计算机网络第5版重点知识总结.docx

1、计算机网络第5版重点知识总结第一章 1、因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)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。2、两种通信方式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：C/S 方式 和P2P 方式（Peer-to-Peer，对等方式）。3、因特网的核心部分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）。因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，

2、而主机处在因特网的边缘部分。在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。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(packet switching)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。4、电路交换电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段：建立连接、通信、释放连接。5、网络的分类 不同作用范围的网络 广域网 WAN (Wide Area

3、Network) 局域网 LAN (Local Area Network) 城域网 MAN (Metropolitan Area Network) 个人区域网 PAN (Personal Area Network) 从网络的使用者进行分类 公用网 (public network) 专用网 (private network) 用来把用户接入到因特网的网络 接入网 AN (Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网。 注：由 ISP 提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。6、计算机网络的性能指标 速率 带宽 吞吐量 时延(delay 或 latency)传输

4、时延（发送时延) 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。 注：信号传输速率（即发送速率）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。总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+处理时延 时延带宽积利用率 分为信道利用率和网络利用率。信道利用率某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。网络利用率全网络的信道利用率的加权平均值。注：信道利用率并非越高越好。7、网络协议(network protoco

5、l)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。其组成要素有以下三点：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。 八、实体、协议、服务和服务访问点 实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是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。 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之

6、间通信的规则。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。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 (Service Access Point)。9、TCP/IP的体系结构路由器在转发分组时最高只用到网络层，而没有使用运输层和应用层。 第二章 物理层一、物理层的基本概念物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性，即： 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

7、、几个术语数据(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。 三、 有关信号的几个基本概念 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。 四、基带信号和调制基带信号往往包含有较多的

8、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。 5、导向传输媒体双绞线、同轴电缆、光缆 、无线信道。 六、信道复用技术复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。 复用技术的分类：频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)时分复用TDM(Time Division Mult

9、iplexing) 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 码分复用 CDM(Code Division Multiplexing)第三章 数据链路层1、数据链路层使用的信道分类数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：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。2、各层传输的数据单位网络层：IP数据报（或IP分组）数据链路层：帧物理层：比特三、数据链路层传输数据时的三个基本问题 (1) 封装成帧(framing)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。首部和尾部的一个

10、重要作用就是进行帧定界。(2) 透明传输(3) 差错控制 四、点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP。用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用 PPP 协议。 1. PPP 协议应满足的需求 简单这是首要的要求 封装成帧 透明性 多种网络层协议 多种类型链路 差错检测 检测连接状态 最大传送单元 网络层地址协商 数据压缩协商 2. PPP 协议不需要的功能 纠错 (只需要检测有无错，而不需纠错) 流量控制 序号 多点线路 半双工或单工链路 3.PPP 协议有三个组成部分 1) 一个将 IP 数据报封装到

11、串行链路的方法。2) 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。3) 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。 4.PPP 协议之不使用序号和确认机制.5、媒体共享技术1. 静态划分信道1) 频分复用2) 时分复用3) 波分复用4) 码分复用 2. 动态媒体接入控制（多点接入）1) 随机接入2) 受控接入 ，如多点线路探询(polling)，或轮询。 6、以太网的两个标准 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。7、数据链路层的两个子层

12、逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。与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,如下图所示：局域网对 LLC 子层是透明的注意：1. 由于 TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。2. 很多厂商生产的适配器上就仅装有 MAC 协议而

13、没有 LLC 协议。 3. 所以我们以后一般不考虑 LLC 子层 。8、以太网提供的服务 以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。 当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正由高层来决定。 如果高层发现丢失了一些数据而进行重传，但以太网并不知道这是一个重传的帧，而是当作一个新的数据帧来发送。 以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码。图 曼彻斯特编码方式9、载波监听多点接入/冲突检测（CSMA/CD） CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。 “多点

14、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。 “冲突检测”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，表明产生了冲突。检测到碰撞后 在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真

15、，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。重要特性 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。 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。 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。 10、以太网的 MAC 层1、48 位的 MAC 地址在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址，共48位，其前3个字节（即高24位）用于标识不同的生产厂家，后3个字节（即低24位）由厂家自行指派，用于

