2023计算机网络基础知识面试

计算机网络基础知识——面试收藏必备

一、概述

网络的网络

ISP

主机之间的通信方式

电路交换与分组交换

时延

计算机网络体系结构

二、物理层

通信方式

带通调制

三、数据链路层

基本问题

信道分类

信道复用技术

CSMA/CD协议

PPP协议

MAC地址

局域网

以太网

交换机

虚拟局域网

四、网络层

概述

IP数据报格式

1P地址编址方式

地址解析协议ARP

网际控制报文协议ICMP

虚拟专用网VPN

网络地址转换NAT

路由器的结构

路由器分组转发流程

路由选择协议

五、传输层

UDP和TCP的特点

UDP首部格式

TCP首部格式

TCP的三次握手

TCP的四次挥手

TCP可靠传输

TCP滑动窗口

•TCP流量控制

•TCP拥塞控制

•六、应用层

•域名系统

•文件传送协议

•动态主机配置协议

・远程登录协议

•电子邮件协议

•常用端口

•Web页面请求过程

•参考资料

一、概述

网络的网络

网络把主机连接起来，而互联网是把多种不同的网络连接起来，因此互联网是网

络的网络。

ISP

互联网服务提供商ISP可以从互联网管理机构获得许多IP地址，同时拥有通

信线路以及路由器等联网设备，个人或机构向ISP缴纳一定的费用就可以接入

互联网。

WWW

WWW

目前的互联网是一种多层次ISP结构，ISP根据覆盖面积的大小分为第一层

ISP、区域ISP和接入ISPo互联网交换点IXP允许两个ISP直接相连而不用

经过第三个ISPo

主机之间的通信方式

客户-服务器（C/S）：客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

对等（P2P）：不区分客户和服务器。

其中1表示信道长度，V表示电磁波在信道上的传播速度。

3.处理时延

主机或路由器收到分组时进行处理所需要的时间，例如分析首部、从分组中提取

数据、进行差错检验或查找适当的路由等。

4.排队时延

分组在路由器的输入队列和输出队列中排队等待的时间，取决于网络当前的通信

量。

计算机网络体系结构

0S1的体系结构TCP/IP的体系结构五层协议的体系结构

(a)OSI的七层协议(b)TCP/IP的四层协议(c)五层协议

图1・18计算机网络体系结构

1.五层协议

应用层：为特定应用程序提供数据传输服务，例如HTTP、DNS等。数据

单位为报文。

传输层：为进程提供通用数据传输服务。由于应用层协议很多，定义通

用的传输层协议就可以支持不断增多的应用层协议。运输层包括两种协议：传输

控制协议TCP,提供面向连接、可靠的数据传输服务，数据单位为报文段；用户

数据报协议UDP,提供无连接、尽最大努力的数据传输服务，数据单位为用户数

据报。TCP主要提供完整性服务，UDP主要提供及时性服务°

网络层：为主机提供数据传输服务。而传输层协议是为主机中的进程提

供数据传输服务。网络层把传输层传递下来的报文段或者用户数据报封装成分

组。

数据链路层：网络层针对的还是主机之间的数据传输服务，而主机之间

可以有很多链路，链路层协议就是为同一链路的主机提供数据传输服务。数据链

路层把网络层传下来的分组封装成帧。

物理层：考虑的是怎样在传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的

传输媒体。物理层的作用是尽可能屏蔽传输媒体和通信手段的差异，使数据链路

层感觉不到这些差异。

2.OSI

其中表示层和会话层用途如下：

表示层：数据压缩、加密以及数据描述，这使得应注程序不必关心在各

台主机中数据内部格式不同的问题。

会话层：建立及管理会话。

五层协议没有表示层和会话层，而是将这些功能留给应用程序开发者处理。

3.TCP/IP

它只有四层，相当于五层协议中数据链路层和物理层合并为网络接口层。

