计算机网络

1.计算机网络体系结构

1. 计算机网络概述

• 计算机网络最基本的功能是数据通信
• 局域网和广域网的主要差异不仅在于范围，还有所使用的协议
• 局域网和广域网的互联是通过路由器实现的
• 计算机网络拓扑结构主要取决于它的通信子网

2.计算机网络体系结构与参考模型

• 提供标准语言，定义标准界面，增强功能之间的独立性是对网络模型进行分层的目标，定义功能执行的方法则不是
• 协议是控制两个（或多个）对等实体进行通信的规则的集合，是水平的。
• 协议是指不同节点对等实体之间进行通信的规则或约定。
• 服务，接口，协议是OSI参考模型的三个主要概念

• （常考点）ISO/OSI参考模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅支持面向连接的通信；TCP/IP模型在网络层仅有无连接的通信，在传输层支持无连接和面向连接的通信。

• （易错点）在传输层将数据分割为报文后送入会话层。

• 只有传输层及以上各层的通信才能称为端到端。

• 因特网采用的核心技术是TCP/IP

• 应用层的服务访问点也称用户界面

• （重要）考研中层数一般是从下往上数的。物理层为第一层，应用层为第七层。

• 路由器：网络层，交换机：数据链路层，集线器：物理层

• 协议与服务有何区别，有何联系？

  协议是控制两个对等实体之间通信的规则的集合。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，而要实现本层协议，还需要使用下一层提供的服务。

  协议和服务概念上的区分：

  （1）协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见本层的服务而无法看见下边的协议，即下边的协议对上层的服务用户是透明的。

  （2）协议是“水平”的，即协议是控制两个对等实体之间的通信的规则。但服务是“垂直”的，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。

2.物理层

1. 通信基础

• 曼彻斯特编码最适合传输**二进制数字信号****。位中间的跳变作为时钟信号，每个码元的电平作为数据信号。因此，时钟和数据取值都包含在信号中。

• QAM是一种用模拟信号传输数字数据的编码方式。

• 把语音信号数字化的技术是脉冲编码调制

• 波特率表示信号每秒变化的次数。

• 以太网采用曼彻斯特编码，分组交换技术

• 由于报文交换 数据经过网络的传输延迟长而且不固定，因此不能用于 语音数据传输。

• （重要）传输时延最小，电路交换；为保证数据无差错的传送，不应该用电路交换；分组交换对报文交换的主要改进是传输单位更小且有固定的最大长度；在出错率很高的传输系统中，选用数据报方式更合适。

• **虚电路是面向连接的，它提供的是一种可靠的服务，**分组中携带虚电路标识，保证分组有序到达。有建立连接，数据传输和连接拆除三个阶段。由网络负责差错控制和流量控制。不需要为每条虚电路预分配带宽。

• **数据报服务中，网络为每个分组独立地选择路由，传输不保证可靠性，不保证分组的按序到达。**每个分组在传输过程中都必须携带源地址和目标地址。

• NRZ一般指不归零码。

• 比较分组交换和报文交换，并说明分组交换的原因？（P45）

2. 传输介质

• 双绞线绞合的目的是减少两根导线相互的电磁干扰。
• 同轴电缆比双绞线的传输速率更快，得益于同轴电缆具有更高的屏蔽性，同时有更好的抗噪声性。
• 如果单模光纤的直径减少到只有光的一个波长大小，那么光沿直线传播。
• 电气特性规定了信号的电压高低，传输距离等。功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种含义。
• 出现的传输介质有 双绞线，同轴电缆，光纤

3. 物理层设备

• 中继器的主要作用是将信号整形并放大再转发出去，其原理是信号再生（不是放大）。端口只作用于信号的电气部分。

• 放大器和中继器的区别：放大器放大的是模拟信号，原理是将衰减的信号放大。中继器放大的是数字信号，原理是再生。

• “5-4-3规则”：在采用粗同轴电缆的10BASE5以太网规范中，互相串联的中继器的个数不超过4个，而且4个中继器串联的5段通信介质中只有3段可以挂接计算机。

• **集线器实质上是一个多端口的中继器。**连接的网络在拓扑结构上属于星形。

• 转发器的作用是放大信号。

• 两个网段在物理层进行互联时要求数据传输速率要相同，但数据链路层协议可以不相同。

• 用集线器连接的工作站集合同属一个冲突域，也同属一个广播域。

3.数据链路层

1. 数据链路层的功能

• 数据链路层的功能包括组帧（定义数据格式），提供结点之间的可靠传输，控制对物理传输介质的访问。不包括为终端结点隐藏物理传输的细节。
• 为了避免传输过程中帧的丢失，数据链路层采用计时器超时重发
• 数据链路层提供无确认无连接，有确认无连接，有确认面向连接的服务。

