计算机网络复习

复习

计算机网络 复习

第一章 概述

1. 三网： 电信网络，有线电视网络， 计算机网络
   
2. 计算机网络的功能：连通性 共享
3. 网络: 网络由若干个结点和连接这些结点的链路组成
4. 因特网是世界上最大的互联网络
5. ISP (Internet Service Provider) 因特网服务提供者
6. 网络边缘的端系统之间的通信方式: 客户-服务器(C/S)和对等方式(P2P)
   cs: Client/Server p2p: peer to peer

7. 路由器: 实现分组交换的关键构件, 其任务是 转发转收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能

   • 电路交换: 必须经过 "建立连接->通话->释放连接"三个步骤 特点: 在 通话时间内,通话的两个用户始终占用端到端的通信资源
   • 分组交换: 采用存储转发技术
     
     
     特点:
   • 电路交换 ------ 整个报文的比特流 连续的从源点到达终点,好像在一个 管道中传送
   • 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
   • 分组交换 ------ 单个分组(这只是 报文的一部分)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

8. 主机: 为用户进行信息处理, 路由器: 分组转发

9. 计算机网络的定义: 一些互相连接的, 自治的 计算机的集合

10. 网络的分类:
    广域网WAN : Wide Area Network
    城域网MAN : Metropolitan Area Network
    局域网LAN : Local Area Network
    个人区域网PAN : Personal Area Nerwork

11. 计算机网络性能指标: 速率, 带宽, 吞吐量, 时延, 时延带宽积, 往返时间RTT, 利用率

    • 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) / 电磁波在 信道上的传播速率 (m/s)
    • 链路带宽 : 单位时间内从网络中的 某一点到另一点所能通关的最高数据率单位: b/s)
    • 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
    • 时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
    • D = D0/(1-U) 其中u:网络利用率 d:当前网络时延, d0:空闲网络时延 U = 1-(D0/D)

12. OSI Open System InterConnection Reference Model开放系统互连基本参考模型

    • 物理层->数据链路层-> 网络层-> 运输层-> 会话层->表示层 -> 应用层

13. TCP/IP
    Transmission Control Protocol传输控制协议
    Internet Protocol网际协议

    • 网络接口层 -> 网际层(IP)->运输层(TCP/UDP)-> 应用层

14. 网络学习:

    • 应用层: 通过应用进程间的交互来完成特定的网络应用
    • 运输层: 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
    • 网络层: 负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务
    • 数据链路层: 将网络层交下来的IP数据封装成帧,在两个相邻接点的连路上传送帧
    • 比特传输

15. 协议数据单元 Protocol Data Unit : 对等层次之间传送的数据单位
16. 实体: 任何可发送或接受信息的硬件或者软件进程
17. 在协议的控制下, 两个对等实体之间的通信使得本层能够为上一层提供服务. 要实现本层协议, 好需要使用下一层所提供的服务
18. 使用本层服务的实体只能看见服务而看不见协议

第二章 物理层

1. 物理层协议的四大特性: 机械特性 电气特性 功能特性 过程特性
2. 数据通信系统: 源系统, 传输系统, 目的系统
3. 通信方式 : 一个信道 (单工通信 , 半双工通信) 两个信道: 全双工通信

4. 编码

   • 不归零(NRZ): 正电平代表1, 负电平代表0
   • 归零制(RZ) : 正脉冲代表1, 负脉冲代表0
   • 曼彻斯特编码: 位周期中心向上跳代表0, 向下跳代表1 但可以反过来定义
   • 差分曼彻斯特: 在每一位的中心始终都有跳变, 开始边界有 跳变代表0, 不跳代表1

5. 带通调制:

   • 调幅(AM): 振幅随基带数字信号而变化 ------ 如: 0>无载波, 1>有载波
   • 调频(F M): 频率随基带数字信号而变化 ------ 如: 0>f1, 1>f2
   • 调相(PM): 初始相位随信号变化而变化 ------ 如: 0>0°, 1>180°
   • 相对PM: ------------------

6. 理想状态下C = 2W 码元传输数率是信道带宽的两倍

7. 香农公式: C = W*log2(1+S/N)
8. 码元传输速率(即波特率)与比特率的关系 :
   C = Log2(N) * V N 为进制数
9. STPShielede Twisted Pair 屏蔽双绞线
   UTPUnshielede Twisted Pair 非屏蔽双绞线

10. 光纤的特点

    • 传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济
    • 抗尅点和电磁干扰性能好
    • 无串音干扰, 保密性好
    • 体积小,重量轻

11. 光纤: 多模光纤, 单模光纤

12. FDM Frequency Division MultipLexing 频分复用
13. TDM Time Division MultipLexing 时分复用
14. SCDM Statistic Time Division MultipLexing 统计时分复用
15. WDM Wavelength Division Multiplexing 波分复用
16. CDMA Code Division Multiple Access 码分多址
    

    CDMA 发送数据分析
    

第三章 数据链路层

1. 数据链路层的三个基本问题: 封装成帧, 透明传输, 差错检测.

