计算机网络
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第1章 概论
1.计算机网络的定义。
- 要求：掌握其定义及其含义。
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- 计算机网络是指一些相互连接的、以共享资源为目的的、自治的计算机集合
- 从目前计算机网络的发展与现状特征来看：计算机网络是指将不同地理位置的具有独立功能的多台计算机及相关设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、应用软件和网络协议的支持下，实现资源共享和数据通信的计算机系统。
2.计算机网络的分类。
要求：掌握按交换功能、作用范围、使用者、拓扑结构分类方法得到的各种网络名称。
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作用范围分类
- 广域网(WAN,Wide Area Network)
- 城域网(MAN,Metropolitan Area Network)
- 局域网(LAN,Local Area Network)
使用者分类
- 公用网
- 我国的公用网一般由政府电信部门组建、管理和控制
- 专用网
- 由部门或企事业单位自行组建，不允许其它部门或单位使用
- 公用网
通信方式分类
- 点到点网络
- 网络中的两台主机、两台结点交换机之间或主机与结点交换机之间都存在一条物理信道
- 广播式网络
- 广播式网络结构中，所有主机共享一条信道，某主机发出的数据，其他主机都能收到
- 点到点网络
拓扑结构分类
- 拓扑结构一般是指由点和线排列成的几何图形
- 计算机网络的拓扑结构是指一个网络的通信链路和计算机结点相互连接构成的几何图形
- 总线型、星型、环型、树型和分布式(网状)结构
按通信距离(作用范围)可分为广域网、局域网和城域网;
按使用范围（使用者）可分为公用网和专用网;
按通信传播方式可分为广播式和点到点式。
按网络拓扑结构可分为星型网、树型网、环型网和总线网;
按信息交换方式可分为电路交换网、报文交换、分组交换网和综合交换网;
按通信介质可分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网和卫星网等;
按传输带宽可分为基带网和宽带网;
按速率可分为高速网、中速网和低速网;
3.计算机网络的常用数据交换技术。
要求：掌握基本概念。
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数据交换技术
主要有三种
电路交换
必须经过“建立连接 通信 释放连接”三个步骤的连网方式为面向连接的
-
- 由于计算机数据具有突发性，导致通信线路的利用率很低
报文交换
- 原理
- 基于存储转发
- 在报文交换中心，以每份报文为单位，根据报文的目的站地址，在进行相应的转发
- 缺点
- 延迟时间较长，几分钟到几小时不等
- 原理
分组交换
- 原理
- 基于存储转发技术
- 优点
- 高效
- 分组过程中动态分配传输带宽，对通信电路逐段占用
- 灵活
- 每个节点均为智能，为每一个分组独立地选择转发路由
- 迅速
- 以分组作为传送单位，可以不先建立连接就向其它主机发送分组；网络使用高速链路
- 可靠
- 完善的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使用网络有很好的生存性
- 高效
- 缺点
- 有一定的时延
- 各分组所携带的控制信息会造成一定的开销（overhead）
- 需要专门的管理和控制机制
- 原理
混合交换
信息交换方式-路分报
1.电路交换
必须经过“建立连接 通信 释放连接”三个步骤的连网方式为面向连接的。
电路交换举例
A 和 B 通话经过四个交换机
通话在 A 到 B 的连接上进行
C 和 D 通话只经过一个本地交换机通话在 C 到 D 的连接上进行
缺点：电路交换传送计算机数据效率低
- 计算机数据具有突发性。
- 这导致通信线路的利用率很低。
2.分组交换
分组交换采用存储转发技术。
报文（ message）：要发送的整块数据
分组或包（package）:将报文划分成的等长的数据段，每个数据段前加上必要的控制信息组成的首部（header） 。 分组的首部也称为包头。
可以看出分组交换包含“多余”的三个首部信息
分组交换网基本原理：
分组交换的优点：
- 高效：分组过程中动态分配传输带宽，对通信电路逐段占用
- 灵活：每个节点均为智能，为每一个分组独立地选择转发路由。
- 迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立连接就向其它主机发送分组；网络使用高速链路。
- 可靠：完善的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使用网络有很好的生存性。
分组交换存在的问题：
- 有一定的时延
- 各分组所携带的控制信息会造成一定的开销（overhead）
- 需要专门的管理和控制机制。
特点
- 需要进行报文的拆分和重组,需要额外开销,为每个数据包额外加上头部 报文交换和分组交换均用存储-转发的交换方式
3.报文交换（message switching）(综合交换网)
报文交换（英语：Message switching），又称存储转发交换，是数据交换的三种方式之一，报文整个地发送，一次一跳。报文交换是分组交换的前身，是由由莱昂纳多·克莱洛克于1961年提出的。
每一个结点接收整个报文，检查目标结点地址，然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一个结点。经过多次的存储——转发，最后到达目标，因而这样的网络叫存储——转发网络。其中的交换结点要有足够大的存储空间（一般是磁盘），用以缓冲收到的长报文。
交换结点对各个方向上收到的报文排队，对照下一个转结点，然后再转发出去，这些都带来了排队等待延迟。报文交换的优点是不建立专用链路，但是线路利用率较高，这是由通信中的等待时延换来的。
