杭电计算机网络期末必背.docx
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杭电计算机网络期末必背
1.云计算的基本概念
云计算是一种商业计算模型。
它将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。
云计算是通过网络按需提供可动态伸缩的廉价计算服务。
特点：
超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、高可伸缩性、按需服务、极其廉价。
按服务类型分为三类：
将软件作为服务，将平台作为服务，将基础设施作为服务。
体系结构：
1.SOA构建层:
封装云计算能力成标准的WebServices服务，并纳入到SOA体系
2.管理中间件层:
云计算的资源管理，并对众多应用任务进行调度，使资源能够高效、安全地为应用提供服务3.资源池层:
将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池；4.物理资源层:
计算机、存储器、网络设施、数据库和软件等
2.SDN架构原理，应用场景（SoftwareDefinedNetwork,SDN）
软件定义网络（SoftwareDefinedNetwork,SDN），是Emulex网络一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。
三层架构。
架构的第一层是物理网络设备，包括以太网交换机和路由器。
中间层由控制器组成，最顶层是一些用控制器实现安全、管理和其他特殊功能的应用程序。
1）SDN在数据中心网络的应用
数据中心网络的需要主要表现在海量的虚拟租户、多路径转发、网络集中自动化管理、绿色节能、数据中心能力开放等方面的需求。
2）SDN在政企网络中的应用
政府及企业网络业务类型多，网络设备功能复杂、类型多，对网络的安全性要求高，需要集中的管理和控制，网络灵活、定制化需求多。
3）SDN在电信运营商网络的应用
电信运营商网络具有覆盖范围大、网络复杂、网络安全可靠性要求高、多厂商共存等特点。
3.IOT架构和传统网络的区别（InternetofThingsQ）
物联网（Internet of Things，缩写IOT）是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。
物联网一般为无线网，通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制，也可以对家庭设备、汽车进行遥控，以及搜寻位置、防止物品被盗等各种应用。
1）互联网着重信息的互联互通和共享，解决的是人与人的信息沟通问题；物联网则是通过人与人、人与物、物与物的相联，解决的是信息化的智能管理和决策控制问题。
2）物联网比互联网技术更复杂、产业辐射面更宽、应用范围更广，对经济社会发展的带动力和影响力更强。
3）两者发展的驱动力不同。
互联网发展的驱动力是个人，。
而物联网的驱动力必须是来自企业，因为，物联网的应用都是针对实物的。
从本质上讲：
物联网的本质是感知与服务，物联网的数据可交易，对于大数据和云计算的价值巨大。
4.TCP原理
TCP（TransmissionControlProtocol ）：
面向连接的可靠字节流传输层协议（端口号23）
1.面向连接：
打开、关闭（同时打开、半关闭、同时关闭）；
2.差错控制：
序号和确认重传机制（提供可靠性）；
3.流量控制：
滑动窗口机制（速度匹配问题）；
4.拥塞控制：
慢启动、加法增大、乘法减策略调整发送窗口大小；
5.紧急数据：
用于控制数据流，可直接交付应用进程；
6.定时机制
举出构建云计算环境的一种核心技术，并简述该技术的特点
分布式并行架构是云计算的另一个核心技术，用于将大量的机器整合为一台超级计算机，提供海量的数据存储和处理服务。
