156.计网补充(一)---数据链路层+网络层+性能计算

计网综合题的内容考察是全面性的基本都有涉及 所以文章不严谨区分每一个内容 就题来看整理的内容 就分为一二两篇 这一篇主要涉及的为网络层的子网划分和路由算法/协议+数据链路层的流量控制和局域网知识

1.计网性能计算

除了网络层的地址有关 大部分如数据链路层和传输层应用层都需要涉及到计算 其实就是借用这里的公式
常用的就这几个

几乎不会作为综合题单独考察 等后续总结其他知识点时搭配看题

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2.数据链路层-流量控制 可靠传输机制 U信道利用率

一句话流量控制就是控制发送方的发送速率 采用滑动窗口的思想

比如发送窗口发送大小3个帧 发送了一个并ACK确认了 就向右滑动

相应的也有接受窗口大小 同样的原理

从这里就可以看到有ack有发送所以会涉及到延迟的计算 同样核心考察就是发送窗口和接受窗口大小的问题

流量控制依靠的就是可靠传输机制即确认和超时重传机制：ARQ(自动重传请求)协议

• SW 停止等待协议
• GBN 后退N帧协议
• SR 选择重传协议

就是搞懂这三个协议过程和探讨发送/接受窗口大小

SW 停止等待协议

每次发送一个 每确认一个后 再发送下一个 发送窗口大小和接受窗口大小固定都是1

GBN 后退N帧协议

这个是核心考察的内容

核心机制就是若某个已发送的帧因超时未收到确认被判定丢失或出错 则发送方不仅需要重传该帧 还需要重传其后所有已发送但未确认的帧

还有一个需要注意的就是
ACK比如ACK(2，5)就是依旧正确接收到2以前的包括2的帧 期望下一个接受的是帧5 这个知识后续传输层的三次握手四次挥手也会详细介绍到

接受窗口大小固定为1 而发送窗口大小需要小于等于2的n次方-1

SR 选择重传协议

在GBN的基础上就是出现丢失或错误时仅重传出错或超时的数据帧

这里涉及到NAK否定帧 某个数据帧出错 发送方立即发送NAK 请求重传NAK指定的帧
接收窗口和发送窗口大小都>1

过程了解了 来总结考点 发送窗口和接收窗口大小问题

这里的n就是采用n比特对帧编号

U信道利用率

用上述这些知识足够用于考题了 先看一道纯考察可靠传输机制的题
(2017)

(1)对图a进行分析 搞懂过程也就能做出来了

正确接受了3个 按照之前的知识就是应该受到4个包括3本身 实际上这里还有后面的3表示下次期望收到3 说明没有收到3 这里是个坑需要注意
(2)
先算出发送窗口大小 然后已经确认接受了3个帧 已发送但未确认2个帧 所以还可发送7-2=5个帧
(3)核心机制的考察就是b图S(2，0)超时重发此帧包括后面的所有发送但未确认帧

(4)套公式计算U信道利用率即可

ACK确认的发送时延和发送都是一样的

还有一个复杂一点的 仅指内容 刨析核心 其实核心考察还是GBN协议
(2025)

(1)这道题还是考察延迟问题 发送时延+传播时延

吞吐量就是单位时间内通过的数据量 200kbps 注意传播时延向总部发送有两段 总共就是0.24+0.16=0.4s
(2)这个就是考察GBN协议的信道利用率和发送/接受窗口大小关系

ACK帧忽略了所以时延就是0 RTT就是往返时延也就是(四段)的2倍传播时延 得出发送窗口大小
根据发送/接受窗口大小关系得出需要对4比特帧编号
(3)这里涉及后续要总结的子网划分有关知识 这里简单阐述 后续会有对应的知识点总结

大致就是3个子网 需要借主机位4位 然后得到10.10.10.0/26每个子网可用的地址数2的6次方-2=62个 已知的10.10.10.33/26 00占 01给作业 10给生活 得到10.10.10.64/26 10.10.10.128/25
不详细阐述 后续会有总结

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3.数据链路层-有线局域网IEEE802.3(以太网) 无线局域网IEEE802.11(WIFI)

IEEE802.3

• 首先了解一下后续要用到的MAC物理地址 12个十六进制组成 就是机器的真实物理地址
• 还有就是以太网的传输介质：10Base-T 10表示10Mb/s的传输速率 Base-T表示双绞线 -F表示光纤
• CSMA/CD协议 冲突检测 边发送边检测

除了这些知识外 关于其最重要的知识就是冲突时间公式的考察

任何长度小于最短帧长的帧视为无效帧丢弃

还有就是关于退避算法机制(确定重传时机)

