计算机网络 课程复习大纲

文章目录

一、计算机网络概论

1. 计算机网络的分类

按覆盖范围分：

  • 个人区域网（PAN）

  • 局域网（LAN）

  • 城域网（MAN）

  • 广域网（WAN）

按使用者分：

  • 公用网
  • 专用网

按拓扑结构分：

  • 总线型
  • 星形
  • 环形
  • 树形
  • 网状
  • 混合型

2. 计算机网络的性能指标

P21

  1. 速率（单位：b/s）
  2. 时延（单位：s）

发送时延（传输时延）

传播时延

3. 网络体系结构

理解网络体系结构、网络协议、服务、接口的定义

OSI 七层模型

TCP/TP 四层模型

五个层次的名称、主要功能P31；各层数据单元的名称:比特、帧、数据报、报文段

描述在OSI参考模型（或TCP/IP模型）中两个应用进程通过广域网路由器（或交换机）传输数据时数据流的封装和传递过程

OSI 参考模型的数据传递过程

OSI 环境中的数据封装过程

二、数据通信基础

❀ 波特率与比特率二者之间的关系？

波特率是指单位时间内通过信道传输的码元数

比特率是指单位时间内通过信道传输的比特数

1. 信道的最大数据传输速率与信道带宽

奈奎斯特定理
R b = 2 H ∗ l o g 2 V R_b = 2H * log_2 VRb​=2H∗log2​V
香农定理
R b = H ∗ l o g 2 ( 1 + S / N ) R_b = H * log_2(1 + S/N)Rb​=H∗log2​(1+S/N)

2. 信道复用

信道复用的定义：为了提高通信线路的利用效率，降低通信成本，在一条物理线路上同时传输多路信息

信道复用分类，明白原理：

  • 频分多路复用
  • 时分多路复用
  • 波分多路复用
  • 码分多路复用

三、数据链路层

广域网

重点：

  • 比特填充帧定界法
  • 基本的差错检测方法——CRC校验

1. 比特填充帧定界法

用一组比特作为帧的起始和结束，如01111110

利用“0比特插入法”来解决数据传输透明性的问题：

发送方在发送信息数据时，在连续的5个1后插入1个0；

接收方在接收到连续的5个1后若跟1个0时，删除0。

2. 循环冗余校验码（CRC）

数据链路层应用最普遍最有效的检错码

已知：被传输数据块DATA,包含有k位；P是发送方和接受方均已知的除数,它的第一位和最后一位必须是1，共n+1位

计算 DATA 的 CRC 码：

  1. 将DATA乘以2的n次幂,即将DATA左移n位添零得到DATA0(除数P是n+1位)；

  2. 用DATA0除以P，采用模二运算，得到的n位余数R就是DATA的CRC码

检验差错：

  1. 收到DATAT' = DATA0' + R'
  2. 如果DATAT'采用模二运算仍然能够被P整除,则认为没有发生传输差错

CRC 的考查方式

已知：被传输数据块DATA,除数P或生成多项式G(X)

  1. 求CRC校验码
  2. 求最终被传送的数据
  3. 检验差错：给出了接收方收到的数据，判断该数据是否出错

例：P109 3-07

局域网

3. CSMA/CD

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听、多路访问、冲突检测协议），是以太网解决介质共享问题的核心技术。

载波侦听（Carrier Sense），意思是网络上各个工作站在发送数据前，都要确认总线上有没有数据传输。若有数据传输（称总线为忙），则不发送数据；若无数据传输（称总线为空），立即发送准备好的数据。

多路访问（Multiple Access），意思是网络上所有工作站收发数据，共同使用同一条总线，且发送数据是广播式。

冲突检测，是指发送结点在发出信息帧的同时，还必须监听媒体，判断是否发生冲突（同一时刻，有无其他结点也在发送信息帧）。

工作原理

  1. 某站点想要发送数据，它必须首先侦听信道；

  2. 如果信道空闲，立即发送数据；如果信道忙，则继续侦听信道，直到信道变为空闲，立即发送数据；

  3. 站点在发送过程中继续检测信道，若一直未检测到碰撞，则把该数据成功发送完毕；如果检测到冲突，立即停止发送数据，发送干扰信号，然后执行指数退避算法，等待一随机长的时间，重新侦听信道，返回第2步。

