2016计算机网络自己整理的复习提纲 小抄版.docx

题型：1.选择题 20个 1分/个2.判断题 15个 1分/个3.简答题4.综合题共8个a)1.7 计算机网络体系结构（一个）b)3.1 循环冗余检验（一个）c)第四章网络层课本+课件（三个）d)第五章运输层 5.6-5.9（两个）e)6.4 万维网www（但题目不是万维网本身）（一个）第一章 概述一、 计算机网络在信息时代的作用1. 21世纪的特征：数字化、网络化、信息化，21世纪是一个以网络为核心的信息时代2. “三网”指的是：电信网络、有线电视网络、计算机网络3. 以因特网为代表的计算机网络已经成为了仅次于全球电话网的世界第二大网络4. 计算机网络向用户提供的最重要的功能是：(1)连通性、(2)共享二、 因特网概述1. 因特网起源于美国，已经发展成为世界上最大的计算机网络2. 网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成3. 结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等4. 网络和网络可以通过路由器连接起来，构成互联网，因此互联网是“网络的网络”(network of networks)5. 因特网(internet)是世界上最大的互联网络6. 连接在因特网上的计算机被称为主机(host)7. 网络把许多计算机连接在一起，而因特网把许多网络连接在一起8. 因特网发展的三个阶段:1) 从单个网络arpanet向互联网发展的过程a) 1983年，tcp/ip协议成为arpanet上的标准协议b) 1983年被人们称为因特网的诞生时间2) 建成三级结构的因特网分为主干网、地区网和校园网（或企业网）3) 逐渐形成了多层次isp结构的因特网a) isp(internet service provider)是因特网服务提供者b) 任何机构和个人只要向某个isp交纳规定的费用，就可以从该isp获取所需ip地址的使用权，并可通过该isp接入到因特网。c) isp分为主干isp、地区isp和本地isp三个层次d) 因特网的迅猛发展开始于20世纪90年代，当时欧洲原子核研究组织cern开发的万维网www(world wide web)被广泛使用在因特网上。9. 所有的因特网标准都是以rfc（request for comments，请求评论）的形式在因特网上发表的三、 因特网的组成1. 概述1) 边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。2) 核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和分组交换）。2. 因特网的边缘部分1) 处于因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机，这些主机又称为端系统(end system)2) 边缘部分利用核心部分所提供的服务，使众多主机之间能够互相通信并交换或共享信息。3) 主机之间的通信实质上是主机上的进程之间的通信。4) 端系统之间的通信方式可以分为两种方式：客户服务器方式(c/s方式)和对等方式(p2p方式)5) 客户服务器方式(client/server)a) 客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。b) 客户是服务请求方，服务器是服务提供方。c) 客户程序必须知道服务器程序的地址。d) 服务器程序可同时处理多个客户的请求，不需要知道客户程序的地址。6) 对等连接方式(peer-to-peer)本质上仍然是客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。3. 因特网的核心部分1) 因特网的核心部分是因特网中最复杂的部分。2) 在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)，它是一种专用计算机，是实现分组交换的关键部件，其任务是转发收到的分组。3) 电路交换(circuit switching)是必须经过“建立连接通话释放资源”这三个步骤的交换方式，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，如果用于传输计算机数据，那么线路的传输效率就会很低。4) 分组交换(packet switching)采用存储转发技术。a) 将要发送的整块数据称为一个报文(message)，将报文划分成一个个更小的等长数据段，再在每个数据段前面加上必要的控制信息组成的首部(header)构成分组(packet)，分组是因特网中传送的数据单元。b) 路由器收到一个分组，先暂时存储一下，检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器，直至交付最终的目的主机。c) 分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的通信资源。这对于传送突发式的计算机数据非常合适，使得通信线路的利用率大大提高。d) 分组交换的优点是高效、灵活、迅速、可靠。e) 缺点是在路由器中存储转发时需要排队，造成时延；以及各分组携带的控制信息会造成一些额外的开销。5) 报文交换(message switching)则是整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点的交换方式。4. 计算机网络的类别1) 计算机网络的定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。“自治”就是指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用。