《计算机网络(第7版)-谢希仁》期末复习
《计算机网络(第7版)-谢希仁》期末复习
本文章是用来复习考试，根据老师复习课所写，不是所有知识点
一 、第一章 概述
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计算机网络的两个重要的功能：连通和共享
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计算机网络：将不同地方的网络，通过传输介质，实现资源共享和数据通信
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三网融合——电信网络，有线电视网络，计算机网络功能融合在一起
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互联网的组成：边缘部分（用户直接使用的主机），核心部分(路由器，为边缘部分提供服务）；
边缘部分：端系统之间的通信可以分为两种方式——客户/服务器方式（CS方式），对等方式（P2P方式）（第六章 6.9节）核心部分：向网络边缘部分的主机提供连通性服务，其核心部件是实现分组交换的路由器（用来转发分组）
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两个概念：电路交换与分组交换
电路交换：建立连接——通话——释放连接（两个用户在连接期间始终占用端到端的通信资源）（连接指专用的物理通道）
分组交换：存储转发，将报文（要发送的整块数据）划分为几个分组，利用相关控制信息进行分装为数据单元 ，然后进行转发 -
计算机网络的类别：
- 按作用范围分：广域网 、城域网、 局域网
- 按网络的使用者： 公用网、 专用网
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计算机网络的性能指标：
- 速率：数据率
- 带宽：单位时间内信道能通过的最高数据率
- 吞吐量：单位时间内通过某网络（信道或者接口）的实际数据量
- 时延：
发送时延：发送端发送一个完整的数据帧所需要的时延
传播时延：电磁波在信道中传播所需要的时间
处理时延：主机或路由器处理数据分组时花费的时间
排队时延：在路由器中等待分组时间
（总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延） - 时延带宽积：以比特为单位的链路长度 （时延带宽积 = 发送时延 × 带宽 ）
- 往返时间 RTT
- 利用率：包括信道利用率和网络利用
- 其他非性能特征
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计算机网络体系结构
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ISO 于1977 年成立了专门机构并提出了在石街范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互联基本参考模型OSI/RM，简称为 OSI
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协议：保证两个对等实体相互通信的标准
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网络协议三要素：语法、语义、同步
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具有五层协议的体系结构：
OSI 体系结构 TCP/IP 的四层体系结构 五层协议的体系结构 7 应用层 应用层
（各种应用协议如TELNET、FTP、SMTP等）5 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 运输层（TCP或UDP） 4 运输层 3 网络层 网络层IP 3 网络层 2 数据链路层 网络接口层 2 数据链路层 1 物理层 1 物理层 -
运输层主要使用以下两种协议：
- 传输控制协议TCP：提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段。
- 用户数据报协议UDP：提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输可靠），其数据传输的单位是用户数据报。
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各层的作用和支持的协议：
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二、物理层
- T568A 和 T568B
| 线序 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| T568A | 白绿 | 绿 | 白橙 | 蓝 | 白蓝 | 橙 | 白棕 | 棕 |
| T568B | 白橙 | 橙 | 白绿 | 蓝 | 白蓝 | 绿 | 白棕 | 棕 |
- 有关信道的几个基本概念：
- 信道是用来表示向一个方向发送信息的媒体。
- 信道的三种基本方式：单向通信、双向交替通信、双向同时通信。
- 来自信源的信号常称为基带信号。
- 常用编码格式
不归零制 ：正电平代表1，负电平表示0
归零制：正脉冲代表1，负脉冲表示0
曼切斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1，但也可以反过来定义
差分曼切斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1 - 基本的带通调制方法:
- 信噪比：就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为 S/N，并用分贝（dB）作为度量单位。即： 信噪比 (dB) = 10 log10 (S/N) (dB)
- 香农公式指出：信道的极限信息传输速率 C 是：C = W log2(1 + S/N) (bit / s)。信道的带宽后信道中的信噪比越大，信息的极限传输苏律就越高。
