计算机网络考研辨析（后续整理入笔记）

考完研补充题目图片进来。

方老师课程还有一些细节不够到位，不影响学习，但是初期如果想得多了，会有一些迷惑，后续要把这些补进去文章里，让文章更加好。

这里做出细化，尤其是针对数字，计算，保证无误。

体系结构

OSI模型会考，相比于5层模型，在应用层和传输层之间，多了表示层和会话层。

1. 高三层=资源子网
   • 应用层是应用程序的所在
   • 表示层用于统一不同系统之间数据格式的差异
   • 会话层用于建立进程之间的通信（会话）
2. 传输层，承上启下，TCP，UDP
3. 低三层=通信子网

注意流量控制，在笔记里，我是把流量控制放在传输层了，但是实际上传输层，网络层，链路层都可以进行流量控制，区别在于：

1. 传输层，端到端流量控制
2. 网络层，整个网络
3. 链路层，相邻结点之间

物理层

速率辨析

计算题型二：

注意奈氏准则，香农定理，以及波特率。

波特率（调制速率）是码元传输速率，因此实际速率=码元大小×波特率

实际上奈氏准则公式里的2W就是带宽为W前提下的波特率，反过来算波特率也别忘了码元。

交换方式辨析

三+1种交换的区别：

1. 电路交换：一条路走到黑
2. 报文交换：电路交换灵活版，一段路走到黑，但是可以分开几段走
3. 分组交换，不仅分开几段走，数据报也要切分成分组
   • 数据报交换，最基本的分组交换（注意区分报文交换≠数据报交换）
   • 虚电路交换
     • 流程类似电路交换，先建立连接，之后分配一个虚电路号
     • 具有电路交换的顺序性，但是其他方面和分组一致，发送是很灵活的，不用分配带宽（20年真题），且不会占用（可交叉）

三种交换模式的时间计算

数据报交换，假设忽略节点处理时间以及传播时延，只关注发送的时间，那么要按照流水线的思路分析。

假设有n段，那么总时间T=第一个节点发送完全部分组+其余n-1个节点逐级转发完最后一个分组的时间

以10年真题看，首先确定有1000个分组，每一个分组有1000B。第一个节点发送要80s，而之后还要转发3-1=2级，因此还要有2×0.08ms的时间，选C

如果用报文交换呢？每一级都要消耗全部分组的时间，也就是说要3×80s

如果用电路交换呢？已经建立好链接的前提下，就是一级的时间即80s

总的来说，电路交换是最快的，报文交换比电路交换灵活点，但是损耗太大了，而分组交换相当于细分程度很高的流水线，可以逼近电路交换的速度，同时兼顾完美的灵活性。

再论2013年真题，直接用上述思路，报文交换是800×2，而分组交换是800+1

编码调制辨析

1. RZ（归零）
2. NRZ（不归零）
3. NRZI（NRZ invert），翻转NRZ
   • 思想像差分曼彻斯特
   • 遇到0则翻转
   • 差异有二，NRZI反转的是电平，而差分曼彻斯特是跳变方向，其次是NRZI遇0翻转，而差分曼彻斯特遇1翻转
4. 曼彻斯特，跳变方向代表0或者1
5. 差分曼彻斯特
   • 曼彻斯特的导数（差分）
   • 跳变方向改变代表1，不变代表0（导数为零）

具体做题的时候，先通过波形判断是R系的，还是曼彻斯特系的，之后再内部区分。

不同调制：

1. ASK（Amplify SK），调幅
2. FSK（Frequency SK），调频
3. PSK（Phase SK），调相
4. QAM，相当于ASK和PSK杂交

链路层

链路层功能

我们学的只是无确认的无连接服务，实际上链路层有三种功能，逐级递进

1. 无确认+无连接
2. 有确认+无连接
   • 加入重传机制，用于错误率较高的信道，比如无线
3. 有确认+有连接
   • 这里就非常像传输层那边的可靠传输了，但是仅仅实现了停等协议

可靠传输到底在哪一层？

实际上可靠传输是很复杂的，因此实际中都是在传输层实现，正好和TCP一起，方老师是这样讲的，但是在408考纲里面，可靠传输极限情况下可以放在链路层，因此考出来的话，实际上链路+网络+传输，都可以可靠传输。