2) 几种不同类别的网络a) 广域网(wide area network, wan)广域网是因特网的核心部分，其任务是通过长距离运送主机所发送的数据。b) 城域网(metropolitan area network, man)c) 局域网(local area network, lan)d) 个人局域网(personal area network, pan)5. 计算机网络的性能1) 速率(bit rate) 速率就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，这里的速率是指额定速率或标称速率。2) 带宽(bandwidth)带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，也就是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”。3) 吞吐量(throughput)吞吐量表示在单位时间内通过某个网络的数据量。4) 时延(delay)时延是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延a) 发送时延(transmission delay)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的时间。发送时延=数据帧长度发送速率b) 传播时延(propagation delay)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=信道长度电磁波在信道上的传播速率c) 处理时延主机或处理器在收到分组时进行分析、差错检验和寻找路由等所需要的时间。d) 排队时延分组在进入路由器后在输入队列和输出队列中等待的时间。排队时延的长短取决于网络当时的通信量。5) 时延带宽积时延带宽积=传播时延带宽6) 往返时间(round-trip time, rtt)表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。7) 利用率a) 信道利用率信道利用率是某信道由百分之几的时间是被利用的。b) 网络利用率网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好，因为当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。d=d01-u其中，d表示当前网络时延，d0表示网络空闲时的时延，u是网络利用率，数值在01之间。当网络利用率趋近于1时，网络的时延就趋于无穷大。6. 计算机网络体系结构1) 开放系统互连基本参考模型osi/rm(open system interconnection reference model)，简称osi，是法律上的国际标准。2) 现今规模最大的、覆盖全世界的因特网并未使用osi，而是使用了tcp/ip标准，因此，tcp/ip就常被称为事实上的国际标准。3) 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议(network protocol)，也可简称为协议。4) 网络协议的三个组成要素：a) 语法：数据与控制信息的结构或格式b) 语义：需要发出何种的控制信息，完成何种动作以及做出何种响应c) 同步：事件实现顺序的详细说明5) 计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构(architecture)。6) 具有五层协议的体系结构osi有七层协议体系结构，tcp/ip有四层体系结构，在实际学习的时候一般综合osi与tcp/ip的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。a) 应用层(application layer)应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则，应用层交互的数据单元称为报文(message)。应用层协议有http协议、smtp协议、ftp协议等等。b) 运输层(transport layer)运输层负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务，应用层利用该服务传送应用层报文。运输层主要使用以下两种协议：i. 传输控制协议tcp(transmission control protocol)提供面向连接的、可靠的数据传输服务，数据传输的单位是报文段(segment)ii. 用户数据报协议udp(user datagram protocol)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），数据传输的单位是用户数据报。c) 网络层(network layer)网络层在发送数据时把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包(packet)进行传送。分组又称为ip数据报，简称为数据报。网络层的另一个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能够通过网络中的路由器找到目的主机。网络层主要的协议是无连接的网际协议ip(internet protocol)和许多种路由选择协议。ip协议是最重要的协议，是面向无连接的协议。d) 数据链路层(date link layer)在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的ip数据报组装成帧(frame)，在两个相邻结点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等）。