- 信道复用技术：
- 常用的信道复用技术有：时分复用、频分复用、码分复用和波分复用
- 为什么要用信道复用技术：让不同的计算机连接到相同的信道上，以共享信道资源。在一条传输介质上传输多个信号，提高线路的利用率，降低网络的成本。
- 重要课后习题（可能会出题）：
2-16、共有4个站进行码分多址通信。4个站的码片序列为 ：
A：（－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1）
B：（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1）
C：（－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1）
D：（－1＋1－1－1－1－1＋1－1）
现收到这样的码片序列S：（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是0还是1？
解： S·A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1， A发送1
S·B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1， B发送0
S·C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0， C无发送
S·D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1， D发送1
三、数据链路层
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数据链路层的协议数据单元是 帧。
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简述CSMA/CD 协议原理：先听后发，边听边发，冲突停发，随机延迟后重发。
· 先听后发：发送数据前，先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。
· 边听边发：如果信道忙，则继续监听，直到信道空闲在发送数据。
· 冲突停发：若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突，则立即停止发送数据。
· 随机延迟后重发：等待一段随机时间，在重新尝试。 -
以太网使用截断二进制指数退避算法来确定碰撞后的重传时机。（协议规定了争用期时间时51.2μs，也可以说争用期时间时512比特时间）。
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凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。
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重要课后习题（可能会出题）：
3-08 要发送的数据为101110。采用CRCD 生成多项式是P（X）=X3+1。试求应添加在数据后面的余数。 答：作二进制除法， 101110 000 10011 添加在数据后面的余数是011
四、网络层
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IP地址与物理地址的关系：IP ⇌ R A R P M R P \xrightleftharpoons[RARP]{MRP} MRP RARPMAC
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与IP协议配套使用的还有三个协议：
- 地址解析协议ARP
- 网际控制报文协议ICMP
- 网际组管理协议IGMP
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IP地址的概念:：用来唯一标识全球连接在互联网上的主机的接口的标识符
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IP地址的划分方式历史：分类的IP地址 → \rightarrow →划分子网 → \rightarrow →构成超网
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分类的IP地址：
IP 第一字节 网络数 主机数 A类 1 —— 126 27 - 2 224 - 2 B类 128 —— 191 214 - 2 216 - 2 C类 192 —— 223 221 - 2 28 - 2 D类 224 —— 239 228 - 2 -
IPV4地址的点分十进制表示法；MAC地址用杠分十六进制；IPV6地址用冒分十六进制。
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IP 数据报的格式和分片：
IP数据报由首部和数据两部分组成，首部的前一部分是固定长度20字节。总长度单位为字节，字段为16位，IP数据报的最大长度为216-1 = 65535字节。数据帧的长度不能超过最大传送单元MTU的值。标志在首部中占三位，最低位记为MF。MF=1表示后面还有分片，MF=0表示这是若干数据报中的最后一个。标志字段中间的一位记为DF，意思不能分片，只有当DF=0才可以分片。片偏移以8个字节为单位，每个分片的长度一定是8字节的整数倍。
片偏移：占13位，用于说明该IP数据报（已分片）在源IP数据报中的相对位置（相对于数据字段的起点），单位是8字节，每个分片一定是8字节的整倍数 -
路由表的更新：旧项目保留，新项目加入，相同下一跳要更新，不同下一跳只有距离短的更新。
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OSPF的基本特点：开放最短路径优先——为克服RIP协议制定的协议。
五、运输层
- 运输层的两个主要协议：
用户数据报协议UDP：
* 无连接；
* 尽最大努力交付；
* 面向报文；
