【计网】期末复习知识总结
目录
三大体系结构
协议数据单元PDU
速率
带宽
时延
物理层接口四大特性
机械特性
电气特性
功能特性
过程特性
双绞线
奈氏准则
信道复用
频分复用与码分复用的区别
频分复用FDM--同一时间占不同频带
时分复用TDM--不同时间占同样的频带（轮流用）
码分复用CDM（码分多址）--同一时间同一频带
数据链路层
循环冗余检验CRC
CSMA/CD
原理
多址接入MA
载波监听CS
碰撞检测CD
共享式以太网的争用期
求最小帧长
退避算法
谢希仁课后题（补充）
共享式以太网
交换式以太网
广播域和碰撞域
集线器，扩大了广播域和碰撞域
交换机，扩大了广播域，隔离了碰撞域
以太网MAC帧格式
分类编址
编辑
A类
B类
编辑
C类编辑
总结*
划分子网
子网掩码
默认子网掩码
无分类编址CIDR（无分类域间路由选择）
路由聚合（最长前缀匹配）
定长子网掩码划分子网
变长子网掩码划分子网
地址解析协议ARP*
IP分片
路由选择协议（静态、动态）
动态路由特点
EGP、IGP
网际控制协议ICMP*
作用
分类*
以下情况 不应发送 ICMP 差错报告报文 ：
TCP
“三报文握手”建立TCP连接
“四报文挥手”释放TCP连接
拥塞控制
域名系统DNS
域名服务器分类
根域名服务器
顶级域名服务器
权限域名服务器
本地域名服务器*
递归/迭代查询
动态主机配置协议DHCP
（考给定拓扑、如何配置）
文件传送协议FTP（21端口、20端口）
主动模式
被动模式
三大体系结构
OSI参考模型（7层）
TCP/IP参考模型（4层）
原理层参考模型（5层）
协议数据单元PDU
速率
带宽
时延
时延带宽积
（当第一个比特到达目的端（接收方）时，源端已发送了多少bit）
（以bit为单位的链路长度）
物理层接口四大特性
机械特性
规定了接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列以及固定和锁定装置等
电气特性
规定了接口电缆各条线上传输比特流时，信号电压的范围、阻抗匹配情况以及传输速率和距离限制等
功能特性
规定接口电缆的各条信号线的作用
过程特性
规定了在信号线上进行比特流传输的一组操作过程，包括各信号间的时序关系
传输媒体 是计算机网络设备之间的物理通路，也称为传输介质或传输媒介。
传输媒体并 不包含在计算机网络体系结构中
双绞线
奈氏准则
理想 低通信道的 最高码元传输速率 = 2W Baud
W ：信道的频率带宽（单位为 Hz ）
Baud ：波特，即码元 / 秒
码元传输速率 又称为 波特率 、 调制速率 、波形速率或符号速率。
波特率与比特率有一定的关系：
- 当1个码元只携带1比特的信息量时，波特率（码元/秒）与比特率（比特/秒）在数值上是相等的。
- 当1个码元携带n比特的信息量时，波特率（码元/秒）转换成比特率（比特/秒）时，数值要乘n。
信道复用
频分复用与码分复用的区别
频分复用FDM--同一时间占不同频带
一条马路，多条车道
时分复用TDM--不同时间占同样的频带（轮流用）
这里的TDM帧，指的是时间片，一轮，单位一般为us
码分复用CDM（码分多址）--同一时间同一频带
- 码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）常称为码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA），
- 与FDM和TDM不同，CDMA的每个用户可以在相同的时间使用相同的频带进行通信
- CDMA将每个比特时间划分为m个更短的时间片，称为码片（Chip）。m的取值通常为64或128。为了简
- 单起见，在后续的举例中，我们假设m的取值为8。
- CDMA中的每个站点都被指派一个唯一的m比特码片序列（Chip Sequence）。
- 某个站要发送比特1，则发送它自己的m比特码片序列；
- 某个站要发送比特0，则发送它自己的m比特码片序列的反码