e) 物理层(physical layer)物理层上所传数据的单位是比特。物理层要考虑用多大的电压代表1或0，以及接收方如何识别出发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应如何连接。注意，传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而是在物理层协议的下面，因此也有人把物理媒体当做第0层。7) osi参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元pdu(protocol data unit)8) 实体(entity)表示任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程9) 协议是两个对等实体或多个实体之间进行通信的规则的集合10) 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。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。11) 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则；服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。12) 在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方，通常称为服务访问点sap(service access point)13) 看一个网络协议是否正确，不能只看在正常情况下是否正确，而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。【简答题】试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。答案见p28【补充】双绞线（twisted pair，tp）是一种综合布线工程中最常用的传输介质，是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消，有效降低信号干扰的程度。eia/tia 568a的线序定义依次为绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕eia/tia 568b的线序定义依次为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕第二章 物理层1. 物理层的基本概念1) 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。2) 物理层的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即：a) 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列等b) 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围c) 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d) 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. 数据通信的基础知识1) 一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统、传输系统和目的系统。源系统包括源点和发送器，目的系统包括接收器和终点。2) 通信的目的是传送消息(message)，如语音、文字、图像、视频等。数据(data)是运送消息的实体，通常是有意义的符号序列。信号(signal)则是数据的电气或电磁的表现。3) 信号可以分为模拟信号和数字信号。模拟信号代表消息的参数的取值是连续的，数字信号的代表消息的参数的取值是离散的。代表数字信号不同离散数值的基本波形称为码元，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态而另一种代表1状态。4) 根据双方信息交互方式的不同，通信可以划分为：a) 单向通信，又称单工通信：只能有一个方向的通信而没有没有反方向的交互b) 双向交替通信，又称半双工通信：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送，只能一方发送一方接收，过一段时间后再反过来c) 双向同时通信，又称全双工通信：通信的双方可以同时发送和接收消息5) 来自信源的信号叫做基带信号（基本频带信号），信号要在信道上传输就要经过调制。调制有基带调制和带通调制之分：a) 基带调制：把数字信号转换为另一种形式的数字信号，这种过程也叫编码(coding)。常用的编码方式有归零制、不归零制、曼彻斯特编码、查分曼彻斯特编码等。p41b) 带通调制：将数字信号转换为模拟信号。常用的带通调制方法有调幅、调频和调相。p41c) 还有更复杂的调制方法，如正交振幅调制。6) 限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个：a) 信道能够通过的频率范围：由奈氏准则确定b) 信噪比：就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，由香农公式确定7) 对于频带宽度已经确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有办法提高信息的传输速率。