高级计算机网络知识点复习

复习提纲：

1)计算机网络定义、分类  简答

2)协议、端口、服务、体系结构 简答

3)TCP/IP 参考模型、OSI 参考模型及两者对应关系 简答

4)差错控制、CRC方法、滑动窗口协议计算

5)CSMA/CD原理，局域网最小帧长计算

6)802.3帧格式（各个域的含义、最小/大帧长，填充长度）计算

7) Ethernet ，fast-Ehernet，G-Ethernet

8)无线局域网，隐藏站问题和暴露站问题，无线局域网协议 简答*

9)网络设备和OSI或TCP/IP 参考模型的对应层关系 简答

10)数据报和虚电路的比较 简答

11)路由算法计算

12)IP协议，IP地址、子网划分

13)ARP协议 简答  *

14)端口、TCP协议、TCP连接与释放、流量控制 简答*

15)慢启动拥塞避免算法计算

16)应用协议机制及问题（DNS、HTTP、SMTP、POP）论述

 

 

（1）计算机网络定义：凡是利用通信设备和线路按不同的拓扑结构将位于不同地理位置、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络中硬件、软件资源共享和信息传递的系统。

分类：①空间距离

局域网 (LAN): 以太网、令牌环、FDDI

城域网 (MAN): DQDB, SMDS

广域网 (WAN): X.25, ATM, frame relay

②信息类型

数据网络 vs. 通信网络

③应用类型

专用网络：飞机订票网，银行网，信用卡网，电话网

通用网络：Internet

④使用权

私有：企业网

公用：电话网、Internet

（2）协议：计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则。由语法、语义、定时关系组成。

端口：定义了下层向上层提供的原语操作和服务

服务：层间交换信息时必须遵守的规则。

体系结构：对计算机网络及其部件所完成功能的比较精确的定义。即从功能的角度描述计算机网络的结构。是层次和协议的集合        

（3）TCP/IP 参考模型  

物理层：在物理线路上传输原始的二进制数据位

数据链路层：在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输

TCP/IP 参考模型把第1层和第2层合起来称为：Host-to- Network

网络层：控制通信子网提供源点到目的点的 IP 包传送

运输层：提供端到端的数据传送服务。TCP 和 UDP

应用层：提供各种 Internet 管理和应用服务功能

 

OSI 参考模型

物理层（The Physical Layer）：在物理线路上传输原始的二进制数据位（基本网络硬件）

数据链路层（The Data Link Layer）：在有差错的物理线路上提供无差错的数据传输

网络层（The Network Layer）：控制通信子网提供源点到目的站点的数据传送（Packet）

传输层（The Transport Layer）：为用户提供端到端的可靠数据传送服务。

会话层（The Session Layer）：为用户提供会话控制服务（安全认证）

表示层（The Presentation Layer）：为用户提供数据转换和表示服务。

应用层（The Application Layer）

关系:TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现

 

 

 

 

 

 

TCP/IP与OSI参考模型关系

（4）差错控制  基本原理:接收端向发送端发送确认信息(ACK,NAK)

目的:使数据链路层能够向上层提供无差错的服务

滑动窗口协议：发送和接收两端的窗口按照规律不断向前滑动，这种由发送窗口和接收窗口控制的协议叫滑动窗口协议；

是停止等待协议和连续ARQ协议的折中，即一次性连续发送未经确认的帧的个数是有限的

接收窗口向前移动时，发送窗口才能向前移动；

接收窗口的大小是固定的,发送缓冲区的大小是固定的

而发送窗口的大小是变化的

 

（5）CSMA//CD 原理

站点发送信息前要监听信道，看是否有信号在传输。

若信道空闲，就立即发送。
若信道忙，则继续监听，当传输中的帧最后一比特通过，等待一段时间后开始传送；

在发送期间若检测到冲突，立即停止发送，并发出一个瞬间干扰信号，使所有的站点都知道发生了冲突；

在发出干扰信号后，等待一段随机时间，再重复上述过程。

 

