计算机网络复习

计算机网络复习

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一、引论

1. 计算机网络的产生:（功能）
   资源共享、提供高可靠性服务、分布式处理、项目合作、数据通信

2. 从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三个阶段（三代网络）：

   1. 以主机为中心的联机终端系统计算机－终端系统
   2. 以通信子网为中心的主机互连计算机－计算机网络
   3. 体系结构标准化网络层次化结构，并对每层进行了精确定义

3. 两层网络：
   由CCP组成的传输网络——通信子网，提供信息传输服务
   建立在通信子网基础上的主机集合——资源子网，提供计算资源。
   

4. 因特网的前身——ARPANET

5. 国际标准（ISO OSI/RM）Open System Interconnection/Recommended Model(开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型)，OSI参考模型是一种概念上的网络模型，规定了网络体系结构的框架。（7层）
   事实上的标准：TCP/IP(因特网的骨干协议)，从体系结构上看，它是OSI参考模型的简化。（4层）

6. 计算机网络能做什么（功能）
   数据通信(Communication Medium)：文件传输、IP电话、email、视频会议、信息发布、交互式娱乐、音乐
   资源共享(Resource Sharing)：软件、硬件、数据（数据库）
   提供高可靠性服务(High Reliability)：利用可替代的资源，提供连续的高可靠服务
   节省投资(Saving Money)：替代昂贵的大中型机系统
   分布式处理(Distributed Processing)

7. 按地域范围分类
   局域网（ＬＡＮ）（Local Area Network ，LAN）：
   范围：小，＜20KM
   传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低（10-11）
   拓扑结构：总线，环
   城域网（ＭＡＮ）(Metropolitan Area Network ，MAN)
   范围：中等，<100KM
   传输技术：宽带/基带
   拓扑结构：总线
   广域网（ＷＡＮ）(Wide Area Network ， WAN)
   范围：大，＞100KM
   传输技术：宽带，延迟大，出错率高
   拓扑结构：不规则，点到点

8. 因特网的拓扑结构
   点：端接系统（PC、服务器、PDA等）、交换/节点设备（路由器、集中器、交换机等）
   边：通信链路（光纤、线缆、无线链路等）
   因特网服务提供商(ISP)提供网络接入

9. 局域网络通常使用广播方式，
   广域网络通常使用点对点方式。

10. 带宽：带宽是通信信道的宽度，是信道频率上界与下界之间之差，是介质传输能力的度量，在传统的通信工程中通常以赫兹（Hz）为单位计量。在计算机网络中，一般使用每秒位数(b/s 或bps) 作为带宽的计量单位。主要单位：kb/s，Mb/s，Gb/s
    例如：传统以太网理论上每秒可以传输1千万比特，它的带宽相应为10Mb/s。

二、数据通信的基础知识

1. 数据及计算机通信术语
   数据（Data）：传递（携带）信息的实体。
   信息（Information）：是数据的内容或解释。
   信号（Signal）：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在介质中传播。
   1. 模拟信号、数字信号
   2. 基带（Base band）、宽带（Broad band）
   信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）。
   比特（bit）：即一个二进制位。比特率为每秒传输的比特数（即数据传送速率）。
   码元（Code cell）：时间轴上的一个信号编码单元。
   波特（Baud）：码元传输的速率单位。波特率为每秒传送的码元数（即信号传送速率）。
   误码率：信道传输可靠性指标，是一个概率值。
   信息编码：将信息用二进制数表示的方法。例如：ASCII编码、BCD编码等
   数据编码：将数据用物理量表示的方法。
   带宽（Band width，BW）信道传输能力的度量。单位b/s ，kb/s，Mb/s，Gb/。（BW ≈ fmax－ fmin ） 单位：赫兹（Hz）
   时延（Delay）：信息从网络的一端传送到另一端所需的时间。
   比特率、波特率和信号编码级数的关系：R bit = R baud×log2M；上式中： M是信号的编码级数，R bit是比特率，R baud是波特率

2. 通信的三个要素：信源、信宿和信道

3. 数据通信基本过程5个阶段，包含两项内容：数据传输和通信控制
   建立物理连接—————— 拨号，拨通对方
   建立逻辑连接—————— 互相确认身份
   数据传输———————— 互相通话
   断开逻辑连接—————— 互相确认要结束通话
   断开物理连接—————— 双方挂断
   数字通信的优点