都可以参考之前的总结 有详细的题目对照

IEEE802.11

• AP (IEEE802.11采取结构)星形拓扑的中心节点
• CSMA/CA协议 无法实现冲突检测 而是冲突避免
• 也采用退避算法 这里它多了个NAV(虚拟载波监听) 信道预约

信道预约机制
DIFS 分布式协调IFS 最长
PIFS 点协调IFS
SIFS 短IFS 最短
RTS 请求发送控制帧
CTS 允许发送控制帧
DATA 数据帧
以A向AP发送数据为例 看需要的时间间隔帧

SIFS就可以视为每发一个其他帧的间隔连续帧

还有一个考点就是 A向B发送数据的过程 关于IEEE802.11帧地址字段的变化

先看过程

很好记 前者向后者发送 地址1(接受地址)就是后者 地址2(发送地址)就是前者 地址3看是去的还是收的

大致这些知识就够用了 看题
(2022)


(1)这里考察冲突/广播域的知识 后续会总结 题目中说到H2和H3同一个冲突域连在一起用集线器
交换机会分割冲突域 路由器会分割冲突域和广播域
H1和H2同一个广播域不同冲突域所以用交换机
(2)这里就用到IEEE802.3的最短帧长公式和性能公式

别忘记除以2 求的是单程传播时延
(3)这个涉及到的知识是网络层的DHCP发送报文的过程
DHCP发送报文 可以(同一广播域) 目的MAC地址 FF-FF-FF-FF-FF-FF 后续总结
(4)这里就考察IEEE802.11帧地址字段

对应的接受地址 发送地址 源地址

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4.冲突域和广播域 各层设备(物理层 数据链路层 网络层 传输层)

这里来总结基本都涉及到的两域和设备问题 基本上让你确定网络中的连线设备等

• 冲突域：都连到同一物理设备上产生争用的节点
• 广播域：能够接受同一广播帧的所有节点
  

谁来划分 就很简单

• 数据链路层：划分冲突域
• 网络层：划分冲突域和广播域

主要是必须清楚理解这些层的各种设备

• 物理层：集线器 中继器
• 数据链路层：网桥 交换机
• 网络层：路由器
• 传输层：网关

物理层：集线器 中继器

不具有划分冲突/广播域的能力 所以一般很少考察 只是当作两个设备连线的介质
参考之前的总结即可

数据链路层：网桥 交换机

网桥已经被淘汰 考纲中也不涉及 所以不过多阐述
主要是交换机 其工作原理过程 有综合题涉及

• 只具有划分冲突域的功能 其还是同处一个广播域

最重要的就是其自学习功能的过程理解
核心就是三步：

其中组播帧和广播帧都泛洪转发

• 泛洪转发就是从交换机的每个端口都转发出去

大致过程举个例子

比如A找B了 交换机初始交换表空的
A来了 交换机先学习A的地址 交换表有了 交换表没有B的MAC地址就泛洪转发 这个时候BC都受到了
B收到后 找交换机 交换机学习了B的地址 交换表有了 且有A的地址 实现精准转发

这基本上就能理解 后续总结应用层的综合题时会涉及详细考察

网络层：路由器

要说最重要的依旧是它 整个网络层的知识都围绕它展开

• 首先可以划分冲突/广播域
• 可以转发分组
• 连接不同网络的设备
• 路由选择中的算法和协议

单独不会考察 主要是考察其的功能 放到题目中看

传输层：网关

基本不涉及 如果做过微服务项目会有涉及比如gateway

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5.网络层-路由算法和路由协议

正好将之前欠的知识补上了

• 静态/动态路由
• 距离-向量DV算法
• 链路状态LS算法

后面的协议基于这些



详细的不介绍 参考之前

• AS 自治系统

路由选择协议分为：

• 内部网关协议：RIP和OSPF
• 外部网关协议：EGP-4

重点介绍之前遗漏的BGP协议

• 会话类型
• 路由选择策略
• 报文类型

BGP会话类型

一图搞懂 AS自治系统内的任意两台内部路由器都建立了iBGP内部会话
边界路由器跨越两个AS的外部eBGP会话
正好也对应了 BGP是外部网关协议 作用于不同域间

路由选择策略

这个是重点
图上画的两个AS间只有一条BGP路由所以唯一路径 但通常有很多BGP路由可供选择 选择哪个呢 就涉及到路由选择策略

一.优先选择本地偏好值(LOCAL-PREF)值最高的路由

二.选择AS跳数最少的路由

当本地偏好值一样时 选择跨域AS最少的路由
但是假设走蓝色标注的路 经过的AS内部可能需要经过多次转发 未必是最好的

三.热土豆路由选择算法

前面两个都无法选择最优 那就采用这个烫手的马铃薯
比如对于AS内的2为让其快点走 那就选择转发次数最少离开 2->5->路由上
对于4也是 4->6->路由下
简单理解就是 转发次数最少 赶紧转发走本AS

