计算机原理的三层协议
计算机网络 路由器的功能及路由原理
计算机网络路由器的功能及路由原理路由器工作在OSI参考模型的第三层，即网络层。
它主要处理网络层的数据分组或网络地址，决定数据分组的转发，并决定网络中数据传输的完整路由。
下面介绍路由器的功能以及路由原理知识。
1．路由器的功能目前的路由器产品都具有识别网络层地址、选择路由、生成和保存路由表，更好地控制拥塞，隔离子网，提供安全和强化管理等功能。
其中最主要的功能包括以下几个方面。
●识别网络层地址和选择路由当路由器接收到数据包时，首先将该数据包在数据链路层所附加的包头去掉，并提取网络层地址（即IP地址）。
然后再根据路由表，确定数据包的传输路由，执行本身的路由协议，进行安全、优先权等处理。
最后，将通过各项处理的数据包重新附加上数据链路层包头，进行转发。
●生成和保存路由表路由选择表是路由器赖以寻址的依据。
内容包括每个路由器所连接的网络标识，以及每个网络中所连接的主机标识。
建立路由选择表的方法包括静态路由生成法和动态路由生成法。
其中静态路由生成法是由管理员根据网络结构以手工方法生成，存入路由器的内存中；而动态路由生成法则是经过路由器执行相关的路由协议自动生成。
●隔离子网连通广域网路由器通常可以处理多种协议并具备相应的协议处理软件。
因此路由器能够将物理上分离，以及不同技术的网络进行互联，并且能够将不同协议的网络视为一个子网进行互联，每个子网都是一个独立的管理域。
路由器只将网络中传输的数据包发往特定的子网进行通信，绝不会向其他子网广播，从而实现子网隔离。
2．路由原理当IP子网中的计算机A发送数据给同一IP子网中的计算机B时，则两台计算机不需要进行路由选择，可直接进行数据传输。
如图6-12所示。
而如果将数据发送给不同IP子网主机时，就需要进行路由选择功能（如计算机B向计算机C发送数据）。
即选择一条能到达目的子网的路径，因此需要把数据送给路由器，由路由器负责把数据送到目的地。
如果没有找到这样的路由器，主机就把数据送给一个称为“缺省网关（default gateway）”的路由器上。
第6章 传输层
11、TCP 与UDP 对于端口号的使用有什么规定？ 答：ＵＤＰ的端口分配规则与ＴＣＰ相同。段结构 中端口地址是16 比特，可以有在０～65535 范围 内的端口号，对于这65535 个端口号有以下的使 用规定： 1、端口号小于256 的定义为常用端口，服务器一般 都是通过常用端口来识别的。 ２、客户端通常对他所选用的端口号并不关心，只 需保证该端口号在本机上是唯一的就可以了。客 户端口号因存在时间很短暂又称作监时端口号。 ３、大多数ＴCP/IP 实现给临时端口分配 1024~5000 之间的端口号。大于5000 的端口号 是为其它服务器预留的（internet 上并不常用的服 务） ＵＤＰ的端口分配规则与ＴＣＰ相同。
3、简述传输层的作用。（P137） 答：（1） 提供可靠的端到端的通信 （2） 向会话层提供独立于网络的传输服 务
4、简述用户数据传输协议 UDP 的服务模型。（P143） 答： TCP UDP ①传输前建立连接，完毕后释放 ①传输前无须建立连接 ② 端到端，不支持广播 ② 不对数据报进行检查与修改 ③ 高可靠性，确保传输正确 ③ 无须等待对方的应答 ④ 全双工 ④ 实时性好，效率高 ⑤ 字节流 ⑥ 提供紧急数据传送功能
5、简述 TCP 与 UDP 的不同之处。（P144） 答：（1） UDP协议中数据传输过程中无须建立逻辑连接， 对数据包不进行检查，因此工作效率高于TCP协议，具有 速度优势 （2） UDP 协议的可靠性低于 TCP 协议，为了获得更好 的使用效果，往往牺牲一定的可靠性 6、简要说明计算机 A 与 B 采用 TCP 协议通信时，连接建 立过程。（P140） 答：（1） A 向 B 发送建立连接请求段 （2） B 接受请求，向 A 发送一个连接请求确认段 （3） A 收到确认段后，再向 B 发送一个连接请求确认
计算机网络概述
分组交换网
主机
主机
通信子网 （分组交换网）
主机
主机
ARPANET的成功使 计算机网络的概念发生根本变化
早期的面向终端的计算机网络是以单个 主机为中心的星形网
各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的 硬件和软件资源。
