计算机网络复习

1.网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络
2.网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
3.人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。
4.Internet 和 Internet 的区别
• 以小写字母 i 开始的 internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
• 以大写字母I开始的的 Internet（因特网）则是一个专用名词，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。
5. 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
6. 因特网的组成
   (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。
   (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）。
7.两种通信方式
• 客户服务器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式
• 对等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 
8. 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
9. 电路交换的三个阶段：建立连接, 通信, 释放连接
10. 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
11.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。  
12 分组交换带来的问题
• 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
     分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销   
13.几种不同类别的网络:
– 广域网 WAN (Wide Area Network)
– 局域网 LAN (Local Area Network)
– 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
– 个人区域网 PAN (Personal Area Network)
不同使用者的网络:
– 公用网 (public network)
– 专用网 (private network)

14.  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 binary digit，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(data rate)或比特率(bit rate)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。 
15.  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)
总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
16.五层协议的体系结构
• 应用层(application layer)
• 运输层(transport layer)
• 网络层(network layer)
• 数据链路层(data link layer)
• 物理层(physical layer)
第二章  物理层
1.数据在计算机中多采用并行传输方式
2.物理层的特性
• 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。
信道复用技术
1.频分复用，时分复用和统计时分复用，波分复用，码分复用
第三章    数据链路层 
数据链路层使用的信道主要有：
点对点信道
一对一的点对点通信
广播信道
一对多的广播通信
 数据链路(data link) 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（逻辑的）。
 常用网卡来实现这些协议的硬件和软件。一般的网卡都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。  
 物理层的数据交换单元为二进制比特
 数据链路层的协议数据单元——帧
 网络层中协议数据单元称作IP数据报
 点对点数据链路层通信的主要步骤：
结点A的数据链路层将网络层交下来的IP数据报分别加首部和尾部封装成帧；
   结点A将帧送给结点B；
   若结点B的数据链路层收的帧无差错，则从帧中提取IP数据报上交网络层；否则丢弃该帧
• 数据链路层中传输数据要解决的基本问题
– 封装成帧
– 帧同步（透明传输，采用的是字节填充法）
– 差错控制（检错码、纠错码）
最大传送单元（MTU）


– 纠错码（检错码）
• CRC循环冗余检验
• （n,k）码
• 简洁实用的异或(XOR)
– 传输过程的差错类型和应对策略
• 帧丢失、帧重复、帧失序
• 帧编号、确认、重传
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 (Point-to-Point Protocol)
• PPP协议应该满足的需求
– 简单
– 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 
• PPP协议的透明传输
– 异步传输
• 将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5E)。
• 若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列(0x7D, 0x5D)。
• 若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变。
– 同步传输
• 若使用同步传输（一连串的比特连续传送）。这时 PPP 协议采用零比特填充方法来实现透明传输。
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

• 媒体共享技术
– 静态划分信道
• 频分复用
• 时分复用
• 波分复用
• 码分复用
– 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
– 为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：
– 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
适配器的作用
– 串并转换
– 对数据进行缓存
– 实现以太网协议
因此，以太网采取的协调方法是一种特殊的协议——CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测)
– 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。
– “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。

• 争用期
– 将总线上单程端到端传播时延记作t
– 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 t （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。
– 以太网的端到端往返时延 2 t称为争用期，或碰撞窗口。
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
争用期的长度
– 以太网取 51.2 ms 为争用期的长度。
– 对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。
– 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 2t。
• 定义重传次数 k ，k £ 10，即
                 k = Min[重传次数, 10]
• 从整数集合[0,1,…, (2k -1)]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
• 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。
强化碰撞
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(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。
集线器实质上是一个多接口的转发器，仅仅简单的转发比特，工作在物理层，不进行碰撞检测

无效的MAC帧
– 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。
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
• 数据链路层扩展以太网
– 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
• 网桥的优点
– 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10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网
网桥的缺点
– 存储转发增加了时延。
– 在MAC 子层并没有流量控制功能。
– 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。 
高速以太网
100BASE-T以太网
  100代表最高速率为100MB/S ，T指的是双绞线
1000BASE-X/SX/LX/Cx以太网
  X代表是光纤,SX代表短波长，LX长波长，CX铜线。
                     第四章：网络层



• 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(binary trie)。
网际控制报文协议 ICMP
• PING 用来测试两个主机之间的连通性。
• PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。
• PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过运输层的 TCP 或UDP。
• 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。（RIP、OSPF）
• 外部网关协议EGP (External Gateway Protocol)。自治系统间使用的路由选择协议。（BGP-4）
• 工作原理
• RIP 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。
• RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。
• 从一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。
• 从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加 1。
• RIP 协议中的“距离”也称为“跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。
• 这里的“距离”实际上指的是“最短距离”，
• RIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。
• RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由器。
• “距离”的最大值为16 时即相当于不可达。可见 RIP 只适用于小型互联网。
• RIP 不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP 选择一个具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在另一条高速(低时延)但路由器较多的路由。  
• 仅和相邻路由器交换信息。
• 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。
• 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。
•

• RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小。
• RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）。
• 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。  
• RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。
OSPF 使用的是可靠的洪泛法
因此当互联网规模很大时，OSPF 协议要比距离向量协议 RIP 好得多
外部网关协议 BGP
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。
BGP 协议交换路由信息的结点数量级是自治系统数的量级，
路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组
多播使用组地址—— IP 使用 D 类地址支持多播。多播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址。 
虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT虚拟专用网 VPN
                                 第五章
运输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用
户功能中的最低层。
运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP
当运输层采用面向连接的 TCP 协议时，尽管下面的网络是不可靠的（只提供尽最大努力服务），但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道。
当运输层采用无连接的 UDP 协议时，这种逻辑通信信道是一条不可靠信道
• TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment)
• UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报。
在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口.
路由器或交换机上的端口是硬件端口。
UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了很少一点的功能，即端口的功能和差错检测的功能
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