整合后的超级计算机通过分布式文件系统、分布式数据库和MapReduce技术，提供海量文件存储、海量结构化数据存储和统一的海量数据处理编程方法和运行环境
简述正向代理和反向代理的区别，以及两者的典型应用
从用途上来讲：
正向代理的典型用途是为在防火墙内的局域网客户端提供访问Internet的途径。
正向代理还可以使用缓冲特性减少网络使用率。
反向代理的典型用途是将防火墙后面的服务器提供给Internet用户访问。
反向代理还可以为后端的多台服务器提供负载平衡，或为后端较慢的服务器提供缓冲服务。
另外，反向代理还可以启用高级URL策略和管理技术，从而使处于不同web服务器系统的web页面同时存在于同一个URL空间下。
从安全性来讲：
正向代理允许客户端通过它访问任意网站并且隐藏客户端自身，因此你必须采取安全措施以确保仅为经过授权的客户端提供服务。
反向代理对外都是透明的，访问者并不知道自己访问的是一个代理。
1、画出TCP/IP模型和OSI模型之间的层次对应关系，并举例TCP/IP模型中各层次上的协议。
应用层：
应用层对应OSI模型的上面三层。
应用层是用户和网络的接口，TCP/IP简化了OSI的会话层和表示层，将其融合到了应用层，使得通信的层次减少，提高通信的效率
传输层：
传输层位于IP层之上，为两台主机上的应用程序提供端到端的通信服务。
目前，应用最广泛的传输层协议是TCP和UDP。
网络层：
网络层又称为网际层、互联网层或IP层，是TCP/IP模型的关键部分。
该层主要完成IP数据包的封装、传输、选路和转发，使其尽可能到达目的主机。
该层包括的协议主要有IP、ARP、RARP、ICMP和IGMP，其中，IP协议是网络层的核心。
网络接口层：
网络接口层对应OSI模型中的物理层和数据链路层，只要底层网络技术和标准支持数据帧的发送和接收，就可以作为TCP/IP的网络接口，包括前面提到的各种局域网、城域网、广域网技术，如以太网、电话拨号、3G网络等。
2、试描述ARP协议软件架构，说明函数间的调用关系。
ARP软件初始化是伴随着系统网络模块初始化进行的，网络初始化函数netstart（）会调用arpinit（）函数初始化ARP软件，同时会创建slowtimer（网络计时器）进程，该进程用于维护ARP缓存、IP分片队列和IP路由表信息。
ARP软件中用于维护ARP缓存信息的函数为arptimer（），该函数通过定期遍历ARP缓存记录的状态释放超时的ARP缓存（通过arpdq（）函数），或者重新发送ARP请求数据包（通过arpsend（）函数）。
当IP模块需要调用netwrite（）函数通过网络接口发送或转发IP数据包时，需要调用arpfind（）函数查询当前ARP缓存中是否存在对应数据包下一跳协议地址的物理地址，若查询失败，应该调用arpalloc（）函数创建一个空的ARP缓存记录并通过arpsend（）函数发送一个ARP请求报文。
当网络接口收到一个ARP数据包时，网卡驱动会调用数据包复用函数ni_in（），该函数会调用ARP输入处理函数arp_in（），arp_in（）函数会查询相关的ARP缓存记录（arpfind（）函数），根据收到的ARP报文添加ARP缓存记录（arpadd（）函数）或者发送获得解析地址的IP数据包（arpqsend（）函数）。
4、试描述IP软件结构,说明函数之间的调用关系。
如图所示整个IP软件以IP进程ipproc为中心，ipproc由网络初始化函数netstart（）创建。
当一个IP数据包到达网络接口后，网络接口驱动会通过网络数据包解复用函数ni_in（）调用IP数据包入口函数ip_in（）。
ip_in（）函数会将传入的数据包放在系统内部的一个IP输入队列中。
这个输入队列不仅仅存放从网络中传入的数据包，同时它还存放上层协议希望通过ipsend（）函数发送的IP数据包。
IP进程会周期性的调用ipgetp（）函数从队列中获取待处理的数据包。
获取到数据包以后，它会分别调用ipnet2h（）和cksum（）函数转换首部字节序以及计算检验和。