- 如果有两个或多个站同时发送数据，则信道中的信号就是这些站各自所发送一系列码片序列或码片序列反码的叠加。为了从信道中分离出每个站的信号，给每个站指派码片序列时，必须遵循以下规则：
- 分配给每个站的码片序列必须各不相同，实际常采用伪随机码序列。
- 分配给每个站的码片序列必须相互正交，即各码片序列相应的码片向量之间的规格化內积为0。
数据链路层
循环冗余检验CRC
CSMA/CD
CS（载波监听Carrier Sense）MA（多址接入Multiple Access）/CD（碰撞检测Collision Detection）
原理
多址接入MA
载波监听CS
碰撞检测CD
共享式以太网的争用期
站点从发送帧开始，最多经过时长2（争用期/碰撞窗口）就可检测出所发送的帧是否遭遇碰撞
经过争用期2这段时间还没有检测到碰撞，就可以肯定这次发送不会产生碰撞
求最小帧长
- 为了确保共享总线以太网上的每一个站点在发送完一个完整的帧之前，能够检测出是否产生了碰撞，帧的发送时延 ≥ 争用期𝟐𝝉
- 对于𝟏𝟎𝑴𝒃/𝒔的共享总线以太网，其争用期𝟐𝝉 的值规定为𝟓𝟏. 𝟐𝝁s，因此其最小帧长为𝟓𝟏𝟐𝒃，即𝟔𝟒𝑩。
- 𝟏𝟎𝑴𝒃/𝒔 × 𝟓𝟏. 𝟐𝝁s = 𝟓𝟏𝟐𝒃 = 𝟔𝟒𝑩
- 当某个站点在发送帧时，如果帧的前𝟔𝟒𝑩没有遭遇碰撞，那么帧的后续部分也就不会遭遇碰撞。也就是说，如果遭遇碰撞，就一定是在帧的前𝟔𝟒𝑩之内。
- 由于发送帧的站点边发送帧边检测碰撞，一旦检测到碰撞就立即中止帧的发送，此时已发送的数据量一定小于𝟔𝟒𝑩。因此，接收站点收到长度小于𝟔𝟒𝑩的帧，就可判定这是一个遭遇了碰撞而异常中止的无效帧，将其丢弃即可。
退避算法
- 在使用CSMA/CD协议的共享总线以太网中，正在发送帧的站点一边发送帧一边检测碰撞，当检测到碰撞时就立即停止发送，退避一段随机时间后再重新发送。
- 共享总线以太网中的各站点采用截断二进制指数退避（Truncated Binary Exponential Backoff）算法来选择退避的随机时间。
退避时间=争用期
*随机数r
其中随机数r，从离散的整数集合
中随机选出一个数，k=min{重传次数，10}
- 如果连续多次发送碰撞，就表明可能有较多的站点参与竞争信道。但使用上述退避算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数而增大（即动态退避），因而减小产生碰撞的概率。
- 当重传达16次仍不能成功时，就表明同时打算发送帧的站点太多，以至于连续产生碰撞，此时应放弃重传并向高层报告。
谢希仁课后题（补充）
CSMA/CD相关习题---谢希仁课后题-CSDN博客
共享式以太网
集线器的一些主要特点如下：
- 使用集线器的以太网虽然物理拓扑是星型的，但在逻辑上仍然是一个总线网。总线上的各站点共享总线资源，使用的还是CSMA/CD协议。
- 集线器只工作在物理层，它的每个接口仅简单地转发比特，并不进行碰撞检测。碰撞检测的任务由各站点中的网卡负责。
- 集线器一般都有少量的容错能力和网络管理功能。 例如，若网络中某个站点的网卡出现了故障而不停地发送帧，集线器可以检测到这个问题，在内部断开与出故障网卡的连线，使整个以太网能正常工作。
❶ 网桥收到帧后进行 登记（即自学习） ，登记的内容为帧的 源 MAC 地址 和进入网桥的 接口号 。
❷ 网桥根据帧的 目的 MAC 地址 和网桥的 转发表 对帧进行 转发 ，包含以下三种情况：
● 明确转发 ：网桥知道应当从哪个接口转发帧。
● 盲目转发（泛洪） ：网桥不知道应当从哪个接口转发帧，只能将其通过除进入网桥的接口外的其他 所有接口转发。
● 丢 弃 ：网桥知道不应该转发该帧，将其丢弃。
源地址自学习，查（转发）表，登记
目的地址，查表，转不转发？
（1）没有，泛洪 全发（2）有 若不相等（目的地址和源地址）则转发，若相等，则丢弃（过滤）
（1）如果网桥收到有误码的帧则直接丢弃
（2）如果网桥收到一个无误码的广播帧，则不用查表，而是直接从除接受该广播帧的接口的其他接口转发该广播帧
（3）转发表中的每条记录都有其有效时间，到期自动删除。这是因为各站点的MAC地址与网桥接口对应关系并不是永久性的，例如某个站点更换了网卡，其MAC地址就会改变