可靠传输分类：

1. ARQ，使用确认+重传机制确保可靠
   • 非连续ARQ：停等
   • 连续ARQ
     • GBN
     • SR

具体的讲解仍然是放在传输层里面。

介质访问控制（MAC）

分类：

1. 信道划分控制：
   • 是一种集中控制的思路，用户服从整体
   • 具体来说就是复用，在后面加个A就是xx多址复用
     • FDM（Frequency）
     • TDM，进阶版是STDM（Static TDM），时隙不固定
     • WDM（Wawe）
     • CDM（Code），码分复用
   • 重点是CDMA，14年真题考了，得学一下细节
2. 随机访问控制
   • 本质是争用，用户平等，不受控
     • ALOHA
     • CSMA
     • CSMA/CD
     • CSMA/CA

信道划分控制之——CDMA

题型1：CDMA细节（14年真题）

王道考研CDMA

一个bit用一个码片表示，下图长度为8

乍一看浪费了8倍的空间，别急，还有一个要求，就是多个站点之间的码片要正交，结合线性代数的知识可以知道，8维向量，正交的向量个数最多是8个，也就是说，极限情况下可以同时让8个站点使用8个正交的码片。

这个情况下是不存在浪费的，8bit的融合数据里面能包含8×1个bit

好了，继续分析码片的性质，1对应原始码片，要表示0，就把码片01翻转，此时有趣的现象来了，这操作相当于码片对应的向量前面给负号，并不改变正交性。

发送过程很简单：

1. 发送端，把向量线性叠加
2. 接收端，用向量乘以接收到的叠加数据，就可以提取出我要的信号

为什么呢？根源在于所有码片是正交的，那么叠加后的数据乘以某个码片，只有对应码片才能有结果，其他码片的内积都是0，所以实际上叠8个都是可以的

所以CDMA，效果好，抗干扰，保密性好，且不浪费，优点突出。

举例14年真题

首先审好题，C收到A发的数据，也就是说要用A的码片去解析

随机访问控制

ALOHA，很老，简陋

ALOHA采用ack机制，如果发送方没有收到ack，代表冲突了，则经过随机事件后重发

时隙ALOHA将时间对齐，规定发送帧必须在时间片开头发送，这样可以降低碰撞率

CSMA整个系列的都可以一起讲，最开始讲一下CSMA/CD，之后的进行简化就可以。

CSMA是弱化版CSMA/CD协议，有三种，区分一下：

1. 坚持和非坚持的区别在于，信道忙的时候是否要暂停监控
2. 坚持内部，1和p的区别在于信道空闲的时候立即发送的概率

上图只列出两种情况，其实还有一种冲突的情况，就是争用期内发生碰撞，此时这几个协议都会暂停一段时间再监听，注意，这个冲突是通过监听实现的，而不是ack

CSMA/CA，CA是Avoid，CD是Detect，区别在于CD只能检测，而CA只能避免：

1. CD，手法简陋，重点在发送过程的检测
2. CA，有详细的预约机制和确认机制
   • 通过RTS（Request）和CTS（Clear）进行握手，实际上是建立了两个站点之间的链接，保证发送过程不被打扰。
   • 发送过程是停等协议的过程，有ack机制
   • 弱化检测，因此广泛用于无线网络（反正无线网络在发送过程中也很难检测）

11年真题：在随机访问控制里面，ALOHA是用ack的，CSMA全系里面，只有CSMA/CA用ack

20年真题：CA的监听是通过RTS实现的，在第一个RTS被回复之前，前面所有RTS消耗的时间就是监听消耗的时间，是最长的。这道题图里给的RTS是被回复的第一个RTS，前面其实还有RTS，只不过被隐藏在IFS1里面了，因此IFS1就是最长的。

轮询访问控制

前两种MAC方式，都是平等的，但是轮询需要有一个主机，控制整个系统。

缺点在于，轮询过程本身有消耗，其次主机万一坏了就尴尬了（单点故障）

令牌传递协议是轮询的优化，去除了主机控制，用令牌去代替。

注意，令牌环网是逻辑环网，实际上还是星形的物理拓扑。

发送过程就是令牌在不断转圈：

1. 如果不发送，就不断地传下去
2. 如果发送
   • 修改占用位
   • 附加数据
   • 此时仍然是转圈，其他非目标节点接收到令牌后，发现不是给自己的，就继续传下去，直到目标节点，接受了数据，继续把令牌传下去