局域网最小帧长：计算题

（6）802.3帧格式  前导码、目标地址、源地址、长度、数据、填充、校验和

前导码 8个字节， 以便接收方的时钟与发送方同步

目标地址 6个字节，标识目的地址，若第一位是0，则是普通地址；若第一位是1，则是组地址；由1全组成的地址保留用作广播

源地址 6个字节， 具有全球唯一性，前3个字节用作组织唯一标识符

长度 2个字节 ，任何值小于或等于1536的为长度字段

数据 0-1500个字节 收发器需要足够的RAM存放一个完整的帧

填充 0-46字节  如果帧的数据部分少于46个字节，则使用填充字段来填充该帧，使其达到最小长度要求

校验和 4个字节 ，CRC是差错检测码，确定接收到的帧比特是否正确，只检错，检测到一个错误，则丢弃帧

最大帧长 帧长越长，需要的RAM更多，收发器的造价更高

最小帧长①更加易于区分有效帧和垃圾数据②避免出现这种情况：当一个短帧还没有到达电缆远端的发送方，该帧的传送已经结束，而在电缆的远端，该帧可能与一个帧发生冲突

填充长度：0-46个字节 如果帧的数据部分少于46个字节，则使用填充字段来填充该帧，使其达到最小长度要求

（7）Ethernet，，即以太网，分为经典以太网和交换式以太网，前者解决了多路访问问题，运行速率低；后者使用交换机等设备连接不同的计算机，运行速率高，包括快速以太网，千兆以太网，万兆以太网。

fast-Ehernet，快速以太网，802.3u标准，原有的帧格式、接口、规程不变，只是将比特时间从100ns缩短为10ns。使用点到点链路。

G-Ethernet ，千兆以太网，802.3z标准，使用扩展的 802.3 MAC 子层接口，通过GMII与物理层相连，支持全双工和半双工模式，具有载波扩充和帧突发特性，既支持铜线又支持光线。使用点到点链路。

 

（8）无线局域网：利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入

无线网络数据传输的介质：红外线，无线电微波，或是其它无线介质。

 隐蔽站问题：由于站点距离竞争者太远，从而不能发现潜在介质竞争者的问题称为隐蔽站点问题    A向B发送数据的过程中，C由于收不到A的数据，也可以向B发送数据，导致B接收发生冲突

 暴露站问题：由于非竞争者距离发送站点太近，从而导致介质非竞争者不能发送数据的问题称为暴露站点问题    B向A发送数据，被C监听到，导致C不能向D发送数据

无线局域网协议：即802.11协议，包括802.11a/b/e/f/g/h/i等。

（9）物理层： 中继器 、集线器

 数据链路层： 网桥、交换机

网络层：路由器

传输层：传输网关

应用层：应用网关

（10）数据报和虚电路的比较：都属于分组交换，采用存储转发机制。

数据报：每个分组被单独路由，并带有全网唯一的地址；每个数据报都携带完整的目的/源地址，浪费带宽；路由时过程复杂；不易保证QoS，但是对于通信线路的故障，适应性很强；开销大

虚电路：先在源端和目的端之间建立一条虚电路，所有分组沿虚电路按次序存储转发，无须进行路径选择，最后拆除虚电路。路由器需要维护虚电路的状态信息；立连接时花费时间；易保证QoS，适用于实时操作，但比较脆弱；开销小

（11）路由算法：最短路由选择算法的工作原理:初始化,除了源节点外,所有节点都为临时节点,节点代价除了与源节点代价相邻的节点外,都为无穷；对于永久节点的所有相邻节点V,如果 D(v)>D(w) + c(w,v), 则重新标注此节点, (D(W)+C(W,V),  W)；从所有临时节点中找到一个节点代价最小的临时节点,将之变成永久节点(当前节点,current node)W；开始一个新的循环

（12）IP协议 

Version:协议的版本号；             IHL:表明标头的长度；

Type of service:服务类型; Total length:标头以及数据；Identification:数据报的序列号； DF：分段标志；

MF：最后段标志；

Fragment offset：分段在数据报的位置；

Time to live：用来计算包的存活期的计数器；

Protocol：协议； Header checksum：用于校验包头；

 

IP地址 地址组成：网络号 + 主机号；分为ABCDE五类地址；1-127；128-191；192-223；224-239；240-255；

网络号为0---本网络

主机号为0---本主机

主机号为-1---广播地址，网络中的所有主机

子网划分 ：为了便于管理和使用，可以将网络分成若干供内部使用的部分，称为子网；32Bits，1和0组成，1表示IP地址所在的位为网络号或子网号，0表示IP地址所在的位为主机号

 

(13) ARP协议 已知IP地址，求对应的MAC地址

转换过程 ：LAN内部广播发送ARP请求分组，有待求的IP地址目标站收到该请求，回答，将本机IP地址和MAC地址以ARP应答的方式传给对方

 

