【408计算机网络】考点总结

408计算机网络考点回顾总结


文章目录

  • 408计算机网络考点回顾总结
  • 一、计算机网络的体系结构和各部分联系
    • 1.1 MAC帧、IP数据报、TCP报文的联系
      • 1.1.1 MAC帧
      • 1.1.2 IP数据报
      • 1.1.3 IP数据报分片
      • 1.1.4 TCP报文段
    • 1.2 各层设备
      • 1.2.1 各设备的功能和区别
      • 1.2.2 重要表:【交换机、ARP表和路由器】
    • 1.3 各层次的协议
    • 1.4 端到端和点到点的区别?
    • 1.5 冲突域和广播域?
  • 二、物理层
    • 2.1 以太网和曼彻斯特编码
    • 2.2 波特率和比特率:
    • 2.3 奈奎斯特定理和香农定理
    • 2.4 电路交换、报文交换、分组交换
    • 2.5 物理层接口特性
    • 2.6 物理层设备
  • 三、数据链路层
    • 3.1 零比特填充法(组帧)
    • 3.2 滑动窗口机制
      • 3.2.1 GBN(后退N帧协议)【累计确认】【按序接收】
      • 3.2.2 SR(选择重传协议)【选择重传】【逐一确认】
    • 3.3 随机访问介质访问控制
      • 3.3.1 CSMA
      • 3.3.2 CSMA/CD
      • 3.3.3 CSMA/CA
    • 3.4 局域网
      • 3.4.1 以太网和MAC帧
    • 3.5 数据链路层设备(参考第一章总结)
  • 四、网络层【重点】
    • 4.1 子网划分和CIDR
      • 4.1.1 子网划分
      • 4.1.2 CIDR
    • 4.2 路由转发【路由表】
      • 4.2.1 RIP协议【内部网关协议】【重要】
      • 4.2.2 最短路径算法OSPF协议【内部网关协议】【不太重要】
      • 4.2.3 边界网关协议BGP【外部网关协议】【不太重要】
    • 4.3 ARP协议
    • 4.3 ICMP 协议(考的较少)
    • 4.4 DCHP 协议
    • 4.5 网络层设备频【路由器】(参考第一章总结)
  • 五、传输层
    • 5.1 UDP
    • 5.2 TCP
      • 5.2.1 TCP报文段(参考第一章总结)
    • 5.3 TCP连接管理
      • 5.3.1 TCP的连接(三次握手)
      • 5.3.2 TCP的释放(四次握手)
    • 5.4 慢开始和拥塞部分、快重传和快恢复
      • 5.4.1 慢开始
      • 5.4.2 快重传和快恢复
    • 在这里插入图片描述
  • 六、应用层
    • 6.1 DNS(域名系统)
    • 6.2 FTP(文件传输协议)
    • 6.3 电子邮件(E-mail)
      • 6.3.1 SMTP协议【发】
      • 6.3.2 PP协议【读】
    • 6.4 万维网和HTTP
      • 6.4.1 HTTP的特点


一、计算机网络的体系结构和各部分联系

1.1 MAC帧、IP数据报、TCP报文的联系

【408计算机网络】考点总结_第1张图片
【408计算机网络】考点总结_第2张图片


1.1.1 MAC帧

【408计算机网络】考点总结_第3张图片

  • MAC帧首部+尾部 = 18B,数据部分为 46B~1500B
  • 单位为字节
  • 源地址和目的地址:6B
  • 总长度64B - 1518B:控制部分18B(头部尾部)+ 数据部分(46B - 1500B

1.1.2 IP数据报

【408计算机网络】考点总结_第4张图片

  • 网络层向上提供无连接,尽最大努力交付的数据报服务
    一总八片首四

  • 首部长度:4bit,单位为4B,表明整个首部的长度。20B–60B

  • 总长度:首部+数据,单位为,表明整个IP数据报的长度

  • 片偏移:指出该片在原分组的相对位置,以8B为单位(除了最后一个分片,每个分片的大小都是8的倍数)

  • 源地址和目的地址:分别表示发送方的IP地址和接收方的IP地址,分别为4B

  • 标志:

    • 中间位:DF(Dont Fragment) = 1,禁止分片; DF = 0,允许分片
    • 最低位:MF(More Fragment)= 1,后面还有分片;MF = 0,最后一个分片 / 没分片

