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计算机网络复习资料z
第一章概述
1.网络是指“三网”,即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
2.计算机网络提供的功能
1.连通性——计算机网络使上网用户之间都可以交换信息,好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。
2.共享——即资源共享。
可以是信息共享、软件共享,也可以是硬件共享。
3.网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
4.什么是计算机网络之间的通信?
主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”,简称为“计算机之间通信”(进程与进程之间的通信)
5.客户程序(软件)的特点:
1)被用户调用后运行,在打算通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。
因此,客户程序必须知道服务器程序的地址。
2)不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
6.服务器程序(软件)的特点:
1)一种专门用来提供某种服务的程序,可同时处理多个远地或本地客户的请求。
2)系统启动后即自动调用并一直不断地运行着,被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。
因此,服务器程序不需要知道客户程序的地址。
3)一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。
7.电路交换的特点
1)两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。
N部电话机两两相连,需N(N–1)/2对电线。
当电话机的数量增多时,就要使用交换机来完成全网的交换任务。
2)电路交换必定是面向连接的。
3)电路交换的三个阶段:
建立连接、通话、释放连接
4)电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内,通话的两个用户始终占用端到端的通信资源
5)计算机数据具有突发性,这导致通信线路的利用率很低。
1.分组交换的特点:
1)报文分组,加首部
2)经路由器储存转发
3)在目的地合并
在发送端,先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段,每一个数据段前面添加上首部构成分组,分组交换网以“分组”作为数据传输单元,依次把各分组发送到接收端
9.三种交换方式在数据传送阶段的主要特点:
电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点,好像在一个管道中传送
报文交换——整个报文先传送到相邻结点,全部存储下来后查找转发表,转发到下一个结点
分组交换——单个分组传送到相邻结点,存储下来后查找转发表,转发到下一个结点
10.计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。
计算机网络的目的:
资源共享和数据交换
11.网络的分类
按作用范围分:
广域网WAN(WideAreaNetwork)
局域网LAN(LocalAreaNetwork)
城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)
个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)
12.速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率,也称数据率(datarate)或比特率(bitrate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。
速率的单位是b/s
13.网络带宽的定义:
有两种不同的意义:
1.带宽本来是指信号具有的频带宽度,单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。
2.在计算机网络中,网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”,单位是“比特每秒”,或b/s(bit/s)。
我们(我们现在常说的是2)
14.吞吐量(throughput):
在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。
15.时延:
是指数据(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。
有时也称延迟或迟延
1)发送时延:
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的时间。
2)传播时延:
电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
3)处理时延:
交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。
4)排队时延:
结点缓存队列中分组排队所经历的时延。
16.网络协议:
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
三要素:
语法:
数据与控制信息的结构或格式。
语义:
需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。
同步:
事件实现顺序的详细说明。
17.TCP/IP五层协议每层的功能
TCP/IP五层协议综合OSI和TCP/IP的优点,采用一种原理体系结构。
各层的主要功能:
1)物理层物理层的任务就是透明地传送比特流。
(注意:
传递信息的物理媒体,如双绞线、同轴电缆、光缆等,是在物理层的下面,当做第0层。
)物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
2)数据链路层数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧(frame)为单位的数据。
每一帧包括数据和必要的控制信息。
3)网络层任务就是要选择合适的路由,使源主机运输层所传下来的分组够通过网络中的路由器找到目的主机。
为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
4)运输层运输层的任务是向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
5)应用层通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
(应用层直接为用户的应用进程提供服务。
)
18.传输控制协议TCP:
提供面向连接的、可靠的数据传输服务,其数据传输的单位是报文段
19.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(不保证数据传输的可靠性),其数据传输的单位是用户数据报
20.实体:
表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
21.协议:
控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合。
习题
1-10试在下列条件下比较电路交换和分组交换。
要传送的报文共x(bit)。
从源点交换时电路的建立时间为s(s)。
在分组交换时分组长度为p(bit),且各结点的排队等待时间可忽略不计。
问在怎样的条件下,分组交换的时延比电路交换的要小?