说白了，令牌永远都在按顺序转，只是把发送数据和商量的过程藏在了转的过程里。

虽然去掉了主机，但是仍然会有单点故障，让环路断掉，好在可以用备用机顶替。

扩展以太网

线缆区分看后缀（19真题）

BASE5：同轴电缆（数字后缀）
BASE-T：双绞线
BASE-F：光纤

以太网协议区分：

1. IEEE 802.3
   • 有线以太网，和V2并称，一般混起来用
2. IEEE 802.11
   • 无线局域网，注意4个地址，在不同情况下代表含义不同
   • 第一种情况是两个终端，两个基站转发，记忆方法是按目的-源，基站-终端来记
     • 1，RA，Receive，目的AP基站
     • 2，TA，Trans，源AP基站
     • 3，DA，Destination，目的终端
     • 4，SA，Source，源终端
   • 第二种情况是两个终端，一个基站转发，又要分两种情况，此时不区分AP和终端，怎么记呢？前两个地址代表方向，<目的站，源站>，最后一个用剩下的终端填就行
     • 发送端，基站，S，D，从S发到基站
     • 接收端，D，基站，S，从基站发到D

以17年真题为例，首先确定是一个基站，然后确定<目的站，源站，剩余>，即，所以B

交换机

交换机两点：

1. 自学习
2. 无目标则广播（本端口不播）

以14年为例，首先无目标，则广播23端口
此时自学习，记录a1-1端口，因此ack有目标不需要广播

16年同理，因为自学习机制，H2会被记录，因此H4反馈ack的时候，交换机端口上只有H2所在端口会转发ack，但是注意H4在到达交换机之前，还经过一个Hub，这里无条件广播的。

网络层

这一章是重中之重，不会的话大题就没了。

网络层功能

注意SDN这个考点，22年新加入，细化了。

SDN说白了就是集中管理，并且将控制层单独抽离出来，进行软件层面的编辑，然后下放给数据层，进行转发控制

SDN控制层在中间，向上把北向接口提供给程序员，进行软件的设计，向下把南向接口提供给硬件设备，至于如何兼容，就要靠Openflow之类的南向接口协议了。

22年真题考的就是南向接口，那么如果要继续考，无非就是流表本身或者北向接口了。

IPv4协议

IP地址

首先是ABCDE类IP地址，其次是CIDR，最后就是子网划分。

注意，CIDR中，子网号没有特例，分3位就是8个子网，而网内主机号要去掉两个特例（10,11）

出于网络安全考虑，专门划分了一些IP地址专用于局域网，比如10，172,192中的一些IP地址，专用与本地，又叫可重用地址

看12年真题，网络内部全1，因此子网掩码为0的位，都要置1，不要只置最后一节（那样就会选到B）

18年真题，考虑两个特例，全0为本地，只能作为源地址，全1为网内广播，只能作为目的地址

19年真题考察变长子网号分配法，类似于计组里面的指令条数计算，因为这里是2进制的，所以当前位使用0，留出1给下一级用，因此前3级子网号为0,10，110，然后第四级要终止了，所以不留了，全用光，为1110,1111，即4位子网号

思路拓展一下，如果是6个子网呢？那就要多分一级了，前4级给4个子网号，最后一级用2个子网号，总结一下，k级变长分配，可以制造k+1个子网号。

21年的子网划分考的比较难，但是本质上无非就是两种子网划分方法的情况，考虑变长形式，3个子网就分两级，那么题干给的10，既可以作为变长的第一级，即10,110,110分法，也可以作为变长的第二级，即0，10,11分法，此时已经可以把（0,11,110,111这4个选项排除了），为什么00错了呢？因为00只能是定长，就得分00,01,10,11，4个子网了