这就是用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。3. 物理层下面的传输媒体传输媒体可以分为两类：1) 导引型传输媒体电磁波被导引沿着固体媒体传播，典型例子有双绞线、同轴电缆或光纤。2) 非导引型传输媒体就是在自由空间中的传播，在非导引型传输媒体中电磁波的传输常称为无线传播，典型例子有无线、红外或大气激光。4. 信道复用技术常用的信道复用技术有：1) 频分复用：用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的用户在同样的时间占用不同的频带宽度。2) 时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧，每一个时分复用的用户在每一个帧中占用固定序号的时隙。时分复用的用户在不同的时间占用同样的频带宽度。3) 码分复用：常用的名词是码分多址cdma(code division multiple access)，各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。每个站被指派一个唯一的m bit码片序列，在发送比特1时，则发送自己的m bit码片序列；在发送比特0时，则发送该码片序列的二进制反码。不同站的码片序列正交，即两个站的码片序列的规格化内积都是0。任何一个码片序列和该码片序列自己的规格化内积都是1，一个码片序列和该码片序列反码的规格化内积是-1。假定有一个x站要接收s站发送的数据，x站就必须知道s站所特有的码片序列，x站使用它得到的码片响亮s与接收到的未知信号进行求内积的运算。x站接收到的信号是各个站发送的码片序列之和，根据叠加原理，求内积的结果是：其他站的信号都被过滤掉（其内积的相关项都是0），只剩下s站发送的信号。当s站发送比特1时，在x站计算内积的结果是+1，当s站发送比特0时，内积的结果是-1。【例题】p46 t2-164) 波分复用：就是光的频分复用。5. 数字传输系统最初在数字传输系统中使用的传输标准是脉冲编码调制pcm。现在高速的数字传输系统使用同步光纤网sonet（美国标准）或同步数字系列sdh（国际标准）。6. 宽带接入技术1) 用户到因特网的宽带接入方法有非对称数字用户线adsl（用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造）、光纤同轴混合网hfc（在有线电视网的基础上开发的）和fttx（即光纤到）2) 为了有效地利用光纤资源，在光纤干线和用户之间广泛使用无源光网络pon。无源光网络必须配备电源，其长期运营成本和管理成本都很低。最流行的无源光网络是以太网无源光网络epon和吉比特无源光网络gpon。第三章 数据链路层1. 使用点对点信道的数据链路层1) 链路(link)就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线或无线），而中间没有任何其他的交换结点。链路只是一条通路的一个组成部分2) 数据链路(data link)是另外一个概念。当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。若把视线这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。最常用的方法是使用网络适配器（即网卡）来视线这些协议，一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。【例题】p64 t3-01【例题】p64 t3-033) 点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤如下：a) 结点a的数据链路层把网络层交下来的ip数据报添加首部和尾部封装成帧b) 结点a把封装好的帧发送给结点b的数据链路层c) 若结点b的数据链路层收到的帧无差错，则从收到的帧中提取出ip数据报上交给上面的网络层；否则丢弃这个帧。4) 数据链路层传送的协议数据单元是帧。5) 数据链路层的三个基本问题是：a) 封装成帧i. 封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。首部和尾部的一个首要作用就是帧定界（即确定帧的界限）。此外，首部和尾部还包括需要必要的控制信息。ii. 一个控制字符soh(start of header)表示帧的首部开始，十六进制编码为01，另一个控制字符eot(end of transmission)表示帧的结束，十六进制编码为04。b) 透明传输i. 为了解决透明传输问题，就必须设法使数据中可能出现的控制字符soh和eot在接收端不被解释为控制字符。ii. 可以使用一种称为字节填充(byte stuffing)的方法：发送端的数据链路层在数据中出现控制字符soh或eot的前面插入一个转义字符esc（其十六进制编码是1b），如果转义字符也出现在数据当中，那么在该转义字符前也插入一个转义字符。而在接收端的数据链路层把数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符。c) 差错检测（考大题）i. 在传输过程中可能出现比特差错：1可能变成0，0可能变成1ii. 目前在数据链路层广泛使用了循环冗余检验crc(cyclic redundancy check)的检错技术：1、 在发送端，将数据划分为组，每组k个比特2、 使用生成多项式确定一个长为(n+1)的除数p3、 设待发送数据为m，m长为k，使用模2运算进行2n乘m的运算，用得到的(k+n)位的数除以除数p，得到余数r4、 将余数r作为冗余码拼接在m后面发送，此冗余码常称为帧检验序列fcs(frame check sequence)5、 在接收端把接收到的数据以帧为单位进行crc检验：把每个帧都除以同样的除数p，然后检查余数r。