计算机网络期末复习考试

计算机网络

第一章概述

1、交换方式在数据传送阶段的主要特点：

电路交换：整个报文的比特流连续从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

报文交换：整个报文先传送到相邻节点，全部储存后查找转发表，转发到下一个结点。

分组交换：单个分组传送到相邻结点，储存下来后查找转发表，转发到下一个结点。

2、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。速率的单位是b/s（比特每秒），或bit/s，bps。

3、宽本来是指某个信号具有的频带宽度，信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成份所占据的频率范围。在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，因此网络带宽表示单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率“。

4、发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，发送时延=数据帧长度/发送速率；传播时延是电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间，传播时延=信道长度/电磁波在信道中传播的速率；处理时延主机或路由器收到分组是需要花费一定时间进行处理，例如分析首部、从分组中提取数据、差错检测等花费处理时延；排队时延，分组进入路由器后要先输入队列中进行排队等待处理，等待排队转发，存在排队时延

总时延=发送时延+传播时延+排队时延+处理时延

5、网络协议主要有三个要素：

（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式；

（2）语义，即需要发送任何控制信息，完成何种动作以及做出任何反应；

（3）同步，即事件实现顺序的详细说明。

6、（1）应用层的任务应用进程间的交互来完成特定网络应用，应用层定义了应用进程间通信和交互的规则。应用进程交互的数据单元成为报文。

（2）运输层的任务是负责两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。

传输控制协议TCP——提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段。

用户数据报协议UDP—提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据报。

（3）网路层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，网络层把数据运输层产生的报文或用户数据封装成包或分组进行传输，分组也叫做IP数据报或数据报。网络层的另一个任务是选择路由。

（4）数据链路层

链路层将数据报组装成帧并添加控制信息，控制信息还使接收端能够检测到数据收到的帧中有无差错。

（5）物理层传输数据的单位是比特，即0和1。

第二章物理层

1、物理层确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即

机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置

电气特性指明线路电压的范围

功能特性指明某一线路上某一电平的的电压表示何种意义。

过程特性不同功能的各种可能事件的出现顺序

2、数据在计算机中采用并行传输方式，在通信线路中的传输方式为穿行传输，即逐个比特

按照时间顺序传输。

3、一个通信系统可以划分为三大部分，即源系统、传输系统、和目的系统。

4、模拟信号，或连续信号，代表消息的参数的取值是连续的。用户家中的调制解调器到用

户线上传送的就是模拟信号。

5、数字信号，或离散信号，代表消息的参数的取值是离散的，用户家中pc到调制解调器

之间的是数字信号。

6、从信息交互的方式来看，有三种基本方式：单项通信-单工通信；双向交替通信-半双工

通信；双向同时通信-全双工通信

7、调幅，即载波的振幅随基带数字信号而变化。调频，即载波的频率随基带数字信号而变

化。调相，即载波的初始相位随基带信号而变化。

8、频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源，时分复用的所用用户在不同的

时间占用同样的频带宽度；波分复用就是光的频分复用，用不同波长的光波来传播信息；

码分复用CDM（code division multilexing），这种体制在给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且必须相互正交，在实用的系统中是使用伪随机码序列，求和求平均等于0。

9、信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N，并用分贝（db）作为

计量单位，信噪比=10log10(S/N)；香农公式信道的极限信息传输速率c=wlog2(1+S/N)。

非对称数字用户线ADSL (asymmetrc digital subscriber line)技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。实现的方案有离散多音调DMT 调制技术，采用频分复用的方法，把40KHz到1.1Mhz的频谱划分为多个信道，其中25个信道用于上行，而249个信道用于下行。

光纤同轴混合网（HFC网），对电视网进行改造，把原有线电视网中的同轴电缆主干改换为光纤，光纤从头端连接到光纤结点，在光纤结点把光信号转换为电信号，然后用同轴电缆传送到每个家庭。需要一个机顶盒连接在同轴电缆和用户的电视机之间，还需要电缆调制解调器，每家的速率视用户上网的数量而定。

10、光纤到户FTTH（fiber to the hone）技术，价格昂贵。

第三章数据链路层

1、两种类型：点对点信道。点对点的通信方式。

广播信道。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、数据链路层中的协议数据单元是帧。

点对点信道

3、三个基本问题是：封装成帧、透明传输和差错检测。

封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。首部（SOH 0000 0100）尾部（EOT 0000 0001）