2. 帧定界符

   • SOHStart Of Header 二进制: 00000001 帧首部
   • EOTEnd Of Transmission 二进制: 00000100表示帧结束
     解决透明传输: 若是数据中间出现定界符, 则在前面插入ESC00011011 (字节填充)

3. CRCCyclic Redundancy Check循环冗余校验

4. FCSFrame Check Sequence 帧检验序列

5. CRC简介:
   

   
   假设要发送数据有M位, 要加n位冗余码, 那么除数应该设置为n+1位, 被除数位为发送数据 + n个0 这样, 进行 模二运算 得到的n位余数, 就是冗余码 模二运算,就是在进行加减法的时候不进行进位/借位. 仅仅是 进行同或运算(相同为0,不同为1)

6. 在数据链路层使用 CRC检验,能够实现无比特差错传输, 但是 这还不是 可靠传输, 因为还有帧丢失, 帧重复, 帧失序 等传输差错

7. PPP Point to Point Protocol 点对点协议
8. HDLC Hight-level Data Link Control 高级数据链路控制

9. ppp协议的组成

   • 一个将IP数据报封装成串行链路的方法
   • 一个用来建立, 配置和测试数据链路 连接的链路控制协议(LCP)
   • 一套网络控制协议

10. PPP帧格式:
    

注: 帧长必须是字节的整数倍,信息字段的长度是可变的, 最大为1500字节, 真个帧最大1500+18+8字节
11. 字节填充: 1 7E -> 7D,5E 2 7D -> 7D,5D 3 <0x20 之前插入一个 7D
12. 零比特填充: 5个0 后面就加一个 0
13. CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection 载波监听多点接入 /碰撞检测
14. 以太网发送的数据都是使用曼彻斯特编码的信号 -> 所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍(因为传送的码元数加倍了)
15. CSMA/CD协议要点
* 多点接入 说明这是总线型网络
* 载波监听
* 碰撞检测

1. 电磁波在1km电缆的传播时延大约为5(微秒)
2. 凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧
3. 强化碰撞: 当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时,除了停止发送数据外, 还要再继续发送32bit或则48bit的人为干扰信号
4. 帧间最小间隔: 9.6微秒
5. 争用期: 51.2 微秒
6. 集线器工作在物理层, 它的每个接口紧急简单的发送比特, 收到1就发1, 收到 0就发0, 不进行碰撞检测, 若两个接口同时有信号输入, 则所有的接口都收不到正确的帧
7. 极限信道利用率: Smax = T0/(T0+t) = 1/(1+a) 其中 a = t/T0表示传播时延与发送时间的比值, 越接近0表示发生碰撞越早被检测出来
8. 计算机物理地址(MAC地址): 48位, 前24位由IEEE给厂家分配, 后24位为厂家给主机分配
9. MAC帧格式
   

注:
类型字段 ------ 标志上一层使用什么协议
VLAN: 在源地址和类型之间插入一个4字节 的VLAN标记, 在交换机trunk 口出去的时候插入 ,重新封装

1. 无效MAC帧:

   • 帧的长度不是整数个 字节
   • fcs查出有差错
   • 客户数据不在46-1500字节之间
   • 数据字段的 长度 与长度字段的值不一致

2. 对于检查出的无效帧就简单的丢弃 , 以太网不负责重传

3. 网桥 :

   优点:

   • 过滤通信量, 增大吞吐量,
   • 扩大物理范围,增加了意外网上工作站的最大数目
   • 提高可靠性
   • 可连接不同的物理层, 不同的mac子层,和不同的速率的以太网
     缺点:
   • 查找转发表,增加时延
   • 没有流量控制
   • 只适合用户不多的情况, 否则因传播过多的广播信息而产生网络拥塞

4. 网桥互连网络工作 在第二层

5. 网桥生成树算法解决了: 帧在网络中不停兜圈子, 从而使网络资源不断白白消耗的问题
6. 以太网交换机实际上就是一个多接口网桥
7. 虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务
8. 高速以太网: 速率达到100Mb/s 以上

9. TX双绞线, FX光纤, SX多模光纤, LX单/多模光纤, CX屏蔽双绞线

10. 未解决 问题 :

    流量控制, 连续arq,选择 arq的窗口大小,发完 某帧, 收到某帧的确认, 还能 发那些帧

    停等方式下信道的有效利用率海明码冗余位, 信息为赢 满足的条件, 10Base2,10Base5,10Basex 最短帧的计算

11. 网桥的工作流程:

    自学习 : 查找收到帧的原地址有无相匹配的项目, 如果没有就增加进去, 如果有就更新
    转发帧: 查找转发帧与收到的目的帧匹配的项目,如没有,发送到所有其他接口, 如果有, 转发到对应接口, 如果出口就是入口,则丢弃