   1. 抗噪声（干扰）能力强
   2. 可以控制差错，提高了传输质量
   3. 便于用计算机进行处理
   4. 易于加密、保密性强
   5. 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活
   6. 计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网。

4. 信道的最大数据传输率

   1. Nyquist公式：用于无噪声理想低通信道
      C = 2W log2 M
      C = 数据传输率，单位b/s
      W = 带宽，单位Hz
      M = 信号编码级数
   2. Shannon公式
      C = W log2（1+S/N）
      用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）
      无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。
      原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。

5. 单/双工通信——单/双向传输
   单工：数据单向传输（例：无线电广播）
   半双工：数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输（例：对讲机）
   全双工：数据可以双向同时传输（例：电话）需要具有两条物理上独立的传输线路；或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于不同方向的信号传输。

6. 数据同步方式：
   位——位同步
   字符——字符同步
   帧(Frame)——帧同步

7. 地球同步卫星
   与地面站相对固定位置（35,784公里）
   使用3颗卫星即可覆盖全球
   传输延迟时间长（≈270ms）
   广播式传输
   应用领域：电视传输，长途电话，专用网络，广域网

8. 模拟传输和数字传输所使用的技术
   

9. 编码与调制：编码
   编码：
   １.　把数字数据编码成数字信号的过程
   ２.　把模拟数据编码成数字信号的过程

10. 编码与调制：调制：
    ３.　把数字数据调制成模拟信号的过程
    ４.　把模拟数据调制成模拟信号的过程

11. 把数字数据编码成数字信号的过程（基带传输，区分０和１）

    1. 不归零码（NRZ，Non-Return to Zero）
    2. 曼彻斯特编码（Manchester Coding）
    3. 差分曼彻斯特编码（Differential ～

12. 把数字数据调制成模拟信号的过程（调制解调器）
    三种常用的调制技术：
    幅移键控——ASK （Amplitude Shift Keying）
    频移键控——FSK （Frequency Shift Keying）
    相移键控——PSK （Phase Shift Keying）
    正交振幅调制QAM：R＝Blog２（m＊n）b/s

13. 把模拟数据编码成数字信号的过程（对音频信号编码）
    采样定理：如果模拟信号的最高频率为F，若以≥2F的采样频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。
    模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号
    PCM脉码调制（脉码调制, Pulse Coded Modulation）的三个步骤：
    1. 采样：按一定间隔对语音信号进行采样
    2. 量化：把每个样本舍入到最接近的量化级别上
    3. 编码：对每个舍入后的样本进行编码
    编码后的信号称为PCM信号。

14. 多路复用：多个信息源共享一个公共信道——(名词解释)
    为何要复用？——提高线路利用率
    适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时
    类比：公共运输系统（铁路、海运、航空）
    复用方法：

    1. 频分复用FDM （Frequency Division Multiplexing）按频率划分不同的信道，如CATV系统
    2. 波分复用WDM （Wave Division Multiplexing） 按波长划分不同的信道，用于光纤传输
    3. 时分复用TDM （Time Division Multiplexing）按时间划分不同的信道，目前应用最广泛
    4. 码分复用CDM （Code Division Multiplexing）按地址码划分不同的信道，非常有发展前途

15. 数据交换技术（名词解释）
    实现交换的方法主要有：电路交换、报文交换和分组交换。

    1. 电路交换：
       在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。
       可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道。
       特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。——称为“面向连接的”（典型例子：电话）
       过程：建立连接→通信→释放连接
       优缺点：

       1. 建立连接的时间长；
       2. 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；
       3. 无纠错机制；
       4. 建立连接后，传输延迟小。

    2. 报文交换：
       以报文为单位进行“存储-转发”交换的技术。在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储-转发。
       传输之前不需要建立端到端的连接，仅在相邻结点传输报文时建立结点间的连接。——称为“无连接的”（典型例子：电报）
       整个报文（Message）作为一个整体一起发送。
       优缺点：

       1. 没有建立和拆除连接所需的等待时间；
       2. 线路利用率高；
       3. 传输可靠性较高；
       4. 报文大小不一，造成存储管理复杂；
       5. 大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高；
       6. 出错后整个报文全部重发。