（除的时候，最高位为1就上1，最高位为0就上0）6、 如果传输过程中无差错，r就是0，就接收。如果r0，判定这个帧有差错，就丢弃。7、 这是因为模2运算的加法和减法是一样的，将余数拼接就相当于*2n-(模后余数)，得到的结果一定可以被p整除。iii. 如果在数据链路层仅仅使用循环冗余检验检测，只能做到对帧的无差错接收，也就是可以保证“凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错”，要做到“可靠传输”（即发送什么就受到什么），就必须再加上确认和重传机制。【简答】p66 t3-07【简答】p67 t3-08【例题】p64 t3-022. 点对点协议ppp1) 现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议ppp(point-to-point protocol)，用户使用拨号电话接入因特网（用户计算机和isp进行通信）时，一般都是使用ppp协议。2) ppp协议应满足的需求：简单、封装成帧、透明性、多种网络层协议、多种类型链路、差错检测、检测连接状态、最大传送单元、网络层地址协商、数据压缩协商。3) ppp协议不需要的功能：纠错、流量控制、序号、多点线路、半双工或单工链路。4) ppp协议的组成：a) 一个将ip数据报封装到串行链路的方法。b) 链路控制协议lcp(link control protocol)：用来建立、配置和测试数据链路连接。c) 网络控制协议ncp(network control protocol)：支持不同的网络层协议。5) ppp协议的帧格式：标志字段f=0x7e(01111110)，表示一个帧的开始或结束。地址字段a和控制字段c实际上并不携带ppp帧的信息，没有意义。ppp首部中有2个字节的协议字段，可能为ip数据报、ppp链路控制协议lcp的数据或者网络层的控制数据。尾部的第一个字段（2字节）是使用crc的帧检验序列fcs。【例题】p65 t3-066) 透明传输问题：a) 字节填充当ppp使用异步传输（逐个字符地传送）时，把转义字符定义为0x7d(01111101)b) 零比特填充当ppp协议用在sonet/sdh链路时，是使用同步传输（一连串的比特连续传送）的，此时只要发现有5个连续1，则立即填入一个0。接收端每发现5个连续1，就删除一个0，这样就不会引起对帧边界的判断错误。7) ppp协议的工作状态：当用户拨号接入isp时，路由器的调制解调器(modem)对拨号做出应答，并建立一条物理连接。这时，pc机向路由器发送一系列的lcp分组（封装成多个ppp帧）。这些分组及其响应选择了将要使用的一些ppp参数。接着进行网络配置，ncp给新接入的pc机分配一个临时的ip地址，这样，pc机就成为internet上的一个主机。通信完毕，ncp释放网络层的连接，收回原来分配出去的ip地址；接着lcp释放数据链路层连接；最后释放的是物理层的连接。3. 使用广播信道的数据链路层1) 局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。2) 局域网的优点是：具有广播功能，从一个站点可以很方便地访问全网；便于系统的扩展和逐渐的演变；提高了系统的可靠性、可用性和生存性。3) 局域网可按网络拓扑进行分类：星形网、环形网和总线网。总线网以传统以太网最为著名，以太网现在已经在局域网中占据了绝对优势，几乎成为了局域网的同义词。4) 常用的局域网传输媒体有双绞线、同轴电缆、光缆和无线传输。双绞线是局域网中的主流传输媒体；当数据率很高时，往往需要使用光纤作为传输媒体。5) 共享信道需要众多用户能够共享通信媒体资源，可以有两种方法实现：a) 静态划分信道（频分复用、时分复用、波分复用和码分复用等）b) 动态媒体接入控制，又称为多点接入（分为随机接入和受控接入）6) ieee802委员会曾把局域网的数据链路层拆成两个子层，即逻辑链路控制llc子层（与传输媒体无关）和媒体接入控制mac子层（与传输媒体有关）。但现在llc子层已成为历史，很多厂商生产的适配器上仅装有mac协议而没有llc协议。7) 计算机与外界局域网的通信要通过通信适配器，它又称为网络接口卡或网卡。计算机的硬件地址就在适配器的rom中。而计算机的软件地址（ip地址）则在计算机的存储器中。8) 以太网采用无连接的工作方式，对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。以太网提供的服务是尽最大努力的交付，即不可靠的交付，目的站收到有差错帧就把它丢弃，其他什么也不做。9) 以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码。10) 最常用的局域网以太网的媒体接入控制方法是：csma/cd(carrier sense multiple accsee/collision detection)载波监听多点接入/冲突检测。a) 多点接入：说明这是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上b) 载波监听：用电子技术检测总线上有没有其他计算机正在发送数据c) 碰撞检测：边发送边坚挺，判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据，这是因为电磁波在传送的时候是存在时延的。d) 显然，在使用csma/cd协议时，一个站不可能同时进行发送和接收，所以使用csma/cd协议的以太网不可能进行全双工通信只能进行半双工通信。e) 发送数据的站在发送帧后至多经过时间2t就可以知道所发送的数据帧是否遭受到了碰撞，所以又把2t称为争用期。