此外，它还会通过ipdbc（）函数和ipredirect（）函数处理定向广播报文以及发送ICMP重定向报文。
如果处理的IP数据包需要被发送或者转发，ipproc可能会调用iph2net（）函数将数据包首部字节序转换为网络序。
最后进程会调用ipputp（）函数将数据包交付网络接口模块
当IP进程将数据包交给ipputp（）函数处理后，如图4-3，ipputp（）函数根据数据包的去向将其交给物理网络接口发送，或者通过环回接口将数据包交付上层协议。
在发送/转发过程中，数据包可能会被分片。
此时，ipputp（）函数会调用ipfsend函数进行相关的分片处理，期间它们可能会调用ipfhcopy（）将原来的数据包首部拷贝到分片数据包上。
随后，IP软件会调用netwrite（）函数将数据包交付网络接口发送。
如果当前数据包需要从物理网络接口发送，netwrite（）函数会调用相应的网络接口驱动发送数据包；若数据包需要交付上层协议，netwrite（）函数会调用local_out（）函数将数据包通过环回接口交付。
由于此时需要将数据包交付更高层协议，因而IP软件需要对到达的分片数据包进行重组。
在IP软件中，local_out（）函数会调用ipress（）函数处理收到的分片数据包。
ipress（）函数会通过ipfadd（）函数将分片信息放入分片队列中，并调用ipfjoin（）函数查看是否所有的分片都已经到达。
若分片到齐，ipfjoin（）函数会调用ipfcons（）函数重组分片。
最后，local_out（）函数会将完整的IP数据包交付上层协议软件。
5、描绘了ICMP软件中各个函数之间的调用关系。
从图中我们可以看到，整个ICMP软件大概可以分为输入和输出两个部分。
软件输出部分以icmp（）函数为中心。
当数据包在网络层、传输层甚至ICMP输入处理中发现出错时都会调用这个函数发送一个ICMP差错报告。
icmp（）函数通过icerrok（）函数判断发送差错报告的条件是否满足，通过icsetbuf（）为报文申请一个缓冲区，通过icsersrc（）函数设定报文的源地址信息，并通过icsetdata（）函数填写报文数据部分。
最后它将报文通过IP模块发送出去。
当网络层收到一个发给自己的ICMP报文时，它会通过local_out（）函数将报文通过环回接口交付给ICMP协议软件中的icmp_in（）函数进行处理，该函数会调用icredirect（）函数处理重定向报文。
如果传入的ICMP报文有错，输入函数也会调用icmp（）函数发送一个差错报告的。
6、简述RIP软件的基本架构，以及其函数之间的相互调用关系。
图7-2描绘了RIP软件中各个函数之间的调用关系。
从图中我们可以看到，RIP软件大体分成两个部分：
输入处理和输出处理。
软件的输入部分以rip进程为中心，rip进程由网络初始化函数netstart（）创建。
它从创建一个UDP套接字并从中获取RIP报文，随后rip进程会调用ripcheck（）函数检查报文首部的有效性。
最后，它会根据传入数据包的类型调用合适的处理函数。
riprepl（）函数用于处理传入的RIP请求数据包。
此时该函数可能会通过ripsend（）函数发送一个带有完整路由表信息的RIP通告报文或者通过UDP模块发送一个针对特定目的网络的RIP通告报文。
riprecv（）函数用于处理传入的RIP通告报文，在处理报文中各个路由通告时它会调用ropok（）函数检查路由信息结构的有效性。
软件的输出部分以输出进程ripout为中心，ripout进程由rip进程在必要时创建（这取决于是否需要当前路由器发送定时通告）。
ripout函数会通过ripsend（）函数发送通告报文，在发送通告报文期间ripsend（）函数首先会调用ripifset（）函数为每个接口创建一个接口输出控制结构，随后它会调用ripadd（）函数将路由信息添加到RIP通告报文中。
此时，ripadd（）函数还要根据实际情况通过ripstart（）函数创建一个空的RIP通告报文。
同时，它还需要利用ripmetric（）函数为各个路由信息计算相关的度量值。