4. 冲突窗口

概念：在一个局域网中，A、B两结点是距离最远的两点，相距D，信号传播速度V，A在发送数据后最多在W时间后可以检测出所有可能的冲突：W = 2D / V，W被称为冲突窗口。

5. Ethernet帧格式、最小帧长度计算

以太网的最小帧长度问题：要求以太网帧至少需要冲突窗口时间才能传完，保证冲突信号返回时，传送仍在继续。

例：P110 3-20

6. 地址解析协议（ARP）

地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。

主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的，局域网络上的主机可以自主发送ARP应答消息，其他主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存；由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文，使其发送的信息无法到达预期的主机或到达错误的主机，这就构成了一个ARP欺骗。ARP命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址的对应关系、添加或删除静态对应关系等。

  • ARP 协议的作用

  • ARP 协议的运行机制：广播与单播

  • ARP 协议常用的命令

# 用于查看缓存中的所有项目
arp -a

# 如果有多个网卡，那么使用arp -a加上接口的IP地址，
# 就可以只显示与该接口相关的ARP缓存项目。
arp -a ip

# 向ARP缓存中人工输入一个静态项目
# 该项目在计算机引导过程中将保持有效状态，
# 或者在出现错误时，人工配置的物理地址将自动更新该项目。
arp -s ip 物理地址

# 使用该命令能够人工删除一个静态项目
arp -d ip

7. 交换机

  • 交换机表的生成
  • 交换机转发数据的工作原理
  • STP 协议的作用

交换机表的生成与维护

A -> F : 智能 A -> B : 减小冲突域 A -> G : 广播

A 广播 : 不能减小广播域

四、网络层

  • IP 地址: 分类、特殊地址、子网划分、VLSM、CIDR、路由汇总、NAT
  • IP 报文格式
  • 路由表的构成与查找
  • 静态路由与默认路由
  • 路由选择算法：距离矢量、链路状态
  • 路由选择协议：RIP和OSPF
  • ICMP 协议

1. IP 协议

  1. IP协议提供无连接、不可靠的数据传输服务。

  2. IP数据报格式(下页)、 IP数据报的分片与重组

  3. IP地址：根据主机IP地址和子网掩码计算所在子网地址，根据用户实际需要划分子网（多做练习）

  1. 路由器查找路由表的方法：最长前缀匹配
  2. NAT 网络地址转换的功能
  3. ICMP 的主要功能及应用

五、传输层

  • 什么是差错控制、流量控制、拥塞控制？
  • TCP/IP众所周知的端口号
  • TCP协议的服务特性、报文段格式、三次握手
  • TCP的拥塞控制策略：慢启动、拥塞避免、 快速重传、快速恢复

1. "慢启动、拥塞避免"算法

  1. 慢启动：TCP刚建立连接时将拥塞窗口变量cwnd设置为1个报文大小,然后以指数方式放大cwnd,直到大于等于ssthresh(初始为最大拥塞窗口一半),进入拥塞避免阶段

  2. 进入拥塞避免阶段后,TCP采用线性增加方式放大cwnd

  3. 无论是慢启动阶段还是拥塞避免阶段,如果发生重传定时器超时的现象,就必须回到慢启动阶段, cwnd设置为1个报文大小, ssthresh设置为上一次拥塞窗口值cwnd的一半

六、应用层

  • DNS服务的主要功能、域名系统的命名层次；常用域名的含义；
  • 文件传输协议FTP、简单邮件传输协议SMTP、 超文本传输协议HTTP的主要功能
  • 电子邮件地址的含义；MIME的作用；