(提示:
画一下草图观察k段链路共有几个结点。
)
答:
线路交换时延:
kd+x/b+s, 分组交换时延:
kd+(x/p)*(p/b)+(k-1)*(p/b)
其中(k-1)*(p/b)表示K段传输中,有(k-1)次的储存转发延迟,当s>(k-1)*(p/b)时,电路交换的时延比分组交换的时延大,当x>>p,相反。
1-11在上题的分组交换网中,设报文长度和分组长度分别为x和(p+h)(bit),其中p为分组的数据部分的长度,而h为每个分组所带的控制信息固定长度,与p的大小无关。
通信的两端共经过k段链路。
链路的数据率为b(b/s),但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。
若打算使总的时延为最小,问分组的数据部分长度p应取为多大?
(提示:
参考图1-12的分组交换部分,观察总的时延是由哪几部分组成。
)
答:
总时延D表达式,分组交换时延为:
D=kd+(x/p)*((p+h)/b)+(k-1)*(p+h)/b
D对p求导后,令其值等于0,求得p=[(xh)/(k-1)]^0.5
1-22 网络协议的三个要素是什么?
各有什么含义?
答:
网络协议:
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
由以下三个要素组成:
1.语法:
即数据与控制信息的结构或格式。
2.语义:
即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。
3.同步:
即事件实现顺序的详细说明。
第二章物理层
1.物理层的主要任务:
确定与传输媒体的接口的一些特性,即:
机械特性:
指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
电气特性:
指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
功能特性:
指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
过程特性:
指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
2.消息:
通信的目的是传送消息,如话音、文字、图像、视频等都是消息
3.数据:
是运送信息的实体。
4.信号:
是数据的电气的或电磁的表现。
5.模拟信号:
连续变化的信号。
6.数字信号:
取值为有限的几个离散值的信号。
7.信道:
表示向某一个方向传送信息的媒体
8.单工通信:
只有一个方向的通信而没有反方向的交互。
9.半双工通信:
即通信和双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也不能同时接收)。
这种通信方式是一方发送另一方接收,过一段时间再反过来。
10.全双工通信:
即通信的双方可以同时发送和接收信息。
11.基带调制:
仅仅对基带信号的波形进行变换,使它能够与信道特性相适应。
变换后的信号仍然是基带信号
12.带通调制:
需要使用载波进行调制,把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换为模拟信号,这样就能更好地在模拟信道中传输。
经过载波调制后的信号称为带通信号(即仅在一段频率范围内能够通过信道)
13.信噪比:
是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。
S/N
信道的极限信息传输速率C可表达为
C=Wlog2(1+S/N)b/s
W为信道的带宽(以Hz为单位);
S为信道内所传信号的平均功率;
N为信道内部的高斯噪声功率。
香农公式得到的结果:
信道的带宽或信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率就越高。
14.码分复用CDM工作原理:
54
习题
2-09用香农公式计算一下,假定信道带宽为为3100Hz,最大信道传输速率为35Kb/s,那么若想使最大信道传输速率增加60%,问信噪比S/N应增大到多少倍?
如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N应增大到多少倍?
如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N再增大到十倍,问最大信息速率能否再增加20%?
答:
C=Wlog2(1+S/N) b/s-àSN1=2*(C1/W)-1=2*(35000/3100)-1
SN2=2*(C2/W)-1=2*(1.6*C1/w)-1=2*(1.6*35000/3100)-1
SN2/SN1=100信噪比应增大到约100倍。
C3=Wlong2(1+SN3)=Wlog2(1+10*SN2)
C3/C2=18.5%
如果在此基础上将信噪比S/N再增大到10倍,最大信息通率只能再增加18.5%左右
2-13为什么要使用信道复用技术?
常用的信道复用技术有哪些?
答:
为了通过共享信道、最大限度提高信道利用率。
频分、时分、码分、波分。
2-16共有4个站进行码分多址通信。
4个站的码片序列为
A:
(-1-1-1+1+1-1+1+1)B:
(-1-1+1-1+1+1+1-1)
C:
(-1+1-1+1+1+1-1-1)D:
(-1+1-1-1-1-1+1-1)
现收到这样的码片序列S:
(-1+1-3+1-1-3+1+1)。
问哪个站发送数据了?
发送数据的站发送的是0还是1?
