计算机网络期末冲优复习要点

第一章1.计算机网络的定义原始定义：以能够相互共享资源的方式互相连接的、自治计算机系统的集合。流行定义：利用通信设备和线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件实现网络资源共享的系统。2.计算机网络的组成：计算机网络=资源子网+通信子网(+协议)3.互联网（internet）是由网络和网络通过路由器互联起来而形成的覆盖范围更大的网络，是网络的网络。4.因特网（Internet）是基于TCP/IP协议簇而构建的世界上最大的互联网络。网络把许多计算机连接在一起，因特网则把许多网络连接在一起。因特网=边缘部分（资源子网）+核心部分（通信子网）5.性能指标1）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。速率即数据率(datarate)或比特率(bitrate)，是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率往往指额定速率或标称速率。2）带宽(bandwidth)指信号具有的频带宽度，单位是Hz。（模拟信道）；指信道所能传送的“最高数据率”，单位是比特每秒，b/s(bit/s)。（数字信道）3）吞吐量(throughput)吞吐量：表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量经常用于对实际网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制。4）时延(delay或latency)总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延①传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。即指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。发送时延=数据块长度（比特）/发送速率（信道带宽）（比特/秒）②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。传播时延=信道长度（米）/信号在信道上的传播速率（米/秒）③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。④排队时延结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时通信量5）时延带宽积=传播时延×带宽6）往返时延（间）往返时延RTT（Round-TripTime）指从发送方开始发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认为止，总共经历的时间，单位为秒（s）等。往返时延与发送分组长度、各中间节点处理时间等均有关。7）利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。6.时延与网络利用率的关系：若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系：D=D0/(1-U),U是网络的利用率，数值在0到1之间。7.计算机网络体系结构定义：计算机网络的体系结构是计算机网络各层及其协议的集合。体系结构是计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义。作用：复杂网络的抽象概念描述,形成网络的框架结构,实现网络的结构化设计；对每一层功能界定,成为该层次的实现者进行软件编程和硬件设计的依据。五层协议的体系结构：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。8.协议与服务的区别1）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。协议是控制两个对等实体或多个实体进行通信的规则的集合。是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。2）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，并且能够被高一层的实体“看得见”的功能。9.电路交换，整个报文的比特流连续的从源点直达终点，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（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。10.对等连接：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。第二章1.导引（向）型传输媒体1）双绞线：两根相互绝缘的铜导线按规则的方法绞合起来，减少对相邻导线的电磁干扰，用于局域网。分为屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedPair)和无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)2）同轴电缆：用于有线电视，抗干扰性强，传输速率高。分为50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆3）光缆：通信容量大，传输损耗低，抗雷电和电磁干扰性好，无串音干扰、保密性好，体积小、重量轻。2.香农定理：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。信道极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N）单位：（b/s）W信道带宽（Hz）；S平均功率；N高斯噪声功率信噪比S/N=10log10（S/N）单位：dB3.基本的带通调制方法调幅（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。4.常用编码方式不归零制：正电平为1，负电平为0。归零制：正脉冲为1，负脉冲为0。曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1。也可以反过来定义。差分曼彻斯特编码：在每位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而为开始边界没有跳变代表1。第三章1.三个基本问题1）封装成帧（帧定界）(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。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。主要目的：把比特流分成离散的帧，除数据信息外加入一定的控制信息。成帧的方法：标识帧的收尾，可面向字符，也可面向比特。2）透明传输①保证透明传输的方法面向字符：字符计数法；字符填充的首位标识法。面向比特：位填充的首位标识法；物理层编码违例法。②透明传输问题的解决异步传输：字符（字节）填充法同步传输：比特（零比特）填充3）差错控制目的：确保帧可靠地交付接收方，保证不丢帧，保证不乱序。基本方法：接收方，回送确认控制帧（ACK帧）；发送方，用计时器，超出一定时间，就认为该帧丢失，重发该帧。用帧的编号识别重复帧的情况，接受方在收到重复帧时，将其丢弃。2.点对点协议PPP1）PPP协议的特点简单；只检测差错，不纠正；不使用序号，不进行流量控制；同时支持多种网络层协议。2）PPP协议的组成：将IP数据报封装到串行链路的方法：异步和同步传输；链路控制协议LCP；网络控制协议NCP。3）PPP协议的帧格式：PPP有一个2个字节的协议字段当协议字段为0x0021时，PPP帧的信息字段就是IP数据报。若为0xC021,则信息字段是PPP链路控制数据。若为0x8021，则表示这是网络控制数据。4）PPP帧字段的意义：PPP的帧格式和HDLC相似；标志字段F为0x7E（01111110）；地址字段A为0xFF；控制字段C通常为0x03；PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节。5）PPP协议的工作状态链路建立：当用户拨号接入ISP时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。链路维持：PC机向路由器发送一系列的LCP分组（封装成多个PPP帧），网络层配置，NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，使PC机成为因特网上的一个主机。链路释放：通信完毕，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址；LCP释放数据链路层连接；最后释放物理层连接。3.以太网的信道利用率假定：（1）总线上共有NR个站，每个站均可发送数据帧；（2）争用期长度为2τ，检测到碰撞后不发送干扰信号；（3）帧长为L(bit)，数据发送速率为C(b/s)。帧的发送时间为T0=L/C(s)；（4）一个帧从开始发送，经碰撞后再重传数次，到发送成功且信道转为空闲(即再经过时间τ使得信道上无信号在传播)时为止，共需平均时间为Tav。以太网的信道利用率：S=T0/Tav=T0/(2τNR+T0+τ)极限信道利用率：Smax=T0/(T0+τ)=1/(1+a)，a=τ/T04.MAC层的硬件地址在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址。802标准所说的“地址”指适配器的地址或适配器的标识符，与主机所在的地点无关。MAC源地址和目的地址都是为48bit（6字节）。5.物理层扩展以太网集线器：用多个集线器可连成更大的局域网优点：使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信；扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点：碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高；如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。6.在数据链路层扩展以太网1）网桥：网桥根据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。根据接收帧的目的MAC地址，决定将其转发到哪一个端口。2）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10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。3）缺点：存储转发增加了时延；在MAC子层并没有流量控制功能；具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大；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——广播风暴；4）网桥的分类：透明网桥；源路由网桥；多端口网桥（交换式集线器、以太网交换机）5）以太网交换机工作原理：交换机可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。①当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；②再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；③如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；④如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应，交换机则学习该目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。第四章1.网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类：无连接的网络服务（数据报服务）和面向连接的网络服务（虚电路服务）2.虚电路VC：只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。3．网络采用的设计思路：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。4.中继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)。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(brouter)。网络层以上的中继系统：网关(gateway)。5.地址解析协议ARP的作用：解决IP地址与数据链路层地址（MAC地址）间的映射问题。（由IP地址找MAC地址）6.网际控制报文协议ICMP：允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。7.分组网间探测PING：用来测试两个主机之间的连通性。8.应用traceroute：跟踪一个分组从源点到终点的路径。9.网际组管理协议IGMP：让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机（主机上的某个进程）参加或退出了某个多播组。10.虚拟专用网VPN：利用公共因特网作为本机构各专用网之间的通信载体。11.IP地址IP地址现在由因特网名字和数字分配机构ICANN进行分配。在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。网络号就是IP地址中的net-id。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。12.IP数据报＝首部（源IP地址和目的IP地址）＋数据（来自传输层的TCP报文或UDP报文）路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择。在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报，IP1→IP2表示从源地址IP1到目的地址IP2，两个