交换式以太网
1990 年面世的 交换式集线器 （ Switching Hub ），实质上是 具有多个接口的网桥 ，常称 为 以太网交换机 （ Switch ）或二层交换机。
- “二层”是指以太网交换机工作在数据链路层（包括物理层）。
- 与网桥相同，交换机内部的转发表也是通过自学习算法，基于网络中各主机间的通信，自动地逐步建立起来的。
- 另外，交换机也使用生成树协议STP，来产生能够连通全网但不产生环路的通信路径。
交换机的每个接口可以连接计算机，也可以连接集线器或另一个交换机
- 当交换机的接口与计算机或交换机连接时，可以工作在全双工方式，并能在自身内部同时连通多对接口，使每一对相互通信的计算机都能像独占传输媒体那样，无碰撞地传输数据，这样就不需要使用CSMA/CD协议了。
-
当交换机的 接口连接的是集线器 时，该接口就 只能使用 CSMA/CD 协议 并只能工作在 半双工方式 。
-
现在的交换机和计算机中的网卡都能自动识别上述两种情况，并自动切换到相应的工作方式。
- 交换机一般都具有多种速率的接口，例如10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s甚至10Gb/s的接口，大部分接口支持多速率自适应。
- 一般的交换机都采用“存储转发”方式，为了减小交换机的转发时延，某些交换机采用了直通（Cut-Through）交换方式。
- 采用直通交换方式的交换机，在接收帧的同时就立即按帧的目的MAC地址决定该帧的转发接口，然后通过其内部基于硬件的交叉矩阵进行转发，而不必把整个帧先缓存后再进行处理。
- 直通交换的时延非常小。
- 直通交换不检查差错就直接将帧转发出去，有可能会将一些无效帧转发给其他主机。
广播域和碰撞域
集线器，扩大了广播域和碰撞域
交换机，扩大了广播域，隔离了碰撞域
以太网MAC帧格式
分类编址
注：
- A类、B类和C类地址都是单播地址，只有单播地址可以分配给网络中的主机（或路由器）的各接口。
- 主机号为“全0”的地址是网络地址，不能分配给主机（或路由器）的各接口。
- 主机号为“全1”的地址是广播地址，不能分配给主机（或路由器）的各接口。
A类
B类
C类
总结*
划分子网
子网掩码
只要给定了一个分类的IPv4地址及其相应的子网掩码， 就可以得出子网划分的全部细节
已知某个网络的地址为 145.13.0.0 ，使用子网掩码 255.255.192.0 对其进行子网划分，请给出划分细节
192=(1100 0000)2
B类网络地址145.13.(网络号)0.0(主机号)
主机号转换为16bit
145.13.(网络号)0000 0000.0000 0000(主机号)
子网掩码
255.255.(16个连续比特1对应网络号部分)192.0(表明从主机号借用几比特作为子网号)
将192.0转换成16比特
255.255.(16个连续比特1对应网络号部分) 11 00 0000 0000 0000(2个比特1表示从主机号借用2个比特作为子网号)
划分出子网数量
每个子网 可分配 的地址(根据主机号计算)
（减 2 是去掉主机号为全 0 的网络地址和全 1 的广播地址）
默认子网掩码
无分类编址CIDR（无分类域间路由选择）
无分类编址方法使用的 地址掩码 与划分子网使用的 子网掩码 类似，由 32 比特构成。
- 用左起多个连续的比特1对应IPv4地址中的网络前缀；
- 之后的多个连续的比特0对应IPv4地址中的主机号。
仅从地址自身无法看出网络 前缀和主机号各自的长度
在斜线之后写上网络前缀所占的比特数量（也就是 地址掩码中左起连续比特 1 的数量）
给定的无分类编址的 IPv4 地址为 128.16.35.7/20 ，请给出该地址所在 CIDR 地址块的全部细节
实际上，无分类域间路由选择 CIDR 是将网络前缀都相同的、连续的多个无分类 IPv4 地 址，组成一个 CIDR 地址块 ，只要知道 CIDR 地址块中的任何一个地址，就可以知道该地 址块的以下全部细节：
- 地址块中的最小地址
- 地址块中的最大地址