3. 差错控制

• 提高信噪比可以减弱其影响的差错是随机差错
• 奇偶校验码只能检测出奇数个比特错误，且不能纠错。
• CRC校验码能检测出所有单比特错误，不能纠错。
• 海明码纠错d位，需要码距为2d+1的编码方案，检错d位，需要码距 d+1。
• CRC检验码的位数等于生成多项式G（x）的最高次数。

4. 流量控制与可靠传输机制

• 后退N帧协议（GBN）一般采用累积确认方式。

• 在连续ARQ（自动重传请求）协议中，发送窗口的大小<= 窗口总数-1.

• 停止等待协议：发送窗口=接收窗口=1 ； 后退N帧协议：发送窗口>1,接收窗口=1 ；选择重传协议：发送窗口>1, 接收窗口 > 1

• 信道利用率 = 帧发送时间/发送周期

5. 介质访问控制

• 位速率又叫比特率，是指在单位时间内可以传输多少数据。
• TDM（时分多路复用）所用传输介质的性质是介质的位速率大于单个信号的位速率。
• TDM可用于数字传输而FDM（频分多路复用）不行。
• 统计时分多路复用具有动态分配时隙的功能。
• 在CSMA/CD协议的定义中，‘’争议期‘’指的是信号在最远两个端点之间往返传输的时间
• 介质访问冲突，使用二进制回退法的理由是这种算法考虑了网络负载对冲突的影响
• 与CSMA/CD网络相比，令牌环网更适合的环境是负载重
• 多路复用器的主要功能是结合来自两条或多条线路的传输，以充分利用信道
• 对正确接收到的数据帧进行确认的MAC协议是 CSMA/CA
• CSMA/CD适用于有线网络，CSMA/CA适用于无线局域网
• CSMA/CA进行信道预约的方法是交换RTS与CTS帧。

6. 局域网

• 以太网是局域网的一种
• 以太网参考模型一般只包括物理层和数据链路层
• 网卡实现的主要功能在物理层和数据链路层
• 同一局域网中两个设备具有相同的静态MAC地址，会发生在网络上这两个设备都不能正确通信
• 同轴电缆作为传输机制，无中继情况下，传输介质的最大长度不超过500m
• 10吉比特以太网只能工作在全双工模式下
• 实现"给帧加序号"功能的层次是逻辑链路控制子层（LLC）
• 无线局域网不需要在发送过程中进行冲突检测
• 在一个以太网中，有A,B,C,D四台主机，若A向B发送数据，则四台主机都能接收到数据。
• 吉比特以太网同时支持全双工模式和半双工模式
• 虚拟局域网中的计算机可以处于不同的局域网中
• 提高网络安全性是虚拟局域网（VLAN）的优点，链路聚合则不是
• 以太网的MAC协议提供的是无连接不可靠的服务
• 10BaseT使用的传输介质是双绞线

7.广域网

• 广域网所采用的传输方式是存储转发式
• 为实现透明传输，PPP使用的填充方法是字符填充
• PPP协议具有差错控制能力，支持动态分配IP地址，支持身份验证等功能
• PPP协议提供的功能有一种成帧方式，链路控制协议，网络控制协议
• PPP协议中LCP帧的作用是在建立状态阶段协商数据链路协议的选项
• PPP是面向字节的协议，HDLC是面向比特的协议

8. 数据链路层设备

• 网桥和以太网交换机工作在数据链路层
• VLAN不仅可以隔离冲突域，也可以隔离广播域
• 减少冲突域的范围是网桥分割网络所带来的好处，缩小了广域网的范围则不是
• 路由器的传播延时相较于集线器，网桥，交换机最大。
• 交换机比集线器提供更好的网络性能的原因是交换机支持多用户同时通信
• 通过交换机连接的一组工作站组成一个广播域，但不是一个冲突域
• 交换机的多个端口可以并行传输，根据MAC地址进行转发