分组交换网则是以网络为中心，主机都 处在网络的外围。
用户通过分组交换网可共享连接在网络上的 许多硬件和各种丰富的软件资源。
计算机网络
尉哲明 Yuzhem2@
课程的任务、目的和基本要求
掌握计算机网络的基本概念 掌握计算机网络的体系结构 掌握数据通信的基本原理 掌握计算机网络各层协议的基本工作原理 掌握Internet的特点和具体实现方法 为以后计算机网络及其应用的专题学习和研究打 下基础 了解网络信息安全与信息管理方面的知识。 实验课：了解计算机网络协议的基本实现技术， 掌握C/S模式网络应用软件的编程方法
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Internet的应用与高速网络技术的发展
I n te rn e t 是 覆 盖全 球 的信息 基 础设施 ， 用 户 可 利 用 Internet实现全球范围的电子邮件，WWW信息查询与 浏览，电子新闻，文件传输，语音与图象通信服务等功 能。Internet是一个用路由器实现多个广域网和局域网 互连的大型网际网。 高速网络的发展主要表现在 高速局域网、交换局域网、 虚拟局域网和B-ISDN、ATM技术的发展和应用。 信息技术与网络应用已成为衡量21世纪综合国力与企业 竞争力的重要标准。1993年9月，美国宣布NII（国家 信息基础设施）计划，该计划被形象地称为信息高速公 路。接着，世界各国纷纷制订各自的信息高速公路建设 计划，1995年2月全球信息基础设施委员会成立。 “全球一网”，任何人，在任何地点与任何时间都能使 用各种通信服务。
第一课_网络体系结构与分层
二、OSI和TCP/IP体系结构
OSI体系结构由ISO和ITU-T共同制定 ISO：International Organization for Standardization 国际标准化组织 ITU-T：国际电信联盟电信标准部 OSI：Open System Interconnection开放 系统互连
ISO/OSI 复杂、效率低、大而全 TCP/IP 单纯、简单、实用
ISO/OSI 力量单薄，产品少
TCP/IP 得到产业界的支持，应用广
ISO/OSI 进展缓慢
TCP/IP 完善速度快（IPv6）
TCP/IP协议簇
TCP/IP是一个协议簇，其构成如图所示。
应用层
FTP
NFS
…
SMTP HTTP
rlogin BGP &rsh
一般分层是在解决复杂问题（非计算复杂， 而是过程复杂）而采用的常用方法。
分层的作用与分层原则
层具有完整的逻辑结构，除了接口部分与其 他层通信外，它的内部实现对于其他层是不 可见的，是为了完成某项功能而设定的；所 以在划分层时，需要仔细分离复杂任务，使 得各项子任务是逻辑完整的，同时又是逻辑 独立的。
OSI （开放式系统互联参考模型）
7
文本
应用层
用户的接口: http ftp web telnet snmp smtp pop X.400
6
文本
表示层
数据的定义：JPEG ASCII TIFF GIF MPEG MIDI 加密
5
会话层
会话的控制：RPC SQL NetBios AppleTalk
文本
第七层 应用层
HELLO
三层交换机定义和工作原理的讲解
三层交换机定义和工作原理的讲解三层交换机是一种网络交换设备，用于在计算机网络中传输数据包。
它可以在不同的网络层之间转发数据包，实现数据的路由和转发功能。
三层交换机工作原理基于网络层的IP地址信息和路由表，通过查找和匹配目标IP地址，找到合适的输出接口进行转发。
三层交换机是在数据链路层和网络层之间工作的网络交换设备。
它不仅可以实现数据的交换和转发，还可以根据网络层的IP地址信息进行路由选择，将数据包从源主机转发到目标主机。
三层交换机具有高性能、高可靠性、高扩展性和高安全性的特点，广泛应用于大型企业、数据中心等网络环境。
1.地址学习：三层交换机通过监听网络中的数据包，学习源主机的MAC地址和IP 地址的映射关系，并将其存储在交换表中。
当收到一个数据包时，交换机会首先查找目标主机的MAC地址，如果该地址已经在交换表中，则直接将数据包转发到相应的端口，如果地址不在交换表中，则将数据包广播到所有的端口，并记录下源主机的MAC地址和输入端口信息。
