《计算机网络》总复习

《计算机网络》谢希仁编著总复习第1章概述1.2-1.7节是重点，其中要掌握的知识点：1、数据的交换技术什么是数据交换技术？

数据交换技术是指通信子网根据需要和网络条件动态地安排两个通信结点的通信线路。电路交换和分组交换技术的特点见教材11-12页电路交换技术的特点：先建立连接→通话（一直占用通信资源）→释放连接（一直占用通信资源）分组交换技术的特点：分组交换技术采用存储转发技术，一个报文划分若干个分组，分组是等长的数据段加上必要的控制信息组成的首部，每个分组独立传输。2、计算机网络的性能：速率：

是指数据传输速率，单位是：b/s(比特每秒)bit/s，定义为单位时间内所传输的二进制信息位数，也称为数据率或比特率。波特率:

定义为单位时间内通过信道传输的码元个数，又称为波特率。码元速率单位是波特（Baud).

带宽：有以下两种解释：（1）带宽本来是指信号具有的频带宽度。即信号所包含的不同频率成分所占据的频率范围。单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。（2）在计算机网络中，“带宽”用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力。表示在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”。在计算机网络中“带宽”和“最高数据率”是同义语，单位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。带宽有时又是指通信信道的容量。信道的容量是信道传输数据能力的极限。就像公路最大限速值与汽车实际速度之间的关系.信道的容量是信道的最大传输速率。时延：是指数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所续的时间。3、网络的体系结构：定义为计算机网络的各层及其协议的集合。常说的计算机网络体系结构有：OSI的体系结构、TCP/IP体系结构和五层协议的体系结构。通常网络体系的各层所要完成的功能主要有以下（可以只包括一种，也可以包括多种）：见教材27页差错控制流量控制分段和重组复用和分用建立连接和释放。在结构上，OSI参考模型和TCP/IP参考模型都采用了分层结构，所不同的是，OSI参考模型分为7层，而TCP/IP参考模型分为4层。TCP/IP模型中没有表示层和会话层。TCP/IP模型的应用层相当于综合了OSI模型中的应用层、表示层和会话层的功能。TCP/IP模型没有数据链路层和物理层，网络接口层包含了这两层的功能。OSI模型和TCP/IP模型都有传输层，TCP/IP模型的传输层有两个协议TCP和UDP，TCP提供面向连接的可靠的数据传输服务，UDP提供无连接的不可靠的数据传输服务。OSI结构和TCP/IP结构的比较

OSI模型中的网路层可以提供无连接和面向连接的两种服务，而TCP/IP模型的网路互联层使用IP协议为传输层提供无连接的数据报服务。

OSI模型由于体系复杂，设计先于实现，有许多设计过于理想，不太方便计算机软件实现，多用于理论研究和教学。而TCP/IP模型是在实践中产生和发展的，已经成为目前网际互联事实上的国际标准和工业标准。4、实体、协议、服务和服务访问点（见教材30页）

实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块

。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。下面的协议对上面的服务用户是透明的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。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。同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点

SAP(ServiceAccessPoint)。5、“无缝的”、“透明的”和“虚拟的”“无缝的”概念用于网络时，表示几个网络互连时对用户来说就好像是一个网络。因为互连的各个网络都使用统一的网际协议IP，具有统一的IP地址。用户看不见各个不同网络相接的“缝”。“无缝的”和“透明的”意思很接近。“透明的”表示实际存在的东西而我们却好像看不见一样。如：发送邮件时用鼠标单击“发送”，邮件就发送出去了。实际上这个工作使用了好几个网络协议，这些复杂的过程我们都看不见。这些复杂的网络协议对用户来说都是“透明的”。它们都存在在电脑里，用户却看不见。“虚拟的”表示看起来好像存在但实际上并不存在。第2章物理层2.1、2.2、2.4节是重点，其中要掌握的知识点：1、物理层的基本功能：其基本功能是在通信介质上实现0、1比特流的传输。物理层不是指具体的传输介质。2、数据通信的基本概念信息、数据和信号：信息发送前要编码成数据，数据再用信号来表示才能在传输介质上传输。数据是信息的实体信号是数据的电气的或电磁的表现形式。3、奈奎斯特定律和香农定律奈奎斯特定律说明了在理想信道传输二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽W(单位Hz)的关系：Rmax=2•W•㏒2N

