【计算机网络】期末复习——哈工大

目录

简答

*计算机网络的性能指标

*电路交换、报文交换、分组交换的对比

如何将数据封装成帧？透明传输的含义是什么，又是怎样实现的？

*带冲突检测的载波监听多路（CSMA/CD）的工作过程

*虚电路服务和数据报服务的对比

GBN和SR的发送过程和工作窗口尺寸

*ARP的工作流程

使用ARP的四种典型情况

以太网交换机自学习和转发帧的流程

如何消除以太网交换机中的回路问题？

简述网络层的两个层面

转发和路由选择的区别？

*DNS域名查询的过程

*TCP和UDP的比较

*TCP的三次握手和四次挥手

*TCP的拥塞控制的过程

*TCP如何实现可靠传输？

路由选择协议

*什么是ICMP，其主要作用和应用以及分类？

NAT

邮件发送过程

STMP协议如何传送图片、视频等数据？

HTTP/1.1 和HTTP/1.0的区别

计算

子网划分（重点）

TCP超时重传的计算（可能考）

CRC循环冗余码（要会）

DV和LS（重点）

迪杰斯特拉算法（重点）

综合

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提取码：WHY6

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简答

*计算机网络的性能指标

*电路交换、报文交换、分组交换的对比

如何将数据封装成帧？透明传输的含义是什么，又是怎样实现的？

1. 数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使其成为帧，帧头和帧尾的作用之一是定界
2. 透明传输：数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制

1. 1. 面向字节的物理链路，使用字节填充，在定界符的前面插入一个转义字符
   2. 面向比特的物理链路使用比特填充：在连续的5个1后面插入一个0

PPP协议中的透明传输

当 PPP 用在异步传输时，使用字节填充法。

当 PPP 用在同步传输链路时，采用零比特填充法。

*带冲突检测的载波监听多路（CSMA/CD）的工作过程

MA：多点碰撞——信道中可以有多台主机

CS：载波监听——监听信道中是否有数据在传输

CD：碰撞检测——检测数据是否发生碰撞，发生碰撞则通过二进制指数退避算法处理；（这里的512指的是发送512比特数据要耗费的时间，学名叫做争用期）

*虚电路服务和数据报服务的对比

因特网提供的是数据报服务

GBN和SR的发送过程和工作窗口尺寸

*GBN

发送窗口尺寸：

接收窗口尺寸：大小只能为1

工作过程：

1. 发送方维持一个发送窗口，落在发送窗口内的数据可以连续发送，而不必等到接收方的相应确认分组后再发送；
2. 接收方按序接收来自发送方的数据，每接收一个数据，窗口向后滑动一个位置；需要注意接收方不一定要对收到的数据分组逐个发送确认，而是可以在收到几个数据分组后（由具体实现决定），对按序到达的最后一个数据分组发送确认；ACKn表示序号为n及以前的所有数据分组都已正确接收（累积确认）
3. 发送方收到确认后向后滑动窗口，继续发送数据；如果收到重复的确认，就知道之前发送的数据分组出现了差错，于是可以不等待计时器超时就立刻重传（至于收到几个重复确认就立刻重传，由具体实现决定）

SR

其中n是构成分组序号的比特数量

工作过程：

1. 发送方可以在未收到接收方确认分组的情况向，将序号落在发送窗口内的多个数据分组全部发送出去
2. 接收方可以接受未按序到达但没有误码且落在接收窗口内的数据分组，为了使发送方仅重传出现差错的分组，接收方不能使用累积确认，而需要对每个正确接收到的数据进行逐一确认
3. 发送方只有按序收到对已发送分组的确认之后，才能向前滑动，若收到未按序到达的确认分组，对其进行记录，但滑动窗口不能向前滑动；接收方也只有在按序接收分组后，接收窗口才能向前相应滑动

