计算机网络——笔记总结（期末复习）

第一章
1、因特网的组成
(1) 边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
(2) 核心部分： 由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。
2、电路交换、分组交换的特点
电路交换：
（1）电路交换必定是面向连接的。
（2）电路交换的三个阶段：建立连接、通信、释放连接
分组交换：
优点：
高效：动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
灵活：以分组为传送单位和查找路由。
迅速：不必先建立连接就能向其他主机发送分组。
可靠：保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。
缺点：
分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。
3、时延
（1）发送时延（传输时延 ）
①发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。
②也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

公式

（2）传播时延
①电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。
② 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。
公式

（3）处理时延
交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间
（4）排队时延
结点缓存队列中分组排队所经历的时延。
排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。
（5）总时延

4、协议体系结构
（1）OSI/RM七层协议

（2）TCP/IP四层协议

（3）五层协议

补充：体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件
第二章
1、物理层的基本概念
物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：
① 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
② 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
③ 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
④ 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
2、数据通讯系统
数据通讯系统有三部分构成如下：
① 源系统（发送端、发送方）
a、 源点
b、 发送器
② 传输系统（传输网络）
③ 目的系统（接收端、接收方）
a、 接收器
b、 终点
3、常用术语
a、 通信的目的是传送消息
b、 数据都是运送消息的实体
c、 根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为两大类：
a) 模拟信号（连续信号）
b) 数字信号（离散信号）
代表不同离散数值的基本波形就称为码元
d、 波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念
a) 波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。码 元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。
b) 比特是信息量的单位。

4、有关信号的几个基本概念
单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。
5、信噪比和香农公式
①信噪比

②香农公式：
信道的极限信息传输速率 C 可表达为
C = W log2(1+S/N) b/s
W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；
S 为信道内所传信号的平均功率；
N 为信道内部的高斯噪声功率
③香农公式表明
a) 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
b) 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
c) 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。
d) 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。

6、波特率和比特率

7、导向型传输媒体
①双绞线
屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)
无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)
②同轴电缆
50同轴电缆
75同轴电缆
③光缆
8、信道复用技术
①频分复用FDM、时分复用TDM、统计时分复用STDM

1. 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）
2. 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
   a) 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。
   b) TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。
   c) 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
   d) 时分复用可能会造成线路资源的浪费
3. 统计时分复用是改进的时分复用
   ②波分复用WDM
   波分复用就是光的频分复用
   ③码分复用CDM
   码分复用是另一种共享信道的方法
   第三章
   1、数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：
   ①点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。
   ②广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式
   三个基本问题
   (1) 封装成帧
   (2) 透明传输
   (3) 差错控制

2、媒体共享技术
①静态划分信道
a) 频分复用
b) 时分复用
c) 波分复用
d) 码分复用
②动态媒体接入控制（多点接入）
a)随机接入
b)受控接入 ，如多点线路探询(polling)，或轮询。
3、CSM/CD总结
① 发前先侦听
② 空闲即发送
③ 边发边检测
④ 冲突时退避
4、信道利用率

5、扩展的以太网
①在物理层扩展以太网（集线器）

1. 优点
   a) 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。
   b) 扩大了局域网覆盖的地理范围。
2. 缺点
   a) 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。
   b) 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。
   集线器特点：

1. 工作在物理层；
2. 扩大了局域网覆盖的地理范围,总吞吐率不变;
3. 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线；
4. 半双工工作模式；相同的运行速率；
5. 集线器很像一个多端口的中继器。
   ②在数据链路层扩展局域网 （网桥）
   网桥特点
   优点：
6. 过滤通信量。
7. 扩大了物理范围。
8. 提高了可靠性。
9. 可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网
   缺点：
10. 存储转发增加了时延。
11. 在MAC 子层并没有流量控制功能。
12. 具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大。
13. 网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。
    ③网桥和集线器的区别
14. 集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。
15. 网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。
16. 若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。
    VLAN的优点
17. 分割广播域
18. 方便网络用户管理；
19. 减少网络管理开销；
20. 提供更好的安全性；
21. 改善网络服务质量。
    