IP数据报分析

之前说过，如果MTU=1500，那么偏移位恰好是可以满足8的倍数的，因此数据可以装满1480B

但是在21年真题里面，MTU换了一下

因此需要在数据（780B）范围内进行对齐，对8取余，把余数剪掉剩下的就是可以被整除的长度了，这里余4，776B就是极限的IP数据部分

所以切分成3个IP数据报，776+20,776+20，8+20，第二个分片总长度为796（算上报头），后面还有分片，所以MF=1

ICMP

类型区分：

1. 终点不可达。因为各种原因导致发不过去，最常见的错误。
   • 曾经有一个源点抑制报文，专门用于处理拥塞问题的，通知源点抑制一下窗口，现在废除了
2. 时间超过。路由器收到TTL=0的报，无法转发而丢弃
3. 参数问题。IP首部出错
4. 改变路由。重定向，下次有一条更好的路走

网络拓扑与转发分析（重点）

选择题：

11年考路由表，明确路由表是针对网络的，所以为了到达所有子网，需要把那两个未达子网的目标网络号统筹起来，因此得到子网掩码是255.255.255.0，下一跳是目标路由器的IP接口，即~.2，选D。注意区分下一跳和接口字段，下一跳是目标，而接口字段通常隐藏，就是从哪个门出去的意思。

15年考最长前缀匹配原则

16年考了一道看起来挺吓人的，仔细分析。通过网关和子网掩码可以提取出网络号，发现H1，H2在一个局域网，H3和H4在一个局域网。注意，对于IP通信来说，同一个局域网段的（网络号相同），才可以进行链路层通信，否则必须走网络层路由器，也就是说H1和H3要通信，就得走路由器R2，但是R2上面只给了一个网关，是给H3和H4的网关，因此H1压根就走不了网络层，更别说和H3通信了。

16年又考了一道狠的，考察了访问广域网的过程。首先是局域网发出一个分组，然后经过网关的NAT转换，变成路由器转发端口的IP，问题来了，这个IP是多少呢？关键在于30的网络号，在主机号里忽略掉两个特例00和11，剩下的就是01和10，分别对应201.1.3.9和201.1.3.10，R1占了一个9，因此这里用10。这道题综合考察了互联网转发过程，NAT，和IP地址，挺好。

18年本质上考的是ARP原理，这道题只是考了其中的MAC地址转换过程

22年真题，考网关是什么？首先，网关是一个局域网内部的IP地址，因此网关的网络号就是局域网的网络号（子网掩码同理），其次，网关要连在路由器上，所以用距离本网络最近的路由器的端口当网关

若干大题

TODO，后面写

路由算法和路由协议

这一块能出大题，所以同样重点，不可以糊弄。

这些协议都是应用层协议

1. IGP
   • 最常用RIP，搭配距离向量算法，使用UDP
   • 规模大则用OSPF，搭配链路状态算法，尽可能精简数据，使用IP，直接把数据塞到IP数据报里面，没有UDP报头
2. EGP
   • 最常用BGP-4，搭配路径向量算法，需要保证稳定，因此使用TCP协议

选择题挺简单，最难的是16年真题，这道题考了“坏消息传的慢”的过程。

R1，R2此时都为（目标网络，2，R3），R3为（目标网络，16，-），题目告诉你，R3只向R2通告了，R1是不受影响的，所以R2会先变成（目标网络，16，-），之后又会收到R1的通告，变成（目标网络，2+1，R1），此后就是满收敛的过程了，没有继续深入考了。这道题的关键在于，R3只向R2通告，而题目说的R2更新，是包括R3，R1各自通告一次后的结果，如果只考虑R3那一次，就会选C，其实还有一次R1呢，这是命题人的目的。

还有就是，我的笔记里那个例子没有说明（a，b，c）到底是代表什么，所以我自己复习都没看懂，实际上应该是（目标网络号，距离，下一跳），后面补上

传输层

可靠传输

ACK是标记，用于表示是否是反馈，而ack是确认号

ack到底是多一位还是正好，实际上普遍是ack多一位，比如收到了100，那么就ack（101），这样比较方便，发送方直接把窗口起始位置调成ack的值就可以，非常直观。后面你看到方老师给的图，基本都是这样。