还有第四种也就是BGP标识符 在BGP的报文首部 上面三种都无法得出 就根据标识符选择路由

报文类型

(2024)


(1)先看AS4是域内的所以在RIP和OSPF选择 题目中说到规模较大 选择OSPF协议
(2)AS3采用RIP协议 基于DV算法
这里还需要了解TTL是什么

• TTL：IPv4首部 生存时间 每经过一个路由器TTL-1 当=0丢弃该数据报 初值设为表示该数据报仅限在本局域网内传输

同样的关于RIP协议规定 条数距离也是每经过一个路由器 跳数-1 经过不超过15个 所以初值应该设为15+1=16
(3)涉及到简单的DV算法

对于210.2.3.0/24就连着R14了 t=0交换初始距离向量R11和R15获得 t=30s一次 R15转发给R13和R16 R11转发给R12
对于210.2.4.0/24也是这样分析的 需要60s都收到
(4)考察报文类型和会话类型 R44和R13是两个AS的 eBGP外部BGP会话 通告路由信息则是更新Update报文
R13通告给R14和R15是同一个AS的 iBGP内部BGP会话
(5)无策略约束情况 对于路由器R14和R15选择路由跳转 采用热土豆路由选择算法

下一跳选择转发次数最少的路由 R14->R11 R15->R13

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6.网络层-IPv4协议 ARP DHCP ICMP

IP数据报分片

具体怎么分片

• 需要减去20B首部长度 得到有效数据 包括MTU可分的最大片长度
• MF=1表示还有后续分片 =0表示这是最后一个分片
• DF=0表示数据报允许分片
• 除最后一个分片外 其余分片数据长度必须是8B的整数倍

具体后续看题 再来理解

ARP地址解析协议

一句话理解就是：将IP地址映射到真实物理MAC地址
仅作用于同一局域网内(同一广播域内)
理解解析过程根交换机的自学习过程很相似

例如A向B发送数据报

DHCP

基于UDP动态分配IP地址
关于这个知识只需要了解一点就是 客户和服务器交换过程的DHCP报文和源/目的地址变化

ICMP

主要用于报告网络中的差错或异常情况
发送的五种类型：

• 终点不可达
• 时间超过
• 参数问题
• 改变路由
• 源点抑制

什么时候不发送：

• 对于ICMP差错报告本身
• 对第一个数据报片之后的所有后续分片
• 目的地址为多播/广播地址的数据报
• 具有特殊地址的数据报

(2019)


(1)设备1用路由器连接不同的局域网 H1和H2 H3和H4同属一个广播域 但各俩是一个冲突域 设备23用交换机划分冲突域
(2)路由器 配置IF1和IF3 就是默认网关
(3)192.168.xxx是属于私有地址 需要转换成公网IP地址 需要用到NAT地址转换 后续会讲到
(4)192.168.1.127/26 主机号32-26=6位 全1表示这是广播地址 所以只有同一个广播域的会收到 H4

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7.网络层-子网划分 分组转发 地址转换NAT

先回顾一下一些常用的地址

关于子网划分具体实例 我们用一道题来看
(2018)

(1)第一问涉及的就是子网划分的知识点

先回忆这些需要的知识点 然后来看

然后就可以得到销售部和技术部的子网地址和广播地址 然后再求主机数

(2)考察之前总结的关于IP数据报分片重组的问题
注意题目提到通过接口F1转发分组时分片 所以MTU采用的是800B

分组转发其实全篇网络层有关都在涉及到 主要就是知道目的网络地址 然后路由器转发
需要注意的是路由器中有两种特殊路由：特定路由(/32测试用)和默认路由(/0)优先级前者最高后者最低

普通路由器不会改变源IP地址和目的IP地址 但是NAT路由器会修改
当碰到私有地址时 就需要NAT服务来进行地址转换变为公网IP地址

当地址如上述的 即私有地址

具体转换采用步长法

(2020)


(1)H2和H3的地址属于私有地址 所以需要NAT来进行地址转换
可以发现图中有两个NAT路由器 最终是为了到达web服务器 所以只需要在R2路由器上进行NAT地址转换

所以关于R2的转换表

80端口这是HTTP请求 web服务器的端口号
(2)H2到web服务器 它是无法知道服务器的私有地址的 所以只能到R2然后让R2转发给服务器
整个过程是这样的(NAT路由器会改变源/目的地址)

R3改变了源地址 R1普通路由器不会改变源/目的地址 R2改变目的地址