这样，在下次收到相同的目标主机数据包时，交换机就能够通过查找交换表快速地找到目标地址，提高转发效率。
2.路由选择：当三层交换机收到一个数据包时，它首先会检查目标IP地址与交换表中已有的路由信息进行匹配。
交换表中的路由信息包括目标IP地址和下一跳的IP地址。
三层交换机通过查找路由表，找到与目标IP地址最匹配的路由信息，并获取下一跳的IP地址。
如果交换表中没有匹配的路由信息，交换机将会选择默认路由（0.0.0.0）进行转发，或者丢弃数据包。
3.转发处理：根据路由选择结果，三层交换机将数据包转发到下一跳的IP地址。
它会重新封装数据包的链路层头部，并根据下一跳的MAC地址进行转发。
如果下一跳的MAC地址不在交换表中，交换机会将数据包广播到所有的端口，以便下一跳的设备能够收到数据包并回应。
综上所述，三层交换机通过地址学习、路由选择和转发处理等过程，实现了在网络层的IP地址信息的转发和路由选择。
计算机网络知识点
Chap 1 引论计算机网络发展的3个阶段以单计算机为中心的联机网络系统以通信子网为中心的主机互联体系结构标准化网络OSIRM 开放系统互联参考模型（OSI参考模型）OSI7个层次物理层：在物理媒体（介质）上正确地，透明地传送比特流数据链路层：在两个相邻节点间可靠地传输数据，使之对网络层呈现为一条无措的链路网络层：寻址并选择合适的路由，把数据报从源端传送到目的端，在需要时对上层的数据进行分段和重组传输层：对网络层的连接进行管理，在源端与目的端之间提供可靠的、透明的数据传输，使上层服务用户不必关心通信子网的实现细节会话层：在传输层服务的基础上增加控制会话（session）的机制，建立、组织和协调应用进程之间的交互过程表示层：定义用户或应用程序之间格式，提供数据表示之间的转换服务，保证传输的信息到达目的端后的意义不变应用层：为end-user的应用进程提供标准的网络服务和应用接口“三网融合”独立设计和运营的传统的电信网，计算机互联网，有线电视网计算机网络：相互连接的自治的计算机的集合6种拓扑结构：星形，树形，环形，总线型，不规则（网状），全连接局域网LAN 小于25KM 基带传输总线型、环形城域网MAN 小于100KM 基带和宽带总线广域网W AN 大于100KM 宽带延迟大，出错率高不规则点到点计算机网络按传播方式分类：1、点对点（由一对对机器间的多条传输链路构成）---广域网2、广播方式网络（一台计算机发送的信息可被网络上所有的计算机接受）---局域网计算机网络按通信介质分：有线网，无线网Chap 2 数据通信的基础知识通信3要素：信源，信宿，信道信息编码：将信息用二进制数表示的方法（如ASCII编码BCD编码）数据编码：将数据用物理量表示的方法信息通过数据通信系统进行传输的过程：编码---便于同步识别，纠错调制---按频率，幅度，相位解调解码通信方式：单工，半双工，全双工传输方式：基带传输（无需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送：以太网（局域网））频带传输（数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方要解调）宽带传输（模拟信号频分复用方式传送）数据通信中3个通信上实现同步：位---位同步，帧---帧同步，字符---字符同步**双绞线：（螺旋绞合的双导线每根4对，25对，1800对典型连接距离100米（LAN）RJ45插座、插头）分类：屏蔽双绞线STP 非屏蔽双绞线UTP应用领域：电话网络，计算机局域网连接标准：标准端口用交叉线，级连端口用直通线光纤：单模光纤SMF 多模光纤MMF光纤特点：单向传输，双向需要两根常用的调制技术：幅移键控ASK，频移键控FSK，相移键控PSK采样定理：如果模拟信号最高频率F，≥2F采样频率采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整恢复原始信号PCM编码：采样，量化，编码复用方法：频分复用EDM，时分复用TDM，波分复用WDM，码分复用CDM（划分信道）交换：按某种方式动态地分配传输线路资源实现交换的方法：电路交换（面向连接的），报文交换，分组交换（无连接的）电路交换：建立连接时间长，一旦连接独占线路，利用率低，无纠错机制，建立连接与传输延迟小报文交换：延迟长，存储管理复杂，对容量储存要求高，出错整个电路重发建立连接没有等待时间，利用率和可靠性高分组交换：利用率高，容错率高分割重组报文，增加站点负担对存储要求低，缓冲存储速度快。