特点
- 报文交换基于存储转发原理
- 在报文交换中心，以每份报文为单位，根据报文的目的站地址，在进行相应的转发。
- 存储接受到的报文，判断其目标地址以选择路由，最后，在下一跳路由空闲时，将数据转发给下一跳路由。报文交换系统现今都由分组交换或电路交换网络所承载。
- 每一条报文都作为互不相干的实体进行处理。每一条报文都包含地址信息, 一次交换后,报文中的信息会被读取并且下一次交换的传输路径将被确定。
- 根据网络状况,通信选择的传输路径也会不同。 每一条报文都会在下一次交换前被存储(在硬盘上存储时,会受到RAM的限制)。
优点
- 报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。
- 由于采用存储转发的传输方式，使之具有下列优点：a.在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性；b.在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信；c.提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个目的地址，这在电路交换中是很难实现的；d.允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换。
- 通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。
缺点：
延迟时间较长，几分钟到几小时不等。由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。
报文交换只适用于数字信号。
由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延。
4.比较
- 电路交换、分组交换、报文交换之间的比较
A 和D分别表示源结点和目的结点B和C是在A和D之间的中间结点
电路交换：约定好一个通路，这边发，那边接受，类似于A蓝牙面对面传文件给C
报文交换：一次一个结点，每次传整个文件，类似于A要传电影给C，可是A上午有空，C下午有空，恰巧B上下午都有空，于是A上午将整个文件电影传给B，B下午将整个电影传给C，注意B要接受整个文件，且B要知道传给谁
分组交换：由报文交换发展而来，打包成一个个小包分别转发，类似于A要传4个G的电影给C，可是A上午有空，C下午有空，恰巧B1和B2上下午都有空，但是B1和B2都只有3个G的空间，且他俩不住在一起，于是A将4个G的电影压缩成两个2个G压缩包文件，上午将两个文件压缩包文件分别传给B1和B2，B1和B2下午将各自电影压缩文件传给C，注意B1和B2只要接受压缩文件一部分，且B1和B2都要知道传给谁，如果B1和B2中有一个文件损坏，这个电影C就看不了了，除非这个人负责的部分重新传
- 分组交换与电路交换相比：
优点：
- 线路利用率高。电路交换占用过多网络资源，属于独占型交换方式，即使拥有线路复用技术，也无法提高网络的利用率，无法同时为太多（相对概念）用户提供服务。而分组交换则采用统计多路复用技术，根据实际需求动态共享线路。这样可在一定程度上提高了同一线路上用户的数量。
- 无需事先建立连接。电路交换需事先建立连接，然后进行交换。而分组交换则不需要，直接进行传输即可。
- 以较快速度满足突发性服务的需求。电路交换应对突发性的服务较为缓慢，需事先建立连接等操作，而分组交换无需等待，直接发起相应请求即可。
缺点:
- 对于需要持续提供服务的应用，电路交换要优于分组交换。
- 分组交换可能出现丢包、差错等现象。而电路交换由于一开始就建立连接，源源不断地从源点发往终点，传输持续性包出现差错的概率要小很多。
- 分组交换与报文交换相比：
优点：
- 减小了传输时延。由于报文交换需将以报文为单位进行传输，而分组交换只需以分组为单位进行传输，同时，在传输前面分组时，可并行传输其他分组，这样提高了效率。
- 占用传输线路中较少资源。由于报文交换需要将整个报文在路由器或交换机上存储下来再找转发的端口，所以路由器或交换机的缓存必须大于或等于整个报文的大小，而分组交换则以分组的形式转发，所以路由器或交换机的缓存大于等于分组的大小即可。
- 出错几率减小。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。
- 分组交换和报文交换一样都采用存储转发原理，但由于交换结点上使用了电子计算机且分组为定长，其长度不大，完全可以放在结点交换机的存储器中进行处理，这就使分组转发非常迅速。
缺点:
- 相比报文交换，从传输总量上来说，分组交换需要传输更多的控制信息作为分组的头。
- 报文交换不会出现顺序错乱的问题，而分组交换可能会出现分组顺序乱和丢失分组等情况。
参考：
## 4.计算机网络的主要性能指标
要求：
（1）带宽。掌握模拟信道和数字信道中带宽的具体含义及表示单位。
注意：K、M、G在表示数据量和速率时的具体含义。
（2）时延。掌握发送时延、传播时延、往返时延的概念，并能熟练进行计算。计算时应注意单位的统一，并尽量采用国际单位。
（3）利用率。掌握利用率的计算及其物理意义。
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带宽
- 模拟信号
- 表示允许信号占用的频率范围。
- 单位
- HZ、KHZ、MHZ
- 数字信号
- 表示数字信道发送数字信号的速率，即比特率或数据率或传输速率，也称为吞吐量
- 单位
- 比特/秒，bit/s，bps
- 模拟信号
时延
传播时延
指电磁波在信道中传播一定距离所需的时间
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
也就是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
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
