计算机网络考试复习

本文最后更新于：2020年11月29日 下午

1.概述

1.1 基本概念

  • 计算机网络可以视为是 计算机技术 和 通信技术 的合成
  • 为进行网络的数据交换而建立的规则、标准或原定成为 协议
  • 网络通信方式包括 点到点 、 广播 、 点到多点 、 多点到多点
  • 公用电话交换网(PSTN)中的交换设备提供 电路交换 方式
  • 世界上第一个投入运行的分组交换网是 ARPANET
  • ARPAnet是最早验证分组交换的网络之一
  • Internet起源于ARPAnet
  • 根据计算机网络的定义，其主要特征包括 支持计算机资源的共享 、 互联的计算机系统是自洽的系统 、 联网的计算机系统之间需要遵循共同的网络协议
    • 关于计算机网络的最简单定义是：一些相互连接的、以共享资源为目的的、自治的计算机的集合
  • 计算机网络按照网络规模大小可以分为 PAN、LAN、MAN、WAN
    • PAN：personal area network 个人区域网络
      • 无线连接：蓝牙，红外，NFC
      • 有线连接：USB电缆
      • 常用于传输小文件、如音乐、照片、日历、约定等
    • LAN：local area network 局域网
      • 由一组设备组成，如计算机、服务器、交换机、打印机等
      • 最常见的局域网类型是以太网，两台或多台计算机通过电缆连接到以太网交换机上
    • MAN：metropolitan area network 城域网
      • 这是一种比校园网区域网络还大的网络
      • 它是一种横跨一个城市或城镇的多个建筑的网络
      • 城域网通常使用高速连接，例如光缆
      • 城域网是一种高速网络，能够在城市中共享数据和资源提供服务
    • WAN：wide area network 广域网
      • WAN是最大的网络类型，一个WAN可以包括多个LAN、CAN及MAN
      • 是一种跨越很大地理区域的网络，例如一个国家，一个大陆，甚至整个地球，广域网的一个很好的例子就是互联网
  • 网络分类方法：局域网/广域网 、 有线网/无线网 、 环星网/星型网

1.2 交换原理

  • 虚电路 、 TCP 能提供面向连接的服务

  • 现有的公共数据网主要采用的技术是 分组交换

  • 数据报 、 信元交换 、 虚电路 属于分组交换技术

    • 信元交换：信元交换又叫异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM），是一种面向连接的快速分组交换技术，它是通过建立虚电路来进行数据传输的。

  • 电路交换、报文交换、分组交换三者的优缺点

    • 电路交换：此种方式在通信之前bai需要在通信的双方间建立成一条被双方独占的物理通道。这个通道是由双方间的交换设备和链路逐段连接而建成的
      • 优点：
        • 数据直达传输，延迟小，具有很强的实时性
        • 双方通信是有序的，不存在失序问题
        • 该种交换方式既可以用于传输模拟信号，也可用于传输数字信号
      • 缺点：
        • 该交换方式建立连接平均时间较长，影响效率
        • 该交换方式对信道的利用率较低。建立的物理通路即使处于空闲状态，也会独占通路
        • 不同类型，规格，速率的终端难以相互进行通信，且易发生差错
    • 报文交换：此种方式以【报文】为数据交换的单位，报文中携带目标地址、源地址等信息，交换结点的过程中采用存储转发的传输方式
      • 优点：
        • 报文交换不存在连接建立时延，用户可以随时发送。
        • 当某条传输路径发生故障，该交换方式可以自动重新选择另一条路径进行传输，提高了传输稳定性。
        • 即使不同类型，规格，速率的终端也可以实现通信。
        • 可以实现多目标发送服务。
        • 交换方式会自动建立数据传输的优先级，提高信道的利用率。
      • 缺点：
        • 数据交换结点需要经历存储、转发这个过程，所以会引起转发时延。
        • 此种方式只能用于数字信号。
    • 分组交换：该种方式可以说是报文交换的升级版。交换仍采用存储转发传输方式，但会将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后再将这些分组逐个进行发送
      • 优点：
        • 该方式加速了数据的网络传输
        • 该方式简化了存储管理，从而减少了出错机率和重发数据量
        • 由于其分组的特点，在优先级策略传输中更具优势
      • 缺点：
        • 时延问题仍然存在，但一定程度上得到减少
        • 采用数据报服务时，可能导致出现失序、丢失或重复分组的情况
        • 通信效率不太高

  • 数据报服务/虚电路服务

    • 数据报方式
      • 为网络层提供无连接方式
      • 无连接服务
        • 不事先为分组的传输确定一个具体的路径，每个分组会独立的确定传输路径，不同分组传输路径可能不同
    • 虚电路服务
      • 为网络层提供连接方式
      • 连接方式
        • 首先为分组的传输确定一个传输的路径，也就是要建立连接，然后沿着该连接传输系列分组，这系列分组的传输路径都是相同的
    数据报服务 虚电路服务
    连接的建立 不要 必须有
    目的地址 每个分组都有完整的目的地址 仅在建立连接阶段使用，之后每个分组使用长度较短的虚电路号
    路由的选择 每个分组独立的进行路由选择和转发 属于同一条虚电路的分组按照同一路由转发
    分组顺序 不保证分组有序到达 保证分组的有序到达
    可靠性 不保证可靠通信，可靠性由用户主机保证 可靠性由网络保证
    对网络故障的适应性 出故障的结点丢失分组，其他分组路径选择发生变化，可正常传输 所有经过故障结点的虚电路均不能正常工作
    差错处理和流量控制 由用户主机进行流量控制，不保证数据报的可靠性 可由分组交换网负责，也可由用户主机负责

