天津大学计算机网络复习重点.docx
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天津大学计算机网络复习重点
第一章
1计算机网络特征：
21世纪的重要特征是：
数字化、网络化、信息化，它是一个以网络为核心的时代。
2“三网”指的是电信网络、有线电视网络和计算机网络，其中起到核心作用的是计算机网络。
“三网融合”指的是电信网络和有限电视网络都逐渐融入计算机网络的技术。
网络改变了人们的工作方式与生活方式，它最主要的功能是：
连通性和共享性。
3计算机网络的概念（理解）:
网络（network）：
由若干结点（node）和连接这些节点的链路（link）组成。
网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机、路由器等组成。
☐互联网：
网络和网络可以通过路由器连起来，构成一个覆盖范围更大的网络，因此是“网络的网络”。
☐因特网：
世界上最大的互连网（用户以亿计，互连网络百万计），通常用“一朵云”表示。
网络把计算机连接起来，因特网把网络连接起来。
☐主机：
连接在因特网上的计算机。
☐Internet（专用）和internet（通用）的区别
4计算机网络的组成
☐按工作方式分为以下两大块：
⏹边缘部分－由所有连接在因特网上的主机组成。
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。
⏹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）。
☐按逻辑结构分为以下两大子网：
⏹资源子网－负责全网的数据处理，即向网络用户提供各种网络资源与网络服务，其主要包括主机和终端，主机通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接，而终端是用户访问网络的界面。
⏹通信子网－由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，其主要完成网络数据传输、转发等通信处理任务。
通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络节点。
通信线路为通信处理机之间以及通信处理机与主机之间提供通信信道。
5分组交换的优点
☐高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
☐灵活以分组为传送单位和查找路由。
☐迅速不必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；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。
6三种交换方式的比较与适用范围
☐由于电路交换需要独占物理线路，所以若要传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间时，该种方式传输速率较快；
☐由于报文/分组（包）交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率；
☐报文/分组（包）交换比较而言，由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组（包）交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性；
7计算机网络的定义
☐计算机网络是利用通信线路（连网设备）将地理上分散的、具有独立功能的许多计算机系统连接起来，按照某种协议进行数据通信，以实现资源共享的信息系统。
☐最简单计算机网络＝两个结点（计算机）＋一条链路
8计算机网络的分类
☐1.按不同作用范围划分
⏹广域网WAN（WideAreaNetwork）
⏹城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）
⏹局域网LAN（LocalAreaNetwork）
⏹个人区域网PAN（PersonalAreaNetwork）
☐2.按不同使用者划分
⏹公用网（PublicNetworks）-由电信部门或从事专业电信运营业务的公司提供的面向公众服务的网络，如中国电信提供的以X.25协议为基础的分组交换网Chinapac、数字数据网ChinaDDN、中国英特网Chinanet，以及非电信部门提供的以卫星通信为基础的“金桥网”。
⏹专用网（PrivateNetworks）-政府、行业、企业事业单位和学术社团为本行业、本企业和本事业单位服务而建立的网络。
专用网的实例很多，其中有代表性的包括教育科研网CERNET、中科院网CASNET、中国经济信息网CEINET以及各级政府部门的网络等等。
☐3.按信息交流对象划分（TCP/IP协议为基础）
⏹Internet（互联网、网际网或因特网）-是以TCP／IP为基础的全球唯一的国际互联网络的总称，或某电信部门提供的国家、地区的公用数据网络。
如中国英特网Chinanet。
⏹Intranet（内联网）-以TCP/IP协议集为基础的企、事业专用网，在内外部间通过防火墙（Firewall）实施隔离，通过代理服务器（ProxyServer）、加密等措施保证内部信息的通信与访问安全。
从这种意义上讲，Intranet是Internet技术在专用网络中的一种应用。
⏹Extranet（内联外延网）-为增加企业与合作伙伴、提供商、客户和咨询者的业务交往而将Intranet的互联范围扩大到内部以外的伙伴。
☐4.按用户接入方式划分
⏹点对点接入－调制解调器、ADSL
⏹电缆/光缆接入－HFC网（光纤同轴混合网）、FTTx网（光纤到户网络）
9计算机网络的拓扑结构
基本的网络拓扑结构有星型、环型、总线型等三种
10分组时延的4种来源:
1.处理时延:
⏹检查比特差错
⏹决定输出链路
☐2.排队时延
⏹等待输出链路传输的时间