    3. 分组交换：（包交换）
       将报文分割成若干个大小相等的分组（Packet）进行存储转发。
       数据传输前不需要建立一条端到端的通路——也是“无连接的”。
       有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功能。
       优缺点：

       1. 对转发结点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组——速度快；
       2. 转发延时小——适用于交互式通信；
       3. 某个分组出错可以仅重发出错的分组——效率高；
       4. 各分组可通过不同路径传输，容错性好。
       5. 需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担
          分组交换有两种交换方式：
          数据报方式和虚电路方式

16. 差错控制技术
    自动请求重传（ARQ　Automatic Repeat Request ）

    1. 停等 ARQ：每发送一帧就需要一个应答帧，只重传刚才出错的帧
    2. 后退Ｎ帧 ARQ（）：每发送N帧需要一个应答帧，需重传前面（N-i+1）帧（0≤i≤N）
    3. 选择重传 ARQ，每发送N帧需要一个应答帧，只重传出错的帧

17. 检错码主要有两种编码方法：

    1. 奇偶校验（Parity Checking）
    2. 循环冗余校验（CRC, Cyclic Redundancy Check）（计算题）

三、计算机网络体系结构

网络体系结构=分层＋协议＋接口与服务

1. 计算机网络中也采用了分层方法。——把复杂的问题划分为若干个较小的、单一的局部问题，在不同层上予以解决。

2. 层次结构方法的优点：独立性强、适应性强、易于实现和维护

3. 基本概念：（填空题）

   1. 实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程。
   2. 对等层：两个不同系统的同级层次。
   3. 对等实体：分别位于不同系统对等层中的两个实体
   4. 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务。
   5. 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提供给其相邻上层。
   6. 协议：通信双方在通信中必须遵守的规则。

4. 对等层通信的实质：对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信；下层向上层提供服务；上层依赖下层提供的服务来与其它主机上的对等层通信；实际通信在最底层完成。

5. 协议：定义网络实体间发送和接收报文的格式、顺序以及当传送和接收消息时应采取的行动。
   协议三要素：（填空）
   语义：对协议中各协议元素的含义的解释
   语法：协议元素与数据的组合格式，即报文格式。
   时序：通信过程中，通信双方操作的执行顺序和规则。

6. 协议数据单元（PDU Protocol Data Unit）
   传输层————段（Segment）
   网络层————分组/包（Packet）
   数据链路层——帧（Frame）
   物理层————比特（Bit）

7. 七层OSI/RM的体系结构分为7层各功能
   7 应用层Application—————为网络应用提供服务
   6 表示层Presentation————数据表示
   5 会话层Session——————在用户间建立会话关系
   4 传输层Transport—————不同主机进程间的通信
   3 网络层Network——————在主机间传输分组
   2 数据链路层Data Link———在节点间可靠地传输帧
   1 物理层Physical——————位流(比特流)的透明传输

8. TCP/IP体系结构分为4层：
   应用层 ————application　＝（OSI中的应用层＋表示层＋会话层）
   传输层 ————transport
   网际层 ————internet
   网络接口层 ——network interface　=（OSI中的数据链路层＋物理层）

如下图所示：

9. 数据链路层（data link layer）
   任务：将网络层传下来的IP数据报组装成帧，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错的链路。
   协议：SDLC、HDLC、PPP、STP
   *功能：成帧、差错控制、流量控制、传输管理
   1. 建立与拆除数据链路连接
   2. 组帧：帧封装，按顺序传送，处理返回的确认帧；
   3. 定界与同步：产生/识别帧边界；
   4. 差错检测/恢复：可靠的传输，CRC，ARQ；
   5. 流量控制：抑止发送方的传输速率，使接收方来得及接收。

10. 网络层（network layer，internet layer）也叫网际层或IP层
    任务：选择合适的路由，把分组从源端传送到目的端。
    协议：IP、ARP、RARP、IPX、ICMP、IGMP、OSPF
    *功能：路由选择、差错控制、流量控制、拥塞控制、网际互联
    1. 在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接
    2. 路由选择和分组中转
    3. 流量控制和拥塞控制
    4. 多路复用：为多个传输层实体提供网络连接服务
    5. 分段与组合：大数据块分段，小数据块组合
    6. 差错检测与恢复
    7. 流量统计和记账