* 没有拥塞控制；
* 支持一对一、一对多、多对一和多对多；
* 首部开销小；
传输控制协议TCP：
* 面向连接；点到点；
* 可靠交付；
* 提供全双工通信；
* 面向字节流； - 使用TCP和UDP协议的各种应用和应用层协议：
- 常用的熟知端口号
- 网络拥塞条件公式： ∑ \sum ∑ 对资源的需求 > 可用资源
- 几种拥塞控制方法：
慢开始（slow-start）、拥塞避免（congestion avoidance）、快重传（fast retransmit）和快恢复（fast recovery）。 - 慢开始和拥塞避免：
慢开始算法的思路是：先探测一下，由小到大逐渐增大发送窗口，也就是说由小到大逐渐增大拥塞窗口数值。使用慢开始算法后，没经过一个传输轮次（transmission round），拥塞窗口cwnd就加倍。
拥塞避免算法的思路是：让拥塞窗口cwnd缓慢地增加，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍。这样，拥塞窗口cwnd按现行规律缓慢增长，比慢开始算法的拥塞窗口增长速率缓慢得多。 - 快重传和快恢复:
快重传算法首先要求接受方每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认（为的是使发送方及早知道有报文段没有到达对方）而不要等待自己发送数据时才进行确认;
快恢复算法：
（1）当发送方连续收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法，把满开始门限ssthresh减半。这是为了预防网络发生拥塞。
（2）由于发送方现在认为网络很可能没有发生拥塞，因此与慢开始不同之处是现在不执行慢开始算法，而是把cwnd值设置为慢开始门限ssthresh减半后的数值，然后开始执行拥塞避免算法（“加法增大”），使拥塞窗口缓慢地线性增大。
六 考试可能考的题
简答题OR计算题
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简述CSMA/CD的工作原理。
CSMA/CD 的基本原理可概括为 4 点：先听后发、边听边发、冲突停发、随机重发。
· 先听后发：发送数据前，先侦听信道是否空闲，若空闲，则立即发送数据。
· 边听边发：如果信道忙，则继续监听，直到信道空闲在发送数据。
· 冲突停发：若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突，则体积停止发送数据。
· 随机延迟后重发：等待一段随机时间，在重新尝试。 -
简述网络病毒的特点。
隐蔽性：伪装成正常程序，病毒扫描难以发现。
破坏性：能够破坏数据信息，造成计算机瘫痪。
传染性：通过U盘、网络等途径入侵计算机造成大面积瘫痪。
寄生性：在其它正常程序或数据中寄生程序，启动时对计算机文件进行破坏。
可触发性：在某个事件或数值出现后，病毒会对计算机实施感染或攻击。 -
简述TCP/IP由哪几层组成？
网络接口层、网络互联层(网际层)、传输层(运输层)和应用层组成。
网络接口层：这是TCP/IP软件的最低层，负责接收IP数据包并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。
网络互联层(网际层):是TCP/IP协议族中非常关键的一层，主要定义了IP地址格式，从而能够使得不同应用类型的数据在Internet上通畅地传输，IP协议就是一个网络层协议。
传输层(运输层)：这一层的的功能主要是提供应用程序间的通信，TCP/IP协议族在这一层的协议有TCP和UDP。
应用层：应用层是所有用户所面向的应用程序的统称。ICP/IP协议族在这一层面有着很多协议来支持不同的应用，许多大家所熟悉的基于Internet的应用的实现就离不开这些协议，如：文件传输用FTP协议、电子邮件发送用SMTP、域名的解析用DNS协议。 -
简述计算机网络五层协议的体系结构。
应用层：应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
运输层：运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
网络层：网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
数据链路层：将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻接点目的链路上传递帧。
物理层：物理层上传输的数据单位是比特。 -
什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？
答：为了通过共享信道、最大限度提高信道利用率。常用的复用技术有：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用。 -
常见计算机网络的拓扑结构有哪些？他们的结构特点是什么？
计算机网络的拓扑结构主要有：总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和网型拓扑
总线型结构由一条高速公用主干电缆即总线连接若干个结点构成网络。网络中所有的结点通过总线进行信息的传输。这种结构的特点是结构简单灵活，建网容易，使用方便，性能好。其缺点是主干总线对网络起决定性作用，总线故障将影响整个网络。 总线型拓扑是使用最普遍的一种网络。
星型拓扑由中央结点集线器与各个结点连接组成。这种网络各结点必须通过中央结点才能实现通信。星型结构的特点是结构简单、建网容易，便于控制和管理。其缺点是中央结点负担较重，容易形成系统的“瓶颈”，线路的利用率也不高。
环型拓扑由各结点首尾相连形成一个闭合环型线路。环型网络中的信息传送是单向的，即沿一个方向从一个结点传到另一个结点；每个结点需安装中继器，以接收、放大、发送信号。这种结构的特点是结构简单，建网容易，便于管理。其缺点是当结点过多时，将影响传输效率，不利于扩充。
树型拓扑是一种分级结构。在树型结构的网络中，任意两个结点之间不产生回路，每条通路都支持双向传输。这种结构的特点是扩充方便、灵活，成本低，易推广，适合于分主次或分等级的层次型管理系统。