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的通信量
总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
利用率
信道利用率
- 信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率为零
- 信道利用率并非越高越好
网络利用率
- 全网络的信道利用率的加权平均值
根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。 若令 $D_0$ 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 $D_0$之间的关系：$D= \frac{D_0}{1-U}$
U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间
第2章 模型
1.OSI模型 和 TCP/IP 。
要求：掌握体系结构中服务、协议与接口的概念；OSI体系结构中各层名称（必须按顺序）及主要功能；TCP/IP 的各层名称（必须按顺序）及与OSI相互对应关系。
掌握TCP/IP各层的所使用的协议
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ISO／OSI参考模型
OSI/RM模型结构
层次
- 物理层
- 数据链路层
- 网络层
- 传输层
- 会话层
- 表示层
- 应用层
模型图
参考模型
OSI参考模型各层的功能
- （1）物理层
- 物理层是最重要、最基础的一层，位于OSI参考模型的最低层。
- 物理层为数据链路层提供服务，屏蔽了具体使用的通信介质与设备通信方式的差异。
- 主要任务
- 为通信双方提供数据传输的物理连接，并实现透明传输比特流。
- 功能
①为两个数据链路层实体之间数据的传输建立、维持和拆除相应的物理连接。
②位同步传输。在物理连接上的数据传输一般是串行传输。物理层要保证按位传输的信息的正确性。
③物理层管理。管理物理层内的一切活动。
④实现机械特性、电气特性、功能特性和规程特性的匹配。
规程 功能 电气 机械 – 归功电击
- （2）数据链路层
- 主要任务
- 检测并校正物理传输介质上产生的差错
- 传输单位
- 帧
- 功能
- ① 数据链路的建立、维持和拆除
- 链路两端的结点在通信前要先建立数据链路，在传输过程中也要维持，并在传输完毕后拆除相应的数据链路。
- ② 数据帧同步
- 数据帧首部和尾部用来表示数据帧的开始与结束，接收方必须能够明确地从物理层收到的比特流中区分出完整的数据帧，以便进行同步。
- ③ 差错控制
- 数据帧信息在传输过程中可能会出现差错。通常采用检错、重发方式等差错控制技术保证数据传输的正确性。
- ④ 流量控制
- 通过采取一定措施使网络中部分或全部链路上的信息流量不超过规定的阈值，以保证信息传输通畅顺利。
- ① 数据链路的建立、维持和拆除
- 主要任务
- （3）网络层
- 主要任务
- 在数据链路层的基础上，实现通信子网内部的连接，并向传输层提供端到端的数据传输，为报文或分组通过通信子网以最佳路径到达目的主机。对于跨越多个网络的实体，网络层还需要提供网络互连和路由选择服务等
- 功能
- ①网络连接的建立、维持与拆除
- 为传输层实体之间的通信提供服务
- ②路由选择
- 在通信子网中根据一定路由选择算法，选择一条从源结点到目的结点的最佳路由
- ③流量控制
- 对整个通信子网内的数据流量和布进行控制与管理，以免发生网络阻塞和死锁，进而提高通信子网的传输效率和吞吐量
- ④网络层需要对通信子网中传输的数据进行控制与同步，包括组包、拆包、重装以及包信息的同步
- ①网络连接的建立、维持与拆除
- 主要任务
- （4）传输层
- OSI参考模型中负责通信的最高层是传输层，网络中两个主机间端到端的可靠通信要依赖传输层
- 传输层是OSI参考模型中用户功能的最低层，也是唯一负责数据传输与控制的层次
- 功能
- ①传输层传输连接的建立、维持和拆除管理
- ②寻址
- 传输层的寻址可以正确识别网络上两台主机间相互通信的应用进程
- ③多路复用
- 传输层支持向上的复用，即一个传输层协议可同时支持多个进程连接，可将多个进程连接绑定在一个虚电路或数据报的网络连接上；传输层也支持向下的复用，即一个传输层可以使用多个网络连接
- ④流量控制
- 传输层需要对发送端实体发向接收端实体的数据流实施端到端的流量控制，使其不超过接收端的接收能力
- ⑤差错控制
- 传输层面向连接的可靠传输服务需要传输层提供如重传策略、重复检测和故障恢复等的差错控制机制
- （5）会话层
- 会话服务是在传输连接的基础上，在会话层实体之间建立会话连接。
- 功能
- ①提供会话连接的建立、数据传送和释放功能。
- ②管理会话双方的会话活动，包括对单工、半双工、全双工数据传送方式的设定和会话权限管理
- ③在数据传送流中可以插入适当的同步点，会话用户可以在发生差错是从双方确认的同步点重新开始
- （6）表示层
- 表示层是为应用进程之间传输的信息提供表示服务，处理与语法有关的语法转换和上下文控制服务
- 表示层的功能是表示连接的管理、语法转换和上下文表示控制
- （7）应用层
- OSI参考模型的最高层是应用层，即用户与网络的界面
- 任务
- 采用不同的应用协议为用户解决不同类型的应用需求，为应用进程访问OSI参考模型环境提供服务。
- （1）物理层
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TCP／IP模型
模型概述
- TCP／IP参考模型
- TCP／IP与OSI/RM的对应关系
- 各层主要协议
- 应用层
- DNS：域名系统或域名服务器
- HTTP：超文本传输协议
- FTP：文件传输协议
- TELNET：远程登录（终端）仿真协议
- NNTP：网络新闻传输服务协议
- SMTP：简单邮件管理协议
- SNMP：简单网络管理协议
- 传输层
- TCP:传输控制协议，提供可靠的面向连接服务
- UDP:用户数据报协议，提供无连接服务