交换机的分类

1. 直通式
2. 存储转发式
   第四章
   1、网络层提供的两种服务：
   ①虚电报
   ②数据报
   2、IP地址
   ①常用的三种类别的 IP 地址

②不常用但特殊的IP地址

3、子网掩码
①A类、B类、C类IP地址的默认子网掩码（左1右0不能交叉）

②B类地址的子网划分选择（使用固定长度子网）

4、无分类编址CIDR（构造超网）
①总结

 CIDR 使用“斜线记法”，又称为 CIDR 记法，即在 IP 地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中 1 的个数）。例如： 220.78.168.0/24
 CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址块”。
 128.14.32.0/20 表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是 12 位）。
 这个地址块的起始地址是 128.14.32.0。
 在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20 地址块”。

②常用的CIDR地址块

5、ICMP 报文的种类
①ICMP 差错报告报文

1. 终点不可达
2. 时间超过
3. 参数问题
4. 改变路由（重定向）

②ICMP 询问报文

1. 回送请求和回答报文
2. 时间戳请求和回答报文
   ② 几种常见的ICMP报文类型

6、互联网的路由选择协议

①内部网关协议 RIP
 RIP 是一种分布式的、基于距离向量的路由选择协议。
RIP2 协议的报文格式

一个 RIP 报文最多可包括 25 个路由，因而 RIP 报文的最大长度是 4  20  25  504 字节。如超过，必须再用一个 RIP 报文来传送
 RIP 协议特点：好消息传播得快，坏消息传播得慢。
 RIP 存在的一个问题：当网络出现故障时，要经过比较长的时间 (例如数分钟) 才能将此信息传送到所有的路由器。
②RIP 协议的优缺点

1. 优点：
   a) 实现简单，开销较小。
2. 缺点：
   a) RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）。
   b) 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。
   c) “坏消息传播得慢”，使更新过程的收敛时间过长。
   7、IPv6
   ①IPv6 的基本首部
   IPv6 仍支持无连接的传送，但将协议数据单元 PDU 称为分组。
   变化：

1. 更大的地址空间。
2. 扩展的地址层次结构。
3. 灵活的首部格式。
4. 改进的选项
5. 允许协议继续扩充。
6. 支持即插即用（即自动配置）。
7. 支持资源的预分配。
8. IPv6 首部改为 8 字节对齐。
   ②IPv6 数据报的一般形式

1. IPv6 数据报由两大部分组成：
   a) 基本首部 (base header)
   b) 有效载荷 (payload)。有效载荷也称为净负荷。有效载荷允许有零个或多个扩展首部 (extension header)，再后面是数据部分。

③IPv6 数据报的目的地址

1. 单播 (unicast)：传统的点对点通信。
2. 多播 (multicast)：一点对多点的通信。
3. 任播 (anycast)：这是 IPv6 增加的一种类型。任播的目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一个，通常是距离最近的一个
   ④冒号十六进制记法
4. 每个 16 位的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。例如：
   68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF
5. 在十六进制记法中，允许把数字前面的 0 省略。例如把 0000 中的前三个 0 省略，写成 1 个 0。
   ⑤零压缩
6. 冒号十六进制记法可以允许零压缩，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。
   FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可压缩为：
   FF05::B3
7. 注意：在任一地址中只能使用一次零压缩。

第五章
1、TCP/IP 的运输层有两个主要协议
①面向连接的 TCP（传输控制）
②无连接的 UDP（用户数据报）
2、常用的端口号

3、UDP的特点
a) UDP 是无连接的
b) UDP 使用尽最大努力交付
c) UDP 是面向报文的
d) UDP 没有拥塞控制
e) UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
f) UDP 的首部开销小
4、信道利用率

①停止等待协议的优点是简单，缺点是信道利用率太低。
②公式

5、TCP 的拥塞控制

6、TCP的运输连接管理
①TCP 连接建立：三报文握手
②TCP 连接释放：四报文握手