计算机网络知识点整理要点.docx
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计算机网络知识点整理要点
计算机网络知识点
————11电子信息工程
1．计算机网络：
一些互相连接的，自治的计算机的集合。
✧按网络的作用范围进行分类：
①广域网WAN（通信子网主要使用分组交换技术；将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。
）、②城域网MAN、③局域网LAN、④个人区域网PAN；
✧按网络的使用者进行分类：
①公用网、②专用网；
2．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。
要素：
①语法、②语义、③同步；
标准：
①使用便于人来阅读和理解的文字描述、
②使用让计算机能够理解的程序代码；
协议的三要素
✧语法：
数据域控制信息的结构或格式
✧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
✧同步：
时间实现顺序的详细说明
协议各层要完成的功能：
1 差错控制
2 流量控制
3 分段和重装
4 复用和分用
5 连接建立和释放
3．计算机网络的体系结构
计算机网络体系结构：
计算机网络层次结构模型和各层协议的集合叫做计算机网络体系结构。
（1）、OSI七层结构：
应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层
（2）、TCP/IP四层结构：
应用层、传输层、网际层（解决不同网络的互联问题）、网络接口层
（3）、综合优点的五层模型：
应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层
（4）、五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能：
所谓五层协议的网络体系结构是为便于学习计算机网络原理而采用的综合了OSI七层模型和TCP/IP的四层模型而得到的五层模型。
五层协议的体系结构：
应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层
各层的主要功能：
（1）应用层
应用层确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。
应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理（useragent）,来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。
（2）运输层
任务是负责主机中两个进程间的通信。
因特网的运输层可使用两种不同的协议。
即面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP。
面向连接的服务能够提供可靠的交付。
无连接服务则不能提供可靠的交付。
只是best-effortdelivery.
（3）网络层
网络层负责为分组选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够交付到目的主机。
（4）数据链路层
数据链路层的任务是将在网络层交下来的数据报组装成帧（frame），在两个相邻结点间的链路上实现帧的无差错传输。
（5）物理层
物理层的任务就是透明地传输比特流。
“透明地传送比特流”指实际电路传送后比特流没有发生变化。
物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及当发送端发出比特“1”时，接收端如何识别出这是“1”而不是“0”。
物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根脚以及各个脚如何连接。
计算机网络采用层次结构模型好处:
1.各层之间是独立的
2.灵活性好
3.结构上可分割开
4.易于实现和维护
5.能促进标准化工作
4．数字数据传输
数据是运送消息的实体，通常是有意义的符号序列。
通信通常分为单工通信，半双工通信以及全双工通信。
香农公式指出：
信道的极限信息传输速率C是：
C=Wlog₂（1+S/N）（bit/s）其中W是信道的带宽，S是信道内所传信号的平均功率，N是信道内部的高斯噪声功率
【常用的带宽单位】：
•更常用的带宽单位是：
–千比每秒，即kb/s（103b/s）
–兆比每秒，即Mb/s（106b/s）
–吉比每秒，即Gb/s（109b/s）
–太比每秒，即Tb/s（1012b/s）
•发送时延（传输时延）：
主机发送数据帧所需的时间（数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间）。
•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。
•*传播时延：
是电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。
信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。
5．物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性
●机械特性－指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
●电气特性－指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
●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。
●规程特性－指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
6．物理层的作用：
要尽可能地屏蔽掉硬件设备和传输媒体的差异，是数据链路层感觉不到这些差异。
◆该层负责比特流从一个节点到另一个节点的传递。
◆物理连接的建立、维护与释放。
7．传输介质就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
有线介质和无线介质。
有线介质如：
双绞线、同轴电缆、光纤。
有线介质的分类以及特点。
8．数据链路层的功能
（1）链路管理：
链路的建立、维持和释放；
（2）帧定界：
帧同步，区分帧的开始和结束在什么地方；
（3）流量控制：