- 网际层
- IP：Internet协议
- IGMP： Internet组管理协议
- ICMP： Internet控制消息协议
- ARP：地址解析协议
- RARP：反向地址解析协议
- 网络接口层
- 无网络协议
- 支持各种接口类型的网络
2. 协议的概念及组成要素。
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- 即网络中的结点为进行数据交换和通信而建立的规则、标准或约定的集合，简称协议
- 即两个对等实体之间进行通信的规则的集合
- 三要素
- 语法
- 定义通信双方交换信息时的数据与控制信息的结构或格式
- 语义
- 即语法定义的结构或格式中具体的含义
- 表示要发出何种控制信息、完成何种动作以及作出何种相应等
- 时序
- 也称为定时或同步
- 即事件实现顺序的详细说明
- 语法
3.协议与服务的关系。
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- （1）在协议的控制下，两个对等实体之间的通信可以使本层能够向上一层提供服务
- 协议的实现保证了下一层能够向上一层提供服务。要想实现本层的协议，还需要使用其下一层所提供的服务。
- （2）使用本层的服务实体，即服务接受者只能看见下层的服务而无法看见协议
- 下面的协议对上面的实体用户是透明的。
- （3）协议是控制对等实体之间的通信规则，是在“水平方向”的
- 而服务是由下层向上层通过层与层之间的接口提供的，是“垂直方向的”。
第3章 物理层
1.物理层与传输媒体的接口特性。
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- 主要任务
- 确定与传输媒体的接口的一些特性
- 1．机械特性
- 机械特性定义了传输介质接线器、物理接口的形状和尺寸、引线数目、排列顺序，以及连接器与接口之间的固定和锁定装置等
- 2．电气特性
- 规定了在物理线路上传输二进制BIT流时，在线路上信号使用的电压范围、阻抗匹配及传输距离和传输速率等参数
- 目前使用的电气特性标准定义的都是接口发送器和接收器的电器特性，还给出了互连电缆的相关规程
- 3．功能特性
- 指各条传输线路上出现的某一电平的电压所代表的意义，包括接口信号线的功能规定，接口信号线的功能分类
- 4．规程特性
- 指明利用接口传输比特流过程中各类事件发生的合理顺序，包括事件的执行顺序与具体的数据传输方式
## 2.奈奎斯特准则和香农公式的具体内容及其含义 。并能利用奈奎斯特准则和香农公式进行计算和解释相关应用。
- page 46 详细
- 奈奎斯特准则
- 为了提高信号传输效率，总是希望在单位时间内尽可能传输更多的码元
- 原因
- 信号的传输效率受到实际的物理信道的干扰，码元传输速率越高，经过信道传输后的失真度就越大。
- 香农公式
- 香农（Shannon）公式指出信道的极限信息传输速率
- C=Wlog2(1+S/N)
- W：信道的带宽
- S：信道内部所传信号的平均功率
- N：信道内部高斯噪声的功率
- S/N:信道的信噪比
3.计算机网络中常用的有线传输介质 、无线传输介质与技术。
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传输介质的典型分类
-
有线传输介质
\1. 同轴电缆
同轴电缆带宽，损耗小，抗干扰能力强，传输距离长
结构图
-
\2. 双绞线
由两根绝缘铜导线并排对扭在一起而形成，相互绞和可减少对相邻导线的电磁干扰
橙白—1 橙—2 绿白—3 蓝—4 蓝白—5 绿—6 棕白—7 棕—8
- 橙蓝绿棕，35对调，混色在前568B
绿白—1 绿—2 橙白—3 蓝—4 蓝白—5 橙—6 棕白—7 棕–8
- 绿蓝橙棕，35对调，混色在前568A
结构图
屏蔽双绞线
-
非屏蔽双绞线
-
\3. 光纤
结构图
-
原理
-
无线传输介质
- \1. 短波
- 频率范围
- 104~108Hz
- 依靠电离层的辐射
- 频率范围
- \2. 微波
- 频率范围
- 300MHz—300GHz，通常使用2G—40GHz
- 微波只能直线传输，而且可以穿透电离层，所以长距离通信需在地面架设微波中继站，或在同步地球卫星上安装中继器。
- 频率范围
- \3. 红外线
- 红外线常用于小范围(例如在一个房间)的信号传输
- 它可用于便携式计算机
- 例如我们可以在一个房间的计算机网络中使用红外线来让笔记本计算机在房间内移动时均保持与网络连接
- \1. 短波
不同传输介质的比较
-
4.计算机网络中常用的信道复用技术及其原理。
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频分多路复用
特点
- 技术成熟，使用方便
缺点
- 不够灵活
时分多路复用
同步时分复用
-
异步时分复用
-
波分多路复用
- 光的频分复用
- 单模光纤：2.5Gbps
- 光纤传输时主要存在色散问题（即光脉冲的不同频率的分量传输速率不同）
- 用波长而不用频率来表示光的载波
码分多路复用
- 码分复用CDM（或称为码分多址CDMA）每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信
- 各用户使用不同码型，不会造成干扰
- 码分复用最初使用于军事通信
- 发送的信号具有很强的抗干扰能力
- 其频谱近似白噪声，不易被敌人发现
5.常用的宽带接入技术。
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电话拨号接入
- 电话拨号接入通过计算机上安装的调制解调器（Modem，俗称“猫”）与电话线路相连接，拨号接入到因特网服务提供商（Internet Service Provider，简称ISP）的一种上网接入方式
DSL接入
DSL是数字用户线（Digital Subscriber Line）的缩写，是通过对已有的模拟电话线路进行技术改造后承载住宅宽带业务的接入技术。DSL技术支持对称和非对称传输模式，解决了ISP与用户间的“最后一公里”的瓶颈问题
