福建师范大学《计算机网络》期末总复习资料.docx
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福建师范大学《计算机网络》期末总复习资料
期末总复习
Ch1概述
【不要求：
1.1~1.5】
1、计算机网络的性能指标：
速率比特为单位Kb/s（K=10^3）Mb/SGb/S依次类推为额定速率或者标称速率
带宽最高数据率：
b/s，kb/s（K=2^10，M=2^20）
吞吐量单位时间内通过某个网络的数据量
时延发送时延=数据帧长度（b）/发送速率（b/s）
传播时延=信道长度（m）/信道上传播速率（m/s）
处理时延、排队时延
时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
时延带宽积=传播时延×带宽
往返时间RTT
利用率及其计算
D：
网络当前时延D0：
网络空闲时时延U：
利用率
P18~22
2、OSI/RM七层协议：
应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层
网络协议及其三要素：
语义、语法、同步
划分层次及其好处，体系结构，实体、协议、服务和服务访问点。
分层好处：
“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。
体系结构：
OSI七层协议TCP/IP四层协议五层协议
实体：
任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
协议：
控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则集合
服务和服务访问点：
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。
要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
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。
P24~31
3、P27图1-16：
计算机网络体系结构的三种分层方法。
4、课后习题P33~35
Ch2物理层
1、物理层描述的特性：
机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。
P36
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。
2、通信系统的三大部分：
源系统，传输系统，目的系统。
P37
3、消息，数据，信号，信号的分类（模拟信号，数字信号）。
P37
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。
“数字的”（digital）——代表消息的参数的取值是离散的。
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。
4、通信双方信息交互的三种基本方式：
单向通信，双向交替通信，双向同时通信。
P38
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。
5、基带信号，带通信号，基带调制，带通调制及其常用的方法（调幅AM，调频FM，调相PM）P38
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）。
带通调制：
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。
6、信噪比S/N，度量单位为分贝dB，转换公式：
P39
7、香农公式：
P40
8、传输媒体【了解】P40~47
9、信道复用技术：
频分复用，时分复用，统计时分复用，波分复用，码分复用。
P47~53
频分复用（FDM）：
频分复用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（TDM）：
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。
统计时分复用（STDM）：
波分复用（WDM）：
波分复用就是光的频分复用。
码分复用（DMA）：
常用的名词是码分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）。
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。
这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。
10、脉码调制PCM及其计算。
P53~54
11、宽带接入技术【了解】P56~61
12、课后习题
Ch3数据链路层
【不要求：
3.6~3.7，字节填充P73】
1、数据链路层使用的信道主要有两种类型：
点对点信道，广播信道。
P63
点对点信道：
这种信道使用一对一的点对点通信方式。
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
2、链路，数据链路，帧。
P64
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。
一条链路只是一条通路的一个组成部分。
数据链路（datalink）
a）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。
b）现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。
c）一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
帧：
常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。
3、数据链路层三个基本问题：
封装成帧，透明传输，差错检测（循环冗余检验CRC的计算）P65~70
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。
透明传输：
转义字符：
ESC的使用
差错检验：
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。
在发送端，先把数据划分为组。
假定每组k个比特。
假设待传送的一组数据M=101001（现在k=6）。
我们在M的后面再添加供差错检测用的n位冗余码一起发送。
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。
4、点对点协议PPP：
了解PPP协议特点（3.2.1），掌握PPP协议的帧格式（3.2.2）、了解PPP协议的工作状态（3.2.3）。
P70~76
PPP协议有三个组成部分
a）一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
b）链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）。
c）网络控制协议NCP（NetworkControl）
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、媒体共享技术：
静态划分信道，动态媒体接入控制。
P77
静态划分信道
a）频分复用
b）时分复用
c）波分复用
d）码分复用
动态媒体接入控制（多点接入）
e）随机接入随机接入的特点是所有的用户可随机的发送信息。
但如果恰巧有两个或更多用户在同一时间发送信息，那么在共享媒体上就要产生碰撞（即冲突），使得这些用户的发送都失败。
因此必须有解决碰撞的协议
f）受控接入受控接入的特点是用户不能随机的发送信息而必须服从一定的控制。
这
类的典型代表有分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探询，或称为轮询
6、载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD（双向交替通信），争用期（10Mb/s以太网，512比特时间），截断二进制指数退避，最短帧长（64字节），人为干扰信号，帧间最小间隔。