11. 传输层（transport layer）也叫运输层
    任务：负责主机中两个进程之间的通信，在源端与目的端之间提供可靠的透明数据传输，使上层服务用户不必关系通信子网的实现细节。
    协议：TCP、UDP
    功能：差错控制、流量控制、服务质量、数据传输管理

    1. 地址映射：
    2. 源端进程地址映射到网络地址，或反之；
    3. 多路复用与分割：
    4. 多个传输连接共用一条网络连接；
    5. 一条传输连接使用多个网络连接；
    6. 进行数据分段并在目的端重新组装；
    7. 传输连接的建立与释放；
    8. 提供“面向连接” 和“无连接” 两种服务：
    9. TCP/IP协议：TCP和UDP
    10. 传输差错校验与恢复；
    11. 流量控制，防止数据传输过载。

12. 应用层（application layer）
    任务：为用户的应用进程提供网络通信服务。
    协议：HTTP、SMTP、DNS、FTP、RTP、Telnet
    功能：运用各种协议解决问题
    1. 提供各种不同的应用协议以满足应用进程的需求；
    2. 识别并证实目的通信方的可用性；
    3. 使协同工作的应用进程之间进行同步；
    4. 为通信过程申请资源。

13. 路由选择

    1. 如何在多条通信路径中找一条最佳路径？
       依据：速度, 距离(步跳数), 价格, 拥塞程度
    2. 路由器——路由表建立与维护
       静态：人工设置，只适用于小型网络
       动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护
    3. 路由算法——建立与维护路由表的方法
       距离向量算法：RIP、CGP等
       链路状态算法：OSPF等

14. 传输层两种服务的比较

    1. 网络层的任务
       沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）
    2. 传输层的任务
       两端点间可靠的透明数据传输（应用进程间的逻辑通信）

15. TCP/IP协议栈
    应用层 ———————————————— Message（报文）
    HTTP、SMTP、DNS、FTP、Telnet 、RTP
    传输层 ———————————————— Segment（段）
    TCP, UDP
    网络层 ———————————————— Packet（分组）
    IP, ICMP, ARP, RARP
    网络接口 ——————————————— Frame（帧）/Bit（比特）
    (数据链路层+物理层)
    PPP、Ethernet、 ATM 、DFFI、802.3(CSMA/CD)、802.5(令牌环网Token ring)

16. TCP/IP的应用层
    应用层协议为文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用提供了支持。
    协议：

    1. 文件传输————●FTP、TFTP、NFS
    2. 电子邮件————●SMTP、POP3
    3. WWW应用———●HTTP
    4. 远程登录————●Telnet、rlogin
    5. 网络管理————●SNMP
    6. 域名管理————●DNS

17. TCP/IP的传输层
    传输层的主要功能：提供进程间可靠的传输服务
    协议：

    1. 面向连接的传输控制协议———●TCP
    2. 无连接的用户数据报协议———●UDP

18. TCP/IP的网际层
    主要功能是把数据报通过最佳路径送到目的端。
    协议：

    1. 网际层的核心协议————●IP
    2. 主要用于传递控制消息————●ICMP（Internet Control Message Protocol）
    3. 为已知的IP地址确定相应的MAC地址————●ARP（Address Resolution Protocol）
    4. 为已知的MAC地址确定相应的IP地址————●RARP（Reverse Address Resolution Protocol）

四、计算机局域网络LAN

局域网三要素：拓扑结构、传输介质、介质访问控制方式
局域网包含了两个层次：数据链路层（的MAC子层）和物理层（PHY）

1. 各协议
   802.2 —— 逻辑链路控制LLC
   802.3 —— CSMA/CD（以太网）
   802.4 —— Token Bus （令牌总线）
   802.5 —— Token Ring（令牌环）
   802.6 —— 分布队列双总线DQDB – MAN标准
   802.8 —— FDDI（光纤分布数据接口）
   802.11 —— WLAN（无线局域网）

2. 随机介质访问控制协议（争用型协议）

   1. 载波监听（CS发送前和发送时都检测）多路访问（MA利用总线型网络结构）带冲突检测（CD半双工通信网络）（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access With Collision Detect ）
      带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）——用于IEEE802.3（以太网）
      工作原理：

      1. 发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送；
      2. 如果信道忙，则继续监听，一旦空闲就立即发送；
      3. 在发送过程中，仍需继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送数据，然后发送一串干扰信号（Jam）；发送Jam信号的目的是强化冲突，以便使所有的站点都能检测到发生了冲突。
      4. 等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。
         ＊归结为四句话：先听后发，空闲发送，边听边发，冲突退避。