计算机网络体系结构
分层结构的一般概念
实体：实体表示任何可发送/接收信息的硬件
或软件进程。 一般情况: 指一个特定的软件模 块 服务：被高一层看得见的功能称为服务。
面向连接的服务和无连接的服务
服务访问点 (SAP): 息交换的接口。
指相邻二层实体进行信
服务原语：请求、指示、响应、确认 数据单元
鼠标接口 键盘接口
串行端口
DTE
RS232接口的连线
DCE 1 2 3 ¡ ¡ ¡ ¡
DTE
DTE 2 3 4 5 8 6 20 7
1 2 3 ¡ ¡ ¡ ¡
2 3 4 5 8 6 20 7
23 24 25
23 24 25
2、DTE/DTE
1、
DTE/DCE
主机
Modem
主机
主机
基于物理层的问题： • 物理连接两端的用户通话 是时断时续的，并且也不 需特别长的时间。（可以 设法提高物理连接利用率） • 物理连接是有差错和不可 靠的。 • 物理设备之间可能存在传 输速度不匹配的问题。
网络层功能 ISO/OSI RM中 （1） 提供编址（地址编码方案） 基于DL层的问题 各层的主要功能 和路由技术，确保用户数据可 （1） 数据链路层仅提供点对点（包括 DTE-DCE或DCE-DCE之间）的数据链路， 以进行端－端传输。 用户数据具有端到端（DTE-DTE，可能经 （2） 利用复用/解复用和分组 技术，使得多对用户的数据可 过多个DCE的合作和转发）的要求； 以交织在同一条数据链路上传 （2）当用户设备连入网络时，希望可以 和任一其他用户通信（不受物理媒体连接 输；（虚电路） （3） 提供分组的组装功能。分 的限制）； 组是本层实体之间交换的一种 （3）多个用户可能同时希望传输信息； 数据结构（数据块）； （4）数据链路的利用率较低：用户之间 （4） 提供分组的存储—转发 的通信往往是断断续续的。 （交换设备具有存储空间的要 求）。
03137计算机网络原理简答题
简答题40．简述TCP所提供服务的主要特点。
TCP 提供的服务具有以下主要特征：（1）面向连接的传输，传输数据前需要先建立连接，数据传输完毕要释放连接。
（2）端到端通信，不支持广播通信。
（3）高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序。
（4）全双工方式传输。
（5）采用字节流方式，即以字节为单位传输字节序列。
如果字节流太长，将其分段。
（6）提供紧急数据传送功能，即当有紧急数据要发送时，发送进程会立即发送，接收方收到后会暂停当前工作，读取紧急数据并做相应处理。
41．简述传输层中预防拥塞的主要策略。
传输层中预防拥塞的主要策略有：重传策略、乱序缓存策略、确认策略、流控制策略、确定超时策略。
42．简述CSMA/CD中二进制指数退避算法的规则及其次序控制方法。
在CSMA/CD 算法中，为了保证这种退避操作维持稳定，采用了一种称为二进制指数退避的算法，其规则如下：（1）对每个数据帧，当第一次发生冲突时，设置一个参量L=2；（2）退避间隔取1 到L 个时间片中的一个随机数，1 个时间片等于两站点之间的最大传播时延的两倍；（3）当数据帧再次发生冲突，则将参量L 加倍；（4）设置一个最大重传次数，超过该次数，则不再重传，并报告出错。
二进制指数退避算法是按后进先出LIFO（Last In First Out ）的次序控制的，即未发生冲突或很少发生冲突的数据帧，具有优先发送的概率；而发生过多次冲突的数据帧，发送成功的概率就更小。
43．简述移动主机登录到外地代理的过程。
(1)外地代理定期广播一个分组，宣布自己的存在及其地址。
一个新来的移动主机可以等待这类消息；(2)移动主机登录到外地代理，并给出其原来所在地的地址，当前数据链路层地址，以及一些安全性信息；(3)外地代理与移动主机的主代理联系，核实移动主机是否真的在那；(4)主代理检查安全性信息，如果核实通过，则通知外地代理继续；(5)当外地代理从主代理处得到确认后，在它的表中加入一个表项，并通知移动主机，登录成功40．简述UDP提供的服务及其主要特点。