注意区分，题目给出“收到x号帧的确认”，这是一种文字性描述，代表已经收到了x，但是如果是“ack=x”，那么实际上只代表收到了x-1

题型1：传输过程分析，11，12年真题，这个简单

题型2：窗口大小限制（17年真题）

首先明确帧号（数据下标）默认从0开始，比如2bit编号，数据号就是0,1,2,3，而窗口大小，确实就是长度，从1开始

GBN和SR是统一看的，凡是采用窗口协议，nbit编码，那么两方窗口之和≤$2^n$

GBN协议中，接收至少=1，那么发送端窗口尺寸最大$2^n-1$

考虑SR协议，两方窗口要相等才最好，因此单方窗口最大是$2^{n-1}$，最佳也应该是这个值。

举个极端的例子证明为什么窗口总和最大为$2^n$，以n=3举例，如果窗口大小为8（危险），那么最多同时发0-7，那么接下来0号帧就会有歧义：

1. 如果确认帧正常，下一个0代表有效帧
2. 确认帧丢失，那么0代表重传的帧

关键是接收方无法确定确认帧是否丢失，所以窗口大小要让出一个来，不可以是$2^n$

17年真题直接秒了

题型3：信道利用率（超高频考点，基本每年）

本质上，是单个周期内，发送数据的时间占比（剩余的时间就是空闲时间）

停等协议最好计算，一个周期=发送一个帧+RTT

GBN协议和SR本质上是流水线，因此需要让流水线跑满才能保证信道利用率最大（反之，退化为停等）

此时就要考虑传播时延，你要保证在一帧的整个周期内，数据帧发送是不间断的，即一个窗口的传输时间≥周期，左右同乘数据率，则一个窗口的数据量≥一个周期内的最大数据传送量

以13年举例。

首先，桢长度不确定，取最小的极限情况，原因是如果帧更大，那么发送的数据量绝对满足流水线要求，但是反过来就不一定了，帧变小会导致窗口的数据量缩水，不见得可以满足。

之后计算一个周期发送的帧数量为10.4，也就是说窗口大小至少要有11，对应4bit编码

在看14年，先算一帧周期，0.08ms+2×50ms，约等于100ms，此时一个窗口的数据量为8Mb＜10Mb的周期极限数据量，就知道跑不满流水线，此时效率为80%，因此实际速率是80Mb/s

15年，本质一样，你先算极限情况下一个周期可以发多少帧，单帧62.5ms，一个周期有9个帧，然后用效率卡一下是7.2个帧，也就是说至少8个帧，注意陷阱，GBN窗口大小限制是$2^n-1$，所以最后是4bit编码

16题更简单，停等，设未知数套公式，信道利用率=传输时间/一帧周期

18年把确认帧改为1000B，因此周期公式要变长一点，所以周期是2000ms，但是注意，ACK虽然也是传输时延，但是并不是数据的传输时延，因此真正的数据发送时间只有800ms，结果为40%

UDP

报头计算，伪首部之类

TCP

到底是面向字节传输还是数据报传输

拥塞控制

关于ssthresh，cwnd在慢开始过程中是指数增长的，但是ssthresh并不是指数级，比如ss=12，但是cwnd原来是8，下一轮到底是从16开始进入拥塞避免还是从12呢？

很显然，是12，符合直觉，所以拥塞避免算法的开端一定是ssthresh。

关于下调，无论是拥塞还是3ACK，都代表ssthresh不合理，通通要腰斩。区别仅在于cwnd，拥塞下调的彻底，直接归1，慢开始，而3ACK要跳过慢开始，直接拥塞避免，因此从ssthresh开始，即cwnd=ssthresh（下调后的）

TCP建立和断开

我们默认都是消耗序号的。

三次握手比较简单，四次挥手有一点细节。

就是断开连接的通知，FIN=1，而响应则FIN=0.
其次就是，被动方第一次是响应，第二次是断开，细节在于这两次实际上可以理解为一次通知分开了，为什么呢？一来，他们的ACK=1，二来他们的ack值相等，都是u+1，所以本质上算是一次的，只不过这里分开了，更加灵活。

应用层

http协议

不同版本的交互流程

1.0

建立，发送，断开

1.1

建立，发送多个（可能是流水线），断开

2.0

加密+1.1

两个服务器

本地域名服务器和代理服务器的区别，代理服务器是针对URL资源的，比如你的b站视频，网页，而本地域名服务器是针对<域名,IP>的键值对的。