最后ripsend（）函数会通过UDP模块发送构建好的RIP通告报文。
7、简述Traceroute程序的实现方式。
Traceroute是UDP及ICMP应用的一个典型例子，用来跟踪IP数据包从一台主机到另一台主机所经过的路由。
程序首先发送一个UDP报文到目的主机，这个报文中的IP首部TTL字段为1，而UDP首部的目的端口号为一个不可能用到的值（一般大于30000）。
此时程序会等待目的主机或中间路由器的回复，数据包经过第一跳之后到达一个路由器，由于TTL值的限制，此时路由器将发回一个ICMP错误消息，以说明这个数据包不能继续向前传送。
然后traceroute程序又发出一个TTL为2的数据包，这个数据包经过两次跳跃后其TTL过期。
这个过程不断重复，直到数据包到达目的主机。
此过程的目的就是要记录下所有发出ICMP超时消息的消息源，据此就可以确定出数据包到达目的主机的路径了。
当报文到达目的主机时，由于目的主机没有应用程序使用报文中的端口号，主机会向源端回复一个ICMP端口不可达报文，而此时程序可通过收到的端口不可达报文确定之前的数据包已经到达目的主机，即路由跟踪完成。
Tcp基本原理：
TCP：
面向连接的可靠字节流传输层协议
面向连接：
打开、关闭；
差错控制：
序号和确认重传机制；
流量控制：
滑动窗口机制；
拥塞控制：
慢启动、加法增大、乘法减策略调整发送窗口大小；
紧急数据：
用于控制数据流，可直接交付应用进程；
定时机制
3、TCP主模块处理流程
一个到达的TCP报文段、超时事件或来自应用程序的报文，都可以调用主模块。
主模块根据TCP状态采取相应操作。
接收：
TCP报文段，或来自应用程序的报文，或超时事件1、查找TCB表2、若（相应的TCP未找到）创建TCB，其状态为CLOSED3、找到TCP表中的项目的状态4、case（状态）
4、TCP输入处理模块和输出处理模块
输入处理模块当TCP处于ESTABLISHED状态时，对收到的数据或确认进行处理所需的所有细节都是输入处理模块应处理的。
这个模块发送ACK（当需要时），负责宣布窗口大小，进行差错检查，等等输出处理模块当TCP处于ESTABLISHED状态时，对发送来自应用程序的数据所需的所有细节都是输出模块应处理的。
这个模块处理重传超时、坚持超时等等
5、总结TCP中存在的差错控制、拥塞控制和流量控制机制。
1.利用滑动窗口实现流量控制如果发送方把数据发送得过快，接收方可能会来不及接收，这就会造成数据的丢失。
所谓流量控制就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。
利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现对发送方的流量控制。
2.拥塞控制：
防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。
拥塞控制方法：
慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复
TCP的差错控制：
TCP的差错控制包括：
检测受到损伤的数据段，丢失的数据段，失序的数据段和重复的数据段，还包括检测出差错后的纠错机制。
TCP中的差错检验是通过三种简单方式完成的：
校验和、确认、超时。
拥塞控制:
慢启动，拥塞避免算法主要依靠的是拥塞窗口来调节。
由于需要考虑拥塞控制和流量控制两个方面的内容，因此TCP的真正的发送窗口=min（rwnd,cwnd）。
拥塞避免：
TCP使用了一个叫慢启动门限（ssthresh）的变量，当cwnd超过该值后，慢启动过程结束，进入拥塞避免阶段。
拥塞避免的主要思想是加法增大，也就是cwnd的值不再指数级往上升，开始加法增加。
从整体上来讲，TCP拥塞控制窗口变化的原则是AIMD原则，即加法增大、乘法减小。
可以较好地保证流之间的公平性，因为一旦出现丢包，那么立即减半退避，可以给其他新建的流留有足够的空间，从而保证整个的公平性。