*ARP的工作流程

主机A的IP地址为192.168.1.1，MAC地址为0A-11-22-33-44-01；

主机B的IP地址为192.168.1.2，MAC地址为0A-11-22-33-44-02；

当主机A要与主机B通信时，地址解析协议可以将主机B的IP地址（192.168.1.2）解析成主机B的MAC地址，以下为工作流程：

· （1）根据主机A上的路由表内容，IP确定用于访问主机B的转发IP地址是192.168.1.2。然后A主机在自己的本地ARP缓存中检查主机B的匹配MAC地址。

· （2）如果主机A在ARP缓存中没有找到映射，它将询问192.168.1.2的硬件地址，从而将ARP请求帧广播到本地网络上的所有主机。源主机A的IP地址和MAC地址都包括在ARP请求中。本地网络上的每台主机都接收到ARP请求并且检查是否与自己的IP地址匹配。如果主机发现请求的IP地址与自己的IP地址不匹配，它将丢弃ARP请求。

· （3）主机B确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机A的IP地址和MAC地址映射添加到本地ARP缓存中。

· （4）主机B将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机A。

· （5）当主机A收到从主机B发来的ARP回复消息时，会用主机B的IP和MAC地址映射更新ARP缓存。本机缓存是有生存期的，生存期结束后，将再次重复上面的过程。主机B的MAC地址一旦确定，主机A就能向主机B发送IP通信了。

使用ARP的四种典型情况

1. 发送方是主机，要把 IP 数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址
2. 发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成
3. 发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址
4. 发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上另一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成

以太网交换机自学习和转发帧的流程

也可以看这个：

如何消除以太网交换机中的回路问题？

使用生成树协议（STP），不改变网络的实际拓扑，但在逻辑上则切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构，从而消除了兜圈子现象

简述网络层的两个层面

结合路由器的构成来理解：

路由器的路由选择部分属于控制层面；分组转发部分属于数据层面

转发和路由选择的区别？

*DNS域名查询的过程

常用的是右图所示递归＋迭代查询的机制

在迭代查询中，每一次迭代返回的结果都是下一次要查询的域名服务器的ip地址

比如说图中的③，返回的就是顶级域名服务器的地址，也就是根域名服务器告诉本地域名服务器：你想查的域名(.com)我这里没有，建议你去顶级域名服务器查询

搭配图片里的10食用

*TCP和UDP的比较

*TCP的三次握手和四次挥手

三次握手：

初始：客服端和服务器都处于关闭状态

1. 客户端向服务器发送SYN报文段（TCP标头中SYN的字段值为1），其中包含客户端的初始序列号seq=x，此时不发送数据，然后客户端进入同步已发送状态
2. 服务器向客户端返回SYN+ACK报文段（TCP标头中SYN和ACK的字段值都为1），其中包含服务器的初始序列号seq=y，同时使ack=x+1表示确认以收到客户端的SYN段，然后服务器进入同步已接收状态
3. 客户端向服务器响应一个ACK段（TCP标头中ACK的字段值为1），其中包含客户端的初始序列号为seq=x+1，并使ack=y+1表示确认已收到服务器的SYN段，然后服务器进入连接已建立状态，客户端也会进入连接已建立状态

四次挥手：

初始状态：客户端和服务器都处于连接已建立状态

1. 客户端发送FIN+ACK报文段，其中seq=u，表明当前客户端的序列号为u，u之前的数据都已传送；ack=v，表明序列号v之前的所有数据客户端都已收到
2. 服务器向客户端发送ACK报文段，其中seq=v，表明当前服务器的序列号为v，v之前的数据已发送；ack=u+1，表明序列号为u+1之前的数据服务器都已接收到

通过这两步，说明在断开连接之前，客户端和服务器的通信正常，数据都能正常传送/接收

1. 服务器向客户端发送FIN+ACK报文段，其中seq=w，ack=u+1，表明没有再接收到来自客户端的数据，但服务器可能向客户端有发送了一些数据（seq变为了w）
2. 客户端向服务器发送ACK报文段，seq=u+1，ack=w+1，序列号向后移一位（没有实际意义，虽然不发送数据，但是发送了一条报文段，seq也要相应向后移动一位），而ack=w+1表明服务器发送过来的数据客户端已经全部收到了，此时可以断开连接；然后服务器关闭，等待一段时间后，客户端关闭