  • 常见的网络拓扑有 环形结构 、 总线结构 、 网状结构 、 星型结构 、 树形结构 、 混合型结构

1.3 网络应用需求

  • 计算机网络通信的一个显著特点是 间歇性、突发性
  • 如果源端发送的每一个消息均希望被目的端所接收，可以采取 请求/响应 的通信方式

1.4 网络体系架构

  • 协议的基本要素包括 语法 、 语义 、 时序

  • 我们将构成网络体系各个层次的抽象对象称作 实体

  • 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为 服务访问点

  • 网络体系结构是网络层次结构模型与各层协议的集合

  • 协议与服务

    • 协议的实现保证了能够向上一层提供服务，要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务
    • 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
    • 协议是水平的，即协议是控制对等实体间通信的规则。服务是垂直的，即服务是下层向上层通过层间接口提供的

  • 关于计算机网络架构的分层

    • 每一层都实现一种相对独立的功能，降低大系统的复杂度
    • 各层之间界面清晰，交互接口尽可能简单
    • 下层对上层相对独立，上层调用下层提供的服务
    • 各层的定义主要在功能方面，不应指定具体的实现方法

  • 计算机网络体系采用层次结构的主要原因

    • 使各层次的功能相对独立，使得各层次实现技术的进步不影响相邻层次，从而保持体系结构的稳定性
    • 层次结构的方法可以简化计算机网络的实现

  • OSI7层网络体系

    OSI中的层 功能 TCP/IP协议族
    应用层 文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端 TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet 等等
    表示层 数据格式化，代码转换，数据加密 没有协议
    会话层 解除或建立与别的接点的联系 没有协议
    传输层 提供端对端的接口 TCP，UDP
    网络层 为数据包选择路由 IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP
    数据链路层 传输有地址的帧以及错误检测功能 SLIP，CSLIP，PPP，MTU
    物理层 以二进制数据形式在物理媒体上传输数据 ISO2110，IEEE802，IEEE802.2

    • 物理层Physical(以二进制数据形式在物理媒体上传输数据)

      透明的传输原始比特流

      主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流(就是由1、0转化为电流强弱来进行传输，到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的数模转换与模数转换)。这一层的数据叫做比特。

    • 数据链路层Data Link(传输有地址的帧以及错误检测功能 )

      数据被分割成帧

      控制相邻两个结点间通信流量

      把原始比特流封装在分离的单元里，并且利用协议交换这些单元

      定义了如何让格式化数据以进行传输，以及如何让控制对物理介质的访问。这一层通常还提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。

    • 网络层Network(为数据包选择路由)

      即路由器，交换机那些具有寻址功能的设备所实现的功能。这一层定义的是IP地址，通过IP地址寻址。所以产生了IP协议。

    • 传输层Transport(提供端对端的接口协议，TCP/OCP等)

      自下而上第一个提供端到端服务

      提供建立、维护和拆除端到端连接功能

    • 会话层Session(解除与建立与别的接口的联系)

      会话层的作用就是建立和管理应用程序之间的通信。

    • 表示层Presentation(数据格式化，代码转换，数据加密)

      需要表示层（presentation），帮我们解决不同系统之间的通信语法问题

    • 应用层Application(文件传输，电子邮件，文件服务，虚拟终端)

      传输的数据根据应用层的协议进行服务

    • 记忆口诀

      • All People Seem To Need Data Processing

      • Please Do Not Tell Stupid People Anything

      • Please Do Not Take Sales People’s Advice

  • 在 OSI 参考模型中，第 N 层是第 N+1 层的服务提供者

  • 在分层网络模型中，第 N 层提供的服务是 利用 N-1 层提供的服务以及按 N 层协议 与对等层实体交换信息来实现的

  • 协议是指在 不同节点的对等实体 之间进行通信的规则或者约定

  • TCP/IP网络架构

    OSI七层网络模型 TCP/IP四层概念模型 对应网络协议
    应用层（Application） 应用层 HTTP、TFTP, FTP, NFS, WAIS、SMTP
    表示层（Presentation） ~ Telnet, Rlogin, SNMP, Gopher
    会话层（Session） ~ SMTP, DNS
    传输层（Transport） 传输层 TCP, UDP
    网络层（Network） IP层/网络层/网际层 IP, ICMP, ARP, RARP, AKP, UUCP
    数据链路层（Data Link） 网络接入层 FDDI, Ethernet, Arpanet, PDN, SLIP, PPP
    物理层（Physical） ~ IEEE 802.1A, IEEE 802.2到IEEE 802.11