N是一个码元所取有效离散值的个数㏒2N是一个码元所携带的信息量。香农定律给出了在有噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。信道的极限信息传输速率C可表达为

C=Wlog2(1+S/N)b/s

例如：信道带宽为3khz,信噪比为30db,则每秒能发送的比特数不会超过多少？根据香农定理：最大传输速率C=Wlog2(1+S/N)b/s

，已知：db=10㏒10(s/n)，即s/n=1030/10=1000,所以C=3000*㏒2(1＋1000)

4、信道的复用技术：当物理链路的传输能力大于信号传输的需求时，这条链路上就可以传输多路信号，进行复用。为了充分利用传输介质，在一条物理线路上建立多条通信信道的技术，就是多路复用技术。掌握频分复用和时分复用原理。第3章数据链路层重点3.1、3.2、3.3节，3.5节。其中要掌握的知识点：1、数据链路层的基本功能：数据链路层为网络层服务，在相邻结点间无差错地传递以帧为单位的数据。这里“无差错”是指“无比特差错”。要实现这个基本功能需要解决3个基本问题：封装成帧、透明传输差错检测。2、链路和数据链路3、数据链路的种类：点到点的链路、广播链路（共享链路）。点对点的链路在实际应用中，点到点链路的通信主要用在几种情况：第一种是两个网络之间通过路由器互连，即路由器之间的点到点的连接。第二种是拨号接入再就是广域网广播链路（共享链路）：多用于局域网。所以，在数据链路层有两个分支，一是使用点到点信道的数据链路层和使用广播信道的数据链路层点到点信道的数据链路层使用的协议是点到点协议PPP广播信道的数据链路层使用的协议是CSMA/CD协议。4、三个基本问题：封装成帧：把数据组成一定大小的数据块—帧，以帧为单位发送、接收和校验数据。透明传输：对数据中含有的控制信息要有相应措施使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息差错检测：数据链路层使用循环冗余检验检错技术对传输中产生的比特差错进行检错。5、PPP协议⑴帧的格式（见教材73页）5、PPP协议⑵当PPP协议使用异步传输时，透明传输靠字节填充解决。（见教材73页）异步传输的特点是：一个字符为一个传输单位，在字符内部的比特之间是同步的，字符之间的时间间隔可以是任意的。5、PPP协议⑶当PPP协议使用同步传输时，透明传输靠零比特填充法解决。（见教材74页）同步传输是以一个数据块为一个传输单位。整个数据块内部是同步的。数据块和数据块之间的时间间隔可以是任意的。6、广播信道的数据链路层使用的协议—CSMA/CD1、在广播信道上怎样实现一对一的通信？在广播信道上实现一对一的通信，是让每台计算机的适配器拥有一个与其它适配器不同的地址（MAC地址）2、在共享的广播信道上如何解决共享介质的使用？采用的协调方法是使用一种特殊的协议CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）联网主机的适配器每发送一个新的数据帧，就要执行一次CSMA/CD算法。3、争用期和最短帧长概念以太网端到端往返时间2为争用期又称为碰撞窗口。争用期是一个很重要的参数。最短帧长：以太网设置有效最短帧长是64字节，因为争用期内可以发送64个字节。凡是长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧。问题：是什么原因使以太网有一个最小帧长和最大帧长？答：设置最小帧长是为了区分开噪声和因发生碰撞而异常中止的短帧。设置最大帧长是为了保证个站都能公平竞争接入到以太网。因为如果某个站发送特长的数据帧，则其他的站就必须等待很长的时间才能发送数据。