也就是经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。f) 对于10mb/s的以太网，在争用期内可发送64字节(512 bit)的数据，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。64字节称为最短有效帧长。g) 以太网还规定了帧间最小间隔为9.6us，相当于96比特时间。这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。11) csma/cd协议的要点归纳：a) 准备发送：适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部(见3.4.3)，组成以太网帧，放入适配器的缓存中。b) 检测信道：若检测到信道忙，则应不停地检测，一直等待信道转为空闲。若检测到信道空闲，并在96比特时间内信道保持空闲（保证了帧最小间隔），就发送这个帧。c) 在发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发送边监听。这里只有两种可能性：i. 发送成功：在争用期内一直未检测到碰撞。这个帧肯定能够发送成功。发送完毕后，其他什么也不做，然后回到a)ii. 发送失败：在争用期内检测到碰撞。这时立即停止发送数据，并按规定发送人为干扰信号。适配器接着就执行指数退避算法，等待r倍512比特时间后，返回到步骤b)，继续检测信道。但若重传达到16次仍不能成功，则停止重传而向上报错。d) 以太网每发送完一帧，一定要把已发送的帧暂时保留一下。如果在争用期内检测出发生了碰撞，那么还要在推迟一段时间后再把这个暂时保留的帧重传一次。4. 使用广播信道的以太网1) 目前的以太网基本上都是使用集线器(hub)的双绞线以太网。1990年ieee制定出星形以太网10base-t的标准802.3i，10代表10mb/s的数据率，base表示连接线上的信号是基带信号，t代表双绞线。10base-t双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑。2) 这种使用集线器的以太网在物理上是星形网，但在逻辑上则是总线网，各站中的适配器仍然执行csma/cd协议，并且同一时刻至多只允许一个站发送数据。集线器工作在物理层，它的每个接口仅仅简单地传发比特，不进行碰撞检测。3) 太网的信道利用率：s=t0t0+t=11+aa=tt0为了使信道利用率提高，以太网的参数a的值应尽可能小些：当数据率一定时，以太网的连线的长度受到限制（否则t的数值会太大）同时以太网的帧长不能太短，否则t0的值会太小（t0是发送帧所需要的时间）4) 以太网的硬件地址，即mac地址实际上就是适配器地址或适配器标识符，与主机所在的地点无关。源地址和目的地址都是48位长。5) 以太网的适配器有过滤功能，它只接收单播帧，或广播帧，或多播帧。适配器检查mac帧的中的目的地址，如果是发往本站的帧则收下，否则就丢弃，不进行其他的处理。6) 最常用的以太网mac帧格式是以太网的v2的格式。以太网采用曼彻斯特编码，每发送一个码元，中间就有一次电压的转换，当电压不再变换时就表示发送完毕。ieee802.3标准规定凡是出现下列情况之一的即为无效的mac帧：a) 帧的长度不是整数个字节b) 用收到的帧检验序列fcs查出有差错c) 收到的帧的mac客户数据字段的长度不再461500字节之间。考虑到mac帧首部和尾部的长度共有18个字节，可以得出有效的mac帧长度为641518字节之间。对于检查出无效的mac帧就简单地丢弃，以太网不负责重传丢弃的帧。5. 扩展的以太网1) 以太网上的主机之间的距离不能太远，例如10base-t以太网的两个主机之间的距离不超过200米，否则主机发送的信号经过铜线的传输会衰减到使csma/cd协议无法正常工作。扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤和一对光纤调制解调器（进行电信号和光信号的转换）。2) 使用集线器可以在物理层扩展以太网（扩展后的以太网仍然是一个网络）。如果使用多个集线器，就可以连接成覆盖更大范围的多级星型结构的以太网。3) 使用网桥可以在数据链路层扩展以太网（扩展后的以太网仍然是一个网络）。网桥依靠转发表来转发帧，在转发帧时，对收到的帧进行转发和过滤（即丢弃），转发帧时不改变帧的源地址。4) 网桥的优点是：过滤通信量，增大吞吐量；扩大了网络物理范围；提高了可靠性；可互连不同物理层、不同mac子层和不同速率的以太网。网桥的缺点是：增加了时延；可能会产生广播风暴。5) 网桥和集线器的区别是：集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测；网桥在转发帧之前必须执行csma/cd算法检测碰撞以及进行相应的退避。6) 目前使用得最多的网桥是透明网桥(transparent bridge)，透明是指局域网上的站点并不知道所发送的帧将经过哪几个网桥，因为网桥对各站来说是看不见的。透明网桥是一种即插即用设备。7) 网桥按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表：a) 网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到的帧的源地址有无相匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。如有，就把原有的项目进行更新。b) 转发帧。查找转发表中与收到的帧的目的地址有无相匹配的项目。如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除外）进行转发。如有，则按转发表中给出的接口进行转发。