12. 相关概念:
    

第四章 网络层

1. 因特网设计思路: 网络层向上只提供简单灵活的, 无连接的, 尽量最大交付的数据报服务, 网络层不提供质量的承诺.
2. 虚拟电路服务与数据报服务的对比 P114

3. 网络层主要协议:
   

   
   IP : Internet Protocol 网际协议
   ARP : Address Resolution Protocol 地址解析协议
   ICMP : Internet Control Message Protocol 网际控制报文协议
   IGMP : Internet Group Manangement Protocol 网际组管理协议

4. 中间设备

5. IP地址编址方法的三个阶段: 分类的IP地址->子网划分 ->构成超网
6. 网络地址分类

6. 常用地址

7. 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
8. IP地址放在IP帧的首部, 硬件地址放在MAC帧的首部, 在网络层以上使用的是IP地址,在数据链路层以下用的是MAC地址
9. ARP的作用: 通过一个机器(主机或者路由器)的IP地址, 找出其硬件地址.
10. 方法: 在主机ARP高速缓存中存放一个从IP到ARP的映射表
11. IP数据报首部的固定部分中的各字段

12. 每一条路由表主要有以下两个信息: 目的网络地址 下一跳地址
13. 分组转发算法 (略)
14. 子网的两种表示方法: 1. 子网掩码, 2. 网络前缀
15. 划分子网后路由表: 目的网络地址 子网掩码 下一跳地址
16. 分组转发算法: 提取IP->判断是否直接交付(路由器直接相连的网络网络的子网掩码按位与)->对路由表每一行按位与,匹配发送->发默认路由->报告错误
17. CIDR Classless Inter-Domain Routing无分类域间路由选择
18. CIDR消除了传统的A类, B类和C类 地址以及划分子网的概念
19. 斜线记法中,斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数
20. ICMP (Inernet Control Message Protocol)
21. ICMP差错报文有5种, 终点不可达,源点抑制, 时间超时,参数问题, 改变路由
22. ping Packet InterNet Groper 分组网间探测 使用了ICMP的回送请求与回送回答报文
23. tracert 使用 ICMP时间超过差错报告报文
24. RIP Routing Information Protocol 路由信息协议

优点:实现简单, 开销小
缺点: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

1. OSPF Open Shortest Path First 开放最短路径优先
   

   特点:
   使用洪泛法想本自治系统中所有路由发送消息
   只有当链路状态发生变化时,才发送消息
   不用UDP而是直接使用IP数据报传送(协议字段位89)

2. 路由聚合: 构成超网
3. RIP报文格式:P155 要点: 4个字节首部,24个字节,路由部分(可重复, 最多25次)
4. OSPF报文格式:P159 要点:24字节首部
5. 路由器的结构: 路由选择部分 + 分组转发部分

第五章 运输层

1. Socket的组成: 目的地址,使用协议,端口号

2. TCP Tramsmission Control Protocol 传输控制协议

3. UDP User Datagram Protocol 用户数据报协议

4. 端口只具有本地一意义, 为了标志本计算机应用层中的各个进程在和运输层交互时的层间接口.
5. UDP首部:源端口2字节, 目的端口2字节, 长度2字节, 检验和2字节.如果接收方发现收到的报文端口号不正确就直接丢弃该报文,检验和计算方法, 在首部前面加12字节伪首部,使用二进制反码运算求和
6. 停止等待协议--> 超时重传:暂时保留已发送的分组副本 分组和确认分组必须编号 超时重传世家大于平均往返时间
7. ARQ `Automatic Repeat reQuest 自动重传请求
8. 信道利用率:

其中:
U:信道利用率
Td:发送时间
RTT:往返时间
Ta:确认报文发送时间.

9.连续ARQ协议: 发送方没收到一个确认就把发送窗口向前滑动一个位置. 接收方采用累积确认方式 即 对按序到达的最后一个分组发送确认
10. TCP报文

11. 可靠传输:不好说(P208)

12. 超时重传时机选择:

13. 拥塞控制 慢开始 快重传
14. 慢开始&避免拥塞一个例子:门限1,2,4,8,16,17,18,19.20.21,22(假设这个时候发生了网络拥塞门限减半并且重新开始)1,2,4,8,12,13,14,...
15. 快重传: 1.接收方收到一个失序报文就立即发送重复确认, 发送方连续收到3个重复报文就立即重传该报文
16. **快恢复**1,2,4,8,16,17,18,19,20,21,22,(发生拥塞)12,13,14.....
17. TCP报文管理:

注:
SYN报文消耗一个序号
ACK报文如果不携带数据不消耗序号
令v=y+1, u=x+51

注:FIN报文消耗一个序号

第六章 应用层

1.英文翻译

1.各个协议的含义及端口