16、标识产品号。2、从网络上发往本站的帧分为以下3种:1) 单播(unicast)帧（一对一）2) 广播(broadcast)帧（一对全体）3) 多播(multicast)帧（一对多）3、 MAC 帧的格式常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ：1) DIX Ethernet V2 标准2) IEEE 的 802.3 标准最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式,如下：4、帧间最小间隔 帧间最小间隔为 9.6 s，相当于 96 bit 的发送时间。 一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待 9.6 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。

17、5、 多接口网桥以太网交换机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。 以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。 交换机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。 以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。11、虚拟局域网 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。 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。 虚拟局域网其实只是局

18、域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。 虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息(即“广播风暴”)而引起性能恶化。 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。第四章 网络层12、 网络层提供的两种服务 网络层提供两种类型的的服务，即：虚电路服务和数据报服务。 面向连接的通信方式 建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源。 图示 虚电路服务虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，

19、而并不是真正建立了一条物理连接。请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序到达终点。 无连接的通信方式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图示 数据报服务13、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四个协议： 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol) 逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Pro

20、tocol) 网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)注：ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。 网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)十四、网际层的 IP 协议及配套协议注：ICMP 网际控制报文协议15、网络互相连接起来要使用一些中间设备 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)、中继器。 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)。 网桥和路由器的混合物：桥路器(b

21、router)。 网络层以上的中继系统：网关(gateway)。 十六、网络互连使用路由器 当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而 这仍然是一个网络。 网关由于比较复杂，目前使用得较少。 互联网都是指用路由器进行互连的网络。 由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的文献将网络层使用的路由器称为网关。 路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。 路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 17、分类 IP 地址 每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则

22、是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。两级的 IP 地址可以记为：IP 地址 := , ， := 代表“定义为”IP 地址中的网络号字段和主机号字段 常用的三种类别的 IP 地址IP 地址的一些重要特点 (1) IP 地址是一种分等级的地址结构(2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。 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。这种主机称为多归属主机(multihomed host)。 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

23、），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。(4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，无论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。十八、IP 地址与硬件地址 网络层及以上使用 IP 地址路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择 链路层及以下使用MAC地址在具体的物理网络的链路层只能看见 MAC 帧而看不见 IP 数据报 19、地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP1、ARP不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据

24、帧时，最终还是必须使用硬件地址。 每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，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。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。 ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把

25、分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。2、RARP逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址。这种主机往往是无盘工作站。 因此 RARP协议目前已很少使用。二十、查找路由表 在路由表中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址）.根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这样做的结果是：IP 数据报最终一定可以找到目的主机所在目的网络上的路由器（可能要通过多次的间接交付）。只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机进行直接交付。 二十一、划分子网(subnetting) 从 1985 年起在 IP 地址中又

26、增加了一个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。这种做法叫作划分子网(subnetting) 。划分子网已成为因特网的正式标准协议。 划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个 位。IP地址 := , , 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目 的

27、子网。最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。 子网掩码从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。 IP 地址的各字段和子网掩默认子网掩码二十二、因特网的路由选择协议1、 有关路由选择协议的几个基本概念: 理想的路由算法算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单。 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，要有自适应性。 算法应具有稳定性。 算法应是公平的。 算法应是最佳的。2、 关于“最佳路由” 不存在一种绝对的最佳路由算法。所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的

28、较为合理的选择而已。实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。 路由选择是个非常复杂的问题它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。 3、从路由算法的自适应性考虑：静态路由选择策略即非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。 动态路由选择策略即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。 4、因特网中的两大类路由选择协议：内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol)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

29、最多，其具体的协议有多种，如 RIP 和 OSPF 协议：RIP: Routing Information Protocol 路由信息协议RIP 协议的三个要点：1.仅和相邻路由器交换信息。 2.交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。 3.按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。OSPF：Open Shortest Path First 开放最短路径优先外部网关协议EGP (External Gateway Protocol) 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

30、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。BGP：Border Gateway Protocol 边界网关协议BGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。边界网关协议 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（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由。二十四、 专用地址（本地地址）和全球地址本地地址仅在机构内部使用的 IP 地址，可以由本机构自行分配，而不需要向因特网的管理机构申请。全球地址全球唯一的IP地址，必须向因特网的管理机构申请。 专用地址（Private Address）10.0.0.0 到 10.255.255.255172.16.0.0 到 172.31.255.255192.168.0.0 到 192.168.255.255这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能