⏹取决于路由器拥塞的等级
3.发送（传输）时延:
☐R=发送速率（bps）
☐L=数据帧长度（比特）
☐发送比特进入链路的时间=L/R
4.传播时延:
☐d=信道长度
☐s=在信道中传播速度（~2x108m/sec）
☐传播时延=d/s
10时延与网络利用率的关系（计算题）
☐根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。
☐若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系：
U是网络的利用率，数值在0到1之间。
U过高会产生非常大的时间延迟，U一般不超过50％
11协议的三个基本要素
⏹语法（Syntax）：
怎么讲？
语法包括数据格式、编码及信号电平等。
⏹语义（Semantics）：
讲什么？
语义包括用于协调同步和差错处理的控制信息。
⏹同步（Synchronous/Time）：
何时讲？
同步包括速度匹配和事件实现排序。
12OSI和TCP/IP模型比较（待修改）：
两种模型的比较：
1、分层模型存在差别。
TCP/IP模型没有会话层和表示层，并且数据链路层和物理层合而为一。
造成这样的区别的原因在于：
前者是以：
“通信协议的必要功能是什么？
”这个问题未中心，再进行模型化；而后者是以：
“为了将协议实际安装到计算机中如何进行编程最好？
”这个问题为中心，再进行模型化的。
所以，TCP/IP的实用性强。
2、OSI模型有3个主要明确概念：
服务、接口、协议。
而TCP/IP参考模型最初没有明确区分这三者。
这是OSI模型最大的贡献。
3、TCP/IP模型一开就考虑通用连接（UniversalInterconnection），而OSI模型考虑的是由国家运行并使用OSI协议的连接。
4、通信方式上面，在网络层OSI模型支持无连接和面向连接的方式，而TCP/IP模型只支持无连接通信模式；在传输层OSI模式仅有面向有连接的通信，而TCP/IP模型支持两种通信方式，给用户选择机会。
这种选择对简单的请求－应答协议是非常重要的。
第二章
1傅里叶级数功能：
通过傅里叶级数，任何信号都可视为多种频率的正弦或余弦分量组成。
数据通信中复杂信号可被分解，定义出信号的基频、周期、频谱、带宽等概念
2香农公式和尼奎斯特定理:
最大数据传输率=Hlog2（1+S/N）
分贝（dB）=10lg（S/N）
•信道的最大传输率
–尼奎斯特定理（无噪音信道情况）
•尼奎斯特（Nyquist）证明，若任一个信号已通过了一个带宽为H的低通滤波器，则只要每秒2H次采样，过滤后信号可被完全重构。
且若信号包含V个离散级数，则：
•最大数据传输率=2Hlog2V（V为码元种类数）（有限带宽无噪声理想状态下适用的）
补充：
尼奎斯特定理指出最大码元速率为：
B=2W（Baud）
也就是最大码元速率为2倍的信道带宽。
码元速率单位波特（Baud）
有噪声信道的极限数据速率计算公式为：
C=W1b（1+S/N）
在这里数据速率单位为比特/秒W为信道带宽S为信号的平均功率N为噪声的平均功率。
S/N叫做信噪比。
由于实际使用中信噪比太大，故取其分贝数（dB）。
分贝与信噪比的关系为：
dB=10lgS/N
尼奎斯特定理（NyquistTheorem）指出，在没有任何噪声和干扰的无噪声通道中，如果媒体传输的最大频率为f，接收方只要以每秒2f次的频率进行采样，就能完整的重现信号。
因为接收方的采样频率必须和信号的变化频率（波特率）相等，因此由尼奎斯特定理可知，媒体的传输速度为：
比特率=波特率×n=2f×n
奈奎斯特定理描述了有限带宽、无噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽的关系。
香农定理则描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信噪比之间的关系。
3数据通信系统的基本模型
源系统、传输系统、目的系统
–源点：
源点设备产生待传输的数据
–发送器：
格式转换、编码成适合传输的信号（典型的发送器是调制器）
–传输系统：
传输线路（可能是一条线路，也可能是一个网络系统）
–接收器：
接收信号并转换为目的设备可识别的数据格式（典型的接收器是解调器）
–终点：
接收数据并对其进行所需要的处理
4信道的三种通信方式及区别：
从通信的双方信息交互的方式来看，有三种基本方式：
–单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
–双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。
–双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。
5基带和带通信号的差异：
基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。
像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
•基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。
因此必须对基带信号进行调制（modulation）。
•带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
6信号调制的方法
–调幅（AM）：
载波的振幅随基带数字信号而变化。
–调频（FM）：
载波的频率随基带数字信号而变化。
–调相（PM）：
载波的初始相位随基带数字信号而变化。
7信道复用技术的差异性（待补充）：
（多路）复用技术主要分为两大类型：
–频分多路复用FDM
（FrequencyDivisionMultiplexing）<空间上>
–时分多路复用TDM
（TimeDivisionMultiplexing）<时间上>
•上述两种复用方法技术比较成熟，但是不够灵活，相比而言频分复用技术更利于模拟信号的传输，而时分复用则更有利于数字信号的传输。
