计算机网络期末考试的总结.docx
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计算机网络期末考试的总结
计算机网络期末考试总结
第一章：
概述
（1）计算机网络：
把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络连在一起，是网络的网络，因特网是全球最大的互联网。
（2）internet是通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
在这些网络之间的通信协议（即通信规则）可以是任意的。
（3）Internet是专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。
（4）三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。
因特网的五个接入级：
网络接入点NAP，国家主干网（ISP），地区ISP，本地ISP，校园网、企业或PC机上网用户。
（5）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。
作用：
信息处理
通信方式可划分为两大类：
客户服务器方式（C/S方式），对等方式（P2P方式）
a.客户服务器方式:
（客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方）
客户程序的特点:
被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。
因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统.
服务器程序的特点:
一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
服务器程序不需要知道客户程序的地址。
需要强大的硬件和高级的操作系统支持.
b.对等连接方式:
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。
可实现共享文档。
2）核心部分作用：
要向网络边缘中的大量主机提供连通性
路由器：
实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组。
交换：
就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
a.电路交换（面向连接）：
建立连接、通信、释放连接
特点：
在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。
传输效率低。
整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在管道中传送。
b.报文交换：
整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
（时延长）
c.分组交换：
分组：
在发送报文之前，先把较长的报文划分为一个个更小的等长数据段。
每一个数据段前面添加上首部构成分组。
首部都含有地址等控制信息
分组交换网以“分组”作为数据传输单元，单个分组先传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
（时延短，灵活性）
（6）计算机网络的分类
1）按网络所使用的传输技术:
点到点网络和广播式网络。
2）按网络的覆盖范围:
局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）、个人区域网（PAN）
3）按所使用的传输媒体:
同轴电缆网、双绞线网、光纤网、微波网、红外线网、无线网等。
4）按网络使用者:
公用网、专用网、私用网。
5）按拓扑结构：
总线形网、星形网、环形网、树形网、网状形网、混合形网
6）按信息交换方式：
电路交换网、报文交换网、分组交换网。
（7）计算机网络的性能指标
1）速率:
单位:
b/s，或kb/s，Mb/s，Gb/s
主机在数字信道上传送数据的速率：
数据率/比特率
2）带宽:
数字信道所能传送的“最高数据率”
网络的通信线路数据传送的能力
3）吞吐量：
在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
4）时延:
（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要的时间。
时延包含：
发送时延、传播时延、处理时延和排队时延
a.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。
b.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。
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）时延带宽积
6）往返时间RTT:
从发送方发送数据开始，到发送收到来自接收方的确认，总共经历的时间。
7）利用率:
某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。
（7）计算机网络体系结构：
1）定义：
我们把计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构。
计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义。
2）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。
协议主要是由语法、语义、同步三要素组成。
3）分层：
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。
a.通信是分层的
b.服务是逐层搭建的
c.对等的服务层间遵循相同的规则
d.各层服务细节对外屏蔽
e.各层对其上层屏蔽下层的差异
f.通信要传递两种信息
g.物理通信与逻辑通信:
上层通过下层得到了对方同等层的信息，相当于同层之间也进行了逻辑上的通信。
4）五层协议的体系结构
TCP/IP是四层的体系结构：
应用层、运输层、网际层和网络接口层。
往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。
a.应用层：
任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
应用层的协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。
（http,ftp,smtp）
b.运输层：
任务是负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
（TCP,UDP）
c.网络层：
为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
另一个任务是选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。
（IP）
d.数据链路层：
加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧
e.物理层：
最下面的物理层把比特流传送到物理媒体
4）实体、协议、服务和服务访问点
a.实体:
任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
b.协议:
控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
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，还需要使用下层所提供的服务。
c.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
d.服务：
本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。
第二章：
物理层
（1）物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性：
1）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。
2）电气特性:
指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
3）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.
