网络原理知识点总结

第一章：

计算机网络系统由资源子网和通信子网组成。

计算机网络系统主要由网络通信系统、操作系统和应用系统构成

互联网基础结构发展的三个阶段：

第一阶段：从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。

第二阶段：建成了三级结构的互联网。即主干网、地区网和校园网（或企业网）

第三阶段：逐渐形成了多层次 ISP 结构的互联网。

从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：

(1) 边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）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（提供连通性和交换）。

端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：

客户-服务器方式（Client/Server）

对等方式（P2P 方式）即 Peer-to-Peer 方式

电路交换必定是面向连接的。

电路交换分为三个阶段：建立连接、通信、释放连接

电路交换缺点：1.计算机数据具有突发性。2.这导致在传送计算机数据时，通信线路的利用率很低

分组交换则采用存储转发技术。

分组交换特点，及其所采用的手段：

高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用

灵活：为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。

迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组

可靠：保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。

分组交换产生的问题：

分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。

分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

计算机网络的性能一般是指它的几个重要的性能指标，主要包括：速率、带宽、吞吐率、时延、时延带宽积、往返时间 RTT、利用率

实体 (entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

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，还需要使用下层所提供的服务。

协议的实现保证了能够向上一层提供服务。

本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。即下面的协议对上面的服务用户是透明的。

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。

同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP

第二章：

四个特性：机械，电气，功能，过程

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。但也可反过来定义。（高变低为1，低变高为0）

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。（位开始边界连续为1）

香农用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率（香农公式）。

信道的极限信息传输速率 C 可表达为：C = W log2(1+S/N) (bit/s)

其中：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。

从概念上说，限制码元在信道上传输速率的因素有以下两个：（1）信道能够通过的频率范围：在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接受端对码元的判决（识别）成为不可能。（2）信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比。

香农公式表明：

1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。 2只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。 3若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。4实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。

用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。

信道复用技术：“复用"是一种将若干个彼此独立的信号，合并为一个可在同一信道上同时传输的复合信号的方法

信道复用技术主要有：频分复用、时分复用、统计时分复用、波分复用、码分复用。

频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源

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）。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。时分复用更有利于数字信号的传输

时分复用可能会造成线路资源的浪费：使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。

波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。

S乘T 若为1，发送1；若为0，不发送；若为-1，发送0

第三章：

数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：点对点信道。这种信道使用一对一的点对点通信方式。广播信道。这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。

三个基本问题是：1. 封装成帧2. 透明传输3. 差错检错。

封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定帧的界限。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

控制字符 SOH (Start Of Header) 放在一帧的最前面，表示帧的首部开始。另一个控制字符 EOT (End Of Transmission) 表示帧的结束。

解决透明传输问题: 字节填充或字符填充:

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)。

差错检错：循环冗余检验 CRC：在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。假设待传送的一组数据 M = 101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送。用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0。得到的 (k + n) 位的数除以事先选定好的长度为 (n + 1) 位的除数 P，得出商是 Q 而余数是 R，余数 R 比除数 P 少 1 位，即 R 是 n 位。将余数 R 作为冗余码拼接在数据 M 后面发送出去。

在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列 FCS

PPP 协议有三个组成部分：（1）一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。(2) 链路控制协议 LCP (3) 网络控制协议 NCP

PPP 协议应该满足的需求：

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。

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

字符填充：将信息字段中出现的每一个 0x7E 字节转变成为 2 字节序列 (0x7D, 0x5E)。

若信息字段中出现一个 0x7D 的字节, 则将其转变成为 2 字节序列 (0x7D, 0x5D)。

若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变

零比特填充：5个连续的1后添加0

总线：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据

CSMA/CD 含义：载波监听多点接入 / 碰撞检测

要点：“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

为了通信的简便，以太网采取了两种重要的措施：(1) 采用较为灵活的无连接的工作方式(2) 以太网发送的数据都使用曼彻斯特 (Manchester) 编码

使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）。

第四章：

网络协议，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

网络提供数据报服务，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。

IP 地址与硬件地址是不同的地址。从层次的角度看，硬件地址（或物理地址）是数据链路层和物理层使用的地址。IP 地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。IP 地址放在 IP 数据报的首部，而硬件地址则放在 MAC 帧的首部。

ICMP 报文的种类有两种，即 ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文。ICMP 报文的前 4 个字节是统一的格式，共有三个字段：即类型、代码和检验和。接着的 4 个字节的内容与 ICMP 的类型有关。

ICMP 差错报告报文共有 4 种终点不可达、时间超过、参数问题、改变路由（重定向）

RIP 协议的三个特点：(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，例如，每隔 30 秒。当网络拓扑发生变化时，路由器也及时向相邻路由器通告拓扑变化后的路由信息。

