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一. 绪论

1.3 互联网的组成

1. 互联网的边缘部分和核心部分：主机的含义，路由器的功能。

边缘部分：所有连接在互联网上的主机组成，用户直接使用

核心部分：网络和连接这些网络的路由器组成

主机：端系统，任何连接在网上的、可以运行应用程序的计算机系统

路由器的功能：实现分组交换的关键构件，转发收到的分组

2. 主机通信的本质：进程之间的通信。

3. 主机通信的两种方式：客户-服务器方式、P2P方式。

c/s：客户是服务请求方，服务器是服务提供方

P2P：

4. 三种交换方式：电路交换、报文交换、分组交换；

它们的含义、优缺点、时序图画法，结合1.6的计算

电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

报文交换：整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

分组交换：单个分组（这只是报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一结点。

1.6 计算机网络的性能

• 速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、利用率：含义，计算。

1. 速率：数据的传输速率

2. 带宽：某信道能通过的最高数据率
3. 吞吐量：单位时间内通过某个网络的实际数据量
4. 时延：数据从网络的一端传送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

6. 利用率：某个信道有百分之多少时间是有数据通过的

D0 为网络空闲时的时延，则网络当前时延 D 和利用率 U 之间的关系为： D = D0 / (1 - U）。

7. 往返时延：

1.7 计算机网络体系结构

1. 五层协议的体系结构，每一层的名称，主要的职责。

应用层 提供系统与用户的接口

运输层 两个进程之间的通信

网络层 将传输层传下来的报文段封装成分组；端到端提供流量控制、差错控制、服务管理

数据链路层 将网络层传下来的IP数据报封装成帧

物理层 为数据端设备提供传送数据通路

2. 协议、实体、服务的含义。

实体：任何发送或接收信息的硬件或软件进程

协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合

服务：下层为紧邻的上层提供的功能调用

二. 物理层

2.2 数据通信的基础知识

1. 常用编码方式：不归零制、归零制、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码：主要的特点。

2. 奈奎斯特准则、香农公式：含义，计算，码元和比特之间的关系。

2.4 信道复用技术

• 频分复用、时分复用、统计时分复用、波分复用、码分复用：含义，特点，计算。

3.5.1_2 信道划分介质访问控制

信道复用：多个发送端使用同一条信道来传输信息。

发送端使用复用器将不同的信息合起来传输，接收端使用分用器将信息分开。

2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用

三种复用：

1. 频分复用FDM：每个用户分配一个频带，通信中始终占用该频带。用户在同样时间占用不同的频带。
2. 时分复用TDM：将时间划分为等长的帧，每个用户在每个帧中占用其中一个固定序号的间隙。用户在不同时间占用同样的频带。
   1. 因为计算机数据的突发性，时分复用的信道利用率比较低。
3. 统计时分复用STDM：一种改进的时分复用。STDM不是固定分配时隙，而是动态地分配时隙。

2.4.2 波分复用

WDM就是光的频分复用。

2.4.3 码分复用

CDM：不同用户使用不同码型，在同样时间使用同样的频带通信。

如对某一个用户，序列00011011表示比特1,11100100表示比特0。其他用户的码片序列必须与此用户的序列相互正交。

码分复用实际上是一种扩频通信。无线局域网中常用CDM。

三.

3.1 数据链路层的几个共同问题

1. 封装成帧、透明传输、差错检测的含义

封装成帧：

在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成一个帧，使其在传输过程中能被正确识别和处理

透明传输

确保数据在传输过程中不被误解或干扰

差错检测

检测并纠正传输过程中可能出现的错误。传输时产生差错，0变成了1或1变成了0.

2. CRC算法的计算。

3.3 使用广播信道的数据链路层

1. CSMA/CD的工作原理。

「多点接入，载波监听，碰撞检测」

"先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发"

每个站在发送数据前，先检测总线上是否有其他计算机在发送数据，若有，则不发送数据，以免发生冲突；若没有，则发送数据。计算机在发送的同时检测信道上是否有冲突发生，若有，则采用二进制指数类型退避算法来等待一段随机事件后再次重发。

2. 截断二进制指数退避算法的原理。

确定基本退避时间，一般取争用期2t

确定重传参数，k=Min[重传次数， 10]

从整数集合{0, 1, ..., 2^k - 1} 随机选择一个数记为r，重传所需时延就是r倍的基本退避时间，即2rt

当重传次数达到16次仍不能成功时，说明网络太拥挤，直接丢弃该帧，并向高层报告

3. 争用期的含义，争用期、最短帧长、发送速率、网络直径之间的关系，相关计算。

   经过争用期这段时间还没检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞

3.4 扩展的以太网

1. MAC帧、802.3帧各个字段的含义。

2. 集线器的工作原理。

当一个设备发送数据包到集线器时，集线器会将该数据包复制并广播到所有其他连接的设备。然后根据目标设备的MAC地址决定是否接收它

3. 以太网交换机的自学习功能和转发功能。

查找交换表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。若没有，就在交换表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）；若有，则把原有的项目进行更新。