TCP/IP体系结构不严格遵循OSI分层概念，应用层可能会直接使用IP层或者

网络接口层。

应用层

TCPUDP

IP

网络接口层（子网层）

图1・23TCP/IP体系结构的另一种表示方法

TCP/IP协议族是一种沙漏形状，中间小两边大，1P协议在其中占据举足轻重的

地位。

应用层

图1・24沙漏计时器形状的TCP/IP协议族示意

4.数据在各层之间的传递过程

在向下的过程中，需要添加下层协议所需要的首部或者尾部，而在向上的过程中

不断拆开首部和尾部。

路由器只有下面三层协议，因为路由器位于网络核心中，不需要为进程或者应用

程序提供服务，因此也就不需要传输层和应用层。

主机I手机3

瘁

API

I也］敷据

数据数据

路由器

但数据数据

3少部

--数据数据

犷-10100-比特流…110100I-10100-

图1/9数据在各层之间的传递过程

二、物理层

通信方式

根据信息在传输线上的传送方向，分为以下三种通信方式:

单工通信：单向传输

半双工通信：双向交替传输

全双工通信：双向同时传输

带通调制

模拟信号是连续的信号，数字信号是离散的信号。带通调制把数字信号转换为模

拟信号。

基带信号0|-i一|0Q|-111~|oo

调幅-----------恤删删-----------

调频VWVM/VW删聊M/VV

调相VWWWVAAAAAM/WV

三、数据链路层

基本问题

1.封装成帧

将网络层传下来的分组添加首部和尾部，用于标记帧的开始却结束。

帧开始1P警.报帧结束

磔—；■一-XX---二—：

♦——帧首部帧的数据部分帧尾部

，，--------------<MTU-------------------

----------------数据链路层的帧长----------------*

从这里开始发送

图3-4用帧首部和帧尾部封装成帧

2.透明传输

透明表示•个实际存在的事物看起来好像不存在一样。

帧使用首部和尾部进行定界，如果帧的数据部分含有和首部尾部相同的内容，那

么帧的开始和结束位置就会被错误的判定。需要在数据部分出现首部尾部相同的

内容前面插入转义字符。如果数据部分出现转义字符，那么就在转义字符前面再

加个转义字符。在接收端进行处理之后可以还原出原始数据。这个过程透明传输

的内容是转义字符，用户察觉不到转义字符的存在。

图3・7用字节填充法解决透明传输的问题

3.差错检测

目前数据链路层广泛使用了循环冗余检验（CRC）来检查比特差错。

信道分类

1.广播信道

一对多通信，一个节点发送的数据能够被广播信道上所有的节点接收到。

所有的节点都在同一个广播信道上发送数据，因此需要有专门的控制方法进行协

调，避免发生冲突（冲突也叫碰撞）。

主要有两种控制方法进行协调，一个是使用信道复用技术，一是使用CSMA/CD协

议。

2.点对点信道

一对一通信。

因为不会底生碰撞，因此也比较简单，使用PPP协议进行控制。

信道复用技术

1.频分复用

频分复用的所有主机在相同的时间占用不同的频率带宽资源C

频率

时R

2.时分复用

时分复用的所有主机在不同的时间占用相同的频率带宽资源,

周期性出现

频率

时间

使用频分复用和时分复用进行通信，在通信的过程中主机会一直占用一部分信道

资源。但是由于计算机数据的突发性质，通信过程没必要一直占用信道资源而不

让出给其它用户使用，因此这两种方式对信道的利用率都不高。

3.统计时分复用

是对时分复用的•种改进，不固定每个用户在时分复用帧中的位置，只要有数据

就集中起来组成统计时分复用帧然后发送。

abbccda

3个STOM帧

图2/6统计时分复用的工作原理

4.波分复用

光的频分复用。由于光的频率很高，因此习惯上用波长而不是频率来表示所使用

的光载波。

光调制器光解调器

0pZ-1550nm

11550nm0

1551nni]------,1

20Gbit/sEDFA1552nmj=^T"