但应注意，若转发表中给出的接口就是该帧进入网桥的接口，则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。8) 交换式集线器(switching hub)常称为以太网交换机或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。它实质上就是一个多接口的网桥，而每个接口都直接与某台单主机或另一个集线器相连，且工作在全双工方式。以太网交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞地传输数据。9) 使用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网vlan。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。6. 高速以太网1) 速率达到或超过100mb/s的以太网称为高速以太网。2) 高速以太网有100mb/s的100base-t的快速以太网，吉比特以太网和10gb/s的10吉比特以太网。最近还发展到100吉比特以太网。在宽带接入技术中，也常使用高速以太网进行接入。第四章 网络层1. 网络层提供的两种服务1) 电信网使用面向连接的虚电路vc(virtual circuit)服务，而最终因特网采用的设计思路是：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。网络层不提供服务质量的承诺，不保证分组交付的时限，所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序。进程之间的通信的可靠性由运输层负责。这是因为计算机网络的端系统是有智能的计算机，可以由主机中的运输层负责差错处理和流量控制等问题。2) 虚电路服务与数据报服务的主要区别2. 网际协议ip1) 网际协议ip是tcp/ip体系中两个最重要的协议之一。与ip协议配套使用的还有四个协议：a) 地址解析协议arp(address resolution protocol)b) 逆地址解析协议rarp(reverse address resolution protocol)c) 网际控制报文协议icmp(internet control message protocol)d) 网际组管理协议igmp(internet group management protocol)其中，ip协议要使用arp和rarp协议；icmp和igmp要使用ip协议。2) 没有一种单一的网络能够适应所有用户的需求，将不同性能、不同网络协议的网络连接起来需要一些中间设备。计算机网络中根据中间设备所在的层次不同，有以下四种中间设备：a) 物理层使用的中间设备叫做转发器/中继器(repeater)b) 数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器(bridge)c) 网络层使用的中间设备叫做路由器(router)d) 在网络层以上使用的中间设备叫做网关(gateway)当中间设备是转发器或网桥时，仅仅是将一个网络扩大了，从网络层的角度看仍然是一个网络。网络互连指的是用路由器进行网络互连和路由选择。3) ip网是虚拟的，因为从网络层上看，ip网好像是一个统一的、抽象的网络（实际上是异构的）。ip层抽象的互联网屏蔽了下层网络很复杂的细节，使我们能够使用统一的、抽象的ip地址处理主机之间的通信问题。因此，可以将互连之后的计算机网络看成一个虚拟互连网络。4) 在互联网上的交付有两种：在本网络上的直接交付（不经过路由器）和到其他网络的间接交付（经过至少一个路由器，但最后一次一定是直接交付）。5) ip地址就是因特网上的每一个主机或路由器的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符。ip地址的编址方法经历了三个历史阶段：(1)分类的ip地址；(2)子网的划分；(3)构成超网。6) 分类的ip地址包括a类、b类、和c类地址（单播地址），以及d类地址（多播地址）。e类地址未使用。分类的ip地址由网络号(net-id)字段（指明网络）和主机号(host-id)字段（指明主机或路由器）组成。网络号字段最前面的类别位指明ip地址的类别。ip地址不仅仅指明一个主机，还指明了主机所连接到的网络。两级ip地址的记法如下：ip地址=，7) 对主机或路由器来说，ip地址都是32位的二进制代码。为了提高可读性，我们常常把32位的ip地址中的每8位插入一个空格（但在机器中并没有这样的空格）。要更加便于使用，可用其等效的十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个点。这就叫做点分十进制记法(dotted decimal notation)。下图表示了一个b类地址的点分十进制记法。8) 比特串对应的十进制：9) ip地址的指派范围：网络类别最大可指派的网络数第一个可指派的网络号最后一个可指派的网络号每个网络中最大主机数占ip空间比例a126(27-2)112616777214(224-2)50%b16382(214-1)128.1191.25565534(216-2)25%c2097151(221-1)192.0.1223.255.255254(28-2)12.5%【简答】给出ip地址求分类及对应的网络号和主机号。