4）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）一个数据通信系统可划分为三大部分：
源系统（源点和发送器）、传输系统、目的系统（目的站）
通信的目的是传送消息，如语音、文字、图像、视频等都是消息。
数据是运送消息的实体。
信号则是数据的电气或电磁的表现。
根据信号中代表消息的参数的不同：
“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，则代表不同离散数值的基本波形就称为码元。
（3）三种通信基本形式：
信道：
表示向某一方向的传送信息的媒体
根据双方信息交互方式不同，划分为：
1）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。
（无线电广播、有线电广播、电视广播）
2）双向交替通信（半双工通信）：
通信的双方都可以发送/接收信息，但不能同时发送/接收
3）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。
区别：
单向通信只需要一条信道，双向交替通信和双向同时通信需要两条信道（两个方向），双向同时通信效率最高。
（4）几种信号和信号的调制：
1）基带信号:
来自信源的信号。
2）带通信号：
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）
3）调制：
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，通过调制滤除。
a.基带调制：
仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。
变换后的信号仍然是基带信号。
b.带通调制：
把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输
（5）常用的编码方式
1）不归零制：
正电平表示1，负电平表示0（产生信号频率低）
2）归零制：
正脉冲代表1，负脉冲代表0
3）曼彻斯特编码：
用电压的变化表示0和1。
（它具有自同步机制，无需外同步信号）
规定在每个码元的中间发生跳变：
高→低的跳变——0，低→高的跳变——1
4）差分曼彻斯特编码：
用电压的变化表示0和1。
用在码元开始处有无跳变来表示0和1：
码元开始处有跳变——0,码元开始处无跳变——1
10011000111
（5）基本带通调制方法：
1）调幅（AM）：
载波的振幅随基带数字信号而变化。
2）调频（FM）：
载波的频率随基带数字信号而变化。
3）调相（PM）：
载波的初始相位随基带数字信号而变化。
（6）物理层下面的传输媒体:
它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
1）导引型传输媒体：
（双绞线、同轴电缆、光纤）
2）非导引型传输媒体：
（无线、红外、大气激光）
（7）常用的信道复用技术：
将多个信号共享同一线路，即多路信号在同一物理信道中传输。
1）频分复用（FDM）:
整个传输频带被划分为若干个频率通道（频段），每个用户占用一个频段。
频率通道之间留有防护频带。
2）时分复用（TDM）:
将物理信道按时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每个用户占用一个时隙传输数据。
在任意时刻，整个通路上只有一个特定用户的信号，即每个用户交替使用单一信道，多个信号从宏观上同时进行传输。
3）同步时分复用（STDM）:
信道固定时间分配方式，每个时隙分配给固定的用户，任意时刻整个通路上只有一个特定用户的信号。
无论用户使用与否，时隙不会被其它用户占用。
4）异步时分复用（ATDM）:
3）的缺点（某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，造成信道浪费）,可动态分配时隙，避免信道空闲,某一用户申请进行数据传输时再分配时隙，时隙与用户之间无一一对应的关系，任何时隙可被用于传输任一路信号
5）波分复用（WDM）:
波分复用就是光的频分复用。
6）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。
（8）数字传输系统:
最初传输标准是脉码调制PCM体制，现在高速数字传输系统使用同步光纤网SONET（美国标准）或同步数字系列SDH（国际标准）
（9）用户从因特网的宽带接入方法有非对称数字用户线ADSL（用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造），光纤同轴混合网HFC（在有线电视网基础上开发的）和FTTx（光纤入户）
（10）为了有效地利用光纤资源，在光纤干线和用户之间广泛使用无源光网络PON。
无源光网络无须配备电源，在长期运营成本和管理成本都很低。
以太网无源光网络EPON、吉比特无源光网络GPON。
第三章：
数据链路层
1.数据链路层使用的信道：
（1）点对点信道:
这种信道使用一对一的点对点通信方式。
1）结点A的数据链路层把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧。
2）结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层
3）若结点B的数据链路层收到的帧无差错，则从收到的帧中提取出IP数据报上交给上层的网络层；否则丢弃这个帧。
（2）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。
2.数据链路：
（1）链路：
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：
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）帧：
数据链路层传送的协议数据单元
3.三个基本问题：
（1）封装成帧：
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。
目的是使接收端从收到的比特流中能准确地找到帧的开始和结束位置。
（2）透明传输：
就是不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传输。
当所传数据中的比特组合恰好出现了与某一控制信息完全一样时，必须有可靠的措施，使接收方不会误认为是控制信息。
字节填充：
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。
（3）差错检测：
1）比特差错：
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。
2）误码率BER：
在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率（与信噪比有关）
3）循环冗余检验（CRC）:
（CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码）
a.在发送端，先把数据划分为组。
假定每组k个比特。
b.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。
c.步骤：
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；
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。
4）差错判断：
a.若得出的余数R=0，则判定这个帧没有差错，就接受。
b.若余数R不等于0，则判定这个帧有差错，就丢弃。
c.仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受。
d.要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制（通信质量较差）。
4.PPP协议：
2个字节的协议字段
（1）IP数据报：
一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
（2）链路控制协议LCP（LinkControlProtocol）。
PPPoE
（3）网络控制协议NCP（NetworkControlProtocol）。
5.PPP传输：
（1）同步传输链路：
协议规定采用硬件来完成比特填充（和HDLC的做法一样）。
（2）异步传输：
使用一种特殊的字符填充法
（3）特点：
简单；只检测差错，不是纠正差错；不使用序号，不进行流量控制，可同时支持多种网络层协议。
6.局域网优点：
具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。
局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。
便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
7.媒体共享技术：
（1）静态划分信道：
频分复用、时分复用、波分复用、码分复用
（2）动态媒体接入控制（多点接入）：
随机接入；受控接入，如多点线路探询（polling），或轮询。
8.802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：
（1）逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）子层