    • 应用层

    • 传输层

      • 进程与进程之间的消息传输, 两个主要
        的协议
      • TCP (Transmission Control Protocol)
      • UDP (User Datagram Protocol)

    • IP层/网络层

      • 主机到主机的数据分组传输
      • 唯一协议: IP

    • 网络接入层

      • 没有指定该层的实际细节
      • 可以是任意一种底层网络

  • TCP/IP协议族的网络层提供的是 无连接不可靠的数据报服务

  • TCP协议是面向连接的协议

  • 物理层、数据链路层、网络层传送的数据单位分别为： 比特 、 帧 、 分组

1.5 网络性能评估

  • 发送数据时，数据块从节点进入到传输媒体所需要的时间为 数据块长度与链路带宽之比
  • 吞吐量 表示一段特定的时间内网络所能传送的比特数
  • 关于带宽的描述
    • 链路的带宽是指链路上每秒所能传送的比特数，它取决于链路时钟和信道编码
    • 链路的带宽往往大于链路的吞吐量
    • 在单位时间内通过网络中某一点的最高数据率，常用的单位为bps
  • 关于链路吞吐量的描述
    • 收各种低效率因素的影响，由带宽为10Mbps的链路连接的一对节点可能值达到2Mbps的吞吐量
    • 链路吞吐量为单位时间内成功地传送数据的数量
    • 一段链路由两端节点以及节点之间的通信线路组成，链路吞吐量取值为3者的最小值
  • 关于网络设备（如交换机）的吞吐量的描述
    • 在单位时间内，网络设备各端口存储转发的比特数之和
    • 吞吐量的大小主要由网络设备的输入输出端口硬件，以及程序算法的效率决定
    • 没有帧丢失时，设备能够接收并转发的最大数据速率
  • 分组从网络的一端传送到另一端所需的时间叫时延，网络中时延主要组成部分包括
    • 发送时延
      • 发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间， 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要的时间
      • 发送时延 = 数据帧长度（bit）/ 发送速率（bit/s）
    • 传播时延
      • 传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间
      • 传播时延 = 信道长度（m）/ 电磁波在信道上的传播速率（m/s）
    • 处理时延
      • 主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理，例如分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等，这就产生了处理时延
    • 排队时延
      • 分组通过网络传输时，要经过很多路由器。分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中 排队等待转发。这两个因素就造成了排队时延 。
  • 计算机网络最主要的性能指标是 带宽 、 时延

2.直连网络

2.1 物理层基本通信

  • 计算机网络物理层特性

    • 机械特性
    • 电气特性
    • 功能特性
    • 规程特性

  • 信息传输速率的单位是 比特/秒

  • 码元传输速率的单位是 波特

  • 承载信息量的基本信号单位是 码元

  • 通信系统必须具备的三个基本要素是 信源 、 通信媒体 、 信宿

  • 调制速率，即每秒钟载波调制状态改变的数值，其单位是 1/s（称为波特，Baud）

  • 调制速率又称为波特率，即码元传输的速率

  • 数据传输速率，即每秒钟传输的二进制比特数，单位 bit/sec，又称为比特率

  • 在两台设备之间实现通信，必须具备 网卡 、 传输介质 、 协议

  • 网络适配器的主要功能包括 实现数据链路层协议 、 进行串行/并行转换 、 缓存数据

  • 链路层的数据封装与解封是由 网卡 完成的

  • 常见通信方式

    • 单工通信（Simplex Communication）

      是指消息只能单方向传输的工作方式

      在单工通信中，通信的信道是单向的，发送端与接收端也是固定的，即发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息。基于这种情况，数据信号从一端传送到另外一端，信号流是单方向的

    • 半双工通信（Half-duplex Communication）

      可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替地进行

      在这种工作方式下，发送端可以转变为接收端；相应地，接收端也可以转变为发送端。但是在同一个时刻，信息只能在一个方向上传输。因此，也可以将半双工通信理解为一种切换方向的单工通信

    • 全双工通信（Full duplex Communication）

      是指在通信的任意时刻，线路上存在A到B和B到A的双向信号传输。 全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收数据。在全双工方式下，通信系统的每一端都设置了发送器和接收器，因此，能控制数据同时在两个方向上传送。全双工方式无需进行方向的切换，因此，没有切换操作所产生的时间延迟，这对那些不能有时间延误的交互式应用（例如远程监测和控制系统）十分有利。这种方式要求通讯双方均有发送器和接收器，同时，需要2根数据线传送数据信号。（可能还需要控制线和状态线，以及地线）。

2.2 数据链路层机制

  • 帧定界的方法可分为 字符计数法 、 起止标记法
  • 中继器的作用是 根据输入端的信号重新生成原始信号再通过输出端传送出去
  • 奇偶校验码的特征 能检查出奇数个比特错误
  • CRC的特征 能查出一定数量比特的错误
  • 无确认，无连接服务 是源机器向目的机器发出独立的帧，而目的机器对收到的帧不做确认
  • 透明传输是数据链路层的基本功能，所谓透明性是指 传输的数据内容、格式及编码无限制
  • 自动请求重传中差错控制的策略 停止等待ARQ协议 、 后退N机制 、 选择重传机制