8CDMA的工作原理
S站的码片序列S
1
1
0
m个码片
S站发送的信号Sx
T站发送的信号Tx
总的发送信号Sx+Tx
规格化内积S•Sx
规格化内积S•Tx
数据码元比特
第三章
1
•物理层的基本作用是：
要尽可能屏蔽掉传输媒体（介质）的差异，使物理层上面的数据链路层只需考虑完成本层的协议和服务而不用考虑网络的具体传输媒体（介质）是什么。
•物理层的主要任务是：
利用某种传输介质和通信技术，以通信接口规程（物理层协议）实现并约束二进制比特流的传输。
2物理层对下列特性进行了描述和规范（书36）
•机械特性–接线器形状、大小、排列等
•电气特性–电缆线路上的电压变化范围
•功能特性–某一电平的电压的表示含义
•规程特性–各种可能事件的出现顺序
3导向的传输媒体（介质）
•双绞线
–屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）
–无屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）
•同轴电缆
–50Ω同轴电缆
–75Ω同轴电缆
•光缆（光纤）
4逻辑链路与物理链路的区别在于逻辑链路除物理链路外，还必须有一些必要的规程来控制数据的传输，因此，逻辑链路比物理链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。
5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
6CRC基本原理与计算方法：
见计算机网络复习PPT
第四章
1局域网（LAN）的定义
–局域网（LAN）是由众多处于相近物理空间内的信息点，通过相关高速链路介质与网络设备连接构成的网络。
•局域网的特点
–网络为一个单位或组织所拥有
–地理范围和站点数目均有限（10km以内）
–传输速率高
–误码率低
2局域网（以太网）基本概念－拓扑结构
匹配电阻
集线器
干线耦合器
总线网
星形网
树形网
环形网
3以太网的两个标准
•DIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。
•IEEE的802.3标准。
•DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。
•严格说来，“以太网”应当是指符合DIXEthernetV2标准的局域网
4局域网的体系结构
•为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：
•逻辑链路控制LLC（LogicalLinkControl）子层
•媒体接入控制MAC（MediumAccessControl）子层
•与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的
•按照IEEE802标准，局域网的体系结构如图6-12所示由三层协议构成，即物理层（PHY，Physical）、媒体访问控制层（MAC，MediaAccessControl）和逻辑链路控制层（LLC，LogicalLinkControl）。
“媒体访问控制层”和“逻辑链路控制层”，相当于OSI七层参考模型中的第二层，即数据链路层。
5局域网（以太网）的基本类型
•传统以太网
•802.3——同轴电缆Ethernet
•802.3a——细缆Ethernet
•802.3i——双绞线
•802.3j——光纤
•快速以太网FE
•802.3u——双绞线，光纤
•千兆以太网GE
•IEEE802.3z——屏蔽短双绞线、光纤
•IEEE802.3ab——双绞线
•万兆以太网10GE
•IEEE802.3ae——单模光纤
6IEEE802.3布线介质标准
•10Base5粗同轴
•10Base2细同轴
•10BaseT双绞线
•10BaseFMMF
•100BaseT双绞线
•100BaseFMMF/SMF
•1000BaseX屏蔽短双绞线/MMF/SMF
•1000BaseT双绞线
7网卡（适配器）的作用
–网络接口板又称为通信适配器（adapter）或网络接口卡NIC（NetworkInterfaceCard），或“网卡”。
–适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件。
–适配器的重要功能：
•进行串行/并行转换。
•对数据进行缓存。
•在计算机的操作系统安装设备驱动程序。
•实现以太网协议。
8
•重点：
CSMA/CD基本原理
•CSMA/CD工作原理小结
•CSMA/CD特点
•先听后发、边听边发、冲突停止、随机延迟后重发
•基本原理（基本过程）归纳
•适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中，准备发送
•若适配器检测到信道空闲，就发送这个帧，若检测到信道忙，则继续检测直到信道转为空闲，然后发送这个帧
•在发送过程中继续检测信道，若检测到碰撞，则中止数据的发送
•在中止发送后，适配器执行回退算法，等待一个随机比特时间后，返回步骤2
•
•工作原理概述
–总线型局域网中，当某一个节点要发送数据时，它首先要先去检测网络上的介质是否有数据正在传送，然后决定是否将数据送上网络。
如果没有任何数据在传送（即处于空闲状态），则立即抢占信道发送数据；如果信道正忙（即处于忙碌状态），则需要等待直至信道空闲再发数据。
曼彻斯特编码
9令牌总线网-TokenBus（IEEE802.4）和令牌环网-TokenRing（IEEE802.5）（待补充）见第四章PPT第22张
10局域网设备工作层次：
设备
冲突域
广播域
集线器
所有端口处于同一冲突域
所有端口处于同一广播域
网桥
每个端口处于同一冲突域
所有端口处于同一广播域
交换机
每个端口处于同一冲突域
可配置的（划分VLAN）广播域
路由器
每个端口处于同一冲突域
每个端口处于同一广播域