发方发送数据的速率必须使接收方来得及接收。
（4）差错控制－采用编码技术；
（5）将数据和控制信息区分开
（6）透明传输：
不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。
（7）寻址：
保证每一帧都能送到正确的目的站。
9．点对点信道的数据链路层三个基本问题
（1）、封装成帧
（2）、透明传输（3）、差错控制
10．零比特填充
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）。
这时PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输。
在发送端，先扫描整个信息字段，只要发现有5个连续1，则立即在其后填入一个0；接收端对帧中的比特流进行扫描。
每当发现5个连续1时，就把这5个连续1后的一个0删除，还原成原来的信息比特流，这样就保证了透明传输。
如：
传送的帧序列为011101111111111110011100，则经过位填充后变成的序列是，01110111110111110110011100。
11．局域网的拓扑结构
星型拓扑构型、环型拓扑构型、总线型拓扑结构、树型拓扑结构。
12．使用集线器的星形拓扑
这种以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器（hub）。
双绞线使用RJ45水晶头链接，不是使用RJ11水晶头。
Ø10BASE-T：
10Mb/s的数据率，系带信号，T代表双绞线；
Ø10BASE-5：
10Mb/s的数据率，系带信号，5代表粗缆，每一段电缆最大长度为500米；
Ø10BASE-2：
10Mb/s的数据率，系带信号，2代表细缆，每一段电缆最大长度为200米，实际为185米。
13．复用
复用是通信技术中的基本概念。
常用的复用是波分复用、频分复用FDM和时分复用TDM。
（1）频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
（2）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。
（3）波分复用WDM就是光的频分复用。
（4）码分复用CDM各用户使用经过特殊挑选的不同码型，各用户之间不会造成干扰。
这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。
每个站被指派一个唯一的mbit码片序列。
如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。
如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。
传播时间、传输时间的概念与计算，给定传输数据的大小以及传播距离进行相关计算。
14．电路交换网络、数据报网络和虚电路网络的特点：
（1）、数据报网络的特点：
无呼叫建立过程。
每个分组独立的选择路由，传输效率高，时延小，保密性高。
可根据分组的序号重新排序，组成原来的报文，可靠性高。
（2）、虚电路网络的特点：
虚呼叫建立过程，一旦建立，不再改变。
每个分组不需要填写完整的目的主机地址。
在一条实际的链路上可以存在多条虚电路。
在虚电路上，网络可以进行端到端的差错控制和端到端的额流量控制，若某一个节点出现故障，则通过该节点的虚电路均会失效。
（3）、电路交换网络的特点：
优点：
信息传输时延小，为实时通信。
对数据信息的格式和编码没有限制。
交换家处理开销小，传输速率较高。
硬件实现较容易。
缺点：
信道利用率低。
电路的接续时间较长。
存在呼损。
不同类型的用户终端不能相互通信。
通信双方必须同时处于激活可用状态，方可完成通信。
存储转发交换方式：
报文交换（messageexchanging）和分组交换（packetexchanging）
v在实际应用中，分组交换技术可以分为两类：
数据报和虚电路
报文与报文分组
•数据通过通信子网传输时可以有报文（message）与报文分组（packet）两种方式；
•报文传输：
不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；
•报文分组传输：
限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。
（1）报文交换
报文交换类似于发送信件。
在数据交换技术中，不需要建立专用电路通道，通过把目的地址附加在报文上，由各节点存储转发整个报文的过程，称为“报文交换”。
当发送信息时，以报文方式进行，每个报文由传输的数据和报头组成,报头中包含发送计算机的地址和接收信息的计算机的地址。
通信子网根据报头目的地址为报文进行路径选择,且信息在两个节点间的一段链路上逐段传输的。
优点：
不需要建立物理链路，线路利用率高
缺点：
数据传输时延较大。
（2）分组交换
在分组交换网中，将报文分成更小的、等长的分组。
以分组方式转发，且传送时间更短。
分组交换的特点：
•*由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少；
•*限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率；
*公用数据网采用的是分组交换技术。
虚电路网络和数据报网络的区别如下：
数据报网络：
不需要链路的建立；在分组交换总，对分组不存在资源分配，资源按需分配，基于先来先服务的原则；每个分组独立选择路由，与其他分组无关；到达目的站时可能不按发送顺序；数据报交换通常是在网络层。
端到端的差错处理和流量控制由主机负责完成。
虚电路：
需要链路的建立；按需在建立阶段期间分配资源；数据被划分为分组，每一分组的头部含有地址，它具有本地的权限，不是端到端的权限；所有分组均沿着连接期间建立好的路径传送；虚电路网络通常在数据链路层实现；端到端的差错处理和流量控制由通信子网负责。
15．差错检测\差错控制
数据链路层中的链路控制包括以下功能：
链路管理；帧同步；流量控制；差错控制；
数据链路层三个基本问题：
--->封装成帧
前后分别添加首部和尾部，构成一个帧。
帧的数据部分的长度上限----最大传送单元MTU（以太网1500字节）
—>透明传输
用字节填充或字符填充解决透明传输的问题
—>差错控制
广泛采用循环冗余检验CRC：
将数据和控制信息分开；透明传输；寻址。
在传输过程中可能会产生比特差错：
1可能会变成0而0也可能变成1。
