计算机网络复习提纲

第一章

1. 互联网的两个基本特点

• 连通信: 数据通信：用户之间交互信息（如E-mail)

• 共享: 资源共享（信息、软件和硬件）

2. 互联网的组成

按 工作方式 区分:

• 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）。

  

3. 电路交换、报文交换和分组交换

Tips: “ 交换 ”就是按 照某种方式动态地分配传输线路的资源。

• 电路交换 过程:整个报文的比特流连续的从源点直达终点

  xxxxxxxxxx
  5
  1
  1️⃣建立连接（尝试占用通信资源）
  2
  
  3
  2️⃣通信（一直占用通信资源）
  4
  
  5
  3️⃣释放连接（归还通信资源）
  

• 报文交换 过程:整个报文先传送到相邻结点存储， 再转发到下一个结点

• 分组交换 过程:报文分组后每个分组分别传送到相邻结点存储，再转发到下一个结点

  性能比较 :

  

4. 计算机网络的分类

1. 按分布范围分类

   • 局域网 LAN (Local Area Network) ：一般<u>10 公里</u>以内，一个企业可拥有一个或多个局域网

   • 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)： <u>5-50公里</u>范围，可以一个或几个单位拥有，也可以 是一个公用设施

   • 广域网 WAN (Wide Area Network)：也称远程网， <u>几十到几千公里</u>，长距离（跨越不同城市或国家）运 送数据

   • (无线）个人区域网 PAN (Personal Area Network) :范围<u>10m左右</u>

2. 按使用者分类

   • 公用网——向公众开放的网络(给钱就能用)。如：办宽带、交手机话费即可使用的互联网

   • 专用网——仅供某个组织内部使用的网络(死活不给用)。如：政府、军队、电力、银行的内部网络

3. 按传输技术分类

   • 广播式网络——当一台计算机发送数据分组时，广播范围内所有计算机都会 收到该分组，并通过检查分组的目的地址决定是否接收该分组(Eg: 无线网)

   • 点对点网络——数据只会从发送方“点对点”发到接收方，精准送达

4. 按拓扑结构分类

   结构	图示	描述
   总线型		数据“广播式”传输； 存在“总线争用”问题
   环形		环形结构：数据“广播式”传输；通过“令牌”解决总线 争用问题，令牌顺环形依次传递，拿到令牌者可使用总线
   星形		星形结构：由中央设备实现数据的“点对点”传输；不存在“总线争用”问题
   网状		网状结构：数据通过各中间节点逐一存储转发； 属于“点到点”传输

5. 计算机网络的性能指标、时延的计算方法

性能指标包括:速率、带宽、吞吐量, 时延、时延带宽积、往返时延, 信道利用率

xxxxxxxxxx
1
1
**$存储单位换算:

1B(字节)=8bit(比特)$**

1. 速率(也叫数据率, 比特率, 数据传输速率)[单位bit/s, b/s, bps]

2. 带宽(也叫最高数据率)[单位赫Hz,千赫kHz..., b/s, bit/s]

3. 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过 某个网络（或信道、接口）的数据量

4. 时延：数据从网络的一端到另一端所需的时间.

   

5. 时延带宽积: 一条链路中，已从发送端发出但尚未到达接收端的最大比特数[单位bit]

   $$\text{时}\text{延}\text{带}\text{宽}\text{积}=\text{传}\text{播}\text{时}\text{延}\ast \text{带}\text{宽}$$

6. 往返时延RTT（ Round-Trip Time ）：表示从发送方发送完数据，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间(Eg:游戏延迟)。

   

7. 信道利用率

   $$\text{信}\text{道}\text{利}\text{用}\text{率}=\text{有}\text{数}\text{据}\text{通}\text{过}\text{的}\text{时}\text{间}/(\text{有}\text{数}\text{据}\text{通}\text{过}\text{的}\text{时}\text{间}+\text{没}\text{有}\text{数}\text{据}\text{通}\text{过}\text{的}\text{时}\text{间})$$

   例题 1(总时延计算):

   

已知条件：

• 传播距离：$d=1000\text{km}={10}^6\text{m}$$d = 1000\ \text{km} = 10^6\ \text{m}$

• 信号传播速率：$v=2\times {10}^8\text{m/s}$$v = 2 \times 10^8\ \text{m/s}$

解(1)：

$L={10}^7\text{bit}$$L=10^7\ \text{bit}$，$R=100\text{kb/s}={10}^5\text{bit/s}$$R=100\ \text{kb/s}=10^5\ \text{bit/s}$