（2）媒体接入控制MAC（MediumAccessControl）子层。
接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的，但LLC已成为历史。
9.计算机与外界局域网的通信要通过适配器（网络接口/网卡），计算机的硬件地址就藏在适配器的ROM中。
10.以太网采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。
以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。
目的站收到有差错帧就把它丢弃，差错纠正由高层决定。
以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码
11.以太网采用的协议是具有冲突检测的载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD：
协议的实质是载波监听和碰撞检测。
发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据。
在发送时，边发边继续监听。
若监听到冲突，则立即停止发送，并强化冲突。
退避以后，再重新上述过程。
（1）载波监听：
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。
（获取发送权）
（2）碰撞检测：
计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。
（发送中检测信道）
电压摆动值将会增大，产生碰撞。
（3）特点：
1）使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信（不可能同时进行发送和接收）而只能进行双向交替通信（半双工通信）。
2）每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。
3）这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。
（4）争用期：
以太网的端到端往返时延2τ，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。
12.目前以太网基本上都是使用集线器的双绞线以太网。
这种以太网在物理上是星形网，但在逻辑上是总线形网。
集线器工作在物理层，它的每一个接口仅仅简单转发比特，不进行碰撞检测。
13.以太网的硬件地址：
MAC地址实际上就是适配器地址或适配器标识符，与主机所在的地点无关，源地址和目的地址都是48位长。
以太网适配器有过滤功能，适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址。
只接收单播（unicast）帧（一对一），广播（broadcast）帧（一对全体），多播（multicast）帧（一对多）
14.以太网V2的格式：
15.扩展的以太网：
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。
（1）物理层：
使用集线器扩展（使用一对光纤和一对光纤调制解调器）。
（2）数据链路层：
使用网桥扩展（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）。
优点：
1）扩大了物理范围。
因而，也增加了整个以太网上工作站的数量。
2）提高了可靠性。
当网络出现故障时，一般只影响个别网段。
3）可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网。
缺点：
1）存储转发增加了时延。
查找转发表，执行CSMA/CD算法，都会增加时延。
2）具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。
3）在MAC子层并没有流量控制功能。
当网络上负荷很重时，网桥上的缓存空间可能不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现象。
4）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。
16.交换式集线器（以太网交换机/第二层交换机）
一个多接口的网桥，每一个接口都直接与一个单个主机或另一个集线器相连工作在全双工方式。
能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。
交换机的交换方式有三种：
直通；存储转发；碎片隔离。
17.速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网。
吉比特以太网
18.虚拟局域网VLAN：
由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而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。
第四章：
网络层
1.网际协议IP：
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。
2.TCP/IP体系中的网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
网络层不提供服务质量的承诺，不保证分组交付的时限，所传送的分组可能出错、丢失、重复、失序。
进程之间的通信可靠性由运输层负责。
3.中间设备又称为中间系统或中继（relay）系统。
物理层中继系统：
中继器、集线器。
数据链路层中继系统：
网桥或交换机。
网络层中继系统：
路由器。
网络层以上的中继系统：
网关（gateway）。
4.虚拟互连网络：
我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。
当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。
5.分类的IP地址：
网络号字段+主机号字段
6.IP地址是一种分等级的地址结构：
（1）IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。
这样就方便了IP地址的管理。
（2）路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。
7.IP地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。
（1）多归属主机：
当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号net-id必须是不同的。
（2）由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。
（3）按照因特网的观点，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络。
所有分配到网络号net-id的网络，不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。
8.IP地址和物理地址：
IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是逻辑地址，由软件实现的。
MAC地址是数据链路层和物理层使用的物理地址。
IP地址在IP数据报首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。
在数据链路层看不见数据报的IP地址。
9.地址解析协议ARP：
（1）每一个主机都设有一个ARP高速缓存（ARPcache），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。
（2）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。
（3）若查不到，主机A就自动运行ARP协议，然后找到B的硬件地址。
10.使用ARP的四种典型情况：
（1）发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机。
这时用ARP找到目的主机的硬件地址。
（2）发送方是主机，要把IP数据报发送到另一个网络上的一个主机。
这时用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。
剩下的工作由这个路由器来完成。
（3）发送方是路由器，要把IP数据报转发到本网络上的一个主机。
这时用ARP找到目的主机的硬件地址。
（4）发送方是路由器，要把IP数据报转发到另一个网络上的一个主机。
这时用ARP找到本网络上另一个路由器的硬件地址。
剩下的工作由这个路由器来完成。
11.IP数据报的格式：
一个IP数据报由首部和数据两部分组成
（1）首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。
1）版本：
占4位，指IP协议的版本，目前的IP协议版本号为4（即IPv4）
2）首部长度：
占4位，可表示的最大数值是15个单位（一个单位为4字节），IP的首部长度的最大值是60字节。
3）
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