1.1.3 IP数据报分片

分片的原因,数据链路层的MTU严格限制IP数据报的长度,若大于该长度,则无法传输,因此,需要分片。

例子:数据部分为3800B,设最长分片不超过1420B

  • A:首部为20B,因此,最长分片的最大数据部分为1420 - 20 = 1400B
  • B:3800 = 1400 + 1400 + 1000
  • 第一个分片:0 - 1399;片偏移量:0(由于是第一个); 总长度:数据部分1400B + 首部20B = 1420B; DF = 0(允许分片); MF = 1(不是最后一个分片),标识为12345
  • 第二个分片:1400 - 2799;片偏移量:175(1400/8B = 175); 总长度:数据部分1400B + 首部20B = 1420B; DF = 0(允许分片); MF = 1(不是最后一个分片),标识为12345
  • 第三个分片:2800 - 3799;片偏移量:175(2800/8B = 350); 总长度:数据部分1000B + 首部20B = 1020B; DF = 0(允许分片); MF = 0(是最后一个分片),标识为12345

1.1.4 TCP报文段

【408计算机网络】考点总结_第5张图片

  • 2B(源)+2B(目的)+4B(序)+4B(确)+4B(书)+2B(窗)+2B+2B+NB+4B+数据
  • 前20字节是固定的

1.2 各层设备

1.2.1 各设备的功能和区别

【408计算机网络】考点总结_第6张图片


1.2.2 重要表:【交换机、ARP表和路由器】

重要表
转发表(MAC-MAC) 新源地址进来增加新地址表项,新目的地址广播旧目的地址单播
若路由表中转发mac地址没有,则从除了已知不是接口的所有接口都将转发该数据(不是接收方收到后将该数据丢弃)
ARP表(IP-MAC) 1.检查ARP缓存是否有该IP地址和MAC地址的映射
2.若无则广播,目的地址为FF-FF-FF-FF 的ARP请求分组
3.目的主机(本网络)或者默认网关(其他网络)将会单播返回一个带有其IP地址和MAC地址的ARP响应分组
4.源主机收到后写入ARP缓存
路由表(IP-IP) 静态路由和动态路由
动态路由:RIP、OSPF协议
1.网络ID和子网掩码(或者网络前缀)
2.接口:从自己的哪个接口转发出去
3.网关:不与自己直接相连的网络,下一跳地址

1.3 各层次的协议

层次
数据链路层 PPP、HDLC、CSMA
网络层 ARP、ICMP、IP、OSPF
传输层 TCP、UDP
应用层 DCHP、RIP、BGP、DNS、FTP、POP3、SMTP、HTTP、MIME

1.4 端到端和点到点的区别?

点对点通信是终端(主机)之间通信
端对端通信是(主机上的应用程序)之间的通信。即一个针对终端节点,一个针对应用进程
第一个端到端的层次:传输层


1.5 冲突域和广播域?

  • 一个站点向另一个站点发出信号,除目的站点外,有多少站点能收到这个信息,这些站点就构成一个冲突域
  • 广播所能覆盖的范围就叫做广播域了,二层的交换机是转发广播的,所以不能分割广播域,而路由器一般不转发广播,所以可以分割或定义广播域。

二、物理层

物理媒体上为数据端设备透明的传输原始比特流

2.1 以太网和曼彻斯特编码

【408计算机网络】考点总结_第7张图片

  • (RZ)归零编码
    • 按时间基准;高1低0(或者相反)
  • (NRZ)非归零码
    • 高1低0
  • (NRZI)非归零反相编码
    • 与前一个相同为1
    • 电平翻转为0
  • 曼彻斯特编码
    • 前半个高后半个低为1
    • 前半个低后半个高为0
  • 差分曼彻斯特编码
    • 前半个码元与上一个码元相同为1
    • 前半个码元与上一个码元相反为0

2.2 波特率和比特率:

  • 每秒传输多少个波特
  • 比特率:(b/s)

2.3 奈奎斯特定理和香农定理

奈奎斯特定理

  • 限制码元传输的速率B(不考虑噪声)
    在这里插入图片描述

香农定理

  • 在带宽受限且有噪声的信道中,信息传输速率有上限值

  • 信噪比:10log10(S/N)

  • 在这里插入图片描述

  • 如果两个条件求都可以,那么取小的那一个。


2.4 电路交换、报文交换、分组交换

电路交换

  • 发送端和接收端必须建立一条专有的物理通信路径,这条路径在传输期间一直被占有,直到通信结束后才释放

报文交换

  • 无需建立专有线路,传输单位为报文(带有目的地址和源地址),采用存储转发的方式

分组交换

  • 与报文交换基本相同,区别在于限制传输数据的长度,过大则划分为多个分组

2.5 物理层接口特性

  1. 机械特性:针对物理连接的特性。引脚数量、引线数目
  2. 电气特性:电压范围、传输速率和距离限制(出现数字)
  3. 功能特性:某一电平表示何种意义(不出现数字)
  4. 过程特性:工作规程和时序

2.6 物理层设备

中继器:

  • 数字再生
  • 中继器两端的网段一定要使用同一个协议

集线器:

  • 多端口中继器,互联两个物理层不同的网段,连起来的网段仍然是同一个局域网
  • 半双工通信,不具备信号的定向传送能力(广播)
  • 可以互联两个物理层不同的网段

三、数据链路层

成帧;差错控制;流量控制;传输管理

3.1 零比特填充法(组帧)

  • F(帧开始和帧结束):01111110
  • 遇到5个1加入一个0

3.2 滑动窗口机制

3.2.1 GBN(后退N帧协议)【累计确认】【按序接收】

  • 接收窗口为1
  • 发送窗口最大为(2 ^ n) - 1
  • 满足1<=Wt<=(2 ^ n) - 1
  • 累计确认;返回确认帧ACKn即表示n号数据及其之前的所有数据都已经收到
  • 按序接收,若不是则直接丢弃

3.2.2 SR(选择重传协议)【选择重传】【逐一确认】

  • 发送窗口 (= 接收窗口 = 2 ^ ( n - 1)
  • 满足1<=Wt<=(2 ^ n) - 1*

发送方:

  • 逐一确认,最小序号确认则向前推进到前移动到未确认的最小序号处
  • 仅重传出错帧按序接收

接收方:

  • 若收到的是比下界更小的帧,则返回该帧的确认帧(可能是上一次传送的确认帧丢失,重新告诉发送方该帧已经接收)
  • 若在上下界之间的帧则缓存,直到之前都接收再移动
  • 若收到的是比上界更大的帧,则直接丢弃

信道利用率:(L/C)/T


3.3 随机访问介质访问控制

3.3.1 CSMA

3.3.2 CSMA/CD

  • 先听后发,边听边发,冲突停发,随机重发
  • 争用期:最多两倍总线到端时延,故最小长度为64B
  • 最小帧长=总线传播时延 * 数据传输速率 * 2
  • 二进制指数退避:
    • 当重传次数k <= 10 时,选择 k 和10 的最小值;当k > 10时,选择k = 10
    • 从0,1,2,3…2^k - 1中随机选择一个数n,重传时间为n倍的基本退避时间,即2τn
    • 重传到16次时,抛弃该帧,并向高层报错
  • 适用于总线型或半双工网络环境

3.3.3 CSMA/CA

  • 无线局域网必用,发送前侦听,边发送边侦听,冲突不停发,
  • 过程:
    • 发送数据前,先检测信道是否空闲
    • 空闲则发送RTS
    • 接收方收到RTS后,返回CTS
    • 发送方接收到CTS后,预约信道
    • 接收方接收到数据后,用CRC进行确认,正确则返回ACK帧(类似于握手)
    • 发送方收到ACK帧后,开始下一个数据帧的传输,若一段时间未收到ACK帧,则重新传输(采用二进制指数退避算法确定随机延迟时间)
  • 适用无线局域网

3.4 局域网

  • IEEE 802.3 CSMA/CD 以太网
  • IEEE 802.11 CSMA/CA 无线局域网

3.4.1 以太网和MAC帧

以太网:

  • 以太网共享一条总线,采用广播的方式
  • 提供无连接(发送方和接收方无需建立连接)
  • 不可靠服务(发送方无须编号,接收方无须确认,差错帧直接丢弃,差错纠正由上层进行)
  • 尽最大可能交付服务

3.5 数据链路层设备(参考第一章总结)


四、网络层【重点】

路由选择和分组转发;异构网络互联;拥塞控制

4.1 子网划分和CIDR

【408计算机网络】考点总结_第8张图片

4.1.1 子网划分

  • 网络号全1,主机号全0
  • 子网掩码与Ip地址逐位相与,得到子网网络地址

4.1.2 CIDR

  • IP地址后加上 /网络前缀的位数
  • 构成超网:将多个子网聚合成一个较大的子网。
  • 最长前缀匹配:查找路由表时,若有多个结果(逐位相与),应选择具有最长网络前缀的路由(前缀越长,地址块越小,路由越具体)

4.2 路由转发【路由表】

  • 静态路由算法:手动配置路由信息。适用于变化不大的小型网络。

缺点:不能及时适应网络状态的变化,不适用大型网络

  • 动态路由算法:路由器间彼此交换信息,按照路由算法优化出路由信息。可以适应不断变化的网络,适用大型网络
  • 自治系统内使用内部网关协议(IGP):RIP、OSPF
  • 自治系统间使用外部网关协议(EGP):BGP

4.2.1 RIP协议【内部网关协议】【重要】

  • 应用层协议,基于广播UDP,选择跳数最少
  • RIP基于距离向量
  • 16不可达
  • 仅和相邻路由器交换信息

交换过程:

  1. 路由表数据<目的网络><距离><下一跳的路由器地址>

4.2.2 最短路径算法OSPF协议【内部网关协议】【不太重要】

  • 洪泛法(路由器向自己相邻的路由器发送信息,相邻的路由器收到信息后,又向自己相邻的路由器发送该信息)