2.3 可靠传输机制

  • 数据链路层实现可靠传输的基本方法包括： 确认 、 超时重传 、 帧序号

  • 数据链路层进行的流量控制指的是 相邻节点之间

  • 两台主机之间的数据链路层采用后退 N 帧协议传输数据，数据传输速率为 16kbps，单

    向传播时延为 270ms，数据帧长度范围是 128-512 字节，接收方总是以与数据帧等长

    的帧进行确认，为使信道利用率达到最高，帧序列的比特数至少为 4

    • 本题即求从发送一个帧到接收到这个帧的确认为止的时间内最多可以发送多少数据帧。要尽可能多发帧，应以短的数据帧计算，首先计算出发送一帧的时间：
      $$
      {128 \times 8 \over 16 \times 10^3} = 64 \ ms
      $$
      发送一帧到收到确认为止的总时间：
      $$
      64 + 270 \times 2 + 64 = 668 \ ms
      $$
      这段时间总共可以发送
      $$
      {668 \over 64} = 10.4 \ 帧
      $$
      发送这么多帧至少需要用 4 位比特进行编号。

  • 接收端发现有差错时，设法通知发送端重发，直到收到正确的码字为止，这种差错控制

    方法称为 自动请求重发

  • 在停止等待协议算法中，使用帧序号的目的是 处理重复帧

2.4 多路访问控制

  • 解决多路访问问题的前提是 寻址

  • 对于术语10base-T，base表示 连接线上的信号是基带信号

    • 10BASE－T是双绞线以太网，1990年由IEEE新认可的，编号为IEEE802.3i，T表示采用双绞线，现10BASE－T 采用的是非屏蔽双绞线（UTP）
    • 技术指标
      • 数据传输速率 10Mbps基带传输，10表示10兆比特每秒，Base表示基带传输，T代表双绞线
      • 每段双绞线最大有效长度 100m，采用高质量的双绞线（5类线），最大长度可到150m(HUB与工作站间及两个HUB之间)
      • 一条通路允许最大连接HUB数 4个
      • 拓扑结构 星形或总线形
      • 访问控制方式 CSMA/CD
      • 帧长度 可变，最大1518个字节
      • 最大传输距离 100m
      • 每个HUB可连接的工作站 96个

  • 10 Mb/s 和 100 Mb/s 自适应系统是指 端口之间 10 Mb/s 和 100 Mb/s 传输率的自动匹配功能

  • 以太网的优点是 可扩充性好 、 成本低 、 施工方便

  • 以太网参考模型一般只包括物理层和数据链路层

  • CSMA/CD 协议的要点是： 碰撞检测 、 多点接入 、 载波侦听

  • 局域网采用的拓扑结构包括 总线型 、 星型

  • 在一个采用CSMA/CD协议的网络中，传输介质是一根完整的电缆，传输速率为1Gbps，电缆中的信号传播速度是200000km/s。若最小数据帧长度减少800比特，则最远的两个站点之间的距离至少需要 减少80m

    • 设传输线路的长度是L，那么信号在电缆中传输一个来回的时间是
      $$
      t = {L \over 2} \times 10^{-8} \times 2 = L \times 10^{-8} \ s
      $$
      设最短帧长度是
      $$
      MIN = t \times 1 \ Gbps = 10L
      $$
      所以如果MIN减小了 800bit ，那么L就应该减少 80m

  • 以太网媒体访问控制技术 CSMA/CD 的机制是 争用带宽

  • 使用 CSMA/CD 协议的站点在发送帧的过程中发生冲突时，它将 立即停止发送当前帧，改发冲突信号，然后进行退避处理

  • IEEE802 将数据链路层划分为两个子层，上子层是 LLC ，下子层是 MAC

    • IEEE 802又称为LMSC（LAN /MAN Standards Committee， 局域网/城域网标准委员会），致力于研究局域网和城域网的物理层和MAC层中定义的服务和协议，对应OSI网络参考模型的最低两层（即物理层和数据链路层）
    • IEEE802系列标准把数据链路层分成LLC（Logical Link Control，逻辑链路控制）和MAC（Media Access Control，媒介接入控制）两个子层。LLC子层在IEEE802.2标准中定义，为802标准系列共用；而MAC子层协议则依赖于各自的物理层

  • 集线器的缺点是 不能过滤网络流量

  • 以太网的碰撞窗口或争用期为 往返时延

  • 在无线通信网中，应对隐藏终端、暴露终端问题的方法是 RTS/CTS 机制

  • 截断二进制指数类型退避算法解决了 站点检测到冲突后延迟发送的时间

  • 无线局域网不使用 CSMA/CD，而使用 CSMA/CA 的原因是无线局域网 并非所有的站点都能听见对方 、 无线介质传输特征复杂，存在隐藏终端、暴露终端等问题

  • 关于无线局域网的叙述：

    • 无线局域网可分为两大类，即有固定基础设施的和无固定基础设施的
    • 无固定基础设施的无线局域网又叫做自组织(AD HOC)网络
    • 有固定基础设施的无线局域网，使用无线接入点（AP）作为基础设施