P79~83
CSMA/CD表示CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection。
1）“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。
2）“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。
3）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。
争用期：
1）最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间2（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。
2）以太网的端到端往返时延2称为争用期，或碰撞窗口。
3）经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。
4）以太网取51.2s为争用期的长度。
5）对于10Mb/s以太网，在争用期内可发送512bit，即64字节。
6）以太网在发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。
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。
确定基本退避时间，一般是取为争用期2。
定义重传次数k，k10，即
k=Min[重传次数,10]
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。
当重传达16次仍不能成功时即丢弃该帧，并向高层报告。
最短有效帧长：
1）如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。
2）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。
3）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。
帧间最小间隔：
帧间最小间隔为9.6us，相当于96比特时间，这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接受缓存来得及清理，做好接受下一帧的准备。
7、以太网的信道利用率：
（1）参数a，单程端到端时延τ与帧的发送时间T0之比：
；
（2）极限信道利用率：
（理想状态，无任何碰撞的情况）。
P85~86
8、MAC层的硬件地址MAC-48，MAC帧的格式，前同步码，帧开始定界符。
P89~90
MAC-48:
IEEE的注册管理机构RA负责向厂家分配地址字段的前三个字节（即高位24位）。
地址字段中的后三个字节（即低位24位）由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址。
MAC帧格式：
帧开始定界符：
在帧的前面插入的8字节中的第一个字段共7个字节，是前同步码，用来迅速实现MAC帧的比特同步。
第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC帧。
前同步:
为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比MAC帧还多8个字节
9、扩展交换机以太网：
物理层扩展，数据链路层扩展。
两种扩展碰撞域的区别。
P91~93
集线器：
在物理层工作形成一个更大的碰撞域
网桥：
在数据链路层工作，使各网段称为隔离开的碰撞域
10、透明网桥，源路由网桥，多接口网桥（以太网）。
P94~100
透明网桥：
目前使用得最多的网桥是透明网桥（transparentbridge）。
“透明”是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。
透明网桥是一种即插即用设备，其标准是IEEE802.1D。
源路由网桥：
透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。
源路由（sourceroute）网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。
源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。
发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。
源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。
凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。
多接口网桥：
以太网交换机通常都有十几个接口。
因此，以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。
11、高速以太网：
速率的提高对保证参数a值采取的措施：
网段的最大电缆长度以及最短帧长的处理，帧间最小间隔。
P100~102
100BASE-T以太网的特点：
可在全双工方式下工作而无冲突发生。
因此，不使用CSMA/CD协议。
MAC帧格式仍然是802.3标准规定的。
保持最短帧长不变，但将一个网段的最大电缆长度减小到100m。
帧间时间间隔从原来的9.6s改为现在的0.96s。
12、课后习题
Ch4网络层
【不要求：
4.6】
1、了解网络层提供的两种服务（虚电路服务和数据报服务）之间的区别。
P108~110
2、重点掌握IP地址编址方法的三个阶段：
（1）分类的IP地址。
P113~117
A类地址：
B类地址：
C类地址：
D类地址：
（2）划分子网。
P128~135
（IP地址）AND（子网掩码）=网络地址
（3）构造超网（无分类编址CIDR）：
斜线记法P135；地址聚合P137；最长前缀匹配P138；
无分类的两级编址的记法是：
IP地址:
:
={<网络前缀>,<主机号>}（4-3）
CIDR还使用“斜线记法”（slashnotation），它又称为CIDR记法，即在IP地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中1的个数）。
CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。
路由聚合：
1）一个CIDR地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。
2）路由聚合也称为构成超网（supernetting）。
3）CIDR虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码）。
4）对于/20地址块，它的掩码是20个连续的1。
斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。
最长前缀匹配：
1）使用CIDR时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。
在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。
2）应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：
最长前缀匹配（longest-prefixmatching）。
3）网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体（morespecific）。
4）最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。
了解路由表的二叉线索查找法P139~140。
P135~140
当路由表的项目数很大时，怎样设法减小路由表的查找时间就成为一个非常重要的问题。
为了进行更加有效的查找，通常是将无分类编址的路由表存放在一种层次的数据结构中，然后自上而下地按层次进行查找。