   2. 令牌传递（Token Passing）

3. 传统以太网IEEE 802.3

   1. 传统以太网：10Mb/s
      802.3 —— 粗同轴电缆
      802.3a —— 细同轴电缆
      802.3i —— 双绞线
      802.3j —— 光纤
   2. 快速以太网（FE）：100Mb/s
      802.3u ——双绞线，光纤
   3. 千兆以太网／吉比特以太网（GE）：1000Mb/s（1Gb/s）
      802.3z —— 屏蔽短双绞线、光纤
      802.3ab —— 双绞线
   4. 万兆以太网（10GE）：10Gb/s
      802.3ae —— 光纤

4. MAC地址/物理地址

   1. 长度为6个字节，共48位（有2位用于特殊用途）
   2. MAC地址的三种类型：
      １.　单播地址：（I/G＝0）拥有单播地址的帧将发送给网络中唯一一个由单播地址指定的站点。——点对点传输
      ２.　多播地址：（I/G＝1）拥有多播地址的帧将发送给网络中由组播地址指定的一组站点。——点对多点传输
      ３.　广播地址：（全1地址，FF-FF-FF-FF-FF-FF）拥有广播地址的帧将发送给网络中所有的站点。——广播传输
      注意，以上分类只适用于目的地址。

五、广域网(>100km)

广域网包含物理层、数据链路层和网络层
广域网包含两种协议：
１.　ＰＰＰ协议：面向字节
２.　ＨＤＬＣ协议：面向比特
广域网特点：

1. xDSL（数字用户线）
   ADSL ——非对称数字用户线（我国使用最广泛）
   为解决频带重叠带来的近端串扰问题，需使用回波抵消技术。但复杂性和价格的代价较大。

2. 综合业务数字网（ISDN）

   1. B-ISDN
      分组交换，基于异步传输模式（ATM）
      高传输速率：Up to 622Mb/s or Higher
   2. N-ISDN（ISDN， “一线通”）

3. 异步传输模式（ATM）
   ATM是建立在电路交换和分组交换基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。
   吸取了电路交换实时性好、分组交换灵活性强的优点；
   基本思想是以小的定长分组来传输所有类型的信息；
   目前最高速率为10Gb/s，即将达到40Gb/s；
   具有优秀的QoS（服务质量）保证。

4. 广域网、因特网和万维网
   广域网是基于各种电信网络的计算机网络。
   因特网和万维网是建立在广域网基础上的一种大规模的网络应用系统。
   广域网为因特网提供了信息的物理传输手段，是因特网的基础。
   因特网是建立在广域网基础上的一种以资源共享为目的的资源网络，是广域网上的一种应用。
   万维网则是逻辑上的信息资源网络，是因特网上的一种应用。

六、网络操作系统

硬件无关，多任务多用户，双机热备

1. 网络操作系统的类型：集中式、客户/服务器（C/S）、对等式（Peer to Peer）

2. 基本功能服务：
   文件服务——把文件系统从单机扩展到网络；
   打印服务——把本地打印扩展到网络打印；
   目录服务——把网络资源以目录形式提供给用户；
   通信服务——用户之间的消息传输；
   安全管理——管理用户的权限和资源的访问权限。

3. 系统容错技术
   磁盘镜像(Disk Mirroring)
   磁盘双工(Disk Duplex)
   双机备份(Disk Duplex)

4. UNIX是一个多用户、多任务、分时操作系统。

5. 工作组、域（Domain）、域树、域森林（5~8‘）
   工作组（Work Group）的概念主要用于对等网
   域是具有集中安全控制的用户组
   域中可包含多个组织单元（OU）
   域中可包含多个组织单元（OU）
   多个域树可合并构成一个域森林（Domain Forest）
   域、域树和域森林都可以共享同样的网络资源访问机制和活动目录的服务