1. 传播时延： $t\mathrm{\_}\text{传播}=\frac{{10}^6}{2\times {10}^8}=5\times {10}^{-3}\text{s}=5\text{ms}$$t\_{\text{传播}} = \frac{10^6}{2 \times 10^8} = 5 \times 10^{-3}\ \text{s} = 5\ \text{ms}$

2. 发送时延：$t\mathrm{\_}\text{传输}=\frac{{10}^7}{{10}^5}=100\text{s}$$t\_{\text{传输}} = \frac{10^7}{10^5} = 100\ \text{s}$

3. 总时延： $t_{\text{总}}=100+0.005=100.005\text{s}$$t_{\text{总}} = 100 + 0.005 = 100.005\ \text{s}$

解(2)：

$L={10}^3\text{bit}$$L=10^3\ \text{bit}$，$R=1\text{Gb/s}={10}^9\text{bit/s}$$R=1\ \text{Gb/s}=10^9\ \text{bit/s}$

1. 传播时延（与发送速率无关）：$t\mathrm{\_}\text{传播}=5\text{ms}$$t\_{\text{传播}} = 5\ \text{ms}$

2. 发送时延： $t_{\text{传输}}=\frac{{10}^3}{{10}^9}={10}^{-6}\text{s}=1\mu \text{s}$$t_{\text{传输}} = \frac{10^3}{10^9} = 10^{-6}\ \text{s} = 1\ \mu\text{s}$

3. 总时延：$t\mathrm{\_}\text{总}=0.000001+0.005=0.005001\text{s}$$t\_{\text{总}} = 0.000001 + 0.005 = 0.005001\ \text{s}$

6. 网络协议三要素

• 语法 : 数据与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 : 事件实现顺序的详细说明。

7. 五层体系结构以及TCP/IP体系结构、各层的功能

体系结构:

第二章

1. 网络常见的传输介质有哪些？

• 导向型:

• 非导向型

2. 就双方信息交互方法看，通信的三种基本方式（单工、半双工、全双工，生活中的实例）

数据通信方式	描述	图示	代表
单工通信	只能有一个方向的通 信而没有反方向的交互		听广播和看电视
半双工通信	通信的双方都 可以发送信息，但同一时刻只限于一个方向传输		对讲机
双向同时通信	通信的双方可 以同时发送和接收信息		计算机之间通信

3. 奈氏准则和香农公式

• 奈氏准则:对于一个 <u>理想低通信道</u>（没有噪声、带宽有限的信道）

  • 极限波特率 = 2W （单位：波特，即 码元/秒）

  • $\text{极}\text{限}\text{比}\text{特}\text{率}=2\ast W\ast lo{g}_{2}K(b/s)$$极限比特率=2*W*log_2K (b/s)$

  • $1\text{码}\text{元}(W)=lo{g}_{2}K(bit)$$1码元(W)=log_2K(bit)$

W 是信道的频率带宽[单位Hz]

• 香农公式:对于一个 有噪声、带宽有限的信道

  • $\text{信}\text{噪}\text{比}=10\ast lo{g}_{10}S/N(dB\text{分}\text{贝})$$信噪比=10*log_{10}S/N(dB分贝)$ ( S:信号的功率; N:噪声的功率)[ <u>无单位</u> ]

• $\text{极}\text{限}\text{比}\text{特}\text{率}=Wlo{g}_2(1+𝑆/𝑁)[\text{单}\text{位}:b/s]$$极限比特率 = Wlog_2(1 + 𝑆/𝑁)[单位: b/s]$

4. 常用的宽带接入技术有哪些

• 数字用户线x DSL技术

  • ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线

  • HDSL (High speed DSL) : 高速数字用户线

  • SDSL (Single-line DSL)：1 对线的数字用户线

  • VDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户线

  • DSL (Digital Subscriber Line)：ISDN 用户线。

  • 第二代ADSL->更高的数据率,无缝速率自适应技术->自适应地调整数据率

• 光纤同轴混合网HFC

  • 主要特点:

    1. HFC网的主干线路采用光纤

    2. HFC 网采用结点体系结构

    3. HFC 网具有比 CATV 网更宽的频谱，且具有 双向传输功能

    4. 每个家庭要安装一个用户接口盒(机顶盒,电话机,电缆调制解调器)

• (光纤到...)FTT x技术

  • 光纤到家 FTTH (Fiber To The Home)

  • 光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building)

  • 光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb)

5. 信道复用技术

1. 频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing):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TDM(Time Division Multiplexing):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. 统计时分复用STDM(Statistic TDM):改进的时分复用

4. 波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing):主要用于光纤通信，利用不同的波长的光在同一条光纤同时传输多路信号

5. 码分复用 CDM (Code Division Multiplexing):各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰

第三章

1. 数据链路层的三个基本问题是什么？为什么要加以解决？具体如何解决的?

三个基本问题:封装成帧 透明传输 差错控制

• 封装成帧: 在一段数据的前后分别 添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定 帧的界限, 就是帧定界。

• 透明传输: 即不管输入什么字符都可以 放在帧中传输过去。

• 差错控制: 发现并解决一个帧内部的位错误

• 奇偶校验

  • 奇校验: 若传输的1的个数满足奇数个， 校验位（冗余位）记0，偶数个记1

  • 偶校验：若传输的1的个数满足偶数个， 校验位（冗余位）记0，奇数个记1

  • 特点-->只能检测出每列（或行）中奇数个错（例：每列有一个错时能检 测出来，若有两个错就 检测不出），漏检率接近50%

• CRC循环冗余检验

  • 特点:

    • 可检测出所有小于等于校验位长度的连续错误；

    • 若选择合适的生成多项式，则可纠正单比特错误

  • 接收方判断:

    • 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)

    • 若余数 R $\ne$$\neq$ 0，则判定这个帧有差错，就丢弃

  • 计算方法

    1. 事先约定生成码P（P(X)为生成多项式, 按幂转化为二进制码）冗余码n的位数为P-1位

    2. 传输的信息为M, 在M后面添加n个0作为被除数T。

    3. 用得到T除以P，得出商是Q, 而余数是R（冗余码），余数R比除数P少1位，即R是n位。

    4. 码字为M+R（+为字符顺序连接符号）

  • 例 :

  求循环冗余码( FCS )和码字

  已知: 要传输的信息 ( M = 101001 )，约定的生成多项式为$P(X)=x^3+x^2+1$$P(X)=x^3+x^2+1$，求循环冗余码和码字

  • 生成码P为 1101 ,冗余码n的位数为4-1=3位

  • 传输的信息M为 101001,被除数T为101001<span style="color:green">000

  • T/P=Q( 110101 ).....R( 001 )

  • 码字: 101001001, 冗余码: 001

  • 补充-->除法过程:

    

2. 字节填充和零比特填充

• 字节填充法:->填充特殊字符

  数据部分: 1011<span style="color:purple">00000100010<span style="color:green">000110111110<span style="color:purple">000000011110

  封装好的帧:<span style="color:red">000000011011<span style="color:blue">00011011<span style="color:purple">000001000100<span style="color:blue">0011011 <span style="color:green">000110111110<span style="color:black">00011011<span style="color:purple">000000011110<span style="color:red">00000100

• 零比特填充法:->数据部分每遇到连续的5个1，就填充⼀个0

  • 发送方需要对帧的数据部分进行处理，每当遇到连续5个1，就填充一个0

  • 接受方需要对帧的数据部分进行逆处理，每当遇到连续5个1，就删掉后面的0

3. 网络适配器的作用是什么？它工作在哪一层？

4. 试从工作层次和功能上比较和分析集线器、交换机和路由器的区别与联系

碰撞域（冲突域）：连接在同一导线上的所有 工作站集合（同一物理网段上所有节点集合）<u>域内争用端口</u>，在任意时刻，只能有一个站发送数据

广播域：接收同样广播信息的节点集合

• 区别 :

• 联系: 从底层到高层逐层支撑数据传输，让设备之间的通信更有序、更快、更安全

• 例:

答案 (1) <u>[ 4 ]</u> (2) <u>[ 3 ]</u> (3) <u>[ 1+5= 6 1+2=3 ]</u>

5. CSMA/CD协议(IEEE802.3以太网采用的介质访问控制协议)要点：P88

CSMA/CD : 载波监听 多点接入 / 碰撞检测

要点 : ->先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发

• 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

特点 :