转发帧。查找交换表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。若没有，则通过所有其它接口（但进入交换机的接口除外）进行转发；若有，则按交换表中给出的接口进行转发；若交换表中给出的接口是该帧进入交换机的接口，则应丢弃这个帧。

4. 虚拟局域网VLAN的工作原理，802.1Q帧各个字段的含义，接入链路和汇聚链路的含义。

   将一个较大的局域网分割成一些较小的与地理位置无关的逻辑上的VLAN，每个VLAN是一个较小的广播域

接入链路：计算机通过接入链路连接到以太网交换机

汇聚链路：连接两个交换机端口之间的链路

四.网络层

4.1 网络层的几个重要概念

1. 网络层提供的服务：

无连接、不可靠、尽最大努力交付的数据报服务。

向上提供数据包服务、虚电路服务

2. 数据层面和控制层面的含义。

数据层面：

决定从路由器输入端口到达的分组如何转发到输出端口

- <font style="color:rgb(13, 0, 22);">传统方式：基于目标地址+转发表</font>
- <font style="color:rgb(13, 0, 22);">SDN方式：基于多个字段+流表</font>

控制层面：

决定数据报如何在路由器之间路由，决定数据报从源到目标主机之间的端到端路径

- <font style="color:rgb(13, 0, 22);">传统的路由算法：在路由器中被实现</font>
- software-defined networking(SDN)<font style="color:rgb(26, 67, 156);">：</font><font style="color:rgb(13, 0, 22);">在远程的服务器中实现</font>

4.2 网际协议IP

1. 直接交付、间接交付、下一跳的含义。

直接交付：分组的目的与分组的发送接口在同一个IP网络中

间接交付：分组的目的与分组的发送接口在不同的IP网络中

下一跳： IP路由表中去往目的地址的下一个站点的IP地址，它告诉路由器应该向哪一个设备的IP地址发送该数据包

2. IP地址：分类、无分类，网络前缀、主机号的含义。

网络前缀：网络

3. CIDR地址块的各种计算：地址块大小、可分配地址数、最小地址、最大地址、网络地址、广播地址、地址掩码。

4. 路由聚合和子网划分，及其在网络设计中的应用：计算每个子网的网络地址、网络前缀长度、地址掩码、广播地址、可分配地址数，设置每个路由器的静态路由。

看抢分攻略P96

5. IP地址和MAC地址，ARP协议的工作原理。

MAC地址是数据链路层使用的地址，IP地址是网络层及以上各层使用的地址，是逻辑地址

ARP：当源主机想向本局域网上的某个目标主机发送IP分组时，应先在ARP高速缓存中查看有无目标主机的IP地址。有就查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网向该MAC帧发往此硬件地址。如果没有，则先通过广播ARP请求分组，在获得目标主机的ARP响应分组后，将目标主机的硬件地址写入ARP高速缓存，建立目标主机的IP地址到硬件地址的映射关系。

6. IP数据报各个字段的含义。

4.3 IP层转发分组的过程

• 基于终点（目的IP地址）的转发，转发表的匹配，最长前缀匹配规则。

4.4 网际控制报文协议ICMP

1. ICMP的应用：ping，tranceroute，“终点不可达”报告。

Ping: 测试两台主机之间的连通性

tranceroute: 跟踪一个分组从源点到终点的路径

“终点不可达”报告：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文

4.6 互联网的路由选择协议

1. 自治系统、IGP、EGP的含义。

自治系统：单一技术管理下的许多网络，IP地址以及路由器

IGP: 一个自治系统内部使用的路由选择协议

EGP: 不同自治系统AS之间的路由选择

2. RIP的工作原理、特点，距离向量算法，根据RIP报文更新路由表。

工作原理：每个路由器首先学习到自己的直连路由，形成路由表。在路由器上配置RIP协议后，路由器会每隔30秒向其直连路由广播自己的路由表

特点： 实现简单，开销小，“好消息传播得快，坏消息传播的慢”

距离向量算法：

1对地址为X的相邻路由器发来的RIP报文，先修改此报文中的所有项目，把“下一跳”字段中的地址改为X，并把所有的“距离”字段+1。

2对修改后的RIP报文中的每一个项目，进行以下步骤：

（1）R1路由表中若没有Net3，则把该项目填入R1路由表

（2）R1路由表中若有Net3，则查看下一跳路由器地址：

若下一跳是x，则用收到的项目替换源路由表中的项目；若下一跳不是x，原来距离比从x走的距离远则更新，否则不作处理。

3若180s还没收到相邻路由器X的更新路由表，则把X记为不可达的路由器，即把距离设置为16。

4返回

3. OSPF特点，可靠洪泛法。

开放最短路径优先特点：

向本自治系统中所有路由器发送信息，使用洪泛法

发送的消息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态

当链路状态发生改变或每隔一段时间，路由器向所有路由器用洪泛法发送链路状态信息

可靠洪泛法

收到更新分组后要发送确认

当一个路由器收到一条信息时，它会将这条信息发送到所有相邻的路由器，这些路由器在收到这条信息之后，会将其再次发送给它们的相邻路由器，直到所有路由器都收到这条信息。通过这种方式，整个网络中的所有路由器都能得知这个信息，从而达到信息传递的目的。