透明传输，不管从键盘上输入什么字符都可以放在这样的帧中传输过去，因此是透明传输，但是当传输的数据中出现“SOH”“EOT”时，需要在前面加转义字符“ESC 0001 1011”。

数据链路层广泛使用循环冗杂检测CRC(Cyclic redundancy check)的检错计术

4、点对点协议ppp

简单

封装成帧

透明性

多种网络协议

多种类型链路

差错检测

检测连接单元

最大传送单元

网络层地址协商

数据压缩协商

PPP协议有三个组成部分:一个将IP数据报封装到串行链路的方法。一个用来建立、配置和测试数据链路来连接的控制协议LCP(Link control protocol)。一套网络控制协议NCP(Network control protocol)。

PPP首部尾部都为两个字节，当首部魏0x0021时，PPP帧的信息为IP数据报，若为oxc021，则信息是链路控制协议LCP的数据，而0X8021代表网络层的控制数据。尾部是使用CRC的帧校验序列FCS。

字节填充，当信息字段中出现ox7e时，把它转义成0x7d（01111101），并使用字节填充。零比特填充：在发送端，只要发现5个连续的1，则立即填入一个0，保证不会出现6个1。

广播信道

5、硬件地址又称为物理地址MAC地址，IEEE802规定了48位（6个字节）的全球地址，固

化在适配器的ROM中。

适配器有过滤功能，从网络上每收到一个MAC帧就先用硬件检测MAC帧中的目的地址，单播（一对一），收到的帧的MAC与自己的完全相同。

广播（一对全体），全1地址，发给全网。

多播（一对多），即发送给本局域网上的一部分站点。

IEEE802.3标准，MAC前两个字段分别为6字节长的目的地址和源地址，第三个字段是2个字节长的类型字段，用来标志上一层是什么类型，若为0x8147，则表示是novell ipx 发过来的，若司0x8000，则表示是IP数据报，第四个字段是数据字段，长度在46到1500字节之间，最后是4个字节的帧校验序列FCS。所有帧长在64-1518字节之间。

6、在物理层扩展以太网使用集线器，缺点是增加了碰撞域。

7、在数据链路层扩展以太网用网桥，它更加MAC帧的目的地址对接收到的帧进行转发和

过滤。网桥依靠转发表来转发帧，转发表中有目的地址和接口。扩大了物理范围，提高了可靠性，但是必须运用csma/cd算法，增加时延，MAC没有流量控制功能，可能传输网络风暴。

8、透明网桥按照自学习算法处理收到的帧，若从某个站A发送的帧从接口x进入某网桥，

那么从这个接口发出沿相反方向一定可以吧一个帧传送到A，所以，只要每收到一个帧，就记录器源地址和进入网桥的接口。网桥是按存储转发的方式工作的，不进行CRC检测。

9、多借口网桥—以太网交换机，利用交换机可以实现虚拟局域网vlan，vlan给用户提供一

种服务，而不是一种新型局域网。在MAC帧的源地址后加入4个字节的vlan标记，前两个字节设置0x8100，是IE802.1的标记，后12位是标记该帧是属于哪个vlan.

10、高速以太网速率达到100M/S。

第四章网络层

1、Internet采用端到端的连接，网路层向上层只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付数据的数据报服务。

2、IP协议配套使用的还有三个协议：地址解析协议ARP(address resolution protolol)，网际控制协议ICMP(Internet control message protocol)，网际组管理协议（Internet grope management protocol）。

3、将网络连接起来要使用一些中间设备，物理层使用的中间设备叫转发器，数据链路层使用的中间设备叫网桥和交换机，网络层使用的中间设备叫路由器，网络曾以上叫网关。

4、IP地址的编址方法经过三个阶段：分类的IP地址；子网的划分；构成超网。都有两个字段组成，第一个字段是网络号，它标志主机或路由器连接的网络；第二个字段是主机号，它

表示在网络号标记的网络范围中的编号。

5、IP地址在网络层以上使用，一但到达数据链路想则封装成MAC帧。IP地址放在数据报的首部。

6、ARP协议的用途是用IP地址解析出在数据链路层使用的硬件地址，方法是在ARP高速缓存中应存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表经常更新，通过在局域网中广播IP和硬件地址的方式。它解决的是同一个局域网上的主机或路由器和硬件地址的映射问题。