• 只能进行双向交替通信（半双工通信）

• 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性

• 发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率

6. 交换机的自学习功能

• 交换表---初始为空,记录【MAC地址，端口号】的对应关系

• 每收到一个帧，就将“发送方"的【MAC地址，端口号】更新到交换表

• 1. 如果不知道"接收方"在哪里,就把帧广播到除入口以外的其他端口

  2. 如果知道"接收方"在哪里,就把帧精准转发至某个端口

• 交换表中每个表项都有“有效时间"，过期表项自动作废, 以防某些节点拔线跑路

7. MAC地址

• 硬件地址, 物理地址

• 固化在适配器ROM中的地址

• 48位(6字节) : 如 EC-55-F9-78-1E-53

8. 冲突域、广播域的概念

• 碰撞域（冲突域）：连接在同一导线上的所有 工作站集合（同一物理网段上所有节点集合）<u>域内争用端口</u>，在任意时刻，只能有一个站发送数据

• 广播域：接收同样广播信息的节点集合

第四章

1. 网络层提供的两种服务

• 面向连接:面向连接的服务在端系统之间建立通过网络的虚电路， 在发送任何数据之前，要求建立会话连接（与拨打电话类似），然后才能开始传送数据，传送完成后需要释放连接

  虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而 并不是真正建立了一条物理连接

• 无连接（无面向连接）：不要求发送方和接收方之间的会话连接。发送方只是简单地开始向目的地发送数据分组（称为数据报），不需要提前与目的系统建立连接

2. IP地址

1. 分类IP地址: 将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址由网络号(net-id)和主机号(host-id)构成--->IP地址::={<网络号>,<主机号>}

   • 

   • 特点:

     • 网络号和主机号不能全0或全1，每类地址中最小网络地址为1,可用最小网络地址为： A类1.0.0.0， B类128.1.0.0，C类192.0.1.0

     • 网络号127保留为本地环回测试 地址，如 127.0.0.1

     • 全0的主机号字段表示该IP地址是“本主机”所连接到的网络地址

     • 全1的主机号字段表示该网络上所有主机

2. CIDR(无分类域间路由选择): IP地址::={<网络前缀>,<主机号>}

   • 特点:

     • CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间

     • 使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号

     • IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址

   • CIDR地址块: 网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址块”

     • 128.14.32.0/20 表示的地址块共有$2^{12}$$2^{12}$ 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的位数 255.255.11110000.00000000所以这个地址的主机号是 12 位）。

     • 128.14.32.0/20 地址块的最小地址：128.14.32.0

     • 128.14.32.0/20 地址块的最大地址：128.14.47.255

     • 全 0 和全 1 的主机号地址一般不使用

3. 子网掩码

   • 特点:

     • 斜线后面的数字就是地址掩码1的个数

     • 路由器在和相邻路由器交换路由信息时，必须把自己 所在网络（或子网）的子网掩码告诉相邻路由器

     • 路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须同时给出该网络的子网掩码

4. IP地址的特点

   • IP地址是一个分等级的地址结构，每一个 IP地址由网络前缀和主机号构成

   • IP地址是标志一个主机（或路由器） 和一条链路的接口

   • 用转发器或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号(net-id)

   • 所有分配到网络号 net-id 的网络(无视地理范围), 都是平等的

5. 习题4-19（P204）

   题设: 某单位分配到一个地址块 129.250/16，该单位共有 4000 台计算机，且这些计算机平均分布在 16 个不同的地点。需要为这 16 个地点各自分配一个地址块，并计算出每个地址块中 IP 地址的最小值和最大值。

   解:

   1. 网络位 16 位, 需要划分 16 个地点, 需要借 $lo{g}_{2}16=4$$log_216=4$ 位作为子网位, 则子网掩码为 255.255.11110000.0->255.255.240.0

   2. 分配地址块, 子网增量$256-240=16$$256-240=16$, 每个 /20子网包含IP数$2^{(32-20)}=4096$$2^{(32-20)}=4096$个(满足每个地点250台)