OSPF特点：

“开放”表明 OSPF 协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的；“最短路径优先”是因为使用了 Dijkstra 提出的最短路径算法 SPF；采用分布式的链路状态协议。

ospf三个要点：

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。

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。

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。

OSPF五个分组类型：

类型1，问候 (Hello) 分组。2，数据库描述 (Database Description) 分组。3，链路状态请求 (Link State Request) 分组。4，链路状态更新 (Link State Update) 分组，用洪泛法对全网更新链路状态。5，链路状态确认 (Link State Acknowledgment)分组。

路由器分组转发算法：

(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。

在划分子网情况下路由器转发分组的算法：

(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，将子网掩码和 D 逐位相“与”。若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。

首部检验和——占16 位，只检验数据报的首部，不检验数据部分。

IP 数据报首部检验和的计算采用 16 位二进制反码求和算法

片偏移以8个字节（64位）为偏移单位，即每个分片的长度为8字节（64位）的整数倍

最大网络数：2^7-2 2^14-1 2^21-1

最大主机数：2^24-2 2^16-2 2^8-2

第五章：

IP的主要功能包括无连接数据传送、差错处理和路由选择。

每一条 TCP 连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定。套接字 socket = (IP地址 : 端口号)

采用三报文握手主要是为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了，因而产生错误。

TCP 连接建立过程中要解决的三个问题

(1) 要使每一方能够确知对方的存在。

(2) 要允许双方协商一些参数（如最大窗口值、是否使用窗口扩大选项和时间戳选项以及服务质量等）。

(3) 能够对运输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配。

TCP 最主要的特点：

TCP 是面向连接的运输层协议；

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）。

TCP 提供可靠交付的服务；TCP 提供全双工通信。

面向字节流，TCP 中的“流”(stream)指的是流入或流出进程的字节序列。

UDP主要特点：

(1) UDP 是无连接的，发送数据之前不需要建立连接，，因此减少了开销和发送数据之前的时延。(2) UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表。(3) UDP 是面向报文的。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。UDP 一次交付一个完整的报文。(4) UDP 没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。很适合多媒体通信的要求。 (5) UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。(6) UDP 的首部开销小，只有 8 个字节，比 TCP 的 20 个字节的首部要短。

IP 地址的一些重要特点

(1) IP 地址是一种分等级的地址结构。(2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。(4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，无论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。

IPv6所引进的主要变化如下：

更大的地址空间。IPv6 将地址从 IPv4 的 32 位增大到了 128 位。

扩展的地址层次结构。

灵活的首部格式。 IPv6 定义了许多可选的扩展首部。

改进的选项。 IPv6 允许数据报包含有选项的控制信息，其选项放在有效载荷中。

端口的分类 :服务器端使用的端口号：熟知端口号或系统端口号0-1023；登记端口号1024-49151

2.客户端使用的端口号：49152-65526

FTP21 TELNET23 SMTP25 DNS53 TFTP69 HTTP80 SNMP161 HTTPS443

流量控制就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞。 利用滑动窗口实现流量控制

在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏。这种现象称为拥塞

判断网络拥塞的依据就是出现了超时

拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中，使网络中的路由器或链路不致过载。

拥塞控制所要做的都有一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。

拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。

流量控制往往指点对点通信量的控制，是个端到端的问题（接收端控制发送端）。

流量控制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。

拥塞控制四种算法：慢开始，拥塞避免，快重传。快恢复。

对比的方面	虚电路服务	数据报服务
思路	可靠通信应当由网络来保证	可靠通信应当由用户主机来保证
连接的建立	必须有	不需要
终点地址	仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号	每个分组都有终点的完整地址
分组的转发	属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发	每个分组独立选择路由进行转发
当结点出故障时	所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作	出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化
分组的顺序	总是按发送顺序到达终点	到达终点时不一定按发送顺序
端到端的差错处理和流量控制	可以由网络负责，也可以由用户主机负责	由用户主机负责

1.ARP协议的功能是将主机的IP地址解析为相应的物理地址。

当主机1要向主机2发送数据之前，必须解析出主机2的物理地址，解析过程如下：主机1发送一个广播帧（带有ARP报文）到以太网，该ARP报文大致意思是：“我的IP地址是172.16.22.167，谁的IP地址为172.16.22.11？请告诉我你的物理地址。”这个广播帧会传到以太网上的所有机器，每个机器在收到该广播帧后，都会去查看自己的IP地址。但是只有IP地址为172.16.22.11的主机2会返回给主机1一个ARP响应报文，其中包含了主机2的物理地址（设为E2）。这样主机1就知道了IP地址为172.16.22.11的主机所对应的物理地址为E2，随后就可以向主机2发送数据。