7、IP数据报的格式：版本占4位；首部长度占4位；区域服务占8位；总长度占16位；标识占16位；标志占3位；片偏移占13位；生存时间占8位；协议占8位；首部校验和占16位；源地址占32位；目的地址占32位。

8、无分类编址CIDR(构成超网)，使用了“斜线记法”，即在IP地址的后面加上斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数。

9、路由表中必须包含三项内容：目的网络地址、子网掩码和下一跳地址。路由器转发算法：（1）从收到的数据报首部提取IP地址D；

（2）先判断是否为直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的子网掩码和D逐位相与，看结果是否相应的网络地址匹配。若匹配，则把分组进行直接交付，（当然还需要把D转换成物理地址，把数据报分装成帧发送出去），转发任务结束。否则就间接交付，执行3；

（3）若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报转给路由表中所指明的下一跳路由器；否则执行4；

（4）对路由表中的每一行（目的网络地址，子网掩码，下一跳地址），用其中的子网掩码和D逐位相与，其结果为N，若N与该网络地址匹配，则把数据报传送给该指明的下一跳路由器；否则，执行5；

（5）若路由器中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中指明的默认的路由器；否则执行6

（6）报告转发分组错误。

10、为提高IP数据报和提高交互成功的机会，国际控制报文协议ICMP允许主机会路由器报告差错情况和提供有关异常的报告。ICMP是封装在IP数据报中，作为其中的数据部分。两钟类型：ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。ICMP的前4个字节是统一的格式，共有三个字段，即类型（3 终点不可达4 源点抑制-丢弃11 时间超过-丢弃12 参数问题-值差错5 改变路由）、代码、校验和（检测整个ICMP的报文）；接下来的4个字节与ICMP的类型有关，最后面是数据字段。

把收到的需要进行差错报告的IP数据报的首部和数据字段的前8个字节提取出来，作为ICMP报文的数据字段，在加上ICMP的差错报告报文的前8个字节，就构成了ICMP报文。常用的ICMP询问报文有两种：一是回送请求和回答，用来检测目的站是否是可以打以及了解其有关状态；二是时间戳请求和回答，用来进行时间同步和测量时间。ICMP的数据重要应用是分组网间探测PING，PING使用了回送请求与回送回答报文。

11、内部网关协议IGP 即在一个自治系统内部使用的路由选择协议，而这与互联网中的其他自治系统内部使用什么路由选择协议无关。目前这类路由选择协议使用最多，如RIP和OSPF协议。

12、外部网关协议EGP 若源主机和目的主机处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统边界时，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，这样的协议叫外部网关协议，使用最多的是BGP。

13、RIP是基于距离向量的路由选择协议，RIP的距离也叫做跳数，RIP认为好

的路由就是它通过的路由器的数目最少，RIP允许一条路径最多包含15个，等于16时相当于不可达。选择的是最少路器的路由，哪怕还存在另一条高速低延迟但路由器较多的路由。特点是：仅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，及自己的路由表；按固定的时间间隔交换信息。

14、距离向量算法：对每一个地址为x路由表发过来的RIP报文，先修改报文的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都改为x,并把所有的“距离”加1，生成一个新表，对比自己的原来的路由表，原来路由表中没有的项目，则添加到原来的路由表中，否则，如下一跳路由地址是x，则把收到的项目替换为原来路由表中的项目，否则，若收到的项目中的距离ｄ小于路由表中的距离，则进行更新，否则什么也不做。（优先级：目的网络（没有的添加）地址（不同的更新）距离（比原来小的更新））

15、RIP使用运输层的用户数据报UDP进行传送，前4个字节是命令、版本、必为0，后4个字节是路由信息。RIP实现简单，开销较小，规模小，坏消息传播慢。

16、开饭最短路径优先OSPF(Open shortest path first)，使用链路状态协议，向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用洪泛法；发送的信息是本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息，即链路这链路的费用、距离、时延、带宽等等；只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器用洪泛法发送此信息。