8x2.5Gbit/s------1553nm]553nmj------138

1310nm1554nm->1554

1555nm11555nm।------15

120km

1556nm1556nmi、6

1557nm]557nmp-----17

图2/7波分复用的概念

5.码分复用

为每个用户分配mbit的码片，并且所有的码片正交，对于任意两个码片s和

t有

为了讨论方便，取m=8,设码片s为00011011。在拥有该码片的用户发送比特

1时就发送该码片，发送比特0时就发送该码片的反码11100100。

在计算时将00011011记作(-1-1-1+1+1-1+1+1),可以得到

Ik二

—5-5=1

Hl

”摩iT0

其中s'为S的反码。

利用上面的式子我们知道，当接收端使用码片S对接收到的数据进行内积运算

时，结果为0的是其它用户发送的数据，结果为1的是用户发送的比特1,结

果为-1的是用户发送的比特0o

码分复用需要发送的数据量为原先的m倍。

；1：1;0：

「待发送的数据码元i，T：「二£'二二甚0

发送端二个旧'—―"t

LS站发送的信号Lnrl_FLFFR-JH--

;-l-1-1*1*1-1*1♦lp-1-l*1+1-1*!+1;*1*1+1-I-I+1-1-I;

1101

VIII

在出通经运算后x站；——------------------i_____________

接收端收到的码元^二瑞断辽厂1

图2-18CDMA的工作原理

CSMA/CD协议

CSMA/CD表示载波监听多点接入/碰撞检测。

多点接入：说明这是总线型网络，许多主机以多点的方式连接到总线」一。

载波监听：每个主机都必须不停地监听信道。在发送前，如果监听到信

道正在使用，就必须等待。

碰撞检测：在发送中，如果监听到信道己有其它主机正在发送数据，就

表示发生了碰撞。虽然每个主机在发送数据之前都已经监听到信道为空闲，但是

由于电磁波的传播时延的存在，还是有可能会发生碰撞。

记端到端的传播时延为J最先发送的站点最多经过2T就可以知道是否发生

了碰撞，称2T为争用期。只有经过争用期之后还没有检测到碰撞，才能肯

定这次发送不会发生碰撞。

当发生碰撞时，站点要停止发送，等待一段时间再发送。这个时间采用截断二

进制指数退避算法来确定。从离散的整数集合｛0,1,(2k-l))中随机取

出一个数，记作r,然后取r倍的争用期作为重传等待时间。

r=t-8/2

发生碰撞

A节测到发生碰撞

停止发送

/=2T-8

A检测到

发生碰撞

图3・17传播时延对载波监听的影响

PPP协议

互联网用户通常需要连接到某个ISP之后才能接入到互联网，PPP协议是用户

计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。

从

互网管机

己

联理构

申

到一IP址

请批地

用

至互联网

接入

户网

P

IS

ppp以

协

用

链

用议

图

3・9户到

ISP的路

使PPP协

P

P帧：

P的格式

的定

F字段

为帧界符

有

A和C字段

暂时没意义

C是

FS

字段使用C

RC的检验序列

分的

超0

信

息部长

度不过50

1

可长

变度

1

111

2不

超过500字

21

字节

节

------

---P

-----

-------------

-----------PP帧

-------

----------

-

-----

图

31帧格

・

0PPP的式

AC

M地址

AC是链

址，长度为6

字8位

M地址

路层地

节

4），用

于唯一标识网

络适配器（网

（

O

卡）

拥

网就

MA。

一台主机有

多少个络

适配器有多

少个C地址

例如笔记

本电脑普遍存

无

网适器

配，

个AC址。

在

线络配

和有线网络适

器因此就

有两M地

局域网

局网

广

信，要

是络一

，理围

域

是一种典型的

播道主

特点网为

个单位所拥

有且地范

和

站有

点

数目均限。

要有