4、以太网的两个标准DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准。严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网。7、以太网的扩展⑴在物理层扩展以太网：使用设备HUB⑵在数据链路层扩展以太网：使用设备网桥、交换机。7、以太网的扩展⑶网桥（交换机）的自学习和转发数据帧的原理(见教材95页)网桥每收到一个帧，就记下其源地址和进入网桥的接口，作为转发表中的一个项目。在转发帧时，是根据收到的帧首部中的目的地址来转发。7、以太网的扩展⑷广播域的概念：广播域：广播帧可以到达的区域范围。一个局域网是一个广播域。一个广播帧可以到达局域网内的每一个主机。随着局域网的扩展，局域网的范围在不断扩大，广播域也在不断扩大，会产生广播风暴。⑸虚拟局域网与广播风暴：一个局域网是一个广播域。虚拟局域网可以缩小广播域，避免广播风暴。⑹碰撞域概念：是指局域网中的某个区域内，如果两台主机同时发送数据，就会产生冲突，这样的一个区域就称为冲突域。使用集线器互联的局域网结构，它是一种共享介质的局域网结构，所有连接到集线器的结点共享一个“传输介质”，所以一个集线器就是一个冲突域。第4章网络层4.1-4.5节是重点，其中要掌握的知识点：1、网络层功能我们知道数据链路层只能解决相邻结点间的数据传输问题，不能解决两台主机之间的数据传输问题。网络层使用数据链路层的服务，实现主机到主机的通信，向传输层的端到端传输提供服务。第4章网络层2、网络互联的概念随着网络应用的深入，人们已经不满足仅仅在部门或企业内部交换信息，如果两个通信的用户不在同一个物理网络，如一个在清华大学，另一个在南京大学就不能通信，所以说不能相互连接的内部的物理网络被称为“信息孤岛”。可见网络互联的需求已是事实！利用路由器将两个及两个以上的物理网络互联起来构成的系统叫做互联网络，简称互联网。第4章网络层3、什么是IP地址？要实现网络的互联，首先需要建立全局的地址系统，解决互联中主机、路由器及其他设备的全局唯一的地址标识问题。IP地址就是全局统一地址标识符。每个IP地址都能惟一地、确定地识别一个物理网络与一台主机。问题：为什么IP地址又称为“虚拟地址”？答：这是因为IP地址是靠软件来维持的而不是硬件地址。我们好像构成了一个很大的互连网络，但这个网络是虚拟的网络系统，因为它的通信系统是抽象的。虽然许多硬件和软件的组合看起来好像构成了一个很大的网络，但这样的大网络实际上并不存在。这种虚拟网络的地址也是虚拟的，因此IP地址又称为“虚拟地址”。4、IP协议⑴分类的IP地址⑵IP数据报首部的字段格式及作用问题：网络前缀是指网络号字段(net-id)中前面的几个类别位还是指整个的网络号字段？答：是指整个的网络号字段，即包括了最前面的几个类别位在内。网络前缀常常就简称为前缀。例如一个B类地址，10100000000000000000000000010000，其类别位就是最前面的两位：10，而网络前缀就是前16位：1010000000000000。问题：IP协议有分片的功能，这是为什么？答：IP数据报可能要经过许多个网络，而源主机事先并不知道数据报后面要经过的这些网络所能通过的分组的最大长度是多少。等到IP数据报转发到某个网络时可能才发现数据报太长了，因此在这时就必须进行分片。5、划分子网：借用主机位来表示子网络。回答下列问题：⑴子网掩码为代表什么意思？答：C类地址对应的子网掩码默认值。表示主机号由最后8bit决定，而路由器寻找网络由前24bit决定⑵一个A类网络和一个B类网络的子网络号分别为16bit和8bit,问这两个网络的子网掩码有何不同？答：子网掩码一样，都是，但子网数目不同。因为：A类网络默认掩码是：