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计算机原理的三层协议
一、IP协议
IP（Internet Protocol），又译为网际协议或互联网协议，是用在TCP/IP协议簇中的网络层协议；是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。
在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。
任何厂家生产的计算机系统，只要遵守IP协议就可以与因特网互联互通。
二、DHCP协议
DHCP（Dynamic Host Configure Protocol，动态主机配置协议），是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：一是给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址，二是给用户或内部网络管理员作为对所有计算机中央管理的手段。
DHCP有3个端口，其中UDP67和UDP68为正常的DHCP服务端口，分别作为DHCP Server和DHCP Client的服务端口。
在一个使用TCP/IP协议的网络中，每一台计算机都必须至少有一个IP地址，才能与其他计算机连接通信。
为了便于统一规划和管理网络中的IP地址，DHCP应运而生了。
这种网络服务有利于对校园网络中的客户机IP地址进行有效管理，而不需要一个一个的手动指定IP地址。
DHCP用一台或一组DHCP服务器来管理网络参数的分配，这种方案具有容错性。
即使在一个仅拥有少量机器的网络中，DHCP仍让是有用的，因为一台机器可以几乎不造成任何影响地被增加到本地网络中。
甚至对于那些很少改变地址的服务器来说，DHCP仍然被建议用来设置它们的地址。
如果服务器需要被重新分配地址的时候，就可以在尽可能少的地方去做这些改动。
对于一些设备，如路由器和防火墙，则不应使用DHCP。
把TFTP或SSH服务器放在同一台运行DHCP 的机器上也是有用的，目的是为了集中管理。
DHCP也可用于直接为服务器和桌面计算机分配地址，并且通过一个PPP代理，也可为拨号及住宅NAT网关和路由器分配地址。
DHCP一般不适用于使用在无边际路由器和DNS服务器上。
三、NAT技术
NAT（Network Address Translation）网络地址转换，当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址，但现在又想和因特网上的主机通信时，可使用NAT方法。
NAT的实现方式有三种：静态转换（Static NAT）、动态转换（Dynamic NAT）和端口多路复用（Port Address Translation）。
静态NAT设置起来最简单，内部网络中的每个主机都被永久映射成外部网络中的某个合法的地址。
静态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公有IP地址，IP地址对是一对一的，是一成不变的，
某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。
借助静态转换，可以实现外部网络对内部网络中某些特定设备如服务器的访问。
动态NAT是指将内部网络的私有IP地址转换为公用IP地址，IP地址是不确定的，是随机的，所有被授权访问上Internet的私有IP地址可随机转换为任何指定的合法IP地址。
也就是说，只要指定哪些内部地址可以进行转换以及用哪些合法地址作为外部地址时，就可以进行动态转换。
动态转换可以使用多个合法外部地址集。
当ISP 提供的合法IP地址略少于网络内部的计算机数量时，就可以采用动态转换的方式。
端口多路复用是指改变外出数据包的源端口并进行端口转换，即端口地址转换。
内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，从而可以最大限度地节约IP地址资源。
同时，又可隐藏网络内部的所有主机，有效避免来自Internet的攻击。
因此，目前网络中应用最多的就是端口多路复用技术。