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计算机网络原理

计算机网络课程期末复习提纲

填空题（15分）、名词解释（25分）、计算题（20分）、问答题（40分）

一．内容掌握：

  1. 数据经历的总时延由哪几部分组成？理解这几个组成部分。P3－4

    • 发送时延

    数据包从结点进入信道所需的时间。发送时延(s) = 数据包长度(b) / 信道宽度(b/s)

    • 传播时延

    电磁波在信道的一端传播到另一端所需的时间。传输时延(s) = 信道长度(m) / 电磁波在信道上的传播速度(m/s)

    • 处理时延

    中间结点在收到数据包时为转发出去而进行处理所需的时间。

    • 排队时延

    数据包在中间结点输入队列等待排队处理产生的时延；处理完后，在输出队列等待转发而产生的时延。

    时延类型 发送时延 传播时延 处理时延 排队时延
    产生位置 结点至信道 信道 中间结点 中间结点
    主要影响因素 数据包大小,信道宽度 信道长度,信道介质类型 结点处理能力,数据包类型大小 结点负载状况,数据包优先级

  2. 网络五层体系结构，各层的作用。P12－14

    • 物理层

    在相邻结点实现比特流的传输，基本单位是比特。

    • 数据链路层

    比特流通过物理层协议在一个结点传输到与它相邻的目标结点后，通过数据链路层保证它的正确性，将数据可靠地传输到相邻节点的目标计算机的网络层。数据链路层协议将比特流分割，在每段比特后加上一组校验比特，组成一个帧。数据链路层所传输的基本单位是帧。

    • 网络层

    网络层的任务是在互联网内任意主机之间传送分组。网络层协议对各个结点位置进行编址，在传输的数据前添加上它的源IP地址和目的IP地址，组成分组，再交给网络传输。网络层所传输的单位是分组。

    • 传输层

    传输层的基本任务是在互联网内任意两个主机的进程之间传送数据。为上层提供一个进程到进程的连接，这里称为端到端的服务。功能是确定进程之间的通信性质以满足用户的需要。传输层用端口号来标识主机的进程。传输层所传输的数据是数据包或者报文段。传输层根据情况设计了UDP和TCP两种协议。

    UDP所传输的单位是数据报，对上层不提供可靠的服务，不需要对出错的数据进行重传。

    TCP所传播的数据是报文段，对上层提供可靠的服务，对出错的数据进行重传。

    • 应用层

    直接面向各种应用进程。应用层协议根据不同应用程序的特点，对传输的数据进行不同的封装，以提供信息交换和远程操作的效率。根据应用程序的需要确定其下层使用UDP还是TCP进行传输。

  3. 通信双方交互信息的方式看，可以分为单工、半双工、全双工。电脑与显示器之间单工，使用最多的是全双工。P17

    • 单工通信：信息只能延一个方向传输
    • 半双工通信：信息交换可以双向进行但不能同时进行
    • 全双工通信：可以同时进行两个方向上的信息传输

  4. 常用的四种信道复用技术，应用。P23－30

    • 频分复用（FDM）：按照不同的频率来区分信号的一种方法，通过不同的频道来区分各路信号。模拟电视，模拟无线广播。
    • 时分复用（TDM）：将信道传输数据的时间划分成有一段段等长的时分复用帧，主要用于数字信号的传输
    • 波分复用（WDM）：光的频分多路复用技术，发送端将不同的光信号组合起来，耦合到光缆线路上，在接收端将组合波长的光信号分离开来。
    • 码分复用（CDM）：将不同码型的信号复用到同一信道进行传输的技术，广泛应用在移动通信和无线局域网

  5. 现代通信中的两种交换技术。P54-55

    • 电路交换：需要占用固定的端到端通信资源。经过建立连接（请求通信资源），通话（占用通信资源），释放连接（释放通信资源）三个步骤。电话网使用电路交换方式。

    • 分组交换：

    计算机网络使用最广泛的交换技术，也叫包交换，采用存储转发技术。数据链路层帧进行传输的主要方式。

  6. 无线网络的类型。P85－88

    • 无线广域网：蜂窝移动通信技术，保证用户在大范围移动过程中不需要重新登陆，畅快地使用网络
    • 无线城域网：覆盖范围为几千米到几十千米，能提供不间断的移动性接入
    • 无线局域网：宽带家庭，大楼内部以及园区内部，覆盖范围几十米至几百米
    • 无线个人网：覆盖范围从几米到几十米，用于数字设备之间的通信，包括蓝牙，UWB，ZigBee

  7. 集线器、网桥、交换机、路由器工作在哪一层？说明他们的作用。P73-76－156-157

    物理层、数据链路层、数据链路层、网络层

    集线器 网桥 交换机 路由器
    物理层 数据链路层 数据链路层 网络层
    一种多端口的中继器，能识别并处理比特流，对信号进行再生放大 连接局域网的两个网段 一种多端口的网桥 主要用于网络内部各主机之间的互联

