计算机网络复习提纲(第五版-谢希仁)

精品文档 1欢迎下载 第一章 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 2 计算机网络的功能 3 交换技术 a 电路交换 电话机的交换方式一直都是电路交换 步骤 建立连接 通话 释放连接 重要特点 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 线路的传输效率很低 特点 整个报文的比特流连续的从源点直达终点 好像在一个管道中 传送 b 分组交换 采用存储转发技术 通常我们把要发送的整块数据称为一个报文 在每一个数据段前面 加上一些必要的控制信息组成首部 就构成了 一个分组 分组又称为 包 而分组的首部也可以称为 包头 主机是为用户进行信息处理的 而路由器则是用来转发分组的 即进 行分组交换的 优点 高效 灵活 迅速 可靠 缺点 造成时延 造成开销 特点 单个分组 这只是整个报文的一部分 传送到相邻的结点 储 存下来后查找转发表 转发到下一个结点 c 报文交换 特点 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 4 计算机网络的性能指标 a 速率 网络技术中的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 他也称为数据率或是比特率 速率的单位是 b s 比特是计算机中数据量的单位 也是信息论中使用的信息量的单位 b 带宽 1 指某个信号具有的频带宽度 2 在计算机网络中 带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力 因此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 c 时延 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 i 发送时延 是主机或路由器发送数据帧所需要的时间 也叫传输时延 发送时延 数据帧长度 b 发送速率 b s ii 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 iii 处理时延 iv 排队时延 排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量 注意 对于高速网路链路 我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的 传播速率 提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延 d 吞吐量 表示在单位时间内通过某个网络 或信道 接口 的数据量 5 计算机网络体系结构 得到广泛应用的不是法律上的国际标准 OSI 而是非国际标准 TCP IP 这样 TCP IP 精品文档 2欢迎下载 就被称为是事实上的国际标准 a 应用层 直接为用户的应用进程提供服务 协议包括 支持万维网应用的 HTTP 协 议 支持电子邮件的 SMTP 协议 支持文件传送的 FTP 协议等等 b 运输层 负责向两个主机中进程之间的通信提供服务 协议包括 传输控制协议 TCP Transmission Control Protocol 用户数据报协议 UDP User Datagram Protocol c 网络层 一 负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务 二 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的主机 协议包括 IP 协议 d 数据链路层 简称链路层 将网络层叫下来的 IP 数据报组装成帧 在两个相邻的 结点间的链路上 透明 的传送帧中的数据 e 物理层 透明的传送比特流 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 课后习题计算题 第二章 1 数学通信系统及基本术语 数据通信系统 a 源系统 发送端 发送方 包括源点 源站 信源 和发送器 典 型的发送器就是调制器 b 传输系统 传输网络 c 目的系统 接收端 接收方 包括接收器和终点 目的站 信宿 典型的接收器就是解调器 基本术语 通信的目的是传送消息 数据是运送消息的实体 信号则是数据的电气或 是电磁的表现 信号分为两大类 模拟信号或连续信号和数字信号或离散 信号 在使用时间域的波形表示数字信号时 则代表不同的离散数值的基 本波形就称为码元 2 信道 信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体 因此一条通信电路往往 饱含一条发送信道和一条接受信道 3 信道的分类 a 单向通信 又称为单工通信 b 双向交替通信 又称为半双工通信 c 双向同时通信 又称为全双工通信 注意 有时人们也常用 单工 这个名词表示 双向交替通信 来自信源的信号常 称为基带信号 4 传输媒体及典型应用 a 导向传输媒体 双绞线 同轴电缆 光缆 b 非导向传输媒体 无线电波 无线传输所使用的频段很广 短波通信主要是靠电离层的反射 但短波信道的通信质量较差 微波在空间主要是直线传播 由于地球不是平面 传播距离受影响 地面微波接力通信 传播距离受限 中继站 卫星通信 通信距离远 传播时延长 精品文档 3欢迎下载 5 信道复用技术 a 频分复用技术 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 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源 