   3. 第n个地点,地址块为 129.250.1111xxxx.0/20, 最小值 129.250.240.1, 最大值 129.250.255.254

   4. 地址范围为 129.250.240.1~129.250.255.254

3. ARP协议工作原理

ARP:地址解析协议(Address Resolution Protocol), 实现由IP地址到MAC地址的自动解析

1. 工作原理:

   1. 主机 A 做好向主机 B 发送 IP 数据报的准备；

   2. 主机 A 查询自身的 ARP 高速缓存，判断缓存中是否存在主机 B 对应的 IP 地址；

      • 若 ARP 高速缓存中存在主机 B 的 IP 地址，直接从 ARP 缓存中提取该 IP 地址对应的硬件地址；

        1. 将提取到的硬件地址写入 MAC 帧的目的地址字段；

        2. 通过局域网将该 MAC 帧发送到目标硬件地址，完成数据报的初步转发；

      • 若 ARP 高速缓存中没有主机 B 的 IP 地址，主机 A 会先查找本局域网上某个路由器的 MAC 地址；

        • 随后将待发送的分组发送给该路由器，由路由器继续完成后续的转发流程。

2. 使用情况

   • 主机(发送方)<-ARP->主机(接收方)

   • 主机<-->路由器

   • 路由器<-->主机

   • 路由器<-->路由器

3. 例:

   题设:主机A发送数据报给主机B，途径5个路由器，试问在IP 数据报的发送过程中总共使用了几次ARP协议

   解:

   1. 发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机，先用 ARP 找到本网络上的一个路由器 的硬件地址

   2. 主机A—>R1—>R2—>R3—>R4—>R5—>主机B

   3. 共6次, 主机1 次, 路由器5 次

4. IP分组转发的算法

[例4-2]

解:

1. 源主机$H_1$$H_1$的本地判断

   • $H_1$$H_1$的IP地址为 128.1.2.194, 子网前缀为 128.1.2.192/26, 所在子网的地址范围是 128.1.2.192~128.1.2.255

   • 目的地址 128.1.2.132不在范围内-->$H_1$$H_1$将分组发送给连接在本网络上的路由器$R_1$$R_1$

2. 路由器$R_1$$R_1$的转发

   • $R_1$$R_1$查询自身转发表:

     • 目的地址 128.1.2.132匹配前缀 128.1.2.128/26(该前缀的范围为 128.1.2.128~128.1.2.191)

     • 转发表该前缀对应下一跳为"直接, 接口1"

   • $R_1$$R_1$将分组从接口1转发到子网$N_2$$N_2$(前缀 128.1.2.128/26)

3. 子网$N_2$$N_2$内的交付

   • 分组在$N_2$$N_2$内通过广播,最终将分组交付给主机$H_2$$H_2$

4. 整个传输路径

   • H₁ → 子网$N₁$$N₁$ → 路由器R₁（接口0→接口1） → 子网N₂ → 目的主机H₂

5. RIP特点、工作原理以及距离向量算法

1. RIP(路由信息协议Routing Information Protocol)

   • 一种分布式的基于距离向量的路由选择协议

   • 要求网络中的每一个路由器都要维护从它自已到其他每一个目的网络的距离记录。

2. "距离(跳数)"的定义

   1. 从一个路由器到直接连接的网络的距离定义为1, 到非直接连接的网络的距离定义为经过的路由器数

   2. 一条路径最多只能包含15 个路由器, 只适用于小型网络

   3. 多条路径下,RIP选择跳数最少的路径

3. RIP特点

   1. 仅和相邻路由器交换信息

   2. 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）

   3. 按固定的时间间隔交换路由信息

   4. 坏消息传播的慢

4. 工作原理

   • 路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离 （此距离定义为1）。

   • 以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。

   • 经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。

     自治系统AS(Autonomous System):在单一的技术管理下的一组路由器

5. 距离向量算法

   1. 第一步：修改地址

      • 对地址为 X 的相邻路由器发来的 RIP 报文，将 “下一跳字段中的地址都改为 X”，所有 “距离” 字段的值 + 1。

      • 示例：若 X 路由器发来的项目是 "Net2，3，Y"[<目的网络>,<距离>,<下一跳路由> ]，则改为 "Net2，4，X"。

   2. 第二步：更新本路由信息

      • 若原来路由表中没有目的网络 Net，则把该项目添加到路由表中；

      • 若有目的网络 Net：

        • 若下一跳路由器地址是 X，把收到的项目替换原路由表中项目；

        • 若下一跳路由器地址不是 X，且收到的项目中距离小于路由表中的距离，则更新；否则什么也不做。

   3. 超时处理：若 3 分钟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的路由器（距离置为 16）。