14简述IP分片重组算法。
在数据报长度超过传输网络的限制时，若允许分片，对数据报进行分片。
同一个数据包的所有分片使用同一个标识。
所有分片标识为分片。
计算本数据包中的数据与起始端的偏移并存储。
然后按照正常的数据发送方式发送这些包。
接收时，需等到一个数据报的所有分片到齐，当内存足够时，一次性交给内存进行重组。
并提交给相关应用。
6、NAT网络地址转换可以在专用网络内部使用专用IP地址，而仅在连接到因特网的路由器使用全球IP地址，可以大大节约宝贵的IP地址优点1节省合法的注册地址2在地址重叠时提供解决方案，3提高连接到因特网的灵活性4在网络发生变化时避免重新编址。
缺点1地址转换将增加交换延迟2导致无法进行端到端IP跟踪，3：
导致有些应用程序无法正常运行。
7、路由表的添加、更新、维护
Rtadd（）{//检查路由表是否初始化//获取新路由表空间//计算rt_key//判断添加的是否默认路由//删除默认路由//遍历列表查找合适的插入位置//查看是否重复添加//删除重复路由//添加路由}
Rttimer（）//大约每一秒钟调用一次{//检查路由表是否初始化//获取信号量//遍历散列表//刷新超时时间//处理超时路由表项//处理默认路由//释放信号量//通知RIP进程路由变化}
8、ICMP的功能和报文种类
用于主机和路由器交换网络层信息，ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
封装：
直接封装在IP分组中
ICMP报文的种类分为ICMP差错报告报文和ICMP询问报文
ICMP差错报告报文有五种：
终点不可达、源点抑制、时间超时、参数问题、改变路由（重定向）
什么样的ICMP报文是由路由器或主机发送出的路由器：
网络不可达、主机不可达、对主机重定向等。
目的主机：
回显应答、端口不可达等。
10、简述PING程序的实现方式。
大多数内核ICMP软件都支持对ECHO请求的应答，只需实现客户端功能：
首先构造一个ICMPEcho请求报文，填写基本首部，并将报文中的标识符字段设置为发送进程的进程号，同时将序号字段初始化为0，还要在数据部分加上时间戳。
调用原始套接字接口发送请求报文。
发送结束后程序会等待并试图接收来自远端主机的Echo回答报文，网络传输出现异常，中间路由器会向源端回复ICMP差错报告，程序会根据差错报告打印出错信息，否则程序将打印报文信息并估算往返时间。
12、分别从客户端和服务器端描述UNIX环境下的socket网络编程的基本流程。
服务器端1建立服务器端，创建共享存储区，便于客户与客户之间的信息交流，及服务端的记录2创建socket套接字,并绑定到指定端口，监听套接字3在监听过程中接受客户端连接，并发送问候信息4接收到客户端连接的信息后开始创建子进程，其中父进程用于接受信息，子进程用于发送信息，实现多线程操作。
客户端1建立一个客户端的socket套接字，绑定客户端套接字连接服务端2连接成功后，创建子进程，其中父进程用于接受信息，子进程用于发送信息3创建子进程成功后，可以进行客户端与客户端的通信。
11、Internet中的路由算法，路由协议RIP、OSPF、BGP
路由算法分类1全局或分布式选路算法2静态或动态路由算法链路状态算法2距离矢量算法3层次路由：
主要特点/RIP/OSPF/BGP|网关协议/内部/内部/外部|路由表内容/目的网，下一站，距离/目的网，下一站，距离/目的网，完整路径|最优通路依据/跳数/费用/多种策略|算法/距离矢量/链路状态/距离矢量|传送方式/运输层UDP/IP数据报/建立TCP连接|其他/简单、效率低、跳数为16不可达、好消息传的快，坏消息传的慢/效率高、路由器频繁交换信息，难维持一致性/规模大、统一度量为可达性
RIP使用UDP，OSPF使用IP，而BGP使用TCP。
有何优点？
为什么RIP周期性地和临站交换路由器由信息而BGP却不这样做？