请注意 这里的 带宽 是频率带宽而不是数据的发送速率 b 时分复用技术 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧 TDM 帧 每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现 其周期就是 TDM 帧的长度 TDM 信号也称为等时 isochronous 信号 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度 6 双绞线 也称为双纽线 把两根相互绝缘的铜导线并排放在一起 然后用规则的方法 绞合起来就构成了双绞线 模拟传输和数字传输都可以使用双绞线 为了提高双绞线 的抗电磁干扰能力 可以在双绞线的外面再加上一层用金属丝编织成的屏蔽层 这就 是屏蔽双绞线 STP 课后计算题 62 2 06 第三章 1 链路 link 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 一条 链路只是一条通路的一个组成部分 2 数据链路层传送的是帧 3 数据链路 data link 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 现在最常用的方法 是使用适配器 即网卡 来实现这些协议的硬件和软件 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 4 数据链路层在进行通信时的主要步骤 封装成帧 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 透明传输 结点 A 把封装好的帧发送给结点 B 的数据链路层 差错控制 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 5 PPP 协议 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 6 PPP 协议应该满足的要求 简单 这是首要的要求 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 7 PPP 协议不需要满足的要求 纠错 流量控制 序号 多点线路 半双工或单工链路 8 Ppp 协议的三个组成部分 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法 一个用来建立 配置和测试数据链路连接的 链路控制协议 LCP Link control Protocol 一套网络控制协议 NCP Net Work Protocol 其中的每一个协议支持不同的网络层协议 9 PPP 协议信息字段的长度 1500 字节 10 CSMA CD 载波监听 多点接入 碰撞检测 11 为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准 802 委员会就将局域网的数据链路 层拆成两个子层 逻辑链路控制 LLC Logical Link Control 子层和媒体接入控制 MAC Medium Access Control 子层 精品文档 4欢迎下载 12 两者区别 与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC 子层 而 LLC 子层则与传输媒 体无关 不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的 13 MAC 地址 在局域网中 硬件地址又称为物理地址 或 MAC 地址 14 常用的以太网 MAC 帧格式有两种标准 DIX Ethernet V2 标准 最常用 IEEE 的 802 3 标准 15 扩展以太网技术 在物理层扩展 主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器 在数据链路层扩展 在数据链路层扩展局域网是使用网桥 16 局域网的拓扑 17 网桥 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 课后习题 32 题 P107 第四章 重点 1 网络层提供的两种服务 109 1 虚电路服务 虚电路表示这只是一条逻辑上的连接 分组都沿着这条逻辑连接按 照存储转发方式传送 而并不是真正建立了一条物理连接 2 数据报服务 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 协议 网际协议 IP 是 TCP IP 体系中两个最主要的协议之一 简介 3 与 IP 协议配套使用的还有四个协议 1 地址解析协议 ARP Address Resolution Protocol 2 逆地址解析协议 RARP Reverse Address Resolution Protocol 3 网际控制报文协议 ICMP Internet Control Message Protocol 4 网际组管理协议 IGMP Internet Group Management Protocol 精品文档 5欢迎下载 4 IP 网 111 使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网 5 IP 地址 113 115 IP 地址 net id 24 位 host id 24 位 net id 16 位 net id 8 位 IP 地地址址中中的的网网络络号号字字段段和和主主机机号号字字段段 0 A 类地址 host id 16 位 B 类地址 C 类地址011 host id 8 位 D 类地址 