OSPF直接用IP数据报传送，89个字段，OSPF使用24字节的固定长度首部，版本、类型、分组长度、路由器标识符、区域标识符、校验和、鉴别类型、鉴别。OSPF特点：允许管理员给每条路指派不同代价；如果同一个目的网络有多条相同代价的路径，可以将通信量分配给这几条路径，这叫做负载平衡；所有路由器之间交换分组都具有鉴别的功能，保证了仅在可信赖的路由器之间交换链路状态信息；每条链路状态都带上32位的序号，序号越大，状态越新。

17、OSPF的五种类型：问候分组，用来发现和维持相邻站的可达性；数据库描述分组，向相邻站给出自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息；链路状态请求分组，向对方发送某些链路状态项目的详细信息；链路状态更新分组，用洪泛法对全网发送更新链路状态，链路状态确认分组，对链路更新分组的确认。

18、BGP外部网关协议把BGP边界路由器连接在一起，进行对话，BGP协议交换路由信息的节点数量级是自治系统个数的量级，这要比这些自治系统中的网络书少很多。BGP报文格式，四种类型具有相同的格式，19字节，标记16字节，用来鉴别收到的BGP报文，不使用是全置1，长度指整个BGP报文的长度，类型是1到4。OPEN报文共6个字节，即版本4、本自治系统2、BGP标识符4（通常是给路由的IP地址）。UPDATE报文共5个字段，不可行路由长度2、撤销的路由、路径属性总长度2、路径属性和网路层可达信息、发出此报文的网络，包括网络前缀的位数，IP地址前缀。KEEPLIVE 只有19个字节通用首部。NOTIFICATION 报文有3个字段，差错代码1、差错子代码1、差错数据。

第五章运输层

1、用户数据报协议UDP （user datagram protocol）在数据传输之前不需要建立建立连接，接收后不需要提供任何确认。传输控制协议TCP（Transmission control protocol）提供面向连接的服务，在数据传输之前必须建立连接，数据传送结束之后要进行释放连接，TCP不提供广播和多播服务，提供可靠的，面向

连接的运输服务，因而不可不免的增加了开销、流量控制、计时器以及连接管路等。ICP/IP的运输层运用16位的端口号来标志一个端口，端口号只具有本地意义。在通信过程中不仅要知道IP地址，还需要知道端口号。重要的一类端口叫做熟知端口号或系统端口号0-1023，另一类叫做系统端口号1024-19151，短暂端口号49152-65535。UDP是无连接的，尽最大努力交付的，是面向报文的，没有拥塞控制，UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信，首部开销小8个字节，每个字段都是两个字节源端口、目的端口、长度、校验和（UDP检验首部和数据部分，所有每两个字节之和）。

2、TCP是面向连接的运输层协议，每条TCP只有两个端点，TCP提供可交付的服务，TCP提供全双工通信，面向字节流，TCP的端点叫做套接字或者插口，端口号拼接到IP地址则构成套接字或插口，中间用“：”隔开。

自动重传请求ARP（automatic repeat request）,重传请求是自动进行的，接收方不需要请求发送重传某个出错的分组。连续ARP协议，采用累积确认方式。TCP报文段的首部格式：源端口、目的端口、序号 4（字节流的序号）、确认号、数据偏移 4、保留置0、紧急UGR，确认ACK连接建立后置1、推送PSH立即发送、复位RST、同步SYN置1连接请求、终止FIN、窗口、校验和、紧急指针、选项。

TCP采用了一种自适应算法来计算超市重传的时间，它记录一个报文发出的时间，以及收到相应的确认的时间，这两个报文段的往返时间之差ATT。保留一个加权平均往返时间RTTs。每传一次计算新的RTTs=(1-a)*(就的RTTs)+a*(新的RTTs 样本)。

TCP流量控制（flow control）就是让发送方的发送速率不要太快，要让接受方来得及接收。

TCP 对资源的需求和>可用资源，则出现拥塞。所谓拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。几种避免拥塞的算法：慢开始（由小到大增大发送窗口，拥塞窗口加倍）、拥塞避免（让拥塞窗口缓慢增加，而不是加倍）、快重传（要求接收方每收到到一个失序报文就立即发出重复确认）和快恢复（把cwnd值设置为慢开始门限ssthreth减半后的数值）。TCP运输连接有三个阶段：连接建立，数据传送，和连接释放。建立连接的过程叫做三次握手。