时间等待的意义是防止由于客户端的ACK报文段丢失（也就是4）而导致超时重传进入死循环，服务器无法关闭；

（对应图看）

*TCP的拥塞控制的过程

前提：

1.假设发送窗口大小等于拥塞窗口大小，并且拥塞窗口大小的单位是MSS（最大报文段长度）；

2.设置好慢开始门限ssthresh

1. 慢开始和拥塞避免：初始化拥塞窗口值为1，进入慢开始阶段，当拥塞窗口的大小小于慢开始门限时，执行慢开始算法，拥塞窗口指数增长；直到拥塞窗口的大小等于慢开始门限，转而执行拥塞避免算法，拥塞窗口的大小在一个传输轮次中线性加一；如果发生超时重传，则判断网络可能出现了拥塞，将ssthresh的值更新为当前拥塞窗口的一半，并将拥塞窗口减少为1，重新开始执行慢开始算法；
2. 快重传和快回复：在拥塞避免阶段，如果连续收到3个重复确认，则立即将相应的报文段进行重传，而不是等待超时重传，在快重传之后，将ssthresh的值更新当前拥塞窗口大小的一半，并继续执行拥塞避免算法；

注意：慢开始指的是一开始向网络中注入的报文段少，而不是拥塞窗口的增长速度慢

*TCP如何实现可靠传输？

补充：

①TCP基于以字节为单位的滑动窗口来实现可靠传输

②对于不按序到达的数据，TCP通常先将其临时存放在接收窗口中，等到缺少的字节收到后，再按序交付上层的应用进程

③TCP要求接收方要有累计确认和捎带确认机制，接收方可以在合适的时候发送确认，也可以在自己有数据要发送的时候把确认信息捎带上发送

路由选择协议

什么是自治系统AS？为什么要进行层次路由选择AS的划分？

1. 1. AS是指在单一技术管理下的许多网络、IP地址以及路由器，而这些路由器使用一种自治系统内部的路由选择协议和共同的度量
   2. 在相同AS中的路由器可以运行相同的选路协议，在不同AS中的路由器可以运行不同的选路协议，这样可以避免因路由表规模庞大而不方便存储，也可以避免因路由计算困难、交换量巨大而阻塞链路，同时还可以方便管理者进行管理

互联网路由选择协议都有哪些？各有什么特点？

1. 1. 有内部网关协议IGP（域内路由选择）和外部网关协议BGP（域间路由选择）
   2. IGP：

1. 1. 1. RIP：是一种分布式的、基于距离向量的路由选择协议，要求网络中的每个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录；好消息传播得快，坏消息传播得慢，当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息（坏消息）传送到所有的路由器。

         

         （了解）（了解）
      2. OSPF：使用最短路径算法 SPF

         

1. 1. BGP：用于自治系统 AS 之间的路由选择，采用了路径向量路由选择协议；BGP只是力求寻找一条能够达到目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由

*什么是ICMP，其主要作用和应用以及分类？

ICMP是网际控制报文协议，为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用该协议；

作用：主机或路由器使用ICMP来发送差错报告报文和询问报文（封装在IP数据报中发送）

应用：分组网间探测PING；跟踪路由traceroute

分类：

• 终点不可达：经路由器无法转发到目的主机
• 源点抑制：路由器或主机由于拥塞而丢弃数据
• 时间超过：TTL的值为0，生命周期结束，IP数据报被丢弃
• 参数问题：校验和字段发现首部在传输过程中出现误码
• 改变路由：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给更好的路由器