  • 无线局域网主要采用了 预约信道 方法解决数据帧的碰撞问题

  • 关于虚拟局域网 VLAN 的叙述

    • VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组
    • 利用以太网交换机可以很方便地实现 VLAN
    • 每一个 VLAN 的工作站可处在不同的局域网中

3.网络互连

3.1 网桥与交换机

  • 面向无连接的 IP 协议的信息传输方式是 数据报
  • 网桥实现 过滤数据帧 、 转发数据帧 、 扩展LAN 功能
  • 网桥工作在 数据链路层
  • 网桥可以访问同一个网络中站点的 物理 地址
  • 透明网桥是通过查找端口-地址表来决定转发路径的，而端口-地址表是 网桥通过自学习算法 生成的
  • 网桥通过将帧中的 目的节点的物理地址 和自己地址表中的信息进行比较，实现帧的转发和过滤
  • 交换机根据 数据报 、 虚电路 、 源路由 选择分组转发时的输出端口

3.2 网络互连与路由器

  • 路由器的功能

    • 解决异构网络之间的互联问题
    • 路由选择
    • 分组转发
    • 数据分段
    • 协议转换
    • 数据封装

  • 路由器在能够开始向输出链路传输分组的第一 bit 之前，必须先接收到整个分组，这种

    机制被称为 存储转发

  • ARP 协议的作用是 将 IP 地址映射到数据链路层地址

  • 路由器连接的异构网络指的是 数据链路层和物理层均不同

  • 路由器涉及 Internet 体系结构的 网络接口层 和 网络层

3.3 IP服务模型与协议

  • IP协议提供的服务类型是 无连接的数据报服务

  • 为了防止 IP 数据包在因特网上无限制地传递，告知路由器是否应该丢弃某个数据包，

    在 IP 数据包首部设置了 生存时间（TTL） 字段

  • IP层实现的功能

    • 尽力而为的不可靠传输服务
    • 数据报的路由选择与转发
    • 数据报的分段与重组

  • 在 MTU 较小的网络，需将数据报分成若干较小的部分进行传输，这种较小的部分叫做 片

  • 分组的概念是在 网络层 用到的

  • IP数据报分片只可能发生在路由器，而重组必须在目的机

  • 如果网络层使用数据报服务，那么需要 为每个到来的分组做路由选择

3.4 路由算法与协议

  • 关于RIP的描述

    • RIP 是基于距离向量路由选择算法的
    • RIP 要求路由器将它关于整个 AS 的距离向量信息发布出去
    • RIP 要求路由器按照一定的时间间隔发布距离向量信息
    • RIP 要求路由器都要维护从它到每个内部路由器的距离向量
    • 每经过一个路由器，距离值加 1

  • OSPF 协议根据链路状态法计算最佳路由

  • 因特网将整个网络划分为许多较小的单位，即 AS。由此，路由协议也分为两大类，即 内部网关协议和外部网关协议

  • 路由选择协议

    • 自治系统(AS)：由同一个管理机构管理，使用统一路由策略的路由器的集合。

      所以由自治系统AS可以引出两种协议： IGP 和 EGP 。IGP是负责自治系统 AS 内部通信的路由协议，而 EGP 是负责自治系统AS 间通信的路由协议

    • IGP

      IGP（Interior Gateway Protocol，内部网关协议）是在一个自治网络内网关（主机和路由器）间交换路由信息的协议。路由信息能用于网间协议（IP）或者其它网络协议来说明路由传送是如何进行的。Internet网被分成多个域或多个自治系统。一个域（domain）是一组主机和使用相同路由选择协议的路由器集合，并由单一机构管理。IGP协议包括 RIP、OSPF、IS-IS、IGRP、EIGRP（思科私有协议）等。

      IGP的选路原则：

      • 优先级
      • 开销
      • 负载均衡

      典型协议：

      • RIP协议

        RIP协议是一种内部网关协议（IGP），底层是贝尔曼福特算法，是一种动态路由选择协议，用于自治系统（AS）内的路由信息的传递。RIP协议基于距离矢量算法（DistanceVectorAlgorithms），使用“跳数”(即metric)来衡量到达目标地址的路由距离。这种协议的路由器只关心自己周围的世界，只与自己相邻的路由器交换信息，范围限制在15跳(15度)之内，再远，它就不关心了。所以rip只适用于小区域。Rip协议运行在 UDP 协议之上，使用 520 端口，使用 224.0.0.9 作为组播地址，向外组播路由信息

        工作原理：RIP通过广播UDP报文来交换路由信息，每30秒发送一次路由信息更新。RIP提供跳跃计数(hopcount)作为尺度来衡量路由距离，跳跃计数是一个包到达目标所必须经过的路由器的数目。如果到相同目标有二个不等速或不同带宽的路由器，但跳跃计数相同，则RIP认为两个路由是等距离的。RIP最多支持的跳数为15，即在源和目的网间所要经过的最多路由器的数目为15，跳数16表示不可达。