七、网络设备

1. 网络设备图
   
2. 物理层设备(中继器集线器)
   1. 中继器(转发器)：放大数字信号再转发，连接终端或中继器
   2. 集线器Hubble：多端口中继器，连接交换机
3. 数据链路层设备(网桥交换机)
   1. 网桥：连接两个或以上以太网成一个网段，在MAC子层工作，隔离碰撞域，会造成广播风暴
      1. 透明网桥：自学习算法处理帧。生成树算法确保唯一路径，无环
         生成树(Spanning Tree)算法
         用来构造一个逻辑上的无环网络
         实现方法：屏蔽网络中的冗余桥接口
         计算时，通过发送和接收BPDU（Bridge Protocol Data Unit）来交换网桥信息
         计算过程：
         1.推选根网桥——通常是标识号最小的网桥；
         2.决定每个网桥的根端口——到达根网桥代价最小的端口；
         3.决定指定网桥——每个网络中具有最小根路径代价的网桥；
         4.决定各网络的指定端口——指定网桥与网络连接的端口；
         5.把各网络的非指定端口置为阻塞状态。
         当网络拓扑发生改变时，所有网桥将重新计算生成树
      2. 源路由网桥：先发发现帧探测，返回结果再转发。
   2. 交换机/局域网交换机/以太网交换机：多端口网桥，将网络分成小的冲突域，为每个工作中提供跟高的带宽。
      1. 交换机实现点的VLAN（虚拟局域网）可以隔离冲突域和隔离广播域。
         1. VLAN能够隔离（限制）广播域
            用交换机划分的若干个VLAN在逻辑上完全独立（可看作是分离的物理网络），广播帧不会越过逻辑网络边界，即：VLAN限制了广播域的范围。
         2. VLAN的优点
            1. 提高管理效率
               站点的物理位置改变无需重新布线和配置
               用户性质改变后很容易通过软件将其从一个VLAN划分到另一个VLAN
            2. 控制广播数据
            3. 增强了网络的安全性
            4. 实现虚拟工作组
               用户的工作地点不必在同一个物理地点
               可在企业内建立灵活的、动态化的组织结构
         3. VLAN划分的方法
            1. 基于端口（静态划分）
               根据端口号划分VLAN
            2. 基于MAC地址（动态划分）
               根据用户计算机的MAC地址划分VLAN
            3. 基于网络地址或网络协议类型（动态）
               根据用户计算机的IP地址划分VLAN
      2. 主干(Trunk)（名词解释、简答题）
         主干用于实现跨交换机的VLAN，它是指交换机之间用于传输多个VLAN信息的链路
         TRUNK (端口汇聚)功能：是将交换机的多个物理端口汇聚在一起形成一个逻辑上的物理端口，同一汇聚组内的多条链路则可视为一条逻辑链路。端口汇聚可以实现用多条链路汇聚成一条逻辑链路增加带宽；同时，同一汇聚组的各个成员端口之间彼此动态备份，提高连接可靠性
      3. 交换机分为：直通式和存储转发式交换机。
   3. 交换机的三种转发方式(简答题)
      1. 存储转发（Store and forward）
         整个帧完整接收后，对帧进行差错检验，然后再进行转发操作。
         优点：进行差错校验，错误不会扩散到目的网段。
         缺点：延迟比较大。
      2. 直通转发（Cut-through）
         只要收到帧的前6个字节（目的MAC地址），就开始进行转发操作。
         优点：交换延迟小。
         缺点：无法进行差错校验，帧错误会扩散到目的网段。
      3. 无碎片直通转发（Fragment free cut-through）
         接收到一帧的前64字节后，再进行转发操作。小于64字节的帧不转发。∵帧出错的主要原因是冲突，而以太网的帧至少为64B，∴＜64字节的帧必然是冲突造成的帧碎片（错误帧）。
         优点：交换速度较快，并且降低了错误帧转发的概率
         缺点：长度大于64字节的错误帧仍会转发，转发延时大于直通转发。
4. 网络层设备(路由器Router)
   工作在OSI第三层（网络层），实现跨网络通信，连接异构网络，完成路由转发，隔离冲突域和广播域，依照IP地址转发
   1. 功能：
      1. 在网络之间转发网络分组；
      2. 为网络分组寻找最佳传输路径；
      3. 实现子网隔离，限制广播风暴。(目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播——比较网络交换机)
      4. 提供逻辑地址，以识别互联网上的主机；
      5. 提供广域网服务。
   2. 控制部分：路由原则处理机，根据路由协议构造与维护路由表
   3. 分组转发：交换结构、一组输入端口、一组输出端口
   4. 路由器与交换机的主要区别：
      用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（IP地址），通过广播是无法与之进行通信的。
   5. 输出端口缓冲的作用
      当来自于交换引擎的数据报太多以至于来不及发送时就需要进行缓冲处理。否则输出端口缓冲溢出会引起排队延迟和分组丢失!
   6. 路由器的优缺点
      1. 优点
         限制了冲突域；
         可以用于LAN或WAN的环境；
         可以连接不同介质的网络和不同体系结构的网络；
         可以为分组确定传输的最佳路径；
         可以过滤广播信息。
      2. 缺点
         昂贵；
         必须用于可路由协议网络；
         配置复杂；
         处理速度比桥接器慢。