DSL包括ADSL、RADSL、HDSL和VDSL等多种技术方案
ASDL家庭用户的接入方法
-
混合光纤同轴电缆接入
HFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网
HFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务
HFC网的结构
-
光纤接入
FTTx（光纤到……）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母 x 可代表不同意思
FFTB的组网方案示意图
-
LAN接入
- 通过双绞线直接与交换机相连的接入方式，具有上下行速率稳定、可扩展性强等多方面的优势
- 尤其适合宽带应用发展的需求，发展潜力十分巨大
- 通常，用户使用100Mbps接入速率，交换机之间采用1000Mbps接入速率，而主干网、服务器可以使用1Gbps和10Gbps的接入速率
无线接入
- 无线接入是指部分或全部采用无线传输的手段在交换结点与用户终端之间
- 在人口密集的城市或位置偏远的山区、岛屿，以达到安装迅速的目的，作为接入网技术中的一个重要部分
- 具有安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展的特点
- 根据无线接入终端的可移动性分类
- 移动无线接入服务
- 对象是移动终端，即蜂窝移动电话系统
- 固定无线接入
- 面向固定位置的用户或仅在小范围内移动的用户群体
- 移动无线接入服务
- 根据覆盖分为类
- 无线个人区域网WPAN
- 无线局域网WLAN
- 无线城域网WMAN
- 无线广域网WWAN
第4章 数据链路层
1.数据链路层必须解决的三个基本问题？是如何解决的？
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数据帧定界
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。要点：确定帧的界限
数字管道模型
-
用控制字符进行帧定界
-
透明传输
透明传输是指不管发送端发送的数据帧是怎么样的比特组合，都应当能够在链路上传送，而接收端应该能够准确无误地识别出完整的数据帧
字符填充
发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是 1B)
例子
-
差错检测
在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0 ，0 也可能变成 1
循环冗余检验
原理
CRC检验也称为多项式编码（Polynomial Code），它将发送的二进制序列看作系数为0或1的一个多项式，对二进制序列的操作也称为多项式算术。CRC校验码由两部分组成，前一部分是k+1个比特的待发送信息，后一部分是r个比特的冗余码。前k+1个比特部分是实际要传送的内容，是固定不变的。CRC校验码的关键在于后一部分r个比特冗余码的计算
CRC冗余码的计算中要用到两个多项式： 和 ，其中， 是一个k阶多项式，其系数是待发送的k+1位二进制序列， 是一个r阶的生成多项式，由收发双方预先约定
图
-
## 2.循环冗余检验码的计算。
- page 73
要发送数据为1101011011，采用CRC多项式是$P(X)=X^4+X+1$试求应加在数据后面的余数。
- 要发送数据为101110，采用CRC多项式是$P(X)=X^3+1$试求应加在数据后面的余数。
3.局域网的工作层次及特点。
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结构体系
LLC子层向高层提供一个或多个逻辑接口（具有帧发和帧收功能）。发送时把要发送的数据加上地址和CRC检验字段构成帧，介质访问时把帧拆开，执行地址识别和CRC校验功能，并具有帧顺序控制和流量控制等功能
LLC子层还包括为某些网络层功能，如数据报、虚拟控制和多路复用等
体系结构图
特点
- 网络为一个单位所拥有
- 地理范围和站点数目均有限
4.网卡的MAC地址。
- page 95 详细
- MAC地址
- 在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址（因为这种地址用在MAC帧中）
- IEEE 802标准为局域网规定了一种48位的全球地址（一般都简称为“地址”)，是局域网中每一台计算机固化在网卡ROM中的地址
- IEEE 的注册管理机构 RA 负责向厂家分配地址字段的前三个字节(即高位 24 位)
- 地址字段中的后三个字节(即低位 24 位)由厂家自行指派，称为扩展标识符，必须保证生产出的适配器没有重复地址
- IP地址和MAC地址
- \1. 对于网络上的某一设备，如一台计算机或一台路由器，其IP地址是基于网络拓扑设计出的，同一台设备或计算机上，改动IP地址是很容易的（但必须唯一），而MAC则是生产厂商烧录好的，一般不能改动
- \2. 长度不同。IP地址为32位，MAC地址为48位
- \3. 分配依据不同。IP地址的分配是基于网络拓扑，MAC地址的分配是基于制造商
- \4. 寻址协议层不同
5.以太网的介质访问控制方法（CSMA/CD）的含义。
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IEEE 802.3 CSMA/CD协议
- 工作原理
CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with collision detection，载波监听多路访问/碰撞检测）协议是IEEE 802.3在传统共享式以太网中一种共享传输介质的介质访问控制方法。使用的介质访问控制从逻辑上划分为两部分：介质访问控制子层（MAC）和物理层。
所有结点都共享网络传输信道，结点在发送数据之前，首先检测信道是否空闲，如果信道空闲则发送，否则就等待；在发送出信息后，再对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。