1110 多 播 地 址 E 类地址保 留 为 今 后 使 用1111 01 A 类 B 类和 C 类地址的网络号字段分别为 1 2 和 3 字节长 而在网络号字段的最前 面有 1 3 位的类别位 其数值分别规定为 0 10 110 A 类 B 类和 C 类地址的主机号字段分别为 3 个 2 个和 1 个字节长 D 类地址 前四位是 1110 用于多播 一对多通信 E 类地址 前四位是 1111 保留为以后使用 6 IP 数据报 122 一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成 首部的前一部分是固 定长度 共 20 字节 是所有 IP 数据报必须具有的 在首部的固定部分的后面是一 些可选字段 其长度是可变的 其完整格式如下 固 定 部 分 可变 部分 04816192431 版 本 标志 生 存 时 间协议 标识 区 分 服 务总长 度 片 偏移 填充 首部 检验和 源 地址 目 的地址 可选 字段 长度 可变 位 首部长度 数据部分 数据部分首 部 IP 数据报 首 部 7 IP 层分组转发算法 127 1 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D 得出目的网络地址为 N 2 若网络 N 与此路由器直接相连 则把数据报直接交付目的主机 D 否则是间接 交付 执行 3 3 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由 则把数据报传送给路由表中所指 精品文档 6欢迎下载 明的下一跳路由器 否则 执行 4 4 若路由表中有到达网络 N 的路由 则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由 器 否则 执行 5 5 若路由表中有一个默认路由 则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器 否则 执行 6 6 报告转发分组出错 8 划分子网的基本思路 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 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 3 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 划分后的 IP 地址 IP 地址 9 使用子网掩码的分组转发过程 131 1 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D 2 先用各网络的子网掩码和 D 逐位相 与 看是否和相应的网络地址匹配 若匹 配 则将分组直接交付 否则就是间接交付 执行 3 3 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由 则将 分组传送给指明的下一跳路 由器 否则 执行 4 4 对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐位相 与 若其结果与该行的目的网络 地址匹配 则将分组传送 给该行指明的下一跳路由器 否则 执行 5 5 若路由表中有一个默认路由 则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器 否 则 执行 6 6 报告转发分组出错 10 无分类编址 CIDR 的主要特点 1 CIDR 消除了传统的 A 类 B 类和 C 类地址以及划分子网的概念 因而可以更加有效 地分配 IPv4 的地址空间 2 CIDR 使用各种长度的 网络前缀 network prefix 来代替分类地址中的网络号和子 网号 3 IP 地址从三级编址 使用子网掩码 又回到了两级编址 4 CIDR 还使用 斜线记法 slash notation 它又称为 CIDR 记法 即在 IP 地址后 面加上一个斜线 然后写上网络前缀所占的位数 这个数值对应于三级编址中子 网掩码中 1 的个数 5 CIDR 把网络前缀相同的连续的 IP 地址组成 CIDR 地址块 11 无分类的两级编址的记法是 IP 地址 12 路由聚合 路由聚合也称为构成超网 supernetting 一个 CIDR 地址块可以表示很 多地址 这种地址的聚合常称为路由聚合 它使得路由表中的一个项目可以表示很多 个 例如上千个 原来传统分类地址的路由 13 因特网的路由选择协议 145 1 内部网关协议 IGP Interior Gateway Protocol 即在一个自治系统内部使用的路 由选择协议 目前这类路由选择协议使用得最多 如 RIP 和 OSPF 协议 2 外部网关协议 EGP External Gateway Protocol 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 精品文档 7欢迎下载 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 在外部网关协议中目 前使用最多的是 BGP 4 14 RIP 协议的三个要点 147 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 例如 每隔 30 秒 15 OSPF 的三个要点 152 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 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 16 BGP 156 了解即可 