   4. 例:已知路由器$R_6$$R_6$的路由表，现收到相邻路由器$R_4$$R_4$发来的路由更新信息，试更新路由器$R_6$$R_6$的路由表：

      

6. OSPF的特点和基本工作原理

1. OSPF(开放最短路径优先Open Shortest Path First): 是一个分布式的链路状态协议

2. 三个要点

   1. 信息发送范围: 向本自治系统中所有路由器发送信息（方法：洪泛法）

   2. 发送的信息内容：只发送与本路由器相邻的所有路由器的链路状态（"链路状态”指本路由器与哪些路由器相邻，及链路的“度量"metric）;

   3. 发送时机：只有当链路状态发生变化时，才用洪泛法向所有路由器发送此信息。

   4. 特点:

      • 每隔30min，要刷新一次数据库中的链路状态

      • 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不存在坏消息传的慢的问题，它的收敛速度很快

3. 工作原理

   链路状态数据库: 全网的拓扑结构图, 全网内一致, 能较快的更新链路状态信息

   OSPF区域:

   • 将一个自治系统划分若干个更小的范围

   • 一个区域内部的路由器只知道本区域内的完整网络拓扑

   • 上层叫主干区域,标识符规定为 0.0.0.0, 用来联通下层区域

   初始链路状态同步

   1. 邻居发现与链路度量配置：路由器发现相邻节点并建立邻居关系，同时为与各邻居的链路配置对应的度量值(记忆: 认邻居, 认路, 标距离)

   2. 链路状态摘要交互：路由器向邻居发送数据库描述分组，传递自身链路状态数据库的条目摘要(邻居间唠嗑,交换信息)

   3. 链路状态请求与更新：邻居基于摘要，通过链路状态请求获取自身缺失或更新的链路状态信息；源路由器以链路状态更新响应，邻居则通过链路状态确认分组完成同步，最终构建全网一致的链路状态数据库(上传已知信息,合并出结果, 给邻居确认)

   链路状态变更处理

   1. 洪泛式更新：状态变更的路由器以洪泛方式向自治系统内所有路由器广播新的链路状态(广播发信息)

   2. 确认与拓扑更新：其他路由器接收后确认，完成链路状态数据库的更新(各自确认)

   3. 最短路径计算：各路由器基于更新后的链路状态数据库，采用 Dijkstra 算法重新计算至各节点的最短路径，生成新的路由表(算最短路径)

   RIP和OSPF都是内部网关协议, BGP为外部(或边界)网关协议

7. BGP路由

• BGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议

• 一个自治系统中有两种不同功能路由器：边界路由器（边界网关）和内部路由器

• 一个AS自治系统 至少要有一个 BGP边界路由器 和相邻AS直接相连

• BGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由

第五章

1. 传输层的功能

• 传输层的功能是保证数据可靠地从发送结点发送到目标结点

• 为端到端连接提供流量控制、差错控制、服务质量等管理服务

2. UDP的特点，TCP的特点

• UDP(用户数据报协议 User Datagram Protocol): 主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用的传输协议

  • 在数据传送前不需要先建立连接。目的主机收到UDP报文后，也不需要给出确认。因此提供的是不可靠交付

  • UDP简单，开销小，某些情况(网络视频会议系统)下是最有效的工作方式

  • 支持一对一、一对多、多对一和多对多

• TCP(传输控制协议 Transmission Control Protocol):为应用提供一些“低级”功能，是执行特定任务的应用协议

  • 提供可靠的、面向连接的服务，在数据传送前需要先建立连接，目的主机收到UDP报文后，需要给出确认

  • 开销增加，如确认、流量控制、计时器以及连接管理等，使首部增大，占用处理机资源

  • TCP仅支持一对一

3. 可靠传输的工作原理

1. 停止等待协议

   

   • 注意点:

     • 在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送的分组的副本

     • 分组和确认分组都必须进行编号

     • 超时计时器的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长

   • 可靠通信的实现

     • 确认和重传机制，可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信

     • 自动重传请求ARQ (Automatic Repeat reQuest)表明重传的请求是自动进行的, 接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组