4. BGP特点，iBGP和eBGP，路径向量算法，BGP的路由选择。

特点：

（1）BGP交换路由信息打的节点数量是自治系统数的量级

（2）每一个自治系统重BGP发言人的数目少

（3）BGP支持CIDR

（4）在BGP刚运行时，BGP的邻站是交换整个的BGP路由表，以后只需要在发生变化时，更新有变化的部分

iBGP和eBGP：

eBGP：不同AS的两个对等端之间的连接

IBGP：同一AS的两个对等端之间的连接

路径向量算法

BGP的路由选择

本地偏好值最高的路优先

选择具有AS跳数最少得路由

使用热土豆路由选择算法

选择路由器BGP标识符的数值最小的路由

五. 运输层

5.1 运输层协议概述

运输层端口号的含义：

标志进程

运行在计算机上的进程使用进程标识符PID来标志。

■ 因特网上的计算机并不是使用统一的操作系统，不同的操作系统又使用不同格式的进程标识符。

■ 为了使运行不同操作系统的计算机的应用进程之间能够进行网络通信，就必须使用统一的方法对TCP/IP体系的应用进程进行标识。

■ TCP/IP体系的运输层使用端口号来区分应用层的不同应用进程。

端口号使用16比特表示，取值范围0~65535；

熟知端口号：0~1023，因特网数字分配机构IANA把这些端口号指派给了TCP/IP体系中最重要的一些应用协议，例如：FTP使用21/20，HTTP使用80，DNS使用53。

登记端口号： 1024~49151，为没有熟知端口号的应用程序使用。使用这类端口号必须在IANA按照规定的手续登记，以防止重复。例如：Microsoft RDP微软远程桌面使用的端口是3389。

短暂端口号： 49152~65535，留给客户进程选择暂时使用。当服务器进程收到客户进程的报文时，就知道了客户进程所使用的动态端口号。通信结束后，这个端口号可供其他客户进程以后使用。

端口号只具有本地意义，即端口号只是为了标识本计算机应用层中的各进程，在因特网中，不同计算机中的相同端口号是没有联系的。

5.2 用户数据报协议UDP

1. UDP的主要特点

   1. 无连接，尽最大努力交付
   2. 面向报文
   3. 无拥塞控制
   4. 支持一对一、一对多、多对多、多对一的交互
   5. 首部开销小

2. UDP数据报各字段的含义

5.3 传输控制协议TCP概述

1. TCP的主要特点。
   1. 面向连接
   2. 每一条TCP连接只能是点对点的
   3. 可靠交付
   4. 全双工通信
   5. 面向字节流
2. TCP socket的含义

用主机的IP地址+主机端口号 作为TCP连接的端点。用（IP地址：端口号）表示

5.5 TCP报文段的首部格式

• TCP报文段各字段的含义。

5.6 TCP可靠传输的实现

1. 滑动窗口的工作原理，发送窗口、接收窗口、发送缓存、接收缓存的含义，可用窗口的含义及计算。

发送方维持一组连续允许发送帧的序号（发送窗口），表示还未收到对方确认信息情况下，发送发最多还能发送多少帧和哪些帧，

接收方也维持一组能连续接收帧的序号（接收窗口），控制可以接收哪些帧和拒绝哪些帧

发送缓存暂时用来存放：①发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据；②TCP已发送出但尚未收到确认的数据。

接收缓存用来暂时存放：①按序到达的、但尚未被接收应用程序读取的数据；②未按序到达的数据。

2. 序号和确认号：含义，计算。

5.7 TCP的流量控制

1. 用滑动窗口实现流量控制的原理。

2. 持续计时器的作用

避免死锁

5.8 TCP的拥塞控制

• 慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复算法的工作原理，AIMD的含义，拥塞窗口大小的计算

慢开始：cwnd=1, 由小到大逐渐增加拥塞窗口数值

拥塞避免算法：cwnd每经过一个往返时延RTT就增加一个MSS大小，线性增长

快重传：要求接收方每收到一个失序的报文段后记立即发出确认，发送方只要连续收到3个重复确认就应该立即重传对方尚未收到的报文段

快恢复：发送方收到3个重复的确认，就执行“乘法减小”，把慢开始门限ssthresh设置为发送窗口的一半，开始加法增大（拥塞避免算法）

拥塞避免算法：

AIMD: 加法增大，乘法减小

cwnd< ssthresh 慢开始

cwnd > ssthresh 改用拥塞避免算法

5.9 TCP的运输连接管理

• 连接建立时的三报文握手，SYN和ACK标志位的使用，序号和确认号的确定，时序图。

• 连接释放过程，FIN标志位的使用，序号和确认号的确定，时序图。