计算机网络期末复习资料

第一章概念

• 计算机网络的定义：计算机网络为分布在不同地点的具有独立功能的多个计算机系统，通过通信线路和通信设备相互连接起来，实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统

• 计算机网络的组成：

1. 从组成上看：由硬件、软件、协议三大部分组成

2. 从工作方式上看：

由边缘部分（由所有连接在因特网上的主机组成）和核心部分（由大量的网络和连接网络的路由器组成）组成

3. 从功能上看：由通信子网（提供共享的软件资源和硬件资源）和资源子网（提供信息交换的网络节点和通信线路）组成

• 计算机网络的类型：

1. 按照拓扑分类：星型结构、树形结构、总线型结构、环形结构、网状结构

2. 按照范围分类：

3. 按照传输方式分类：有线网络IEEE802.3、无线网络IEEE802.11（无线局域网WLAN、无线个域网WPAN）

• 传输方式：

1. 按照传输方向：单工（只能单向传输）、半双工（在同一时间，线路上只允许一个方向的数据通过）、全双工（双方可同时进行）

2. 数据交换：

互联网的核心部分采用分组交换技术

• 通信协议和体系结构：

1. 网络协议三要素：语法、语义、同步

2. OSI参考模型：

1. 物理层：

单位为比特,

任务：实现比特（0或 1）的传输

2. 数据链路层：

单位为帧,

任务：在两个相邻节点之间传送数据帧, 提供流量控制功能

常用协议：PPP、CSMA/CD等

3. 网络层：

任务：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。路由选择和转发

数据单元：IP数据报，简称数据报。（无连接的、尽最大努力交付的服务）

常用协议：网际协议IP和许多种路由选择协议。

4. 运输层（有流量控制功能）

主要协议：传输控制协议TCP（提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单元 是报文段）。

用户数据报协议UDP（提供无连接的尽最大努力的数据传输服务，但不保证数 据传输的可靠性，其数据传输的单元是用户数据报）

5. 会话层

6. 表示层

7. 应用层：

任务：通过应用进程的交互来完成特定网络应用

单位为报文

常用协议：DNS、HTTP、SMTP

3. 五层协议的体系结构

应用层

运输层

网络层

数据链路层

物理层

4. TCP/IP参考模型：、

应用层（会话层、表示层、应用层）（各种应用层协议，如TENET、FTP、DMTP等）

运输层（协议：TCP或UDP）

网际层（网络层）

网络接口层（物理层和数据链路层）

• 计算机网络的性能：

时延：

往返时间RTT：

    利用率：

第二章物理层

• 物理层的基本概念：

1. 四大特性：

2. 两种信号：

数字信号（信号的取值是离散的，不是1就是0）解调器： 数字—>模拟

模拟信号（信号的取值是连续的）调节器：模拟—>数字

3. 调制和编码

不归零制：正电平代表1，负电平代表0。(电平发生变化即码元变化)

归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。（归零即发生码元变化）

曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1。

差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。

基本调制方法：

4. 传输介质：双绞线（屏蔽双绞线STP（由屏蔽层、都必须有接地线）、非屏蔽双绞线UTP（无屏蔽层、价格便宜））、光纤（单模光纤【直线传输】、多模光纤【折射传输】）、同轴电缆（被淘汰）、无线

• 三大部分：源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和 目的系统（或接收端、接收方）

• 四种复用技术：频分复用FDM、时分复用TDM（统计时分多路复用STDM）、波分复用WDM、码分复用CDM

频分复用：

时分复用：

波分复用：

码分复用：

内积为1则表示发送1

内积为-1则表示发送0

内积为0则表示未发送

• 传输方式：

1. 同时间传输数量分为：串行传输、并行传输

2. 通过数据报文的双方的行为分为：同步传输、异步传输

3. 通过传输的信号分为：基带传输、频带传输

4. 传输方向：单工、半双工、全双工

5. 传输对象：单播、组播、广播

• 信道的极限容量：

奈氏准则：

使用环境 : 带宽受限 , 没有外部的噪声干扰 ;

提高数据传输速率 :

• 提高带宽

• 采用更好的编码技术 , 使单个码元携带更多信息量 ;

理想低通（没有噪声、带宽有限）

理想低通信道下最大数据传输速率=2W log2N bit/s

奈氏准则 设定 码元极限传输速率 , 香农定理 设定 数据极限传输速率 ;

香农公式：

前提条件 : 带宽受限 , 有噪声 

数据传输速率=波特率（码元传输速率）× 每个码元携带的信息量

提高数据传输速率 :

• 提高带宽

• 提高信噪比

第三章数据链路层

• 数据链路层概念：数据链路层是在物理层和网络层之间的协议，提供相邻节点的可靠数据传输

• 帧的概念：数据链路层的协议数据单元

• 帧的组成：帧头（源MAC地址、目的MAC地址、类型）、数据、帧尾（校验）+

• 以太网数据帧中的MAC和LLC：MAC介质控制，LLC逻辑控制访问

• 以太网的MAC层：mac帧首部为14字节

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址(因为这种地址用在MAC帧中)，长度为 48 位（ip地址：32位）。以太网中的数据帧又叫 MAC 帧。