4. 网络层

1. 网络层的功能

• 网络层的主要目的是在任意节点间进行数据报传输
• 路由器连接的异构网络是指数据链路层和物理层均不同
• 网络中发生了拥塞，其根据是随着通信子网负载的增加，吞吐量反而降低
• 在路由器互联的多个局域网的结构中，要求每个局域网物理层，数据链路层，网络层的协议可以不同，而网络层以上的高层协议必须相同
• 在因特网中，一个路由器中的路由表，通常包含目的网络和到达该目的网络路径上的下一个路由器的IP地址
• 路由器转发分组的根据是报文的IP地址
• 属于网络层协议的是IP和ICMP协议
• 软件定义网络（SDN）由远程控制器计算出最佳路由，路由器之间不再相互交换路由信息

2. 路由算法

• 在链路状态路由算法中，发送的链路状态信息，包括该路由器的相邻路由器及所有相邻链路的状态。

• 在距离向量路由协议中，好消息传的快，而坏消息传的慢。就导致了当路由信息发生变化时，该变化未能及时的被所有路由器知道。而仍然可能在路由器之间进行传递，这就是慢收敛现象。慢收敛是导致发生路由回路的根本原因。

3. IPV4

• 协议字段表示使用IP的上层协议，如值为六，表示tcp，值为17表示udp。版本字段表示IP的版本，值为4表示ipv4，值为6表示ipv6。
• IP分组中的检验字段检查范围是仅检查分组首部。
• 当数据报到达目的网络后，传送到目的主机需要知道IP地址对应的物理地址。
• 在IP首部的字段中，与分片和重组无关的字段是总长度。
• IP分组头中与分片与组装相关的字段是标识标志与片偏移
• 片偏移的单位是8B
• 组播的地址是保留的D类地址从224.0.0.0—239.255.255.255
• 主机号不全为0或者1就是单播地址
• IP数据报从源结点到目的节点可能需要经过多个网络和路由器，在整个传输过程中，IP数据报头部中原地址和目的目的地址都不会发生变化，MAC地址会随着信息被发往不同的网络而改变
• 把IP网络划分成子网，这样做的好处是减少广播域的大小。
• 如果一台主机有两个或两个以上的IP地址，那么说明这台主机属于两个或两个以上的逻辑网络。
• CIDR网络的作用是把小的网络汇聚成大的超网。
• IP分组可以被路径中的路由器分片，并在目的主机进行重组。
• 路由器在转发IP数据报时重新封装源硬件地址和目的硬件地址。
• 可以动态为主机配置IP地址的协议是DHCP。
• PING使用了ICMP的询问报文中的回送请求和回答报文。
• ICMP差错报告报文有五种：终点不可达，原点抑制，时间超过，参数问题，改变路由（重定向）。其中原点抑制是指在路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，让源点发送原点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢。
• ARP的功能是根据IP地址查询mac地址。

4. IPV6

• 与IPV4相比，IPV6减少头部字段，没有提供检验和字段。
• IPV6不允许分片。
• 如果一个路由器收到的IPV6数据报因太大而不能转发到链路上，那么路由器将把该数据报丢弃。

5. 路由协议

• 采用分层次划分区域的方法，虽然使交换信息的种类增多了，同时也使OSPF协议更加复杂了，但这样做却能使每个区域内部交换路由信息的通信量大大减少。

• 在计算机网络中，路由选择协议的功能不包括发现线下一跳的物理地址。发现下一跳的物理地址一般是通过其他方式（如ARP）实现的。

• 所谓收敛是指当路由环境发生变化后，各路由器调整自己的路由表以适应网络拓扑结构的变化，最终达到稳定状态（路由表与网络拓扑结构保持一致）。收敛越快，路由器就能越快适应网络拓扑结构的变化。

• RIP是应用层协议，它使用UDP发送数据。OSPF是网络层协议。

• OSPF协议使用hello分组来保持与其邻居的连接。

• BGP交换的网络可达性信息是到达某个网络所经过的路径。

• 直接封装RIP，OSPF，BGP报文的协议分别是UDP， IP，TCP

• 每经过一个路由器，IP分组的TTL值减1。

6.IP组播

• 用多个单播仿真一个组播时，路由器的时延将很大，而处理一个组播分组的时延很小。
• 在设计组播路由时，为了避免路由环路，构造组播转发树
• 因特网的组播是靠路由器来实现的，这些路由器必须增加一些能够识别组播的软件。

7. 移动IP

• 移动IP的基本工作过程可以分为代理发现，注册，分组路由与注销四个阶段。
• 节点在使用移动IP进行通信时，归属代理和外部代理之间需要建立一条隧道。
• 移动IP为移动主机设置了两个IP地址，主地址和辅地址，主地址固定，辅地址动态改变。
• 一台主机移动到另一个不属于它的子网的网络中，它将既不可以直接接收分组，也不可以直接发送分组。