  8. 网络层协议ARP和RARP的工作原理与不同之处。P116－117

    ARP（地址解析协议）和RARP（逆地址解析协议）是两种用于解析网络层地址和数据链路层地址的协议。

    ARP工作原理：

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    1. 当设备A需要与设备B通信，但它不知道设备B的MAC地址时，它会发送一个ARP请求广播到网络上。这个ARP请求包含了设备B的IP地址以及设备A的IP地址和MAC地址。
2. 网络上的所有设备都会接收到这个ARP请求，但只有设备B会识别出这是针对它的请求，因为它的IP地址与ARP请求中的目标IP地址匹配。
3. 设备B会向设备A发送一个ARP响应，这个响应包含了设备B的MAC地址。
4. 设备A接收到ARP响应后，将设备B的IP地址和MAC地址存储在它的ARP缓存中，以便后续的通信。
    RARP工作原理：

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    5. 当设备启动并连接到网络时，它可能不知道自己的IP地址。在这种情况下，设备可以  发送一个RARP请求广播到网络上。这个RARP请求包含了设备的MAC地址。
6. 网络上的RARP服务器会接收到这个请求，并根据设备的MAC地址查找对应的IP地址。
7. RARP服务器向设备发送一个RARP响应，这个响应包含了设备的IP地址。
8. 设备接收到RARP响应后，将自己的IP地址存储在本地，以便后续的通信。
    不同之处：

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    9. 用途不同：ARP用于将32位的IP地址解析为48位的以太网地址（或其他数据链路层地址），而RARP则用于将48位的以太网地址解析为32位的IP地址。
10. 发送方不同：ARP请求通常由需要与目标设备进行通信的设备发送，而RARP请求则由不知道自己IP地址的设备发送。
11. 响应方不同：ARP响应由目标设备发送，它包含了目标设备的MAC地址；而RARP响应由RARP服务器发送，它包含了设备的IP地址。
12. 使用场景不同：在现代网络中，大多数设备在启动时通过DHCP协议获取IP地址，因此RARP的使用已经相对较少。而ARP在网络通信中仍然广泛使用，用于解析目标设备的MAC地址。

  9. IPv6的优势。P127

    • 地址空间更大
    • 地址层次结构明晰
    • 地址即插即用
    • 分组基本首部长度固定、结构简单。可以提高中间结点的处理效率。
    • 分组基本首部增加了“流标记”、“流类型”等字段，实现了对数据流的标识。这样中间结点就可以对数据流进行处理，对于网络上开展的越来越多的实时业务特别有用。
    • 使用拓展首部改进了对选项的支持方式。不仅可以同时支持更多的特殊功能，而且可以方便地对拓展首部进行升级。
    • 身份验证（AH）和载荷加密（ESP）都作为一种扩展首部，这更加适用于那些要求对敏感信息和资源特别对待的商业应用。

  10. 动态路由协议分为链路状态路由协议和距离向量路由协议两大类，OSPF属于链路状态路由协议、RIP属于距离向量路由协议。特点。P132，P138

    OSPF协议的特点：

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    1. 链路状态路由协议：OSPF使用链路状态算法，路由器通过收集并维护网络中所有路由器的链路状态信息来计算最佳路径。这意味着每个路由器都具有网络的完整视图。
2. 快速收敛：由于OSPF使用Dijkstra算法来计算最短路径，因此它通常比RIP更快地收敛到网络变化。
3. 支持大型网络：OSPF通过划分网络为区域（areas）来支持大型网络，这有助于减少路由表的规模和路由计算的复杂性。
4. 支持多种路径：OSPF支持等价多路径（ECMP），这意味着它可以在多条等价路径之间平衡流量。
5. 使用组播和单播：OSPF使用组播地址来发送链路状态更新，这减少了不必要的网络流量。它也支持使用单播进行通信。
    RIP协议的特点：

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    6. 距离向量路由协议：RIP是一种基于距离向量的路由协议，路由器通过定期（例如，每隔30秒）向相邻路由器发送其完整的路由表来交换路由信息。
7. 简单易用：RIP配置相对简单，适用于小型网络。
8. 基于跳数：RIP使用跳数（最大15跳）作为路径度量，不考虑其他因素如带宽或延迟。
9. 定期更新：RIP路由器定期发送更新，无论网络是否发生变化。
10. 可能存在路由环路：由于RIP的工作方式，它可能会遇到路由环路问题，尽管有一些机制（如分割水平和毒逆）试图解决这个问题。
11. 不适用于大型网络：由于RIP的跳数限制和定期更新的方式，它不适合用于大型或复杂的网络。