（14）端口 即传输层服务访问点 TSAP，用来标志应用层的进程。

TCP协议 Transmission Control Protocol 提供一种可靠、面向连接、字节流、传输层的服务

TCP连接与释放  连接有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。

三次握手建立连接，A 的 TCP 向 B 发出连接请求报文段， SYN =1，SEQ=x

B 的 TCP 收到连接请求报文段后,发回确认报文段,将 SYN=1，SEQ= y,ACK=X+1

A 收到此报文段后，向 B 给出确认，SYN=1,SEQ=X+1,ACK= y+1。 

释放  A向B发送释放请求报文段，FIN，SEQ=X，B向A发回确认报文段，SEQ = y, ACK= x+1

 

 

 

流量控制  TCP 采用大小可变的滑动窗口进行流量控制。窗口大小的单位是字节

发送窗口在连接建立时由双方商定。在通信的过程中，接收端可随时动态地调整对方的发送窗口上限值。

（15）慢启动拥塞避免算法

（16）应用协议机制及问题

DNS  域名系统，Domain Name System将主机名映射成IP地址

HTTP  HyperText Transfer Protocol 超文本传输协议，描述了C/S之间交互的信息的格式  面向事务的应用层上的客户服务器协议，使用面向连接的 TCP 向用户提供服务

SMTP 简单邮件传送协议 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) SMTP 协议用于发送邮件

POP邮局协议 POP (Post Office Protocol) 用于接收邮件

 

 

 

 

 

 

补充：1.差错控制 错误产生原因：噪声

错误类型：数据帧出错、丢失

噪声:   白噪声 ： 随机错误，某一码元与前后码元无关的错误，单个出现

冲击噪声：突发错误，某一码元与前后码元有关的错误，成串密集出现

措施： 避错：采用高档的设备、介质，尽量避免错误的发生

容错：出错时采用某种方法检测与纠正

错误的检测与纠正： 数据之外加冗余编码

检错码 ： 编码检查自动发现差错

纠错码 ： 发现出错及错误位置

常用编码： 奇偶校验、水平垂直奇偶校验、CRC校验等

奇偶校验码：增加冗余位使码字中“1”的个数保持奇数或者偶数，一种检错码

2. 流量控制 数据链路层：问题: 发送者发送数据的能力高于接收者的接收能力

解决方法:1. 基于反馈的流量控制

2. 基于速率的流量控制

3.滑动窗口协议  发送端：一次连续发送未经确认的帧是受到发送窗口控制的，只有落到发送窗口的帧才是可以发送的

接收端：只有落到接受端口的帧才可以接收

Ws=1    Wr=1   停等协议

                  >1       =1

                  <=2ⁿ-1            回退n帧协议

                  >1        >1

                  Ws>=Wr, Ws+Wr=2ⁿ    选择性重传协议

4.无线局域网  优点：机动性、便利性、扩充性、节省成本

特点：基于蜂窝（cell）的通信

每个蜂窝内只有一个信道（与蜂窝电话不同）

一个站点发送的信号，只能被它周围一定范围内的站点接收到

短距离传输

5.数据报(datagram)  虚电路  (virtual circuit)

6.Web HTTP: 80，File FTP: 21，Email SMTP: 25  1024~65535，用来随时分配

7. IP协议

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(CSMA/CD)的最小帧长计算

最小帧长的由来：

在一帧发送完毕之前，发送方必须要检测到是否有冲突发生，如果没有则大吉，如果有则按照相应算法检测后重新发送该帧。

这样就很清楚了，就是一个帧发送完的时间必须大于检测到冲突的最长时间。检测到冲突需要的最长时间为电信号在传输最长距离上跑一个来回的时间再加上端设备的物理延迟时间，考试中设备物理延迟一般不用考虑，电信号的速度考试时按照（20000，0000m/s)即可。

网络传播延迟=最大段长/信号传播速度 冲突窗口=网络传播延迟的两倍.

最小帧长=2*(网络数据速率*最大段长/信号传播速度)

例题：

在一个CSMA/CD协议的网络中，传输介质是一根电缆，传输速度为1Gbps。若要求最

远的两个站点之间的距离增加50m，则该网络最小数据帧长度应至少 才能保证网络正常工作。

A 减少250bits B 减少500bits C 增加250bits D 增加500bits

[解答]

介质距离增加50m，则检测冲突的最长时间增加：(50x2)/C， C---光速

这段时间可以传送的数据位数为：1Gbps x (50x2)/C = 109bps x (50x2)m/(2x108) m/s = 500bits。

故答案为：D