NAT

4.9 虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT_哔哩哔哩_bilibili

邮件发送过程

①②使用STMP协议，③使用POP3协议

基于万维网传送时，①③使用HTTP协议，②使用STMP协议

STMP协议如何传送图片、视频等数据？

STMP默认不能传送非ASCII数据，需要通过MIME进行转化

HTTP/1.1 和HTTP/1.0的区别

计算

子网划分（重点）

4.3.3 划分子网的IPv4地址_哔哩哔哩_bilibili

TCP超时重传的计算（可能考）

5.6 TCP超时重传时间的选择_哔哩哔哩_bilibili

CRC循环冗余码（要会）

https://www.bilibili.com/video/BV1c4411d7jb/p=23&vd_source=28bc485f9e250c635f7782a2f1337a72

计算冗余码：

DV和LS（重点）

迪杰斯特拉算法（重点）

示例：

综合

访问Google网页全过程

获取主机的IP地址：

主机想要从运行DHCP 服务器的路由器上获取其IP 地址，首先发送 DHCP 请求报文，将其封装到 UDP 报文段中，再将 UDP 报文段封装到 IP 数据报中，然后封装到以太网帧中，广播至全网，源主机IP 是0.0.0.0，目的IP 是255.255.255.255，源 MAC 地址是主机的MAC 地址，目的 MAC 地址是 FF-FF-FF-FF-FF-FF，DHCP 服务器接收到 DHCP 请求报文后为其分配 IP 地址，在 DHCP ACK 报文中返回其IP 地址，DNS 服务器的 IP 和域名，第一跳路由器的地址，子网掩码，本地主机收到报文后，存储其 IP 地址，DNS 服务器地址，子网掩码，并在其转发表中存储第一跳路由器地址。

获取DNS服务器的MAC地址：

首先将本地主机的 IP 地址和子网掩码相与，再将 DNS 服务器的 IP 地址和子网掩码相与，若两者相同，则说明 DNS 服务器与本地主机在同一个网段中，发送 ARP 请求包，进行全网广播，源 IP 为本地主机 IP，目的 IP 为 DNS 服务器 IP， 源 MAC 地址为本地主机 MAC 地址，目的 MAC 地址为 FF-FF-FF-FF-FF-FF，DNS 服务器收到 ARP 广播包后，发现目的 IP 是自己，即向本地主机返回其 MAC 地址，本地主机收到后，即向 DNS 服务器发送查询报文；若两者相与的结果不同， 则说明 DNS 服务器与本地主机不在一个网段中，本地主机通过发送 ARP 广播包获取第一跳路由器的 MAC 地址，向其发送 DNS 查询报文，到达路由器后，路由器通过查询路由表确定其转发路径，再将其 IP 与子网掩码相与，和 DNS 与其子网掩码相与的结果进行比对，如相同，则在同一个网段，若不相同，则说明不在同一个网段，重复以上过程，直到找到 DNS 服务器的 MAC 地址，向其发送请求报文。

获取Google的IP地址：

本地主机向 DNS 服务器发送查询报文，查找 Google 的 IP 地址。首先从根名称服务器查找顶级域名称服务器的 IP 地址，再从顶级域名称服务器中查找权威名称服务器的 IP 地址，最后从权威名称服务器中查找到 Google 域名和 IP 的对应记录，即向本地主机返回 Google 的 IP 地址。

建立TCP连接：

在本地主机和 Google 服务器上建立一条 TCP 连接。首先本地主机发送 SYN报文，请求建立 TCP 连接，进入“同步已发送”的状态；之后Google 服务器收到后将其分用到 80 端口，发送 SYNACK 报文，确认连接，进入“同步已接收”状态；然后本地主机发送ACK报文，表示接收到服务器确认连接请求的报文，至此本地主机和服务器都进入了“连接已建立”的状态，即在本地主机和 Google 服务器上建立了一条 TCP 连接。

获取网页：

本地主机向套接字中发送 HTTP GET 报文，报文通过 TCP 传输，Google 服务器从其套接字中接收报文，并向本地主机套接字发送一个 HTTP 响应报文，本地主机在其套接字中接收到 HTTP 响应报文，从中提取出网页信息，即本地主机从 Google 服务器上接收到了一个 Web 页面。