   • 优缺点:

     • 优点简单

     • 缺点信道利用率太低-->改进:流水线传输,连续发送多个分组

2. 连续ARQ协议

   

   • 累积确认

     • 不必对收到的分组逐个发送确认，而是对按序到达的最后一个分组发送确认, 表示到这个分组为止的所有分组都已正确收到了

     • 优势: 容易实现, 即使丢失也不必重传

     • 缺点: 不能向发送方反映出接收方已经正 确收到的所有分组的信息

   • Go-back-N(回退 N)

     • 表示需要再退回来重传已发送过的 N 个分组

     • 如果发送方发送了前 5 个分组，而中间的第 3 个分组丢失了。这时接收方只能对前两个分组发出确认。发送方无法知道后面三个分组的下落，而只好把后面的三个分组都再重传一次

   • 可靠通信的实现

     • TCP 连接的每一端都必须设有两个窗口(发送窗口, 接收窗口)

     • TCP 的可靠传输机制用字节的序号进行控制

     • TCP 两端的四个窗口经常处于动态变化之中, 往返时间 RTT 也是动态的, 需要使用特定算法进行估算

4. TCP可靠传输的实现

1. 以字节为单位的滑动窗口

   

   1. A的发送窗口

      • 发送窗口的位置由窗口前沿和后沿的位置决定

      • 发送窗口的后沿变化有两种情况：不动（没有收到新的确认）和前移（收到了新的确认)

      • 发送窗口的前沿有可能向后收缩，由于对方通知的窗口缩小

   2. 工作过程

      状态指针: $P_1$$P_1$-->之前的数据已发送并确认; $P_3$$P_3$-->之后的数据是不允许发送的

      

   3. 注意:

      • A 的发送窗口和 B 的接收窗口不一定一样大（因为有一定的时间滞后）

      • TCP 标准没有规定对不按序到达的数据应如何处理。 通常是先临时存放在接收窗口中，等到字节流中所缺少的字节收到后，再按序交付上层的应用进程

      • TCP 要求接收方必须有累积确认的功能，这样可以减小传输开销

2. 超时重传时间的选择

   • TCP每发送一个报文段，就对这个报文段设置一次计时器。只要计时器设置的重传时间到但还没有收到确认， 就要重传这一报文段

   • 采用了一种自适应算法，记录一个报文发出的时间， 以及收到的相应的确认的时间

3. 选择确认SACK(Selective ACK)

   • 接收方收到了和前面的字节流不连续的两个字节块

   • 如果这些字节的序号都在接收窗口之内，那么接收方就先收下这些数据，但要把这些信息准确地告诉发送方，使发送方不要再重复发送这些已收到的数据

5. TCP流量控制(包括超时重传时间的选择)

1. 流量控制(flow control)就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，也不要使网络发生拥塞

2. 利用滑动窗口机制可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控制

3. 持续计时器:

   • TCP 为每一个连接设有一个持续计时器, 只要 TCP 连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器

   • 若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段, 在对方确认后报文段为窗口值

   • 窗口为0-->收到这个报文段的一方就重新设置持续计时器; 不为0 ,继续数据传输

4. 可以用不同的机制来控制 TCP 报文段的发送时机

6. TCP拥塞控制方法

1. 慢开始和拥塞避免

   • 核心: 拥塞窗口(cwnd)

     • 发送方维护的状态变量(发送量上限)，大小由网络拥塞程度决定，动态变化(越堵越小,越顺越大)

     • 发送窗口$\le$$\leq$拥塞窗口

   • 慢开始: 由小到大逐渐增大注入到网络中的数据字节数（指数级逐渐增大拥塞窗口）

   • 拥塞避免: 在拥塞避免阶段把拥塞窗口控制为按线性规律增长，使网络比较不容易出现拥塞

2. 快重传和快恢复

   1. 要求接收方每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认。

   2. 发送方只要一连收到三个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段

      

7. 发送方如何感知网络存在拥塞？发送方如何改变发送速率？[未提及,不准备]