      • OSPF协议

        OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先）是一个内部网关协议IGP，用于在单一自治系统内决策路由。是对链路状态路由协议的一种实现，隶属内部网关协议（IGP），故运作于自治系统内部。SPF算法用作生成最短生成树。OSPF分为OSPFv2和OSPFv3两个版本,其中OSPFv2用在IPv4网络，OSPFv3用在IPv6网络。OSPFv2是由RFC 2328定义的，OSPFv3是由RFC 5340定义的。与RIP相比，OSPF是链路状态协议，而RIP是距离矢量协议，它选择路由的度量标准是带宽，延迟。适合在大中区域，目前最流行的路由协议。Rip协议使用 224.0.0.5 作为组播地址，向外组播路由信息。DR监听 224.0.0.6 端口来获取从DOther发来的LSA信息，ospf协议号 89

    • EGP

      EGP（Exterior Gateway Protocol，外部网关协议）是AS之间使用的路由协议,其目前只有一个协议–BGP协议

      • BGP

        BGP(Border Gateway Protocol)边界网关协议是运行于 TCP 上的一种自治系统的路由协议。 BGP 是唯一一个用来处理像因特网大小的网络的协议，也是唯一能够妥善处理好不相关路由域间的多路连接的协议。 BGP 构建在 EGP 的经验之上。 BGP 系统的主要功能是和其他的 BGP 系统交换网络可达信息。网络可达信息包括列出的自治系统（AS）的信息。这些信息有效地构造了 AS 互联的拓朴图并由此清除了路由环路，同时在 AS 级别上可实施策略决策。

        BGP属于EGP(外部网关路由协议)，可以实现自治系统间无环路的域间路由。BGP是沟通Internet广域网的主用路由协议，例如不同省份、不同国家之间的路由大多要依靠BGP协议。BGP可分为IBGP（Internal BGP）和EBGP（External BGP）。BGP的邻居关系（或称通信对端/对等实体）是通过人工配置实现的，对等实体之间通过TCP（端口179)会话交互数据。BGP路由器会周期地发送19字节的保持存活keep-alive消息来维护连接（默认周期为30秒）。在路由协议中，只有BGP使用TCP作为传输层协议

  • 关于区域路由的描述

    • OSPF 协议将一个自治域划分成若干区域，有一种特殊的区域叫做主干区域

    • 域之间通过区域边界路由器互联

    • 在自治系统中有 4 类路由器：区域内部路由器、主干路由器、区域边界路由器和自治

      域边界路由器

  • 关于因特网的路由选择协议的叙述

    • RIP 是基于距离向量的路由选择协议，RIP 选择一个到目的网络具有最少路由器的路由
    • OSPF 最主要特征是使用分布式链路状态协议，所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库
    • BGP 采用路径向量路由选择协议。BGP 所交换的网络可达性信息是要到达某个网络所要经过的自治系统序列

  • 如果在一个使用链路状态路由的互连网络中有 5 个路由器和 6 个网络，那么存在 5 个路由表，每个表中至少有 6 个表项，在路由器中存在 1 个不同的链路状态数据库

  • 在链路状态路由中，洪泛使链路状态的变化能够被 所有路由器 记录

  • 在距离向量路由中，每个路由器从 它的邻居节点 接收距离向量

  • 距离向量 算法在设置和更新时，需要更多路由器之间的通信

  • BGP 协议中所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 报文的协议分别为 UDP 、 IP 、 TCP

  • 关于链路状态路由的描述

    • OSPF 使用链路状态算法来实现 AS 内部路由表的更新
    • 链路状态路由要求每个路由器使用洪泛方法向 AS 中其它路由器发送链路状态消息
    • 链路状态的“度量”可以是距离、带宽、时延或者费用等

  • 关于BGP特征的描述

    • BGP 的路由选择算法是基于路径向量(Path Vector)算法
    • BGP 路由器的路由表要包括分组到达目的网络的路径
    • BGP 要求相邻的 AS 边界路由器之间交换到达目的网络的路径

3.5 IP地址及其划分

  • IP 地址是网际层中识别主机的 逻辑地址

  • CIDR 将 网络前缀 都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR”地址块，路由表就利用 CIDR 地址块来查找目的网络

  • A类网络的IP地址范围为：1.0.0.1－126.255.255.254；

    B类网络的IP地址范围为：128.1.0.1－191.255.255.254；

    C类网络的IP地址范围为：192.0.1.1－223.255.255.254

  • 关于无分类编址 CIDR

    • CIDR 使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号
    • CIDR 将网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR”地址块
    • 使用 CIDR，查找路由表时可能会得到多个匹配结果，应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。因为网络前缀越长，路由就越具体

  • 关于互联网中IP地址的叙述

    • 在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的
    • 用网桥互连的网段仍然是一个局域网，只能有一个网络号
    • 路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址

  • RFC2373中详细定义了IPv6地址，按照定义，一个完整的IPv6地址的表示法：xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx
    例如：2031:0000:1F1F:0000:0000:0100:11A0:ADDF

    为了简化其表示法，rfc2373提出每段中前面的0可以省略 ；连续的0可省略为”::”，但只能出现一次。例如：

    原地址 简写
    1080:0:0:0:8:800:200C:417A 1080::8:800:200C:417A
    FF01:0:0:0:0:0:0:101 FF01::101
    0:0:0:0:0:0:0:1 ::1
    0:0:0:0:0:0:0:0 ::