解:
S·A=(+1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1, A发送1
S·B=(+1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1,B发送0
S·C=(+1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0, C无发送
S·D=(+1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1, D发送1
第三章数据链路层
1.链路:
是一条无源的点到点的物理线路段,中间没有任何其他的交换结点。
2.数据链路:
(datalink)除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输。
若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。
帧定义:
常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道,而在这条数字管道上传输的数据单位是帧
3.循环冗余检验定义(可能会涉及计算)70
4.局域网的优点:
1)具有广播功能,从一个站点可很方便地访问全网。
局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。
2)便于系统的扩展和逐渐地演变,各设备的位置可灵活调整和改变。
3)提高了系统的可靠性、可用性和生存性。
5.CSMA/CD81
工作原理:
过程:
6.电磁波在1KM电缆的传播时延约为5us
7.使用网桥的好处:
1)过滤通信量。
2)扩大了物理范围。
3)提高了可靠性。
4)可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率(如10Mb/s和100Mb/s以太网)的局域网。
8.使用网桥的缺点:
1)存储转发增加了时延。
2)在MAC子层并没有流量控制功能。
3)具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。
4)网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网,否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。
这就是所谓的广播风暴。
9.网桥的工作原理:
网桥工作在数据链路层,它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。
网桥具有过滤帧的功能。
当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,而是先检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口97
10.虚拟局域网VLAN:
VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。
这些网段具有某些共同的需求。
每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符,指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。
习题
3-7要发送的数据为1101011011。
采用CRC的生成多项式是P(X)=X4+X+1。
试求应添加在数据后面的余数。
数据在传输过程中最后一个1变成了0,问接收端能否发现?
若数据在传输过程中最后两个1都变成了0,问接收端能否发现?
采用CRC检验后,数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输?
答:
作二进制除法,1101011011 0000 10011得余数1110,添加的检验序列是1110.
作二进制除法,两种错误均可发展
仅仅采用了CRC检验,缺重传机制,数据链路层的传输还不是可靠的传输。
3-8要发送的数据为101110。
采用CRCD生成多项式是P(X)=X3+1。
试求应添加在数据后面的余数。
答:
作二进制除法,101110 000 10011添加在数据后面的余数是011
3-31网桥的工作原理和特点是什么?
网桥与转发器以及以太网交换机有何异同?
答:
网桥工作在数据链路层,它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。
网桥具有过滤帧的功能。
当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,而是先检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口
转发器工作在物理层,它仅简单地转发信号,没有过滤能力
以太网交换机则为链路层设备,可视为多端口网桥
3-32图3-35表示有五个站点分别连接在三个局域网上,并且用网桥B1和B2连接起来。
每一个网桥都有两个接口(1和2)。
在一开始,两个网桥中的转发表都是空的。
以后有以下各站向其他的站发送了数据帧:
A发送给E,C发送给B,D发送给C,B发送给A。
试把有关数据填写在表3-2中。
发送的帧
B1的转发表
B2的转发表
B1的处理
(转发?
丢弃?
登记?
)
B2的处理
(转发?
丢弃?
登记?
)
地址
接口
地址
接口
A→E
A
1
A
1
转发,写入转发表
转发,写入转发表
C→B
C
2
C
1
转发,写入转发表
转发,写入转发表
D→C
D
2
D
2
写入转发表,丢弃不转发
转发,写入转发表
B→A
B
1
写入转发表,丢弃不转发
接收不到这个帧
第四章网络层
1.因特网采用的设计思路:
网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
2.IP地址:
IP地址就是给每个连接在因特网上的主机(或路由器)分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。
IP地址编址方式
1)分类的IP地址。
这是最基本的编址方法,在1981年就通过了相应的标准协议。
2)子网的划分。
这是对最基本的编址方法的改进,其标准[RFC950]在1985年通过。
3)构成超网。
这是比较新的无分类编址方法。
1993年提出后很快就得到推广应用。
第一个字段是网络号,第二个字段号是主机号。
分类IP地址:
将IP地址划分为若干个固定类,每一类地址都由两个固定长度的字段组成,其中一个字段是网络号net-id,它标志主机(或路由器)所连接到的网络,而另一个字段则是主机号host-id,它标志该主机(或路由器)。
子网的划分:
在IP地址中增加了一个“子网号字段”,使两级的IP地址变成为三级的IP地址。
构成超网:
前缀长度不超过23位的CIDR地址块都包含了多个C类地址。
这些C类地址合起来就构成了超网。
3.ARP协议的用途:
从网络层使用的IP地址解析出在数据链路层使用的硬件地址
4.为什么要从二级IP地址转为三级IP地址
1)IP地址空间的利用率有时很低。
2)给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。
3)两级的IP地址不够灵活。
5.划分子网的思路
1)划分子网纯属一个单位内部的事情。
单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。
2)从主机号借用若干个位作为子网号subnet-id,而主机号host-id也就相应减少了若干个位。
IP地址:
:
={<网络号>,<子网号>,<主机号>}
3)凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报,仍然是根据IP数据报的目的网络号net-id,先找到连接在本单位网络上的路由器。
然后此路由器在收到IP数据报后,再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网。
最后就将IP数据报直接交付目的主机。
6.使用子网掩码的好处:
不管网络有没有划分子网,只要把子网掩码和IP地址进行逐位的“与”运算(AND)就立即得出网络地址来。
136
7.最长前缀匹配:
应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。
8.自治系统(AS):
在单一的技术管理下的一组路由器,而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由,同时还使用一种AS之间的路由选择协议用以确定分组在AS之间的路由。
9.内部网关协议IGP:
在一个自治系统内部使用的路由选择协议。
10.外部网关协议:
若源站和目的站处在不同的自治系统中,当数据报传到一个自治系统的边界时,就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。
这样的协议就是外部网关协议EGP。
11.RIP工作原理152
1)路由信息协议RIP是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议。
2)RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。
3)RIP协议要求网络中的每一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。
12.RIP特点:
1)仅和相邻路由器交换信息。
2)交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息,即自己的路由表。
3)按固定的时间间隔交换路由信息
13.OSPF的三点要点和RIP都不同
1)向本自治系统中所有路由器发送信息,这里使用的方法是洪泛法。
2)发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态,但这只是路由器所知道的部分信息。
[“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻,以及该链路的“度量”(metric)。
]
3)只有当链路状态发生变化时,路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。
14.虚拟专用网VPN:
利用公用的因特网作为本机构各专用网之间的通信载体
15.网络地址转换(NAT):
在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件。
装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器,它至少有一个有效的外部全球地址IPG。
所有使用本地地址的主机在和外界通信时都要在NAT路由器上将其本地地址转换成IPG才能和因特网连接。
习题
4-20设某路由器建立了如下路由表:
目的网络 子网掩码 下一跳
128.96.39.0 255.255.255.128 接口m0
128.96.39.128 255.255.255.128 接口m1
128.96.40.0 255.255.255.128 R2
192.4.153.0 255.255.255.192 R3
*(默认) —— R4
现共收到5个分组,其目的地址分别为:
(1)128.96.39.10
(2)128.96.40.12
(3)128.96.40.151
(4)192.153.17
(5)192.4.153.90
(1)分组的目的站IP地址为:
128.96.39.10。
先与子网掩码255.255.255.128相与,得128.96.39.0,可见该分组经接口0转发。
(2)分组的目的IP地址为:
128.96.40.12。
① 与子网掩码255.255.255.128相与得128.96.40.0,不等于128.96.39.0。
② 与子网掩码255.255.255.128相与得128.96.40.0,该项分组经R2转发。
(3)分组的目的IP地址为:
128.96.40.151,与子网掩码255.255.255.128相与后得128.96.40.128,与子网掩码255.255.255.192相与后得128.96.40.128,经查路由表知,该分组转发选择默认路由,经R4转发。
(4)分组的目的IP地址为:
192.4.153.17。
与子网掩码255.255.255.128相与后得192.4.153.0。
与子网掩码255.255.255.192相与后得192.4.153.0,经查路由表知,该分组经R3转发。
(5)分组的目的IP地址为:
192.4.153.90,与子网掩码255.255.255.128相与后得192.4.153.0。
与子网掩码255.255.255.192相与后得192.4.153.64,经查路由表知,该分组转发选择默认路由,经R4转发。
4-26.有如下的4个/24地址块,试进行最大可能性的聚会。
212.56.132.0/24
212.56.133.0/24
212.56.134.0/24
212.56.135.0/24
212=(11010100)2,56=(00111000)2
132=(10000100)2,
133=(10000101)2
134=(10000110)2,
135=(10000111)2
所以共同的前缀有22位,即1101010000111000100001,聚合的CIDR地址块是:
212.56.132.0/22
4-41假定网络中的路由器B的路由表有如下的项目(这三列分别表示“目的网络”、“距离”和“下一跳路由器”)
N1 7 A
N2 2 B
N6 8 F
N8 4 E
N9 4 F
现在B收到从C发来的路由信息(这两列分别表示“目的网络”“距离”):
N2 4
N3 8
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