网型拓扑:主要用于广域网，由于结点之间有多条线路相连，所以网络的可靠性较搞高。由于结构比较复杂，建设成本较高。 -
试说明IPV4地址、IPV6地址与硬件地址的区别。
IPV4是一个32位的二进制地址，使用点分十进制表示；
IPV6是一个128位的二进制地址，使用冒分十六进制表示
MAC地址是一个48位的二进制地址，使用杠分十六进制表示。
放置位置不同：IP地址放IP数据报的首部，而硬件地址放在MAC帧首部
使用区别：在网络层和网络层以上使用IP地址，数据链路层及以下使用硬件地址。 -
长度为200字节的应用层数据交给运输层传送，需加上40字节的TCP首部。再交给网络层传送，需加上40字节的IP 首部。最后交给数据链路层的以太网传送，加上首部和尾部20字节。试求数据的传输效率。若应用层数据长度为2000字节，数据的传输效率是多少？
解：数据长度为200 字节时
传输效率=200÷(200+40+40+20）=66.7%
数据长度为2000 字节时
传输效率=2000÷(2000+40+40+20）=95.2%
答：数据长度为100 字节时，数据的传输效率为66.7%。
数据长度为1000 字节时，数据的传输效率为95.2%。 -
共有四个站进行码分多址CDMA通信。四个站的码片序列：
A：（－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1） B：（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1）
C：（－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1） D：（－1＋1－1－1－1－1＋1－1）
现收到这样的码片序列S：（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是0还是1？解：S·A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1， A发送1
S·B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1， B发送0
S·C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0， C无发送
S·D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1， D发送1 -
局域网采用路由器与X.25网互连，现路由器每秒转发40个分组，分组长度为X.25网的标准值128字节，试问：
（1）路由器的转发速率为多少bps？
（2）计算一分钟内的通信量费用。（通信量按段计算，每段1K字节，需0.00015元）（请写出计算步骤）解：（1）已知：路由器每秒转发40个分组，分组长度128字节。
所以：40×128×8=40960（比特）
40960比特÷1024=40K（bps）
（2）已知：计算一分钟内，每段1K字节，需0.00015元。
1K=1024B
总字节40×128×60=307200字节
307200÷1024×0.00015=0.045元
（1）路由器的转发速率为40K bps。
（2）一分钟内的通信量费用为0.045元。
不写答案扣分 -
在数据传输过程中，若接收方收到发送方送来的信息为T=1011001101，生成多项式为P=X4+X3+1，接收方收到的数据是否正确？（请写出判断依据及推算过程）。
解：根据 CRC 校验码的原理，可验证：
已知：T=1011001101 P=11001
然后计算（用模二运算，写出计算过程，一定要列式计算，不列式计算不得分）
然后用模二运算计算，写出计算过程，最后求出余数，根据余数结果进行判断接收方收到的数据是否正确（如果余数为0则接收的数据正确，如果计算余数不为0则） -
某网络上连接的所有主机，都得到“Request time out”的显示输出，检测本地主机配置和IP地址：202.117.33.35，子网掩码：256.255.0.0，默认网关为202.117.34.1，请问问题可能出在哪？
（1）主机配置IP地址202.117.33.35，属于C类地址，而C类IP地址的默认子网掩码应该为255.255.255.0，所以配置子网掩码：256.255.0.0是错误的。
（2）题中所配置的默认网关202.117.34.1和C类默认子网掩码逻辑与运算结果即网络地址为202.117.34.0，而主机IP地址202.117.33.35与C类默认子网掩码255.255.255.0逻辑与运算结果即网络地址为202.117.33.0，所求得得网络地址不一致，所以默认网关配置错误，默认网关应该改为202.117.33.1。 -
某公司共有6个部门，现在六个部门都已组建了局域网，且每个部门的计算机都在30台以下。公司现申请了一个网络地址222.200.200.0，为了确保六个部门的局域网计算机能够通信，给出划分子网的分配方案。
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假如你在商丘工学院使用校园网进行上网（固定IP地址上网），IP地址正确设置如下：
在正常通信的情况下突然无法上网，请根据图示设置及案例描述，写出你应该如何检查网络连接及通信问题？参考答案：
（1）检查网络连通性（自己根据已学理论，写出如何检查）
（2）检查TCP/IP安装是否完好(自己根据已学理论，写出如何检查)
（3）检查局域网与网关通信问题(自己根据已学理论，写出如何检查)
（4）检查主机与DNS服务器通信是否正常(自己根据已学理论，写出如何检查)
填空题
- RIP是基于距离向量的路由选择协议。
- 内部网关协议RIP的一个特点是：好消息传播得快，坏消息传播得慢。
- 域名系统中，顶级域名 .cn 代表中国,.gov代表政府；顶级域名 .com代表商业、.edu代表教育。
- HTTP服务器侦听用户连接请求的端口号是 80，FTP的默认端口号是 21，DNS的默认端口号是 53。
- 数据在网络中经历的总时延是 发送时延、传播时延、处理时延、排队时延 之和。