3.6 网络层其他协议

  • 主机没有 IP 地址但要加入网络时，使用 DHCP ；主机发送数据报但不知目的主机的硬件地址时，使用 ARP ；数据报传输过程中出现差错时，使用 ICMP

  • 关于DHCP的描述

    • DHCP 允许主机自动从服务器获取 IP 地址
    • DHCP 允许地址重复使用
    • DHCP 服务器会给出包含配置参数的提议供主机选择

  • 每台路由器都依赖 ARP 协议，否则该路由器不能正确工作

  • 将 IP 地址转换为物理地址的协议是 ARP ，将物理地址转换为 IP 地址的协议是 RARP

  • 关于IP地址与硬件地址的叙述

    • IP 地址不能直接用来进行通信，在实际网络的链路上传送数据帧必须使用硬件地址
    • 硬件地址是数据链路层和物理层使用的地址，IP 地址是网络层和以上各层使用的
    • 在局域网中，硬件地址又称为物理地址或 MAC 地址

  • 路由器 可以隔离ARP广播帧

  • 将主机名转换成 IP 地址，要使用 DNS 协议

  • 关于ARP协议的叙述

    • 由被询问的主机回答 ARP 查询
    • 给定目的主机的 IP 地址, ARP 可以找到同属一个物理网络内部的目的主机的物理地址
    • ARP 采用广播机制

  • 应用程序 Ping 发出的是 ICMP请求报文

  • 洪泛法的基本思想是 收到的信息都会往所有的可能连结路径上转发

  • ICMP差错报文

    • 终点不可达：终点不可达分为:网络不可达，主机不可达，协议不可达，端口不可达，需要分片但DF比特已置为1，以及源路由失败等六种情况，其代码字段分别置为0至5。当出现以上六种情况时就向源站发送终点不可达报文。
    • 端口不可达：UDP的规则之一是：如果收到UDP数据报而且目的端口与某个正在使用的进程不相符，那么UDP返回一个ICMP不可达报文。
    • 源站抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源站发送源站抑制报文，使源站知道应当将数据报的发送速率放慢。
    • 时间超过：当路由器收到生存时间为零的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源站发送时间超过报文。当目的站在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就将已收到的数据报片都丢弃，并向源站发送时间超过报文。
    • 参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源站发送参数问题报文。
    • 改变路由（重定向）路由器将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另外的路由器。
    • 以下几种情况都不会导致产生ICMP差错报文
      • ICMP差错报文（但是，ICMP查询报文可能会产生ICMP差错报文）
      • 目的地址是广播地址或多播地址的IP数据报
      • 作为链路层广播的数据报
      • 不是IP分片的第一片
      • 源地址不是单个主机的数据报。即源地址不能为零地址、环回地址、广播地址或多播地址

  • 关于IP多播的描述

    • IP 多播是指多个接收者可以接收到同一个或者一组源节点发送的相同内容的分组
    • 支持多播协议的路由器叫做多播路由器
    • 发送主机使用多播地址发送分组时不需要了解接收者的位置信息与状态信息

  • 关于移动IP的描述

    • 目的地址为家乡地址的 IP 分组，将会以标准的 IP 路由机制发送到家乡网络
    • 家乡链路与外地链路比家乡网络与外地网络更精确地表示出移动节点接入的位置
    • 家乡代理通过隧道将发送给移动节点的 IP 分组转发给移动节点

4.传输层与资源分配

4.1 UDP 协议

  • 关于UDP的描述
    • 发送数据之前不需要建立连接
    • 相对于 IP 数据报服务，UDP 在 IP 之上只增加了端口的功能和差错检测功能
    • UDP 用户数据报只能提供不可靠的交付
  • 关于端口的描述
    • 端口就是运输层服务访问点
    • 端口号只具有本地意义，在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联系的
    • 套接字由 IP 地址和端口号组成
  • UDP 协议中，伪首部的作用是 为差错检测提供帮助
  • 为解决 UDP 报文的可靠传输问题，我们可以 合理设计应用层协议

4.2 TCP协议

  • TCP/IP 网络中， 物理地址 与数据链路层有关， 逻辑地址 与网络层有关， 端口号 和传输层有关

  • 在 TCP/IP 协议族的层次中，解决计算机之间通信问题是在 网际层

  • 在 OSI 参考模型中，提供流量控制功能的是 2层（数据链路层） 、 4层（传输层）

  • 主机 A 和主机 B 之间建立了一个 TCP 连接，TCP 最大的数据段长度为 1000 字节，若主机 A 当前的拥塞窗口为 4000 字节，在主机 A 向主机 B 连续发送两个最大段之后，成功收到主机 B 回复的第一段的确认，确认报文中通告的接收窗口大小为 2000 字节，则此时主机 A 还可以向主机 B 发送的最大字节数是 1000

    • 第一个段的确认段中通告的接收窗口大小为2000字节，即表明在接受到第一个报文段后，还有2000字节的缓存空间可用。 由于发送方发送了二个报文段，第二个段将占用剩下的2000字节中的1000字节，即一共还有（ 2000-1000=1000 ）字节，因而，此时主机甲还可以向主机乙发送的最大字节数是1000字节