8. 流量控制与拥塞控制的主要区别是什么？

9. TCP连接管理（三次握手和四次挥手）

• 三次握手-->客户主动与服务器建立连接

  • 第一次握手: 客户从 CLOSED状态进入 SYN-SENT状态，向服务器发送SYN 报文段（携带客户的初始序列号），请求建立连接；服务器处于 LISTEN（监听）状态，收到报文后进入 SYN-RCVD状态

  • 第二次握手：服务器向客户发送 SYN+ACK 报文段（确认客户的请求，同时携带服务器的初始序列号）

  • 第三次握手：客户收到确认后，进入 ESTABLISHED（连接建立）状态，向服务器发送ACK 报文段（确认服务器的请求）；服务器收到该确认后，也进入 ESTABLISHED状态

• 四次挥手-->客户主动关闭,释放连接

  • 第一次挥手：客户 A 从 ESTABLISHED状态进入 “主动关闭” 流程，向 B 发送FIN 报文段（请求释放连接），停止向 B 发送数据；B 收到后通知上层应用进程，此时 A→B 的连接释放（TCP 进入 “半关闭” 状态，B 仍可向 A 发数据）

  • 第二次挥手: 服务器 B 向 A 发送ACK 报文段（确认 A 的释放请求）

  • 第三次挥手: 若服务器 B 无数据需向 A 发送，也发起关闭流程，向 A 发送FIN 报文段（请求释放 B→A 的连接）

  • 第四次挥手: 客户 A 收到 B 的 FIN 后，向 B 发送ACK 报文段（确认 B 的释放请求）；服务器 B 收到确认后关闭连接，A 等待一段时间（确保 B 收到确认）后也关闭连接

• 

第六章

1. 应用层主要有哪些协议（HTTP、FTP、DNS......）？这些协议的作用是什么？分别基于哪些运输层协议。

2. HTTP操作过程、HTTP代理服务器

例如：一名学生A希望访问网站www.tust.edu.cn，学生A在其浏览器中输入http://www.tust.edu.cn并按回车，直到baidu的网站首页显示在其浏览器中，请问： 在此过程中，按照TCP/IP参考模型，从应用层到网际层都用到了哪些协议，每个协议所起的作用是什么？

协议及其功能如下:

(1)应用层:

HTTP:WWW访问协议.

DNS:域名解析.

(2)传输层:

TCP:在客户和服务器之间建立连接,提供可靠的数据传输.

UDP:为应用层提供无连接的传输服务,实现数据包的快速传输

(3)网络层:

IP:进行路由选择.

ICMP:提供网络传输中的差错检测.

ARP:将目的IP地址映射成物理MAC地址.

习题

3-07,3-08

4-18，4-25,4-26，4-37

5-21,5-37,5-38,5-39#

[题 3-07]

• 题设 :

• 解 :

  (1) 依据生成多项式, 得生成码 10011, 被除数 1101011011+0000, 进行模2除运算得余数 0110

  (2) 最后一个 1 变 0, 发送的帧为 1101011010+0110, 与 10011做模2除法,余数不为0, 接收端能发现错误

  (3) 最后两个 1 变 0, 发送得帧为 1101011000+0110, 与 10011做模2除法, 余数不为0, 接收端能发现错误

  (4) 否. CRC 仅能检测传输中的错误，但无法纠正错误; 若错误导致帧的余数恰好为 0, 错误会被漏检

[题3-08]

• 题设 :

• 解 :

  由生成多项式, 得生成码为 1001, 被除数为 101110+000, 进行模2除运算得余数 011

[题4-18]

• 题设 :

  

• 解 :

  根据前缀匹配和掩码位数, 求得各对应得地址范围

  192. 4.153.0/26-->192.4.153.0~192.4.153.63

  128.96.39. 0 /25-->128.96.39.0~128.96.39.127

  128.96.39.128/25->128.96.39.128~128.96.39.255

  128.96.40. 0 /25->128.96.40.0~128.96.40.127

  由目的地址寻找符合范围

  答案: 接口 m0 R2 R4 R3 R4

[题4-25]

• 题设 :

  

• 解 :

[题4-26]

• 题设 :

  

• 解 :

[题4-37]

• 题设 :

  

• 解 :

[题5-21]

• 题设 :

  

• 解 :

[题5-37]

• 题设 :

  

• 解 :

[题5-38]

• 题设 :

  

• 解 :

[题5-39]

• 题设 :

  

• 解 :