八、网络层

1. 主机, 路由器的网络层功能:
   

2. IP 寻址:
   IP 地址: 32-bit 用来定义主机,路由器的接口
   接口: 连接主机,路由器之间的物理链路
   路由器一般有多个接口
   主机也可能有多个网络接口
   IP 地址只和接口有关, 而与主机,路由器却没有太多关联

3. “分类” 编址:
   

4. 保留的IP地址
   

5. 划分子网（Subnetting）
   从IP地址的主机编号部分“借用”若干位作为子网编号，主机编号前几位相应缩短。

   1. 为什么要划分子网？
      IP分类不合理，地址空间利用率低：美国的某些机构拥有的地址空间甚至比其他一些国家的全部地址空间还大
      每个网络都指定一个网络地址将使路由表太大：增加了路由器成本、查找路由耗时增加、路由器之间交换的路由信息增加
      两级IP地址不够灵活：不能充分利用已申请到的地址资源扩充新的网络
   2. 子网的特点：
      多个子网可以运行在同一物理网络上。
      划分子网后，原来的网络对外仍呈现为一个完整的网络，外面看不见其内部的子网结构。
      即：划分子网完全是该网络内部的事务，与外部无关。

6. 子网掩码（计算题）

   1. 子网掩码的作用
      使网络内的计算机了解子网划分的结构
      使边缘路由器了解子网划分的结构

   2. 子网掩码的格式
      子网掩码也是32bit长的二进制数，由一串连续的1后跟一串连续的0组成；
      前面的1与网络号和子网号对应，后面的0与主机号对应。如前面的例子：
      子网结构为： 00001010 00000101 ss xxxxxx xxxxxxxx
      子网掩码为： 11111111 11111111 11 xxxxxx xxxxxxxx
      写成十进制数为： 255.255.192.0

   3. 不划分子网时，各类IP地址默认的子网掩码为：
      A类：255.0.0.0
      B类：255.255.0.0
      C类：255.255.255.0

   4. 已知IP地址和子网掩码，如何计算子网地址？
      用子网掩码和IP地址“相与”（AND操作），结果就是子网地址。
      例如：IP地址10.5.100.1，子网掩码10.5.192.0。则可计算出10.5.100.1的子网地址为

   5. 推论：若两个IP地址具有完全相同的子网地址，则它们在同一子网中。

7. IP 数据报格式
   

8. 网际协议IP－Internet Protocol

   1. IP是因特网的网络层中最重要的协议
      提供数据报（Datagram）的投递服务（主机到主机）
      在不同的数据链路层上进行数据转发操作
   2. IP的数据报投递服务是非连接的，不可靠的
      非连接：数据报之间没有相互的依赖关系；不能保证报文的有序投递。
      不可靠：数据报的投递没有任何品质保证（QoS），数据报可能被正确投递，可能被丢弃。
   3. IP地址包括2个部分:
      1. 网络地址（网络号）
      2. 主机地址（主机号）
   4. 网络是什么? （从 IP 地址的视角）
      具有相同网络地址的设备接口，或不经过路由器就可以物理上相互通达的设备

九、传输层

1. ARP: 地址解析协议（Address Resolution Protocol）（填空题）
   流程：
   A 知道 B的 IP 地址, 需要了解B的物理地址
   A 广播 ARP 查询帧, 包含了 B的 IP地址，所有 LAN 的主机都收到 ARP 查询
   B接收到 ARP帧, 将其物理地址返回给A
   A 对收到的IP/MAC地址对进行缓存直到信息过期 (超时)
   *软状态: 除非定期刷新，否则超时信息将被删除

2. RARP协议：把MAC地址映射为IP地址。（填空题）
   POP、SMTP