1. 细节

  • 常见网络应用的端口号P207
  • TCP/IP参考模型的划分；各个层次的功能；各层数据单元的名称；
  • 网络设备连接线缆类型选取
  • TCP的序列号与确认号 的含义 P245 5-23
  • TCP的拥塞控制与流量控制
  • IP地址的计算
  • DNS服务的查询过程

七、试题安排

1. 题型

单项选择题（10分）、判断题（10分） 、
计算题（15分） 、问答题（65分）

2. 分值安排

共100分，实验约占20分左右

3. 计算题

  1. 奈奎斯特定理和香农定理的计算；

奈奎斯特定理：Rb = 2H * log2 V （bps）

香农定理：Rb = H * log2 (1 + S/N)（bps）

  1. 已知要传送的数据和生成多项式， 求CRC校验码

已知：被传输数据块DATA,除数P或生成多
项式G(X)

  1. 求CRC校验码

  2. 求最终被传送的数据

  3. 检验差错：给出了接收方收到的数据，判
    断该数据是否出错。

例：P109 3-07

  1. CSMA/CD 协议中最短帧长的计算P110 3-20

  2. 发送时延和传播时延的计算: P22, P39 1-17

  3. 数据的传输效率的计算。 P39 1-19

  4. 已知IP地址和子网掩码，判断两个IP地址是否在同一个网络内

举例：

已知主机1的IP地址为146.26.27.71;

主机2的IP地址为146.26.27.170;

子网掩码均为255.255.255.192;

判断：主机1和主机2是不是在同一个子网上？

4. 问答题

  1. TCP/IP 或 OSI 参考模型传递数据的过程，会根据具体网络应用分析数据流的走向、封装过程 P33 图 1-19

注意：层次的名称顺序、数据流向、封装与解封装

  1. 多路复用技术作用、分类、理解各类实现的原理 P53

  2. CSMA/CD 协议的作用、工作原理、实现技术；

  3. 能够根据题目要求，根据用户需求划分多个子网，且每个子网能容纳足够多的主机，会求子网的网络地址、子网掩码、子网内可用IP地址、广播地址；

举例：把192.168.25.0 分成4个子网，计算子网掩码、网络标识和有效的主机地址范围、广播地址

  1. 路由表的查找 （下一页）、特定主机路由、默认路由

  2. RIP 路由协议的工作原理 P199 4-41

  3. 交换机的数据转发处理机制 P111 3-33

  4. 理解TCP的“慢启动、拥塞避免”拥塞控制策略，会计算拥塞窗口cwnd的大小 P246 5-38

  5. 理解下列协议或服务的作用：

协议名作用
ARP（地址解析协议）根据IP地址获取物理地址
DHCP（动态主机配置协议）用于内部网或网络服务供应商自动分配IP地址；给用户用于内部网管理员作为对所有计算机作中央管理的手段。
STP（生成树协议）防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作。
DNS（域名系统）将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库
NAT（网络地址转换协议）将本地地址转换成全球IP地址（公网IP）
HTTP（超文本传输协议）一个简单的请求-响应协议。
SMTP（简单邮件传输协议）一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议，端口25。
OSPF（开放式最短路径优先）一种典型的链路状态（Link-state）的路由协议，一般用于同一个路由域内。
RIP（路由信息协议）基于距离矢量算法的路由协议，利用跳数来作为计量标准。

5. 练习

设某路由器建立了如下路由表：

目的网络子网掩码下一跳
202.32.75.0255.255.255.128f0/0
202.32.75.128255.255.255.128s2/0
118.96.40.0255.255.255.128f0/2
198.4.153.0255.255.255.192s3/0
0.0.0.0(默认)0.0.0.0f0/0

现收到四个分组，其目的地址分别为：

①202.32.75.160

②198.4.153.17

③198.4.153.90

④201.35.64.3

试分别计算出下一跳

6. 实验

Ethereal实验

能够根据截图进行数据分析：

如源IP、目的IP、源端口、目的端口、IP 报文段格式、 TCP报文段的格式、TCP三次握手的确定

重点：TCP实验、IP实验，熟悉TCP、IP字段的含义

Packet Tracer 实验

重点： ARP实验、STP实验

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