边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网络且 比较好的路由 不能兜圈子 而并非要寻找一条最佳路由 17 路由器的构成 160 18 虚拟专用网 VPN 171 1 本地地址 仅在机构内部使用的 IP 地址 可以由本机构自行分配 而不需要向 因特网的管理机构申请 2 全球地址 全球唯一的 IP 地址 必须向因特网的管理机构申请 练习题 P179 4 42 P177 4 26 P133 例题 4 2 4 3 P149 例题 4 5 第五章 1 运输层的功能 1 运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信 但网络层是为主机之间提供逻辑通信 2 运输层还要对收到的报文进行差错检测 3 运输层面向应用程序的不同需求 提供面向连接的 TCP 和无连接的 UDP 4 运输层向高层用户屏蔽了低层网络核心的细节 2 运输层端口 184 服务器端是使用的端口号 分为熟知端口号或系统端口号 和客 户端使用的端口号 3 用户数据报协议 UDP 1 功能 复用和分用 差错检测 2 特点 184 无连接的 尽最大努力交付 不保证可靠交付 面向报文 无拥塞控 制 支持一对一 一对多 多对一和多对多交互通信 首部只有 8 字节 开销小 4 传输控制协议 TCP 特点 精品文档 8欢迎下载 1 TCP 是面向连接的运输层协议 2 每一条 TCP 连接只能有两个端点 endpoint 每一条 TCP 连接只能是点对点的 一 对一 3 TCP 提供可靠交付的服务 无差错 不弃 不重复 按序到达 4 TCP 提供全双工通信 发送缓存和接收缓存 5 面向字节流 流 流入到进程或从进程流出的字节序列 5 停止等待协议 189 每发送完一个分组就停止发送 等待对方的确认 在收到确认 时再发送下一个分组 停止等待协议的优点是简单 但缺点是信道利用率太低 6 TCP 报文段的首部格式 193 7 滑动窗口的技术 197 可靠传输的实现 8 TCP 流量控制 203 流量控制往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信 量的控制 它所要做的就是抑制发送端发送数据的速率 以便使接收端来得及接收 利用滑动窗口实现流量控制 TCP 为每一个连接设有一个持续计时器 9 TCP 拥塞控制技术 4 种 207 212 慢开始 拥塞避免 快重传 快恢复 10 TCP 运输连接管理 215 217 1 主动发起连接建立的应用进程叫做客户 client 被动等待连接建立的应用进程叫做 服务器 server 2 用三次握手建立 TCP 连接 第六章 1 域名系统 224 是因特网使用的命名系统 2 FTP 文件传送协议 FTP File Transfer Protocol 提供交互式的访问 而简单文件 传送协议 TFTP 只支持文件传输 3 远程终端协议 TELNET 用户用 TELNET 就可在其所在地通过 TCP 连接登录到远地的 另一个主机上 TELNET 能将用户的击键传到远地主机 同时也能将远地主机的输出通 过 TCP 连接返回到用户屏幕 4 万维网 236 浏览器就是在用户计算机上的万维网客户程序 5 URL 统一资源定位符的一般形式 协议包括 ftp 文件传送协议 FTP http 超文本传送协议 HTTP News USENET 新闻 精品文档 9欢迎下载 6 HTTP 协议工作过程 239 具体说明 1 浏览器分析超链指向页面的 URL 2 浏览器向 DNS 请求解析 的 IP 地址 3 域名系统 DNS 解析出清华大学服务器的 IP 地址 4 浏览器与服务器建立 TCP 连接 5 浏览器发出取文件命令 GET chn yxsz index htm 6 服务器给出响应 把文件 index htm 发给浏览器 7 TCP 连接释放 8 浏览器显示 清华大学院系设置 文件 index htm 中的所有文本 7 浏览器及其组成 237 252 1 控制程序 管理客户程序和解释程序 2 解释程序 3 客户程序 8 简单邮件传送协议 SMTP 257 邮件读取协议 POP3 259 第七章 1 网络安全问题 284 1 计算机网络上的通信面临以下的四种威胁 2 截获 从网络上窃听他人的通信内容 3 中断 有意中断他人在网络上的通信 4 篡改 故意篡改网络上传送的报文 5 伪造 伪造信息在网络上传送 2 安全性威胁类别 1 被动攻击 截获信息的攻击称为被动攻击 2 主动攻击 中断 纂改和伪造信息的攻击 3 密码机制 287 288 4 数字签名 289 数字签名必须保证以下三点 1 报文鉴别 接收者能够核实发送者对报文的签名 其他人无法伪造对报文的签名 2 报文的完整性 接收者确信所收到的数据和发送者发送的完全一样而没有被纂改 过 精品文档 10欢迎下载 3 不可否认 发送者事后不能抵赖对报文的签名 5 鉴别 291 验证通信的对方的确是自己所要通信的对象 而不是其他的冒充者 在 信息的安全领域中 对付被动攻击的重要措施是加密 而对付主动攻击中的篡改和伪 造则要用鉴别 authentication 6 防火墙 303 防火墙是由软件 硬件构成的系统 是一种特殊编程的路由器 用来 在两个网络之间实施访问控制策略 访问控制策略是由使用防火墙的单位自行制订的 为的是可以最适合本单位的需要 7 防火墙的功能有两个 阻止和允许 1 阻止 就是阻止某种类型的通信量通过防火墙 从外部网络到内部网络 或反过 来 2 允许 的功能与 阻止 恰好相反 名词解释 1 www 万维网 万维网是一个大规模的联机式的信息储藏所 是分布式超媒体 hypermedia 系统 它是超文本 hypertext 系统的扩充 2 超文本 用超链接