  11. TCP是面向连接的运输层协议，三次握手建立连接、四次握手释放连接。画图并说明。P188－190

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  12. 电子邮件协议中SMTP发邮件、POP3收邮件、MIME可以添加附件。邮件收发中这些协议的工作过程。P218－221

    发件人——>发件服务器——SMTP——>收件服务器——POP3/IMAP——>收件人

    SMTP：简单邮件传输协议

    POP3：邮局协议3，连接电子邮件客户端和服务器

    IMAP：互联网邮件访问协议

  13. DNS实现域名解析的功能，FTP协议是专门用于文件传输的，HTTP协议是用于网页浏览的，DHCP协议是为主机动态分配IP地址的。

二．协议解释 协议的中文名/原理/作用

协议 中文名 原理/作用
CSMA 载波监听多路访问/冲突检测 提供寻址和媒体存取的控制方式，使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信而不相互冲突
CDMA 码分多址 主要的移动通信技术
ADSL 非对称数字用户线 利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规话音服务。
FTP 文件传输协议 在网络上进行文件传输
ARP 地址解析协议 将 IP 地址解析为 MAC 地址原理
RARP 反向地址解析协议 将 MAC 地址解析为 IP 地址
UDP 用户数据报协议 将应用程序传给IP层的数据发送出去
HFC 混合光纤同轴电缆 一个双向的媒体共享式的宽带传输系统。在前端与光节点之间使用光纤干线，而光节点至用户驻地则沿用同轴电缆分配网络。
HTTP 超文本传输协议 用于网页浏览
VPN 虚拟专用网络 在公用网络，进行加密通讯。
WDM 波分复用 光的频分多路复用技术，发送端将不同的光信号组合起来，耦合到光缆线路上，在接收端将组合波长的光信号分离开来
DHCP 动态主机配置协议 为主机动态分配IP地址

CDMA的技术原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码序列（PN）进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去;接收端使用完全相同的伪随机码，对接收的宽带信号做相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号，即解扩，以实现信息通信。

ADSL：非对称主要体现在上行速率和下行速率的非对称性上。它利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规话音服务。其原因是它用电话语音传输以外的频率传输数据。用户可以在上网的同时打电话或发送传真，而这将不会影响通话质量或降低下载Internet内容的速度。提供上、下行不对称的传输带宽。各结点采用宽带交换机处理交换信息，信息传递快速安全。

三．CRC校验（计算）P52－53

CRC（循环冗余校验）在线计算_ip33.com

CRC即循环冗余校验码（Cyclic Redundancy Check），是数据通信领域中最常用的一种差错校验码，主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误，它是利用除法及余数（模二运算）的原理来作错误侦测的。

总的来说就是在K位信息码（目标发送数据）后再拼接R位校验码，使整个编码长度为N位，因此这种编码也叫（N,K）码，其中R位校验码就是冗余位(又称帧检验序列，Frame Check Sequence，FCS)。

对于上述说明举个例子，发送端要发送的数据经过二进制转换后为10000011（对应十进制数字131），发送端和接收端共同约定的除数为1001（对应十进制数字5），10000011与1001进行模二除法如下：img

通过模二除法，我们可以得到余数为“1”，但是CRC需要发送的数据是要被1001模二整除的（即余数为0），显然这个是不符合要求，那我们要怎么办？我们就需要在10000011后面加上一部分数据来让1001整除，对于上述运算我们再来操作一下：img

上面的操作将10000011后面补了3个0（左移3位，牢记左移），为什么要补3个0呢？这个还是除数与余数的关系，余数不能比除数大，余数的最高次幂也不能比除数高，在CRC中10000011和1001实际分别代表了不同多项式（了解一下二进制与生成多项式关系），10000011表示x^7+x^2+1，1001表示x^3+1，这里对于余数来说它的最高次幂至多为2，即x^2，所以就在10000011后补了3个0，这是为了将最后得到的余数覆盖这几个位。通过补0，我们得到的余数为1，但是我们需要3个位，所以我们又通过补0操作（如果这里余数x^2系数不为0，即为1时是不用补0的）将1补为001（R校验位）添加到10000011之后再来计算一次：img

最终我们得到的数据1000 0011001就是经过CRC后发送端发送的数据，接收端接收到1000 0011 001除以1001（模二除法）得到余数为0，说明数据就是无误的，否则有误。

一段C类地址：200.200.100.0~200.200.100.255，现在需要将这段地址划分为6个的子网

子网地址 子网掩码 子网广播地址 主机数量
200.200.100.32 255.255.255.224 200.200.100.63 30
200.200.100.64 255.255.255.224 200.200.100.95 30
200.200.100.96 255.255.255.224 200.200.100.127 30
200.200.100.128 255.255.255.224 200.200.100.159 30
200.200.100.160 255.255.255.224 200.200.100.191 30
200.200.100.192 255.255.255.224 200.200.100.223 30