11虚拟局域网VLAN的优点和作用（待补充？
）：
•虚拟局域网（VLAN）
–利用交换机对帧传输的控制能力，在网络的物理拓扑结构基础上建立多个逻辑网络
–VLAN的划分可以突破物理位置的限制，依据网络的功能和应用等因素来进行
–一个VLAN可以被看作一个广播域，VLAN内的站点间可以直接进行通信，而不同VLAN内的站点则需要借助路由器进行通信
–隔离网络广播风暴
–增强了网络安全性
–简化网络管理和维护
–提高网络性能
第五章
1虚电路服务与数据报服务的对比
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
2所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。
3IP地址与硬件地址的转化（待补充）P117
4IP地址的划分划分子网子网掩码的计算
–A类：
10.0.0.0-10.255.255.255
–B类：
172.16.0.0-172.31.255.255
–C类：
192.168.0.0-192.168.255.255
5超网的简单计算
6ICMP协议作用
为了提高IP数据报交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议ICMP（InternetControlMessageProtocol）。
ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首部，组成IP数据报发送出去
ICMP是“InternetControlMessageProtocol”（Internet控制消息协议）的缩写。
它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。
控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。
这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。
我们在网络中经常会使用到ICMP协议，只不过我们觉察不到而已。
比如我们经常使用的用于检查网络通不通的Ping命令，这个“Ping”的过程实际上就是ICMP协议工作的过程。
还有其他的网络命令如跟踪路由的Tracert命令也是基于ICMP协议的。
基本的功能是测试网络是否畅通
7OSPF的优点（与RIP相比）
OSPF规定每隔一段时间，如30分钟，要刷新一次数据库中的链路状态。
•由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。
因此当互联网规模很大时，OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多。
•OSPF没有“坏消息传播得慢”的问题，据统计，其响应网络变化的时间小于100ms。
•指定的路由器
–多点接入的局域网采用了指定的路由器的方法，使广播的信息量大大减少。
–指定的路由器代表该局域网上所有的链路向连接到该网络上的各路由器发送状态信息。
Rip特点
•和哪些路由器交换信息？
–仅和相邻路由器交换信息。
•交换什么信息？
–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。
•在何时交换？
–按固定时间间隔交换路由信息，例如，每隔30秒。
8RIP路由表计算
收到相邻路由器（其地址为X）的一个RIP报文：
（1）先修改此RIP报文中的所有项目：
把“下一跳”字段中的地址都改为X，并把所有的“距离”字段的值加1。
（2）对修改后的RIP报文中的每一个项目，重复以下步骤：
若项目中的目的网络不在路由表中，则把该项目加到路由表中。
否则
若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替换原路由
表中的项目。
否则
若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新，
否则，什么也不做。
（3）若3分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。
（4）返回。
第六章
1运输层地位：
运输层的地位:
中间层（网络层以上应用层以下）
–两种观点化分高层和底层
–从通信和信息处理的角度看，运输层属于面向通信的最高层。
–从网络功能或用户功能来划分，运输层属于用户功能的最低层。
2运输层的两种协议：
TCP与UDP协议
3端口的概念和作用：
端口（port）就是运输层服务访问点TSAP，它实际指的是运输层的协议端口号（protocolportnumber），是软件接口而不是硬件接口。
•端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给运输层，以及让运输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。
4四类域名服务器：
根域名服务器:
•是最高层次的域名服务器
•所有根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名和IP地址
•顶级域名服务器：
•负责管理中该顶级域名服务器注册的所有二级域名
•本地域名服务器:
•每个ISP,企业可拥有本地（默认）域名服务器
•主机的DNS查询首先发往本地域名服务器
•授权域名服务器:
•每台主机必须在授权服务器上注册登记
•可完成域名/地址的转换
•因特网允许各个单位根据具体情况将本单位的域名划分为若干个域名服务器管辖区（zone），并在各管辖区中设置相应的授权域名服务器。
5HTTP的操作过程（综合应用题）见复习PPT
•用户点击鼠标后所发生的事件
（1）浏览器分析超链指向页面的URL
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