RIP只和邻站交换信息，使用UDP无可靠保障，但开销小，可以满足RIP要求；OSPF使用可靠的洪泛法，直接使用IP，灵活、开销小；BGP需要交换整个路由表和更新信息，TCP提供可靠交付以减少带宽消耗；RIP使用不保证可靠交付的UDP，因此必须不断地和邻站交换信息才能使路由信息及时得到更新。
但BGP使用保证可靠交付的TCP因此不需要这样做。
13、请分析IGMP的组管理机制并简单描述利用IGMP协议进行组成员管理的流程
IGMP是组播路由器用来维护组播组成员信息的协议，运行于主机和和组播路由器之间。
IGMP信息封装在IP报文中。
多播路由器使用IGMP报文来记录与该路由器相连网络中组成员的变化情况。
使用规则如下：
1）当第一个进程加入一个组时，主机就发送一个IGMP报告。
如果一个主机的多个进程加入同一组，只发送一个IGMP报告。
这个报告被发送到进程加入组所在的同一接口上。
2）进程离开一个组时，主机不发送IGMP报告，即便是组中的最后一个进程离开。
主机知道在确定的组中已不再有组成员后，在随后收到的IGMP查询中就不再发送报告报文。
3）多播路由器定时发送IGMP查询来了解是否还有任何主机包含有属于多播组的进程。
多播路由器必须向每个接口发送一个IGMP查询。
因为路由器希望主机对它加入的每个多播组均发回一个报告，因此IGMP查询报文中的组地址被设置为0。
4）主机通过发送IGMP报告来响应一个IGMP查询，对每个至少还包含一个进程的组均要发回IGMP报告。
使用这些查询和报告报文，多播路由器对每个接口保持一个表，表中记录接口上至少还包含一个主机的多播组。
15、IP数据包的转发流程
1、IP数据包到达网络层之后，首先根据目的IP地址得到目的网络号，然后决定是直接交付还是转发数据包。
如果网络号不匹配，需要转发数据包，则跳到3；
2、将数据包转发给目的主机；
3、首先根据目的IP地址在路由表中查找下一跳IP地址
4、然后在路由器的ARP高速缓存表中查找下一跳IP地址对应的MAC地址，如果找到下一跳路由器的MAC地址，则将查到的MAC地址填入数据帧的首部6字节；如果ARP高速缓存表中不存在此IP地址，则通过向当前局域网内广播一个ARP分组来请求下一跳路由器的MAC地址。
ARP请求分组广播出去后，只有下一跳路由器会对此请求分组做出响应，所有其它的主机和路由器都将忽略此ARP广播分组。
5、根据得到的下一跳路由器MAC地址来更新数据链路层的数据帧，即帧头的目的MAC地址字段；6转发数据包；
16、ipv4到ipv6过渡的策略
1）双协议栈双协议栈是指在完全过渡到IPV6之前，是一部分主机（或路由器）装有两个协议栈，一个IPV4和一个IPV6.因此双协议的主机（或路由器）能够和IPV6、IPV4的系统通信。
2）隧道技术（tunneling）方法要点是在IPV6数据报要进入IPV4网络时，将IPV6数据报封装成为IPV4数据报，然后IPV6数据报就在IPV4网络的隧道中传输，当IPV4数据报离开IPV4网络中的隧道时再把数据部分交给主机的IPV6协议栈。
物联网三层统一架构
1.感知层（Devices）:
指的是无处不在的物联网末端，数量在万亿以上，包括RFID,WSN,M2M,和两化融合智能系统的各种末端，是物联网系统的数据来源。
2.传输层（Connect）:
包括所有有线和无线、长距离和短距离、宽带和窄带通讯系统，是物联网的基础设施。
3.应用层：
包括各种集成中间件技术和应用层软件技术以及物联网门户系统。
物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。
其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。
1.3、TCP协议的计时器
（1）重传计时器：
对报文确认等待时间（控制丢失的的报文段）。
（2）坚持计时器:
处理窗口为0时，确认丢失，探测报文。
（3）保活计时器：
空闲连接
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