计网总结笔记
概述
互联网的 2 个重要基本特点：连通性，资源共享
从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：
•边缘部分： 由所有连接在互联网上的主机组成，由用户直接使用，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
网络边缘部分端系统之间的两种通信（工作）方式
•客户/服务器方式C/S：所描述的是进程之间服务和被服务的关系。通信可以是双向的。
•对等方式P2P：两台主机在通信时不区分服务请求方和服务提供方，从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。
•核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供服务（提供连通性和交换）
向网络边缘中的主机提供连通性，使任何一台主机都能够向其他主机通信。
互联网核心的工作方式有两种：一种是路由器转发分组，一种是路由器之间不断的交换路由信息。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器，路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组。
分组转发是网络核心部分最重要的功能。
典型交换技术包括：
电路交换:
1）建立连接：建立一条专用的物理通路（占用通信资源）
2）通话：主叫和被叫双方互相通电话（一直占用通信资源）
3）释放连接：释放刚才使用的专用的物理通路（归还通信资源）
报文交换
分组交换:采用存储转发技术
数据段前面添加首部就构成了分组，分组交换以“分组”作为数据传输单元，接收端收到分组后剥去首部，还原成原来的报文
问：请画出电路交换、报文交换和分组交换的过程图，并比较三种交换方式的各自特点（6分）
答：
（3分)
电路交换特点：实时性强，时延小，交换设备成本较低。但同时也带来线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等缺点。
报文交换特点：中继电路利用率高，可以多个用户同时在一条线路上传送，可实现不同速率、不同规程的终端间互通。此外，以报文为单位进行存储转发，网络传输时延大，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户。
分组交换特点：兼有电路交换和报文交换的优点，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。（3分）
三种体系结构
协议 vs 服务
协议
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或规定称为网络协议，简称协议。
协议是控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合。
三要素
<1>语法：数据与控制信息的结构或格式
<2>语义：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：事情实现顺序的详细说明
服务
服务是指下层为紧相邻的上层提供的功能调用，也就是垂直的。
对等实体在协议的控制下，使得本层能为上一层提供服务，但要实现本层协议还需要使用下一层所提供的服务。
区别：
协议是控制对等实体之间通信的规则，是水平的。
服务是下层通过层间接口向上层提供的功能，是垂直的。
关系：
协议的实现保证了能够向上一层提供服务，要实现本层协议还需使用下层提供的服务。
单位进制
三网融合：电信网 、 有线电视网 和计算机网络
时延组成：1.发送时延2.传播时延3.处理时延4.排队时延
物理和数据链路层
物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，包括机械特性、电气特性、功能特性、服务特性。
数据链路层三个基本问题是 封装成帧 、 透明传输 、 差错检测
数据通信系统可以划分为三大部分，源系统、 传输系统 、和目的系统
四种编码方式：归零编码、不归零编码、曼切斯特编码（向下为1）、差分曼切斯特编码
常用的信道复用技术有频分复用、时分复用、波分复用和 码分复用
常用的导引型传输媒体有双绞线、同轴电缆 、光纤和电力线
数据链路层点对对信道和广播信道最常用的协议是：PPP点对点协议和CMSA/CD载波监听多址接入/碰撞检测协议
•CMSA/CD载波监听多址接入/碰撞检测协议（半双工通信）
争用期时间是512比特(对应最小帧长64字节)时间，帧间最小间隔为96比特时间，干扰信号长48比特，512比特即51.2微秒，因此总线长度不能超过5120m，考虑其他因素，规定总长不超过2500m
以太网的最小帧长度为64字节，帧中的数据域的最小长度为46字节，最长长度为1500字节。这些数值是根据以太网的标准规定的，包括帧头、数据域、帧尾等各个部分
最短帧长=RTT\times2\times数据传输速率
在一个采用CSMA/CD协议的网络中，传输介质是一根完整的电缆，传输速率为1Gb/s，电缆中的信号传播速度是200000km/s。若最短帧长度减小800比特，则最远的两个站点之间的距离至少需要增加或减少多少米距离？（8分）
解： l=\frac{d}{2\times10^8m/s}\times2\times10^9bit/s
解得：d =\frac{l}{10}
最远的两个站点之间的距离至少需要减少80米距离
回退n帧回退的是一个争用期*r（随机数）
问：简述CSMA/CD协议原理（9分）