在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率BER（BitErrorRate）。
误码率与信噪比有很大的关系。
为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。
循环冗余检验的原理
在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验CRC的检错技术。
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。
冗余码的计算
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。
冗余码的计算举例
现在k=6,M=101001。
设n=3,除数P=1101，
被除数是2nM=101001000。
模2运算的结果是：
商Q=110101，
余数R=001。
把余数R作为冗余码添加在数据M的后面发送出去。
发送的数据是：
2nM+R
即：
101001001，共（k+n）位。
帧检验序列FCS
在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS（FrameCheckSequence）。
循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS并不等同。
CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码。
FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并非用来获得FCS的唯一方法。
接收端对收到的每一帧进行CRC检验
（1）若得出的余数R=0，则判定这个帧没有差错，就接受（accept）。
0，则判定这个帧有差错，就丢弃。
（2）若余数R
这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。
仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受（accept）。
凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错。
要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。
数据链路层协议：
停止-等待协议、重传协议、窗口协议
CSMA/CD协议规则:
发前先侦听，空闲即发送，边发边检测，冲突时退避
CSMA/CD协议要点：
多点接入、载波监听、碰撞测试（边发送边监听）。
以太网的介质访问控制CSMA/CD原理如下：
CSMA/CD局域网访问机制是先听后说，边说边听。
当总线型网络上某个站点要发送数据时，先检测总线上是否有数据传送，如果有，则继续监测；如果没有数据传送，则此站点进入发送。
在发送过程中，站点同时继续进行冲突检测。
一旦检测到冲突，立即停止发送，并向总线上发送一串阻塞信号，通知各个站点总线上发生冲突。
然后等待一个指数退避的随机时间间隔，重新使用CSMA算法进行发送。
即发送前载波侦听，发送中冲突检测，出现冲突后多次重发。
16．集线器、中继器、网桥、交换机、路由器，这些网络互连设备分别工作在OSI的哪个层次？
它们的作用是什么？
（1）、集线器（HUB）创建一个冲突域和一个广播域。
（2）、网桥分割冲突域，但创建了一个大的广播域，它们使用硬件地址对网络进行过滤。
（3）、交换机实际上只是智能化的多端口网桥，它们分割冲突域，默认时创建了一个大的广播域。
交换机使用硬件地址对网络进行过滤。
（4）、路由器分割广播域（和冲突域），并使用逻辑寻址对网络进行过滤。
集线器、中继器：
工作者物理层，其功能有：
扩展LAN物理长度；对信号有再生功能；转发帧。
网桥：
是工作在物理层和数据链路层的连接设备。
工作在物理层时它重新生成接收到的信号；工作在数据链路层时，主要作用是根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。
网桥具有过滤帧并自动建立它的转发表功能；能使用生成树算法建立无回路拓扑。
交换机：
工作于数据链路层，作用是根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。
路由器：
网络层的连接设备。
作用是在互连网中完成路由选择的功能。
Ø虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。
◆这些网段具有某些共同的需求。
◆每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的工作站是属于哪一个VLAN。
Ø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。
Ø虚拟局域网限制了接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息（即“广播风暴”）而引起性能恶化。
网络层提供两种类型的的服务，即：
虚电路服务和数据报服务。
17．网络互连的中间设备
✧中间设备又称为中间系统或中继（relay）系统。
✧物理层：
转发器（repeater）、HUB。
✧数据链路层：
网桥或桥接器（bridge）、第二层交换机。
✧网络层：
路由器（router）、第三层交换机。
✧网桥和路由器的混合物：
桥路器（brouter）。
✧网络层以上：
网关（gateway）。
18．IPv4协议：
（1）、IP地址的概念，表示方法（二进制与十进制）;
（2）、IP地址的分类；IP地址默认子网掩码；
（3）、地址解析协议
IPv6地址的表示方法
19．IP数据报的格式
●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。
掌握住IP数据包包头各个部分的含义以及作用（详细内容参见教材）。
20．子网的划分和子网掩码
（1）、子网掩码的概念及作用
子网掩码是一个应用于TCP/IP网络的32位二进制值，它可以屏蔽掉ip地址中的一部分，从而分离出ip地址中的网络部分与主机部分，基于子网掩码，管理员可以将网络进一步划分为若干子网。
（2）、如何用子网掩码得到网络/主机地址
子网掩码是如何分离出ip地址中的网络地址和主机地址的呢？
过程如下：
a.将ip地址与子网掩码转换成二进制；
b.将二进制形式的ip地址与子网掩码做'与'运算，将答案化为十进制便得到网络地址；