，现子网络号为16bit，说明借用了16bit主机号去表示子网络号，所以子网掩码变为：。可表示216个子网络。同样：B类网络默认掩码是：

，现子网络号为8bit，说明借用了8bit主机号去表示子网络号，所以子网掩码变为：。可表示28个子网络。⑶一个B类网络的子网掩码是。试问在其中每个子网上的主机数最多是多少？答⑶：最多可有4094个（不考虑全0和全1的主机号)因为240转换成二进制是：11110000，主机号用12bit来表示，212=40966、无分类编址CIDR一个IP地址由两部分组成：网络前缀和主机号。CIDR采用斜线记法来表示IP地址，例如5/25。其中“/25”表示这个IP地址中前25位是网络前缀，代表网络，剩下的主机位是7位。【问题】有人认为使用CIDR时，给某单位分配了一个地址块/20，相当与16个C类地址块。如果不使用CIDR，而直接给该单位分配16个C类地址块，在效果上不是一样吗？答：在效果上是不一样的！如果不使用CIDR,而直接给该单位分配16个C类地址块,就相当于给单位分配16个C类网络。对单位外来说每个C类网络都在单位外面的路由表中占有一个表项，使路由表更大。对单位内的主机相互通信时，由于跨越了不同的网络，都必须使用路由器来转发IP数据报，造成开销大使用CIDR时，给该单位分配了一个地址块/20，即满足了IP地址数量的需求，又解决了上述问题。【例题】已知一个CIDR地址块为/21。⑴试用二进制表示这个地址块。⑵这个CIDR地址块包含有多少个C类地址块？题解：⑴/21=11001100001110001010101000000000有下划线的粗体数字表示网络号。⑵C类地址块的网络号是24位，比上面的CIDR地址块多3位。因此这个CIDR地址块包含23=8个C类地址块。（因为211=2*210=2*1024=2048/256=8）【例题】已知局域网2/27上面连接了一个路由器和五个主机，它们的IP地址已标注在下图中。试问这些IP地址有没有不正确的？如有，请说出理由。2/27300110图：判断IP地址是否正确题解：局域网2/27的二进制表示是000010100000101000000001

00100000有下划线的粗体字是网络前缀。在这个局域网上连接的设备的主机号host-id一共有5位二进制数，因此其IP地址的最后一个字节的数值不能超过00111111，即不能超过十进制的63.从图上看出，地址0是个错误的地址，不允许出现在这个局域网上，其余的地址正确。6、RIP协议原理路由更新算法:见教材148页【例题1】假定路由器B中的路由表有如下的项目（这三列分别表示“目的网络”、“距离”和“下一跳”）：现在B收到C的路由表，求出路由器B更新后的路由表。N17AN22CN68FN84EN94FN24N38N64N83N98B的路由表C的路由表N17A无新信息，不变N25C相同的下一跳，更新N39C新的项目，添加N65C不同的下一跳，距离更短，更新N84E不同的下一跳，距离一样，不变N94F不同的下一跳，距离更大，不变路由器B更新后的路由表【例题2】

某路由器的路由表如下图所示。现在路由器收到3个数据分组，其目的站点的IP地址分别是：⑴51(10010111)⑵30(10000010)⑶(00001001)试分别计算其下一站。目的网络子网掩码下一站接口02828接口128R292R3*（默认）-R4答：(1)51下一跳为R4(2)30下一跳为接口1(3)下一跳为R37、网络地址转换NAT第5章运输层5.1-5.5节是重点，其中要掌握的知识点：1、运输层功能：我们知道网络层及以下各层实现了网络中主机之间的数据通信，但是数据通信不是组建网络的最终目的。计算机网络本质的活动是实现分布在不同物理位置的主机之间的进程通信，以实现应用层的各种网络服务功能。传输层的主要作用就是要实现分布式进程通信，因此它是整个协议结构的核心。2、UDP协议的特点（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。发送方的UDP对应用层交下来的报文，添加首部后就向下交付IP层。

UDP对应用层交下来的报文既不合并，也不拆分，这可使应用层的数据被迅速、及时地发送出去。应用层交给UDP多长的报文，

UDP就照样发送，即一次发送一个报文。3、TCP协议的特点答：（1）TCP是面向连接的（2）TCP提供可靠交付的服务。无差错、不丢失、不重复、按序到达（3）TCP提供全双工通信（4）面向字节流（stream）的。“流”指的是流入到进程或从进程流出的字节序列。既然传输层已经有了TCP协议，为什么还要另外提供UDP服务呢？答：因为TCP连接有三个阶段：三次握手、数据传输、释放连接。其中“三次握手”和“释放连接”过程就需要交换不少数据，如果其中的“数据传输”阶段只传输几个字节的信息的话，造成的额外开销太大。比如在DNS查询时，中间只需要传输几个字节的信息，此时“三次握手”和“释放连接”的开销在整个开销中就显得非常大，这时无连接的UDP服务反而比较合适。另外RIP协议，在和相邻的路由器交换路由信息时，如果丢失了，可以下次在传，这样比使用TCP更加有利。所以，设计比较简单的UDP协议的目的是希望以最小的开销来达到网络环境中的进程通信目的。4、TCP协议的4个功能：应用进程寻址、数据的可靠传输、流量控制、拥塞控制。⑴应用进程寻址提供了端口机制来解决应用进程寻址问题。