10) 一般不使用的特殊ip地址：net-id全0表示this，就是本网络的意思net-id位127用于软件环回测试host-id全0表示本主机所连接到的网络地址host-id全1表示all，就是“所有的”的意思网络号主机号源地址使用目的地址使用代表的意思00可以不可在本网络上的主机0host-id可以不可在本网络上的某个主机host-id全1全1不可可以只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）net-id全1不可可以对net-id上的所有主机进行广播127非全0或全1可以可以用作本地软件环回测试之用11) ip地址具有以下特点：a) ip地址管理机构在分配ip地址时只分配网络号，而主机号则由得到该网络号的单位自行分配。路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组，而不考虑目的主机号。b) ip地址实际上是标志一台主机（或路由器）和一条链路的接口。多归属主机同时连接到两个或更多的网络上。这样的主机同时具有两个或更多的ip地址，其网络号必须是不同的。由于一个路由器至少应当连接到两个网络，因此一个路由器至少应当有两个不同的ip地址。c) 按照因特网的观点，网络是指具有相同网络号net-id的主机的集合，因此，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，这些局域网都具有相同的网络号。d) 所有分配到网络号的网络（不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网）都是平等的。（b是网桥）12) 物理地址（即硬件地址）是数据链路层和物理层使用的地址，而ip地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（也即用软件实现的地址），在数据链路层看不见数据报的ip地址。使用ip地址的ip数据报一旦交给了数据链路层，就被封装成mac帧了。mac帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址，这两个硬件地址都写在mac帧的首部中。ip地址放在ip数据报的首部，而硬件地址放在mac帧的首部。13) 已经知道了一个机器（主机或路由器）的ip地址，需要找出其相应的硬件地址。地址解析协议arp就是用来解决这样的问题的。a) 每一个主机都设有一个arp高速缓存，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的ip地址到硬件地址的映射表。arp的高速缓存可以大大减少网络上的通信量。b) 当主机 a 欲向本局域网上的某个主机 b 发送 ip 数据报时，就先在其 arp 高速缓存中查看有无主机 b 的 ip 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 mac 帧，然后通过局域网将该 mac 帧发往此硬件地址。如果没有，主机a就要在局域网上广播发送arp请求分组，请求得到对应ip地址的硬件地址。c) arp 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 ip 地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 arp 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。d) 硬件地址非常复杂，所以需要转换成统一的ip地址来解决通信问题。硬件地址就相当于人的基因序列，而ip地址则相当于人的身份证号。14) ip数据报分为首部和数据两部分。首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有ip数据报必须有的。一些长度可变的可选字段放在固定首部的后面。a) 版本：ip协议的版本，4或6b) 首部长度：1位表示4字节，最常用的首部长度就是20字节。范围在20字节-60字节（(24-1)*4=60）当ip分组的首部长度不是4字节的整数倍时要填充字段c) 区分服务：一般不使用d) 总长度：首部和数据之和的长度，1位表示1字节，总长度必须不超过数据链路层的最大传送单元 mtu(maximum transfer unit)。如果长度超过了mtu就必须把过长的数据报进行分片处理，分片后的总长度是分片后的数据与首部之和，一定小于mtu。e) 标识：相同标识字段的值使得分片后的各数据报片最后能正确地被重装成为原来的数据报。f) 标志：mf位(more fragment)：1表示后面还有分片，0表示是分片的最后一位df位(dont fragment)：1表示不能分片，0表示可以分片最后一位没有意义g) 片偏移：指出分片后某片在原分组中的相对位置。偏移单位为8字节(64位)h) 生存时间ttl(time to live)：ip首部中的生存时间字段给出了ip数据报在因特网中所能经过的最大路由数，可防止ip数据报在互联网中无限制地兜圈子。每经过一个路由器就减少1，降为0时路由器就丢弃这个数据报不再转发。如果初值设为1表示只在本局域网中传送。i) 协议：指出此数据报携带的数据是使用何种协议。以便目的主机的 ip 层决定将数据部分上交给哪个处理进程。j) 首部检验和：只检验数据报的首部，不检验数据部分。因为数据报每经过一个路由器，首部都可能会发生一些变化，如果不检验数据部分可以减少计算的工作量。首部检验和不使用复杂的crc检验码。计算方法：（证明见书p130）（其实就是原数+反码=全1，取反为全0）k) 源地址：32位（因为ip地址就是32位）l) 目的地址：32位（因为ip地址就是32位）m) 实际上ip数据报很少使用首部的可变部分。15) ip层转发分组的流程：a) 路由器按照主机所在的网络地址来制造路由表，表中的每一行对应一个网络。在路由表中，对每一条路由，最重要的是（目的网络地址，下一跳地址）。b) 要指出的是，ip数据报中不能指明下一跳路由器的ip地址，路由器收到数据报后，是将数据报交给下层使用arp协议将下一跳路由器的ip地址转为硬件地址放在