- 地址块中的地址数量
- 地址块中聚合某类网络（A类、B类、C类）的数量
- 地址掩码
路由聚合（最长前缀匹配）
共同前缀，连续的网络2^n个
举一个三个地址聚合的例子
172.1.4.0/24
172.1.5.0/24
172.1. 4.0/23
172.1. 6.0/23
定长子网掩码划分子网
变长子网掩码划分子网
在数据包的传送过程中，数据包的 源 IP 地址和目的 IP 地址保持不变 ；
在数据包的传送过程中，数据包的 源 MAC 地址和目的 MAC 地址逐链路（或逐网络）改变 。
地址解析协议ARP*
【计网】 ARP地址解析协议 [工作过程]-CSDN博客
直接交付，间接交付
IP分片
【计网】分片-CSDN博客
路由选择协议（静态、动态）
动态路由特点
EGP、IGP
域间路由选择/外部网关协议EGP：BGP
域内路由选择/内部网关协议IGP：RIP、OSPF
1. 外部网关协议EGP和内部网关协议IGP只是路由选择协议的分类名称，而不是具体的路由选择协议。
2. 外部网关协议和内部网关协议名称中使用的是“网关”这个名词，是因为在因特网早期的RFC文档 中，没有使用“路由器”而使用的是“网关”这一名词。
网际控制协议ICMP*
作用
- 主机或路由器使用ICMP来发送差错报告报文和询问报文。
- ICMP报文被封装在IP数据报中发送。
分类*
差错报告报文
终点不可达、源点抑制、时间超过（超时）、参数问题、改变路由（重定向）
Type字段：0x03，目的不可达（Type=3（Destination Unreachable）
以下情况 不应发送 ICMP 差错报告报文 ：
对 ICMP 差错报告报文不再发送 ICMP 差错报告报文。
对第一个分片的 IP 数据报片的所有后续数据报片都不发送 ICMP 差错报告报文。
对具有多播地址的 IP 数据报都不发送 ICMP 差错报告报文。
对具有特殊地址（例如 127.0.0.0 或 0.0.0.0 ）的 IP 数据报不发送 ICMP 差错报告报文。
TCP
【计算机网络】第七章 运输层-CSDN博客
端口号（FTP=21/20，HTTP=80）
“三报文握手”建立TCP连接
【计算机网络】三报文握手建立TCP连接-CSDN博客
“四报文挥手”释放TCP连接
【计算机网络】四报文挥手释放TCP连接-CSDN博客
拥塞控制
域名系统DNS
域名服务器分类
根域名服务器
顶级域名服务器
权限域名服务器
本地域名服务器*
递归/迭代查询
动态主机配置协议DHCP
如何配置用户主机才能使用户主机正常访问Web服务器
动态主机配置协议DHCP可为计算机自动配置网络参数，使得计算机“即插即联网”
（考给定拓扑、如何配置）
IP地址
子网掩码
默认网关
| 子网名称 | 主机位数 | 子网掩码 | 网络地址 | 可用地址范围 | 广播地址 |
| 子网1 | 6 | /26 | 218.75.230.0 | 1-62 | 218.75.230.63 |
| 子网2 | 5 | /27 | 218.75.230.64 | 65-94 | 218.75.230.95 |
| 子网3 | 4 | /28 | 218.75.230.96 | 97-110 | 218.75.230.111 |
| 子网4 | 2 | /30 | 218.75.230.112 | 113-114 | 218.75.230.115 |
| 子网5 | 2 | /30 | 218.75.230.116 | 117-118 | 218.75.230.119 |
文件传送协议FTP（21端口、20端口）
FTP客户和服务器之间要建立以下并行的TCP连接：
一个是控制连接，在整个会话期间一直保持打开，用于传送FTP相关控制命令
另一个是数据连接，用于文件传输，在每次文件传输时才建立，传输结束就关闭
默认情况下，FTP使用TCP 21端口进行控制连接，TCP 20端口进行数据连接
但是，是否使用TCP 20端口数据连接与传输模式有关，主动方式使用TCP 20端口，被动方式由服务器和客户端自行协商决定
主动模式
被动模式