⑵提供数据的可靠传输TCP主要使用带有定时器的确认、重传机制实现数据的可靠性传输。⑴对发送的每个字节进行编号：TCP将应用进程交给它的所有数据看成是字节流，对每一个节进行编号，字节的起始编号在建立连接时确定，通知对方（报文首部的序号字段）⑵对收到的字节进行确认：在报文首部的确认字段中的确认号包含了一种“期望”。如果确认号是101，隐含的意思100号之前的数据都收到了，下一个数据块的首字节序号是101.⑶设置重传定时器：仅靠编号和确认还不能提供可靠性，每发送一个报文后，启动一个重传定时器，定时器时间到，而确认没到，就重传报文段。基于以上三个措施，故TCP采用了带有定时器的确认和重传机制实现的数据的可靠传输。

TCP如何实现可靠传输

（3）实现流量控制TCP利用滑动窗口协议实现流量控制。通信双方为每一个连接各使用一个窗口，称为滑动窗口。TCP通过两个缓存和一个窗口来控制数据的流动

（4）拥塞控制例题：1、IP和UDP的共同点就是它们都是无连接的。IP和UDP最主要的区别是什么？IP是主机到主机的通信协议，但UDP是进程到进程的通信协议。2、从通信的起点和终点来比较，TCP和IP的不同点是什么？进程A和进程B的通信是使用面向连接的TCP提供的可靠的传输。主机X和主机Y的通信是使用无连接的IP提供的不可靠的传输。对TCP来说，通信的起点和终点是运输层上面的两个套接字(socket)，而应用层的应用进程正是通过应用层和运输层之间的套接字来使用TCP提供的服务。TCP协议根据报文段首部中的端口号找到目的端口，将报文段交付给目的进程。

对IP来说，通信的起点和终点是连接在网络上的两个主机。IP协议根据数据报首部中的目的IP地址找到目的主机，将数据报交付给目的主机。3、什么是端口号？在TCP/IP体系中，怎样确定通信双方的端口号？端口是本计算机中的一个进程的标识，应用层的各种进程通过相应的端口与传输实体进行交互。作用是：数据报到达目的主机后，传输层还要根据数据报的目的端口号将数据交付给目的进程。在TCP/IP协议体系中，进程间的相互作用采用客户/服务器(Client/Server)模型，客户端进程的端口号，是由运行在客户机上的TCP(UDP)软件随机选取，叫临时端口（49152-65535）服务器端进程端口号使用的是熟知端口号，或叫保留端口号。每一项网络服务都是对应一个“服务程序”进程，都被分配一个特定的熟知端口号。【问题】端口和套接字的区别？答：套接字是TCP连接的端点，又称为“插口”，套接字=（IP地址，端口号）套接字由应用程序产生，当应用进程创建一个套接字时，要指明该套接字使用的端口号。【问题】端口和套接字的区别？（续）答：端口是应用层服务的一个代号，用来表示应用进程。端口是一个16bit的整数。各种服务器使用的端口都是保留端口，以便使客户能够找到服务器。如WWW服务器使用的是80端口。第6章应用层6.1-6.2、6.4-6.6节是重点，其中要掌握的知识点：1、WWW原理Http报文类型、格式。Web代理、Cookie技术原理。2、DNS原理3、电子邮件系统：SMTPPOP3协议4、DHCP原理Http报文类型、格式。Web代理、Cookie技术原理。DHCP原理：DHCP客户与DHCP服务器通过DHCP报文来交换信息，获取、释放IP地址。DHCP客户端获得IP地址的过程:DHCP客户端通过广播一个DHCPDiscover发现报文来发现DHCP服务器。DHCP服务器向客户端以单播发送DHCPOffer提供报文，提供IP地址、子网掩码等信息。客户端收到DHCPOffer（提供）报文后，以广播形式发送DHCPRequest请求报文。服务器收到DHCPRequest请求报文后，以单播的形式回应DHC