2.TCP/IP参考模型分为4层，从下向上依次为网络接口层，网络互连层，传输层和应用层。各层功能如下：

网络接口层的功能是负责接收从IP层交来的IP数据报并将IP数据报通过底层物理网络发送出去，或者从底层物理网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。

网络互连层主要功能是负责相邻结点之间的数据传输。

传输层的主要功能是在源结点和目的结点的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据通信。

应用层的主要功能是负责提供应用程序所需的高层协议。

3．叙述IEEE802.3以太网采用的介质访问控制协议的工作原理。（4分）

CSMA/CD协议的工作原理是：（1）某站点想发送数据时，必须首先侦听信道。（2）如果信道空闲，立即发送数据并进行冲突检测；（3）如果信道忙，继续侦听信道，直到信道变为空闲后才继续发送数据，并进行冲突检测。（4）如果站点在发送数据过程中检测到冲突，它将立即停止发送数据并等待一个随机长的时间，重复上述过程。

4．请解释ICMP与IP的关系。（4分）

ICMP即Internet控制报文协议，它是IP的一部分，在每个IP软件模块中都包含了ICMP的实现。当IP报文传输出错时，路由器就向发送报文的源主机发送ICMP报文报告出错情况。ICMP报文使用IP报文来传输差错及控制报文，因此ICMP报文也可能丢失。ICMP报文的最终接收方是目的端主机上的IP模块。

5. tracert命令的主要功能是，进行路由跟踪，用于确定IP数据包访问目标所采取的路径，显示数据报经过的网关及到达的时间。

6. 为什么要对计算机网络进行分层

网络体系分层是将总体要实现的很多功能分配在不同的层次中，每个层次要完成的服务及服务要实现的过程都有明确的规定；不同机器的实体分成相同的层次；不同系统的同等层具有相同的功能；高层使用低层的服务时，并不需要知道低层服务的具体实现方法，将网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。

7. 存储转发：答：在存储转发交换方式下，当帧从端口进入交换器时，首先把接收到的整个帧暂存在该端口的高速缓存中。此后，交换器根据缓冲器中倾价目的地址查端口-地址表，获得输出端口号，随即把帧转发到输出端口，经输出端口高速缓存后输出到目的站上。

8. 光纤优点：

(1) 通信容量非常大。(2) 抗雷电和电磁干扰性能好。(3) 无串音干扰，保密性好。(4) 体积小，重量轻。(5) 传输损耗小，中继距离长

9数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？

答：帧定界是分组交换的必然要求透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆差错检测防止合差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源

10.10BASE-T中的“10”表示信号在电缆上的传输速率为10MB/s，“BASE”表示电缆上的信号是基带信号，“T”代表双绞线星形网，但10BASE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m

11. 对于10mb/s的以太网，以太网把争用期定为51.2微秒；对于100mb/s的以太网，以太网把争用期定为5.12微秒

12. IGP和EGP这两类协议的主要区别是什么？

IGP：在自治系统内部使用的路由协议；力求最佳路由

EGP：在不同自治系统便捷使用的路由协议；力求较好路由（不兜圈子）

EGP必须考虑其他方面的政策，需要多条路由。代价费用方面可能可达性更重要。

IGP：内部网关协议，只关心本自治系统内如何传送数据报，与互联网中其他自治系统使用什么协议无关。

EGP：外部网关协议，在不同的AS边界传递路由信息的协议，不关心AS内部使用何种协议。

13. IGMP协议的要点是什么？隧道技术是怎样使用的？

IGMP可分为两个阶段：第一阶段：当某个主机加入新的多播组时，该主机应向多播组的多播地址发送IGMP 报文，声明自己要成为该组的成员。本地的多播路由器收到 IGMP 报文后，将组成员关系转发给因特网上的其他多播路由器。第二阶段：因为组成员关系是动态的，因此本地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还继续是组的成员。只要对某个组有一个主机响应，那么多播路由器就认为这个组是活跃的。但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他的多播路由器。隧道技术：多播数据报被封装到一个单播IP数据报中，可穿越不支持多播的网络，到达另一个支持多播的网络。

14.TCP/IP的核心思想（理念）是什么？

答：TCP/IP的核心思想就是“网络互联”，将使用不同低层协议的异构网络，在传输层、网络层建立一个统一的虚拟逻辑网络，以此来屏蔽所有物理网络的硬件差异，从而实现网络的互联

15.网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？

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。

16、虚电话服务是通信子网向____端系统____提供的网络服务。

17、数据报服务一般仅由____数据报交换网____提供。

18.简述调制解调器的主要功能。

（1）信号转换（2）确保信源和信宿两端同步

（3）提高数据在传输过程中的抗干扰能力（4）实现信道的多路复用

19. 简答分组交换的特点和不足。优点：

（1）节点暂时存储的是一个个分组，而不是整个数据文件