对CSMA/CD协议的工作原理补充说明
（1）“多路访问”说明是总线网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。协议的实质是“载波监听”和“碰撞检测”。
（2）“载波监听”是指每一个结点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。也就是前面所说的“先听后发”，一般采用称为载波侦听的技术，即一个结点在传输前先听信道，如果另一个结点正向信道上发送帧，结点则继续等待并侦听信道。如果侦听到该信道是空闲的，该结点则开始数据帧传输；否则，该结点将继续重复这个过程。
（3）“碰撞检测”，也称为“冲突检测”。就是边发边听和冲突停止。发送数据的结点采用称为碰撞检测的技术，边发送数据边检测信道上的信号电压大小，当一个结点检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个结点同时在发送数据，表明产生了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源。
（4）在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。产生冲突并检测到冲突的两个结点不能直接进入下一次的载波监听环节，而是要等待一段随机时间后再尝试下一次传输。这个过程指的就是“延迟重发”阶段。
- 介质访问控制方法
- 先听后发
- 边发边听
- 冲突停止
- 延迟重发
- 工作原理
第5章 网络层
1.虚电路和数据报两种服务的优缺点 。
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无连接的网络服务（数据报服务）
提供数据报服务的特点
网络随时接受主机发送的分组（即数据报），网络为每个分组独立地选择路由。
网络尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺。
网络不保证所传送的分组不丢失，也不保证按源主机发送分组的先后顺序，以及在时限内必须将分组交付给目的主机
当网络发生拥塞时，网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃
走汽车运货，几辆
面向连接的网络服务（虚电路服务）
走火车运货一辆
虚电路服务的阶段
- 虚电路的建立
- 数据传输
- 虚电路的释放
提供虚电路服务的特点
- 到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致，因此网络提供虚电路服务对通信的服务质量 QoS (Quality of Service)有较好的保证。
图示
-
两种服务的思路来源不同
- 数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。
- 可靠通信由用户终端中的软件（即TCP服务）来保证。
- 虚电路服务的思路来源于传统的电信网
- 电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。
- 数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。
数据报服务和虚电路服务的对比
对比的方面 虚电路服务 数据报服务 思路 可靠通信应当由网络来保证 可靠通信应当由用户主机来保证 连接的建立 必须有 不要 目的站地址 仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号 每个分组都有目的站的全地址 分组的转发 属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发 每个分组独立选择路由进行转发 当结点出故障时 所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作 故障结点可能丢失分组，一些路由可能会发生变化 分组的顺序 总是按发送顺序到达目的站 到达目的站时不一定按发送顺序 端到端的差错处理和流量控制 可以由分组交换网负责也可以由用户主机负责 由用户主机负责
2.IP地址和物理地址的关系。
- page 97 详细 详细
- \1. 对于网络上的某一设备，如一台计算机或一台路由器，其IP地址是基于网络拓扑设计出的，同一台设备或计算机上，改动IP地址是很容易的（但必须唯一），而MAC则是生产厂商烧录好的，一般不能改动
- \2. 长度不同。IP地址为32位，MAC地址为48位
- \3. 分配依据不同。IP地址的分配是基于网络拓扑，MAC地址的分配是基于制造商
- \4. 寻址协议层不同
3.分类IP地址的分类标准。
- page 127 详细
- 根据RFC1166的说明，IPv4的地址主要分为5类
- A类地址
- 用于主机数目非常多的大型或特大型网络。
- B类地址
- 用于中型到大型网络。
- C类地址
- 主要用于局域网。
- D类地址
- 用作多目广播，多址发送。
- E类地址
- 保留未用（作为实验地址）。
- A类地址
4.子网IP地址的实现原理及划分和表示方法。
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划分子网的基本思路
划分子网纯属一个单位内部的事情。
从主机号借用若干个比特作为子网号 subnet-id。
从其他网络发送给本单位主机的 IP 数据报，仍然根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。
然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。
最后就将 IP 数据报直接交付给目的主机。
三级的 IP 地址
为解决上述问题，从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级 IP 地址变成为三级 IP 地址。