有效的 MAC 帧长度为 64 ~ 1518 字节之间

• 数据链路层传输方式：单播、广播

• 数据链路层三个基本问题：

1.封装成帧：添加首部和尾部

2.透明传输：字节/字符填充

3.差错检测；循环冗余检验CRC

• 局域网中的设备：集线器（工作在物理层）、交换机（工作在数据链路层）、网桥（工作在物理层和数据链路层之间）

• 冲突域（碰撞域）和广播域

• 虚拟局域网VLAN：

优点：划分广播域、增强局域网的安全性

划分VLAN的方式：

基于端口：

Access（只允许通过一个VLAN）

Trunk（允许通过多个VLAN）

• CSMA/CD协议：即载波监听多路访问/碰撞检测

+

工作原理：先听后发、边发边听、冲突停止、随机延迟后再发

以太网端到端往返时延2τ称为争用期或碰撞窗口

• 点对点协议PPP：

• 组成：

1. 一种将IP数据报封装到串行链路的方法（封装成帧）

2. 链路控制协议LCP

3. 网络控制协议NCP

• 帧格式：

• CRC冗余校验：

• 信道利用率的最大值：

假定以太网上的 各主机发送 数据都不会产生 碰撞，并且总线 一旦空闲就有 某主机立即 发送数据 。在这种 理想情况 下，发送 一帧占用线路的时间是 T 0 + t ，而帧本身的发送时间是 T 0 ， 于是极限 信道利用率 S max 为：

第四章网络层

• 网络层的单位：分组

• 各层连接设备：

• 网际层协议IP：

ARP地址解析协议：根据IP地址获取物理地址（向下兼容，数据链路层使用）

ICMP网际控制报文协议（向上提供服务）（目的：提高IP数据报交付成功的机会，非高层协议）(有ping命令)

IGMP网际组管理协议（向上提供服务）

• IP地址：首部20字节

组成：由主机地址和网络地址组成的，4个字节，32位组成，一半用点分十进制的方式表现

与MAC地址的区别：

1. IP地址是一个逻辑地址，MAC地址是物理地址

2. IP地址不是唯一的，MAC地址是唯一的

3. IP地址工作在网络层，MAC地址主要工作在数据链路层

4. IP地址一般是32位（IPv6是128位），MAC地址是48位

5. IP地址的分配取决于网络拓扑，MAC地址分配取决于制造商（了解）

• 主机地址/主机号：标识某台设备的地址

• 网络地址/网络号：标识某个网段的地址

• 子网掩码：用于区分网络号和主机号

• IP地址的分类

A类地址：第一个字节为网络号，第一个字节的第一位为0，范围1-126，默认子网掩码为255.0.0.0

B类地址：前两个字节为网络号，第一个字前两位为10，范围128-191，默认子网掩码为255.255.0.0

C类地址：前三个字节为网络号，第一个字节前三位为0，范围192-223，默认子网掩码为255.255.255.0

D类地址：广播地址

E类地址：保留

特殊地址：

    网络地址：主机号全为0的地址不可用

    广播地址：主机全为1的地址

    回环地址：127.0.0.0

无分类编址CIDR：

CIDR 使用“斜线记法”，例如：128.14.35.7/20，前 20 位是网络前缀（相当于原来的网络号），剩下 12 位是主机号。 

每个CIDR地址块中的地址数一定是2的整数次幂，因此文献中称CIDR编址为“构造超网”

• 网络地址：

• IPv6：原因：IPv4满足不了需求。IPv6地址由128位，16个字节组成，一般表现形式为十六进制

• 子网划分：子网号借用了若干位的主机号,

IP地址 = 网络号 + 子网号 + 主机号

• IP数据报分片：首部固定为20字节

• 路由

第五章运输层（面向进程的、端到端的）

• 运输层的功能：提供应用程序进程间的逻辑通信

• 运输层的复用：所有应用进程可以通过运输层再传到网络层

• 运输层的分用：运输层收到数据后，分别交付指明的应用进程

• 端口：实现复用和分用：服务器使用的端口号、客户端使用的端口号

• 面向连接的传输控制协议TCP：（可靠、面向连接、时延大、适用于大文件）

特点：面向连接、可靠交付、全双工通信、面向字节流

首部格式：首部+数据 共20字节

在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。

TCP 不提供广播或多播服务，只提供一对一的服务

• TCP三次握手（建立连接）和四次挥手（释放连接）：

SYN：同部位，SYN=1表示进行一个连接请求

ACK：确认位，ACK=1,表示确认有效，=0表示确认无效

seq：标识序号

ack：确认号，对方发送序号+1

FIN=1表示断开连接，并且客户端会停止向服务端发送数据

三次握手：

四次挥手：

• TCP拥塞避免

• 无连接的数据报协议UDP：（不可靠、无连接、时延小、适用于小文件）

特点：无连接、无确认、不可靠、面向报文

首部格式：源端口、目的端口、长度、检验和 共8字节

UDP首部检验和的计算

UDP只在IP数据报服务之上加了：复用和分用的功能、差错检测的功能

UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信

    

• 可靠传输工作原理：停止等待协议、连续ARQ协议

• 停止等待协议：

• 连续ARQ协议：

• 可靠传输的实现：滑动窗口、超时重传、选择确认SACK

• 常用的熟知端口：

第六章应用层：为用户提供服务

• 域名系统DNS：

主要功能是解析域名到其对应的IP地址，或者反向解析IP地址到其域名

结构：三级域名.二级域名.顶级域名（层次结构）

端口号：53

• 文件传送协议FTP：只提供文件传送的基本服务

在工作时，为了完成文件的传输，使用了两条TCP连接。

功能：减少不同操作系统处理文件不兼容性

• 万维网和HTTP协议：

统一资源定位符URL

• 简单邮件传送协议SMTP：

连接建立、邮件传送、连接释放