这里最常用的就是二叉线索（binarytrie）。
IP地址中从左到右的比特值决定了从根结点逐层向下层延伸的路径，而二叉线索中的各个路径就代表路由表中存放的各个地址。
为了提高二叉线索的查找速度，广泛使用了各种压缩技术。
3、了解IP地址与硬件地址的区别。
P117~119
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。
4、了解地址解析协议ARP（IP->物理地址）和逆地址解析协议RARP（物理地址->IP地址）。
P119~122
5、重点掌握IP数据报的格式：
首部长度，总长度，标志（flag），片偏移，首部检验和。
P122~126
7、理解并运用IP层的分组转发算法，划分子网的情况下路由器转发分组的算法。
P126~128，P133~135
IP层的分组转发算法：
（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）。
（5）若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（6）。
（6）报告转发分组出错。
划分子网的情况下路由器转发分组的算法：
（1）从收到的分组的首部提取目的IP地址D。
（2）先用各网络的子网掩码和D逐位相“与”，看是否和
相应的网络地址匹配。
若匹配，则将分组直接交付。
否则就是间接交付，执行（3）。
（3）若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则将
分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行（4）。
（4）对路由表中的每一行的子网掩码和D逐位相“与”，
若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送
给该行指明的下一跳路由器；否则，执行（5）。
（5）若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表
中所指明的默认路由器；否则，执行（6）。
（6）报告转发分组出错。
7、了解网际控制报文协议ICMP的种类及其相应的两个应用（PING，traceroute）。
P140~144
ICMP种类：
ICMP报文的种类有两种，即ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。
ICMP报文的前4个字节是统一的格式，共有三个字段：
即类型、代码和检验和。
接着的4个字节的内容与ICMP的类型有关。
错误报告报文：
终点不可达、源点抑制（Sourcequench）、时间超过、参数问题、改变路由（重定向）（Redirect）、
8、了解路由选择协议的分类：
内部网关协议IGP（域内路由选择）和外部网关协议EGP（域间路由选择）。
P146
内部网关协议IGP（InteriorGatewayProtocol）即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。
目前这类路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF协议。
外部网关协议EGP（ExternalGatewayProtocol）若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。
这样的协议就是外部网关协议EGP。
在外部网关协议中目前使用最多的是BGP-4。
9、理解并掌握内部网关协议RIP路由信息协议）的距离向量算法。
P148~150
距离向量算法：
收到相邻路由器（其地址为X）的一个RIP报文：
（1）先修改此RIP报文中的所有项目：
把“下一跳”字段中的地址都改为X，并把所有的“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，则把该项目加到路由表中。
否则
若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替换原路由表中的项目。
否则
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，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，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。
（4）返回。
10、了解RIP的报文格式（封装在UDP中）及RIP协议的优缺点（缺点：
好消（息传播得快，坏消息传播得慢）。
P150~152
11、理解内部网关协议OSPF（开放最短路径优先）和RIP的区别。
P152
1）向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。
（OSPF）
2）发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息（OSPF）。
“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”（metric）。
对于RIP，发送的信息是：
“到所有网络的距离和吓一跳路由器”
3）只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。
（OSPF）
12、了解OSPF的报文格式（不使用UDP而是直接用IP数据报传送）。
P153
13、了解OSPF的五种分组类型：
问候（Hello）分组，数据库描述（DatabaseDescription）分组，链路状态请求（LinkStateRequest）分组，链路状态更新（LinkStateUpdate）分组，链路状态确认（LinkStateAcknowledgment）分组。
了解OSPF的基本工作过程。
P154~156
基本工作过程：
14、了解外部网关协议BGP的特点【BGP只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由】。
P157
特点：
1）BGP协议交换路由信息的结点数量级是自治系统数的量级，这要比这些自治系统
中的网络数少很多。
2）每一个自治系统中BGP发言人（或边界路由器）的数目是很少的。
这样就使得自治系统之间的路由选择不致过分复杂。
3）BGP支持CIDR，因此BGP的路由表也就应当包括目的网络前缀、下一跳路由器，以及到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列。
4）在BGP刚刚运行时，BGP的邻站是交换整个的BGP路由表。
但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。
这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销方面都有好处。
15、了解BGP-4的四种报文：
OPEN（打开）报文，UPDATE（更新）报文，KEEPALIVE（保活）报文，NOTIFICATION（通知）报文。
P159
（1）打开（OPEN）报文，用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系。
（2）更新（UPDATE）报文，用来发送某一路由的信息，以及列出要撤消的多条路由。
（3）保活（KEEPALIVE）报文，用来确认打开报文和周期性地证实邻站关系。
（4）通知（NOTIFICATION）报文，用来发送检测到的差错。
在RFC2918中增加了ROUTE-REFRESH报文，用来请求对等端重新通告。
16、理解路由器的结构：
路由选择部分和分组转发部分。
路由选择部分也叫做控制部分，核心构件是路由选择处理机。
分组转发部分由三部分组成：
交换结构，一组输入端口和一组输出端口。
而交换结构是路由器的关键构件。
P161~162
17、理解“转发”和“路由选择”的区别。
P161
“转发”和“路由选择”的区别：
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