这种做法叫作划分子网(sub netting) 。划分子网已成为因特网的正式标准协议。
## 4.子网掩码的概念，A、B、C类IP地址的默认子网掩码，子网掩码、子网地址、子网广播地址、子网个数、子网内主机个数的计算。
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子网掩码的概念 详细
通过IP数据报的首部并不知道源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。
因为32位的IP地址本身以及IP数据报的首部都没有包含任何有关子网划分的信息。
假定一个数据报（目的地址是128.9.15.1）已到达连接网络（ 128.9.0.0 ）的路由器R1，如何把它转发到子网（ 128.9.15.0 ）去呢？
子网掩码的构成
图示
-
网络地址= (IP 地址) AND (子网掩码)
-
## 5.CIDR地址及CIDR地址块的概念，基于CIDR地址块的路由聚合的实现方法。
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CIDR地址不分类
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，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。
CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。
IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。
CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，即CIDR记法，表示IP地址中网络前缀的长度，如128.15.48.34/20。
CIDR地址块
CIDR 将网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR地址块”。
一个CIDR地址块由地址块的起始地址和地址块中的地址数来定义。
CIDR地址块举例
CIDR地址块128.15.48.0/20，则：
- 地址块的起始地址： 128.15.48.0；
- 地址块中共有 212个地址；
- 地址块中的最小地址：128.15.48.0；
- 地址块中的最大地址：128.15.63.255；
地址块中全 0 和全 1 的主机号地址一般作为特殊地址使用，通常只使用在这两个地址之间的地址；
地址块的长度也可以用子网掩码来表示；
CIDR地址块128.15.48.0/20的结构
-
路由聚合 page 144 详细
6. IP数据报的基本构成 。
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-
7. RIP、OSPF、BGP路由选择协议的主要特点。
- page 174 详细
- RIP协议的特点
- 1.仅与相邻路由器交换信息
- 2.交换的信息是本路由器路由选择表中的更新信息
- 3.交换的信息是按固定的时间间隔进行的
- 4.根据从相邻路由器得到的更新信息，对本地路由选择表进行处理更新
- page 180 详细
- OSPF协议的特点
- （1）支持无类域间路由（CIDR）。
- （2）支持区域划分。
- （3）无路由自环。
- （4）路由变化收敛速度快。
- （5）使用IP组播收发协议数据。
- （6）支持多条等值路由。
- （7）支持协议报文的认证。
- page 185 详细
- BGP协议的特点
- （1）实现自治系统间通信，传播网络的可达信息。
- （2）多个BGP路由器之间的协调。
- （3）BGP支持基于策略的路由（policy-base routing）。
- （4）可靠的传输。
- （5）路径信息。
- （6）增量更新。
- （7）BGP支持无类型编制（CIDR）及VLSM方式。
- （8）路由聚集。
- （9）BGP还允许接收方对报文进行鉴别和认证
第6章 传输层
1.传输层的作用。
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从通信和信息处理的角度看，运输层向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。
为相互通信的应用进程提供逻辑通信
传输层的主要功能
（1）传输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。
（2）传输层还要对收到的报文进行差错检测。
（3）传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。
tcp打电话两边连接一起通才行，udp写信给别人，可能地址已经变了，就寄不到了
传输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道
2.TCP/IP体系传输层的两个协议的名称及特点。
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传输控制协议TCP
TCP的主要特点
TCP 是面向连接的运输层协议。
每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。
TCP 提供可靠交付的服务。
TCP 提供全双工通信。
面向字节流
TCP 面向字节流的概念
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用户数据报协议UDP
UDP的特点
- 1.UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
- 2.UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制。
- 3.UDP 是面向报文的。
- 4.UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
