例如，S站的8bit码片序列是00011011。
发送比特1时，就发送序列00011011，
发送比特0时，就发送序列。
S站的码片序列：
（–1–1–1+1+1–1+1+1）
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（orthogonal）
在实用的系统中是使用伪随机码序列。
令向量S表示站S的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。
两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积（innerproduct）都是0：
令向量S为（–1–1–1+1+1–1+1+1），向量T为（–1–1+1–1+1+1+1–1）。
把向量S和T的各分量值代入上式就可看出这两个码片序列是正交的。
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。
一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是–1。
的简述（非对称数字用户线）
ADSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。
标准模拟电话信号的频带被限制在300~3400Hz的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过1MHz。
ADSL技术就把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。
ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的线径。
（用户线越细，信号传输的衰弱就越大）也与用户线的信噪比有关。
（ADSL在用户线的两端各安装一个ADSL调制调解器）
23.帧的三个问题（数据链路层传送的是帧）
（1）封装成帧
封装成帧（framing）就是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。
确定帧的界限。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
（2）透明传输（字节填充法）
发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”（其十六进制编码是1二进制是00011011）。
字节填充（bytestuffing）或字符填充（characterstuffing）——接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。
如果转义字符也出现数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符。
当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。
（3）差错控制
在传输过程中可能会产生比特差错：
1可能会变成0而0也可能变成1。
在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER（BitErrorRate）。
误码率与信噪比有很大的关系。
为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。
24.循环冗余检测的概念（是否考冗余码的计算）
在传输过程中可能会产生比特差错：
1可能会变成0而0也可能变成1。
在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER（BitErrorRate）。
误码率与信噪比有很大的关系。
为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。
帧的结构
PPP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。
链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）。
网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）。
PPP协议的帧格式：
标志字段F=0x7E（符号“0x”表示后面的字符是用十六进制表示。
十六进制的7E的二进制表示是01111110）。
地址字段A只置为0xFF。
地址字段实际上并不起作用。
控制字段C通常置为0x03。
PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节。
PPP有一个2个字节的协议字段。
当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报。
若为0xC021,则信息字段是PPP链路控制数据。
若为0x8021，则表示这是网络控制数据。
CA（二进制指数类型退避算法）详情见书83页
载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD
“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。
“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。
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）。
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，表明产生了碰撞。
所谓“碰撞”就是发生了冲突。
因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。
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。
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。
二进制指数类型退避算法
发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。
基本退避时间取为争用期2。
从整数集合[0,1,…,（2k1）]中随机地取出一个数，记为r。
重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。
参数k按下面的公式计算：
k=Min[重传次数,10]
当k10时，参数k等于重传次数。
当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。
如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。
由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。
以太网规定了最短有效帧长为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。
当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时：
立即停止发送数据；
再继续发送若干比特的人为干扰信号（jammingsignal），以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。
帧的格式
常用的以太网MAC帧格式有两种标准：
DIXEthernetV2标准
IEEE的标准
最常用的MAC帧是以太网V2的格式。
以太网V2的MAC帧格式（P92自行阅读）
无效的MAC帧
数据字段的长度与长度字段的值不一致；
帧的长度不是整数个字节；
用收到的帧检验序列FCS查出有差错；
数据字段的长度不在46~1500字节之间。
有效的MAC帧长度为64~1518字节之间。
对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。
以太网不负责重传丢弃的帧。
帧间最小间隔
帧间最小间隔为s，相当于96bit的发送时间。
一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待s才能再次发送数据。
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。
28.网桥和自学习算法（详情95页）
在数据链路层扩展局域网是使用网桥。
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
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。
网桥使各网段成为隔离开的碰撞域
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，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。
这就是所谓的广播风暴。
网桥和集线器（或转发器）不同
集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。
网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法。
若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。
自学习算法
若从A发出的帧从接口x进入了某网桥，那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到A。
网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口，作为转发表中的一个项目。
在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面。
在转发帧时，则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的。
这时就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址，而把记下的进入接口当作转发接口。
网桥收到一帧后先进行自学习。
查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。
如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。
如有，则把原有的项目进行更新。
转发帧。
查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。
如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除外）按进行转发。
如有，则按转发表中给出的接口进行转发。
若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。
地址的分类，点分十进制
我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。
IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。
地址与硬件地址区别、
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是在网络层以及以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（用软件实
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