8. 网络层设备

• 要控制网络上的广播风暴，可以采用的方法是用路由器将网络分段
• 路由器主要实现物理层，数据链路层与网络层的功能。
• 路由表中的分组转发部分由交换结构，输入端口，输出端口组成。
• 路由器中计算路由信息的是路由选择处理机。
• IP路由器检测到拥塞时，合理丢弃IP分组。

5. 传输层

1. 传输层提供的服务

• 物理层，数据链路层，网络层属于通信子网
• 传输层为进程之间提供逻辑通信
• 传输层的面向连接服务的特性是保证可靠和顺序交付
• 可靠传输协议中的可靠指的是使用确认机制来保证传输的数据不丢失
• TCP和UDP分别拥有自己的端口号，他们互不干扰，可以共存于同一台主机
• TCP报文的首部长度和IP数据报的首部长度都为20B
• 若用户程序使用udp进行数据传输，则应用层协议必须承担可靠性方面的全部工作

2. UDP协议

• UDP数据报中的长度字段包括首部和数据部分的长度

• UDP数据报比IP数据报多提供了端口功能服务

• Udp的校验和功能不是必须的，可以不使用

• 如果udp校验和计算结果为0，那么在校验和字段填充1

• UDP数据报的伪首部包含了IP地址信息，目的是通过数据校验，保证udp数据报正确的到达目的主机。该伪首部由源原和目的主机仅在校验和计算期间建立，并不发送

• UDP协议实现分用时，所依据的头部字段是目的端口号

3. TCP协议

• TCP报头长度为20~60B，其中固定部分为20B

• TCP检验和伪首部中IP分组头的协议字段为6

• TCP的确认号是指明接收方下一次希望收到的报文段的数据部分第1个字节的编号

• 报文段的序号是其数据部分第1个字节的编号

• 为保证数据传输的可靠性，TCP采用了对报文段确认的机制

• TCP的滑动窗口协议中规定重传分组的数量最多可以等于滑动窗口的大小

• （重要）在B发给A的报文中，seq值应该和A发向B的报文中的ack值相同

• 当客户机收到服务器发送的FIN段，并向服务器发送ack段时，客户机的TCP状态变为time_wait，此时TCP连接还未释放，必须经过时间等待计数器设置的时间2MSL后，客户机才进入closed的状态。

7.应用层

1. 网络应用模型

• 客户端是请求方，一旦连接建立，服务器就能响应客户端请求的内容，服务器也能主动发送数据给客户端，用于一些消息的通知，如一些错误的通知
• 客户机是面向用户的，服务器是面向任务的
• P2P网络是指在互联网中由对等节点组成的一种覆盖网络，是一种动态的逻辑网络
• P2P通信模式是指P2P网络中对等节点之间的直接通信能力

2. 域名系统（DNS）

• （重要）域名与IP地址不具有一一对应的关系

• DNS是基于C/S模型的分布式系统

• 授权域名服务器可以将其管辖的主机名转换为主机的IP地址

• 可以使用传输层无连接服务的是DNS

3. 文件传输协议FTP

• 文件传输协议（FTP）的一个主要特征是允许客户指明文件的类型和格式
• 在服务器端，控制连接使用TCP的21号端口，数据连接使用TCP的20号端口，而在客户端，控制连接和数据连接的TCP端口号都是由客户端系统自动分配的
• 控制信息是带外传送的协议是FTP
• 匿名FTP访问通常使用anonymous作为用户名

4. 电子邮件

• SMTP，POP3都是基于传输层的TCP协议

• 用户代理使用POP3协议接收邮件

• POP3协议在传输层是使用明文来传送密码的，并不对密码进行加密

• SMTP是一种"推"协议，用于发送方用户代理与发送方服务器之间以及发送方服务器与接收方服务器之间，不能用于接收方用户从服务器上读取邮件

• SMAP只支持传输7比特ASCII码内容

5. 万维网

• HTTP采用TCP作为运输层协议，但HTTP协议本身是无连接的(通信双方在交换HTTP报文之前不需要先建立HTTP连接)。
• DNS采用UDP来传送数据，UDP是一种面向无连接的协议
• HTTP1.0只支持非持久连接，所以每选求一个对象需要建立一次TCP连接
• HTTP1.1 默认为持续连接
• HTTP请求报文中， Connection：连接方式，close表示为非持续连接方式，keep-alive表示持续连接方式