  • 三次握手建立连接

    • client发送连接建立请求(SYNbit=1,Seq=x)至server

    • Server回复确认前序请求(ACKbit=1,ACKnum=x+1)，同时请求(SYNbit=1,Seq=y)

    • Client回复确认前序请求(ACKbit=1,ACKnum=y+1)

  • 四次握手断开连接

    • client发送连接断开请求(FINbit=1,Seq=u) 至server
    • Server回复确认前序请求(ACKbit=1,ACKnum=u+1)，同时继续发送待传输数据(Seq=v)
    • Server等待上层应用数据传输完毕之后，Server重复确认前序请求(ACKbit=1,ACKnum=u+1)，同时发送连接断开请求 (FINbit=1,Seq=w)
    • Client回复确认前序请求(ACKbit=1,ACKnum=w+1,Seq=u+1)，继续等待2MSL时间后关闭

  • IP层负责 主机到主机 的通信，TCP层负责 进程到进程 的通信

  • TCP/IP 为实现高效率的数据传输，在传输层采用了 UDP 协议，其传输的可靠性则由 上层协议 提供

  • TCP传输的可靠是由于使用了 序号 、 确认号

  • TCP可靠重传协议的控制策略

    • 累计确认重传机制
    • 校验和
    • 数据片序号

4.3 拥塞控制

  • TCP 的拥塞控制算法中，当拥塞窗口 cwnd 达到 拥塞门槛 ssth 时，进行线性增长
  • 在进行流量控制和拥塞控制时，发送端的发送窗口上限值应取“接收方窗口”和“拥塞窗口”的 较小的一个
  • 关于 TCP 拥塞控制方法的描述
    • 当已发送报文段的应答到达，拥塞窗口大小加倍
    • 以分组丢失或超时为拥塞标志
    • 发送方取“拥塞窗口”和“接收方承认的窗口”两者最小值作为发送窗口
  • 考虑在一个具有 10ms 往返时延的线路上采用慢启动拥塞机制。假设没有发生网络拥塞，该 TCP 的报文段大小为 2KB，接收方可用接收窗口为 24KB。那么发送方需要 40 ms 时间才能达到该接收窗口大小
    • 已知最大报文段式2KB，开始的突发量分别是2KB、4KB、8KB、16KB，接下来即为24KB，因为不能超过接收窗口，因此，需要40ms才能发送第一个完全窗口
  • 设 TCP 的拥塞窗口的慢启动门限值初始为 12（单位为报文段），当拥塞窗口达到 16 时出现超时，再次进入慢启动过程。问从这时起，需要 12 次往返时延才能恢复到超时那时的拥塞窗口大小
    • 出现超时后，拥塞窗口设为1，拥塞避免门限为8
      因此经过3个RTT后拥塞窗口增加为8
      在经过8个RTT后拥塞窗口增加到16
      因此共需要8+3=11个RTT才能使拥塞窗口恢复为超时时的16
  • 拥塞会引发分组丢失
  • TCP协议中观察网络拥塞的办法是 以超时作为网络拥塞的标志
  • 在 TCP/IP 中，实施流量控制的目的是 保证接收方总是来得及接收发送方发出的报文或分组
  • 在 TCP 协议中，如果发送窗口直接按照接收方的通知窗口设置，其结果是 突发流量导致分组无法到达接收方
  • 在 TCP 协议中，如果发送方收到三个重复的 ACK 后, 发送方将会 快速重传未被确认的报文段
  • 多媒体应用经常不使用 TCP 的原因可能是 不希望数据传输速率受限于拥塞窗口

5.应用层

  • 在整个因特网上，使用 IP地址+端口号 可以唯一标识一个特定的应用进程。
  • 因特网中按 IP地址 进行寻址
  • 用于 WWW 传输控制的协议是 HTTP
  • 关于DNS的描述
    • 每个域名服务器都维护一个高速缓存，存放最近用过的名字以及从何处获得名字映射信息的记录
    • 当客户请求域名服务器转换名字时，服务器首先按标准过程检查它是否被授权管理该名字
    • 域名服务器向客户报告缓存中有关名字与地址的绑定(binding)信息
  • Web 使用 HTTP 协议进行信息传输
  • 关于 www 的描述
    • 浏览器是运行于计算机上的万维网客户端程序；万维网文档所驻留的计算机则运行服务器程序
    • WWW 工作过程可简要描述为：浏览器于服务器之间建立 TCP 连接；浏览器发出 HTTP请求报文；服务器给出 HTTP 响应报文；断开 TCP 连接
    • 一个超文本由多个信息源链接组成，利用一个链接可使用户找到因特网上的另一个文档
  • 在 Internet 域名体系中，域的下面可以划分子域，各级域名用圆点分开，按照 从右到左越来越小的方式分多层排列
  • 超文本的含义是 该文本中含有链接到其他文本的链接点
  • 当一台计算机从 FTP 服务器下载文件时，在该 FTP 服务器上对数据进行封装的五个转换步骤是 消息，报文段，数据报，数据帧，比特