4.2.3 边界网关协议BGP【外部网关协议】【不太重要】

应用层协议,基于TCP,交换网络可达性信息
从一个网络到另一个网络使用。


4.3 ARP协议

IP—>MAC

ARP协议的过程:

  • 若是本网络主机
    • 有则读取
    • 无则广播ARP请求分组目的MAC地址为FF-FF-FF-FF的帧,有且只有目的主机会回应,存入缓存读取
  • 若不是本网络主机
    • 先根据IP和子网掩码判断是否是本网络主机,不是则通过本主机的默认网关(路由器)
    • 默认网关不知道则发一个包含(接收方IP地址为默认网关,MAC地址为FF-FF-FF-FF),默认网关会返回其IP和MAC
    • 在通过这个网关去查询其他网络,如此往复。

4.3 ICMP 协议(考的较少)

ICMP报文作为IP数据报的数据部分加上首部组成IP数据报

  • 终点不可达:没有交付数据
  • 源点抑制:网络内产生拥塞
  • 时间超过:收到TTL为0的数据报
  • 参数问题:首部字段出问题
  • 路由问题:更改最佳路由路径(重定向)

4.4 DCHP 协议

  • 应用层协议,C/S方式,基于UDP

过程:

  • 客户机广播 “DCHP发现” 消息,试图找到网络中的DCHP服务器来获得一个IP地址
  • DCHP服务器收到**“DCHP发现"消息后,向网络中广播"DCHP提供”**
  • 客户机收到后向网络中广播**“DCHP请求”**
  • DCHP服务器收到后广播**“DCHP确认”**,将IP分配给DCHP客户机。

4.5 网络层设备频【路由器】(参考第一章总结)


五、传输层

5.1 UDP

  • 无连接,最大努力交付,即不可靠(由应用层保证可靠交付)
  • 面向报文(应用层给UDP什么样的报文,UDP就传输什么样的报文)
  • 无拥塞控制,适合实时应用
  • UDP首部8B,TCP首部20B

5.2 TCP

  • 面向连接(点对点连接)
  • 提供可靠服务,即无差错、不丢失、不重复、按序到达(可靠有序,不丢不重)
  • 全双工通信(发送方和接收方可以互换)
  • TCP面向字节(将应用程序交付的数据仅视为一段无结构的字节流)

5.2.1 TCP报文段(参考第一章总结)


5.3 TCP连接管理

5.3.1 TCP的连接(三次握手)

  • C:SYN = 1, seq = x(随机)【客户端发送请求连接报文】
  • S:SYN = 1, ACK = 1, seq = y(随机), ack = x+1,
  • C:SYN= 0, ACK = 1, seq = x+1, ack = y+1

5.3.2 TCP的释放(四次握手)

  • C:FIN = 1, seq = x【客户端发送连接释放报文】
  • S:ACK = 1, seq = y, ack = x+1
  • S:FIN =1, ACK =1, seq=w, ack = x=1
  • C:ACK =1,seq=x+1,ack=w+1

5.4 慢开始和拥塞部分、快重传和快恢复

  • 接收窗口
  • 拥塞窗口
  • 发送窗口
  • 发送窗口= min{接收窗口,拥塞窗口}

5.4.1 慢开始

【408计算机网络】考点总结_第9张图片

在这里插入图片描述


5.4.2 快重传和快恢复

【408计算机网络】考点总结_第10张图片

六、应用层

6.1 DNS(域名系统)

访问顺序:1-4-2-3

  1. 本地域名服务器(1)
  2. 权限域名服务器(4)
  3. 顶级域名服务器(3)
  4. 根域名服务器(2)

【408计算机网络】考点总结_第11张图片

递归查询

  • 本地域名服务器–>根域名服务器–>顶级域名服务器–>权限域名服务器

递归与的方式

本地域名服务器(由其向其他各处查询)

  • 根域名服务器
  • 顶级域名服务器
  • 权限域名服务器

6.2 FTP(文件传输协议)

  • 采用C/S,使用两个并行的TCP连接
  • 控制连接: 端口号21,会话期间一直保持打开状态
  • 数据连接: 端口号20,收到传输请求后创建,传输完毕后关闭(是否使用20端口和传输模式有关)

6.3 电子邮件(E-mail)

【408计算机网络】考点总结_第12张图片

6.3.1 SMTP协议【发】

  • 采用C/S,TCP连接,端口号25
  • 采用 “推” 的方式用于用户代理向邮箱服务器及邮件服务器之间发送邮件

6.3.2 PP协议【读】

  • TCP连接,端口号110,基于C/S
  • 采用 “拉” 的方式从邮件服务器中读取邮件

6.4 万维网和HTTP

6.4.1 HTTP的特点

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