答：“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。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。
适配器/网卡的功能
1.进行串行并行转换
2.对数据进行缓存
3.在计算机的操作系统安装设备驱动程序
4.实现以太网协议
半双工方式工作的吉比特以太网增加了 2个功能：
1.载波延伸
2.分组突发
不同设备的层次
| 设备 | 层次 | 作用 |
|---|---|---|
| 中继器/转发器 | 物理层 | 对接受信号进行再次和发送，只起到扩展传输距离用，对高层协议是透明的，但使用个数有限 |
| 集线器 | 物理层 | 多端口中继器 |
| 网桥 | 数据链路层 | 根据帧物理地址进行网络间信息转发，可缓解网络通信繁忙度，提高效率，只能够连接相同MAC层的网络 |
| 交换机 | 数据链路层 | 多端口网桥 |
| 路由器 | 网络层 | 通过逻辑地址进行网络间的信息转发，可完成异构网络之间的互联互通，只能连接使用相同网络层协议的子网。 |
| 网关 | 运输层及以上 | 最复杂的网络互联设备，用于连接网络层上执行不同协议的子网 |
以太网交换机
以太网交换机有何特点?用它怎样组成虚拟局域网? （6分）
答：特点是以太网交换机实质就是一个多端口的的网桥，它工作在数据链路层上。每一 个端口都直接与一个主机或一个集线器相连，并且是全双工工作。它能同时连通多对端口， 使每一对通信能进行无碰撞地传输数据。在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽。 （3分）
以太网交换机支持存储转发方式，而有些交换机还支持直通方式。但要应当注意的是: 用以太网交换机互连的网络只是隔离了网段(减少了冲突域)，但同一台交换机的各个网段仍 属于同一个广播域。因此，在需要时，应采用具 VLAN 能力的交换机划分虚拟网，以减少广 播域(802.1q 协议)。（3分）
简述交换机的工作原理（9分）
丢弃：当本端口下的主机访问已知本端口下的主机时丢弃。 （2分）
转发：当某端口下的主机访问已知某端口下的主机时转发。（2分）
扩散：当某端口下的主机访问未知端口下的主机时要扩散。（2分）
广播：当某端口下的主机要将信息发给所有端口下的主机时要广播。（1分）
源地址学习：每个操作都要记录下发送端的MAC地址，以备其它主机的访问。因为转发表中的 MAC 地址是根据源 MAC 地址写入的，但在进行转发时是将此 MAC 地址当作目的地址。（2分）
问：为什么交换机只能隔离冲突域，不能隔离广播域；而集线器既不能隔离冲突域，也不能隔离广播域？（6分）
答：因为交换机在同一端口下的网络内部主机通信的数据不会转发到另一端口下，也就是它的过滤功能，这样隔离了冲突域，但它要转发广播帧，所以不能隔离广播域 3分
集线器位于物理层只能全网转发数据，无法隔离冲突域和广播域 3分
网络层
请简述ARP协议的实现过程（4分）
答：ARP是将IP地址解析为以太网MAC地址的协议。（1分）
(1) 主机A在ARP表中找不到主机B对应的MAC地址，则缓存该数据报文，然后以广播方式发送一个ARP请求报文。ARP请求报文中的发送端IP地址和发送端MAC地址为主机A的IP地址和MAC地址，目标IP地址和目标MAC地址为主机B的IP地址和全0的MAC地址。由于ARP请求报文以广播方式发送，该网段上的所有主机都可以接收到该请求，但只有被请求的主机（即主机B）会对该请求进行处理。（1分）
(2)主机B比较自己的IP地址和ARP请求报文中的目标IP地址，当两者相同时进行如下处理：将ARP请求报文中的发送端（即主机A）的IP地址和MAC地址存入自己的ARP表中。之后以单播方式发送ARP响应报文给主机A，其中包含了自己的MAC地址。（1分）
(3) 主机A收到ARP响应报文后，将主机B的MAC地址加入到自己的ARP表中以用于后续报文的转发，同时将IP数据包进行封装后发送出去。（1分）
运输层
TCP和UDP的区别
TCP的特点
1）面向连接
2）点对点
3）可靠有序，不重不丢
4）全双工通信
5）面向字节流
使用TCP的协议：HTTP（超文本传输协议）HTTPS（安全超文本传输协议）FTP（文件传输协议）SMTP（简单邮件传输协议）
UDP的特点
1）无连接
2）不保证可靠交付
3）面向报文
4）无拥塞控制
5）UDP首部开销小
使用UDP的协议：DNS（域名系统）DHCP（动态主机配置协议）TFTP（简单文件传输协议）
应用层
简述电子邮件系统的组成（4分）
答：用户代理：用户与电子邮件系统的接口。又被称为电子邮件客户端软件（1分），
邮件服务器：发送和接收邮件，同时还要向发信人报告邮件传送的情况（1分），
邮件发送协议：用于在用户代理向邮件服务器 或 邮件服务器之间发送邮件（1分），
读取协议：用于用户代理从邮件服务器读取邮件（1分)
问：什么是动态万维网文档？请图示一个万维网客户端与支持动态万维网文档的万维网服务 器之间的交互过程。（6分）
答：所谓动态万维网文档，是指文档的内容是在浏览器访问万维网服务器时才由应用程序动态创建。（*2分）
问：DNS查询有递归和迭代两种，请用图示法简述这2种解析过程（6分）
答：
（每项各3分）
问：对DNS、HTTP、SMTP和DHCP进行简单描述；（4分）
答：DNS：域名系统，实现域名到IP地址的映射；（1分）
HTTP：超文本传输协议，定义了浏览器和Web服务器如何传送万维网文档；（1分）
SMTP：简单邮件传输协议，定义了邮件客户端与服务器以及服务器间如何传送电子邮件；（1分）
DHCP：动态主机配置协议，定义了主机自动获取网络协议配置参数（包括IP地址、子网掩码、网关地址和DNS服务器地址）的过程。（1分）