- 5.UDP 的首部开销小，只有 8 个字节。
3.UDP报文结构、TCP报文结构。
## 4.TCP可靠传输的实现方法。
- page 209 详细
## 5.TCP流量控制的实现方法。
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TCP流量控制就是控制发送方的发送数据量，让发送方的发送速率不要太快，不能超过接收方的接收能力，使得接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞。
接收方使用反馈机制，向发送方应答，报告自己当前的接收情况和能力。
接收能力由接收设备的处理速度、接收缓冲的容量等确定。
利用滑动窗口机制可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控制。
流量控制举例
-
持续计时器(防止死锁) (persistence timer)
- TCP 为每一个连接设有一个持续计时器。
- 只要 TCP 连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器。
- 若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段（仅携带 1 字节的数据），而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值。
- 若窗口仍然是零，则收到这个报文段的一方就重新设置持续计时器。
- 若窗口不是零，则死锁的僵局就可以打破了。
## 6.TCP拥塞控制的实现方法。
- page 215 详细
7.TCP建立连接的三次握手机制及原理， TCP连接的释放过程。
- page 205 详细
第7章 应用层
1.域名系统DNS的作用。
- page 224 详细
- 将域名转换成IP地址
2.因特网的域名结构及顶级域名的构成情况。
page 225 详细
Internet的域名层次结构
顶级域名 TLD(Top Level Domain)
- (1) 国家顶级域名 nTLD：
- 如: .cn 表示中国，.us 表示美国，.uk 表示英国，等等。
- (2) 通用顶级域名 gTLD
- .com （公司和企业）
- .net （网络服务机构）
- .org （非赢利性组织）
- .edu （美国专用的教育机构（）
- .gov （美国专用的政府部门）
- .mil （美国专用的军事部门）
- .int （国际组织）
- (3) 基础结构域名(infrastructure domain)
- 这种顶级域名只有一个，即 arpa，用于反向域名解析，因此又称为反向域名。
- 新增加了下列的通用顶级域名
- .aero （航空运输企业）
- .biz （公司和企业）
- .cat （加泰隆人的语言和文化团体）
- .coop （合作团体）
- .info （各种情况）
- .jobs （人力资源管理者）
- .mobi （移动产品与服务的用户和提供者）
- .museum （博物馆）
- .name （个人）
- .pro （有证书的专业人员）
- .travel （旅游业）
- (1) 国家顶级域名 nTLD：
3.电子邮件系统的构成及所使用的协议。
page 238 详细
电子邮件系统有3个主要组成部分，即用户代理（User Agent，UA）、邮件服务器和简单件传输协议（SMTP）和邮件读取协议（如POP3）。
电子邮件的最主要的组成构件
-
4.www（万维网）的概念及服务机制（理解HTML、超文本、超媒体、超链接、HTTP、URL、搜索引擎，万维网必须解决的4个问题）。
- page 229 详细
- 概念
- WWW（World Wide Web）也称为万维网、环球信息网、3W或WEB，是一个大规模的、联机式的信息储藏所。
- 万维网用链接的方法非常方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需获取丰富的信息。这种访问方式称为“链接”。
- 万维网是分布式超媒体（hypermedia）系统，是超文本（hypertext）系统的扩充。
- 万维网必须解决的问题
- 怎样标志分布在整个因特网上的万维网文档？
- 使用统一资源定位符 URL (Uniform Resource Locator)来标志万维网上的各种文档。使每一个文档在整个因特网的范围内具有唯一的标识符 URL。
- 用什么协议实现万维网上各种超链接？
- 在万维网客户程序与万维网服务器程序之间进行交互所使用的协议，是超文本传送协议 HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)。
- HTTP 是一个应用层协议，它使用 TCP 连接进行可靠的传送。
- 怎样使各种万维网文档都能在因特网上的各种计算机上显示出来，同时使用户清楚地知道在什么地方存在着超链接？
- 超文本标记语言 HTML (Hyper Text Markup Language)使得万维网页面的设计者可以很方便地用一个超链接从本页面的某处链接到因特网上的任何一个万维网页面，并且能够在自己的计算机屏幕上将这些页面显示出来。
- 怎样使用户能够很方便地找到所需的信息？
- 为了在万维网上方便地查找信息，用户可使用各种的搜索工具（即搜索引擎）。
- 怎样标志分布在整个因特网上的万维网文档？
6.FTP协议的两个进程、两个连接、两个端口。
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- 连个进程：主进程和从属进程
- 两个连接：控制连接和数据连接
- 两个端口：21和20
7.DHCP协议的作用及工作过程。
用于内部网或网络服务供应商自动分配IP地址
给用户用于内部网管理员作为对所有计算机作中央管理的手段
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DHCP 协议的工作过程
-
           
参考：