c.将二进制形式的子网掩码取'反'；
d.将取'反'后的子网掩码与ip地址做'与'运算，将答案化为十进制便得到主机地址。
例：
给定IP地址种类，主机数，求其子网掩码，网络号等等。
（3）、例子
假设有一个IP地址：
192.168.0.1；子网掩码为：
255.255.255.0
化为二进制为：
IP地址11000000.10101000.00000000.00000001
子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000
将两者做'与'运算得：
11000000.10101000.00000000.00000000
将其化为十进制得：
192.168.0.0
这便是上面ip的网络地址，主机地址以此类推。
由于观察到上面的子网掩码为C类地址的默认子网掩码（即未划分子网），便可直接看出网络地址为ip地址的前三部分，即前三个字节。
（4）、子网掩码的分类
a.缺省子网掩码：
即未划分子网，对应的网络号的位都置1，主机号都置0。
A类网络缺省子网掩码：
255.0.0.0；B类网络缺省子网掩码：
255.255.0.0
C类网络缺省子网掩码：
255.255.255.0
b.自定义子网掩码：
将一个网络划分为几个子网，需要每一段使用不同的网络号或子网号，实际上我们可以认为是将主机号分为两个部分：
子网号、子网主机号。
形式如下：
未做子网划分的ip地址：
网络号＋主机号
做子网划分后的ip地址：
网络号＋子网号＋子网主机号
即ip地址在化分子网后，以前的主机号位置的一部分给了子网号，余下的是子网主机号。
（5）、如何划分子网及确定子网掩码
在动手划分之前，一定要考虑网络目前的需求和将来的需求计划。
划分子网主要从以下方面考虑:
1.网络中物理段的数量（即要划分的子网数量）
2.每个物理段的主机的数量确定子网掩码的步骤：
第一步：
确定物理网段的数量，并将其转换为二进制数，并确定位数n。
如：
你需要8个子网，8可用二进制值为000-111，共3位,即n=3；
第二步：
按照你ip地址的类型写出其缺省子网掩码。
如C类，则缺省子网掩码为11111111.11111111.11111111.00000000；
第三步：
将子网掩码中与主机号的前n位对应的位置置1，其余位置置0。
若n=3且为C类地址：
则得到子网掩码为11111111.11111111.11111111.11100000化为十进制得到255.255.255.224；B类地址：
则得到子网掩码为11111111.11111111.11100000.00000000化为十进制得到255.255.224.0；A类地址：
则得到子网掩码为11111111.11100000.00000000.00000000化为十进制得到255.224.0.0
另：
由于网络被划分为8个子网，占用了主机号的前3位，若是C类地址，则主机号只能用5位来表示主机号，因此每个子网内的主机数量＝（2的5次方）－2＝30，8个子网总共所能标识的主机数将小于254。
（6）、相关判断方法
如何计算子网数量？
从子网掩码入手，主要有两个步骤：
.观察子网掩码的二进制形式，确定作为子网号的位数n；
如有这样一个子网掩码：
255.255.255.224其二进制为：
11111111.11111111.11111111.11100000可见n=3,2的3次方为8，说明子网地址可能有如下8种情况：
000、001、010、011、100、101、110、111
如何计算总主机数量，子网内主机数量？
总主机数量＝子网数量×子网内主机数量
子网掩码为255.255.255.224，划分8个子网，每个子网内最多有多少个主机？
由于网络被划分为8个子网，占用了主机号的前3位，且是C类地址，则主机号只能用5位来表示主机号，因此子网内的主机数量＝（2的5次方）－2＝30.
计算ip地址范围
通过一个自定义子网掩码，可以得到这个网络所有可能的ip地址范围（地址块）。
具体步骤：
（1）.写出二进制子网地址；
（2）.将子网地址化为十进制；（3）.计算子网所能容纳主机数；
（4）.得出ip范围（起始地址：
子网地址＋1；终止地址：
子网地址＋主机数）
设一个子网掩码为：
255.255.255.224，可知其最多可以划分8个子网，子网内主机数为30，那么所有可能的ip地址及计算流程如下：
子网－－子网地址（二进制）－－－－－－－－子网地址－－－－－实际ip范围
1号：
11001010.01110000.00001010.00000000，202.112.10.0，202.112.10.1-202.112.10.30
2号：
11001010.01110000.00001010.00100000，202.112.10.32，202.112.10.33-202.112.10.62
3号：
11001010.01110000.00001010.01000000，202.112.10.64，202.112.10.65-202.112.10.94
4号：
11001010.01110000.00001010.01100000，202.112.10.96，202.112.10.97-202.112.10.126
5号：
11001010.01110000.00001010.10000000，202.112.10.128，202.112.10.129-202.112.10.158
6号：
11001010.01110000.00001010.10100000，202.112.10.160，202.112.10.161-202.112.10.190
7号：
11001010.01110000.00001010.11000000，202.112.10.192，202.112.10.193-202.112.10.222
8号：
11001010.01110000.00001010.11100000，202.112.10.224，202.112.10.,225-202.112.10.254
CIDR还使用“斜线记法”（slashnotation），它又称为CIDR记法，即在IP地址面加上一个斜线“/”，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）。
如：
128.14.35.7/20表明网络前缀占20位，主机号占12位。
21.几种常用协议的作用
ARP（AddressResolutionProtocol，完成IP
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