计算机网络复习

计网复习

• 40 选择
• 10 判断
• 50 大题
• 计算的时候：注意单位是字节还是bit

第一章

传输时延 传播时延 发送时延

• 传输时延就是发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间
  • \(发送时延=数据帧长度/信道带宽\)
• 传播时延：电磁波在信道中传播一定距离所花费的时间
  • \(传播时延=信道长度/电磁波在信道上传播的速率\)

1.2节 网络硬件

• 网络分类，地理范围，个域网。。。
  • 按传输技术分
    • 广播式链路：通信信道被网络上的所有机器所共享
      • 在会议室大喊：“沃森，到我这来”
      • 广播、组播
    • 点到点链路：只有一个发送方和一个接收方（单播）
  • 按地理范围
    • PAN
    • LAN
    • MAN
    • WAN
    • Internet
• WAN
  *

1.4最重要

• 参考模型

  • 哪两种参考模型：OSI，TCP/IP(DoD)
  • 各是多少层，叫什么
  • 各层PDU的名字
  • 封装是怎么样做的，流向是什么样的，解封装 谁做的，怎么样做

• 对比	OSI（ISO）	TCP/IP(DoD)
  多少层	7	4
  分层	应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层	应用层、传输层、互联网层（相当于网络层）、链路层
  各层PDU	APDU, PPDU, SPDU, TPDU(数据段segment), 数据包（分组 packet），帧（frame），比特bit
  传输	面向连接	无连接 or 面向连接
  网络	无连接 or 面向连接	无连接

• OSI

  • 物理层：bit，完成比特流的传输，机械、电子和时序接口以及物理层下的物理传输介质。
    • 机器(机械)特性
    • 电气特性
    • 功能特性
    • 规程特性
  • 数据链路层：Frame，将一个原始的传输设施转变成一条没有漏检传输错误的线路。（将真实的错误掩盖起来，使得网络层看不见）
    • 流量调节
    • 介质访问控制子层
  • 网络层：Packet，控制子网的运行，如何将packet从源端路由到接收方。（路由）
    • 拥塞控制
    • 允许异构网络相互连接成为互联网络
  • 传输层：Segment，接受上一层的数据，必要的时候将他们分割成小单元（分片？），然后传递给网络层，并确保数据正确达到另一端（？可不可靠？）
    • 端到端
  • 会话层：允许不同机器上建立会话。对话控制、令牌管理、同步功能。
  • 表示层：所传递消息的语法和语义，数据结构（注意表示层在会话层上
  • 面）
  • 应用层：包含用户通常使用的协议（HTTP、POP3、IMAP）
  • 网络层、数据链路层、网络层：链式连接
  • 传输层、会话层、表示层、应用层：端到端

• TCP/IP and TCP/IP协议簇

  • 链路层：描述了链路必须完成什么功能才能满足无连接的互联网层的需求
    • DSL, SONET, 802.11, Ethernet
  • 互联网层：大致对应于OSI的网络层，不能保证顺序，IP、ICMP
    • IP：Internet Protocol，定义了官方的数据包格式和协议
    • 将IP分组投递到该去的地方，路由&拥塞控制。
  • 传输层：端到端（源主机到目标主机），TCP、UDP
  • 应用层：TELNET, FTP, SMTP, DNS, HTTP, RTP

• 对等通信（虚拟通信）

  • 
  • 不同机器上构成相应层次的实体成为对等体
  • 协议：一组规则，定义同一层上对等实体之间所交换的数据包或者报文的格式和含义。（与服务分离）

• 每一次通信，总是以发方的封装/打包开始，以接收方的解封装/解包结束。

1.5.1 因特网

• 各个时期的重要技术
• 发展历程
• ARPARTNET 包交换 代替贝尔的电路交换技术特征

1.6.3 互联网相关的标准

• 互联网相关的标准
  • ITU
  • ISO：区别参考模型OSI
  • IEEE
  • IAB
    • IRTF
    • IETF
  • W3C
• RFC
• IANA是ICANN的前身
• ARPAnet
  • 分组交换
  • Internet最早起源于ARPAnet

1.8 1.9

• 读一下每章小结和引言

堂测

• 

  • D，注意封装和解封装，参考下图
  • 

• 假设在一个内容源和三个内容消费者的正中间有一个装有副本的主机。通过使用副本分发目录，相比通过分别向三个消费者单独地分发目录，节约了多少网络资源？

  • 0.33

• 下面哪种传输介质具有高带宽、不受电磁干扰、重量轻等优势？

  • 光纤

• 使用 ARQ 协议在一个 1 Mbps 链路上发送一系列的 1250 字节消息。此链路的传播延迟为 5 ms。问可以使用的链路带宽的最大百分比是多少？

  • ARQ：发送方在准备下一个数据项目之前先等待一个肯定的确认
  • 50%

第二章

2.1 通信原理 通信基础

• 物理带宽和数字带宽之间的关系
  • 物理（模拟）带宽：传输过程中振幅不会明显衰减的频率范围，是一种物理特性。单位为Hz
    • ex: 信道的带宽在3MHz和4MHz之间，则B=4-3MHz=1MHz
  • 数字带宽：一个信道的最大数据速率，以多少个比特(bps)来计量。
• 数字带宽的上限怎么计算——两个定理
  • 奈奎斯特定理: 理想信道，无噪声信道
    • \(最大数据传输速率=2Blog_2V\)
    • 2B：采样率，每秒最多采样2B次，高于2B的采样率是毫无意义的
  • 香农定理：有噪声信道
    • \(最大数据传输了=Blog_2(1+\frac{S}{N})\)
    • \(分贝值=10log_{10}\frac{S}{N}\)
• 要会用

2.2 有向传输介质

• 铜缆（双绞线）
  • 同轴电缆（粗缆，细缆）
  • 双绞线（UTP，STP）：水平电缆
• 光纤（单模，多模）
  • 垂直电缆，干线
  • 规格：8.3/125微米（单模）， 62.5/125微米（多模）
• TODO各自的特征，各自的优缺点，使用场景

2.5 数字调制和多路复用

• SONET的帧（Synchronous Optical NETwork）
  • 标准化的光纤TDM系统
    • 由于是TDM，所以也是频率也是8000hz，也是每隔125微妙发送一个数据块。
    • 8000Hz正好是PCM信道的采样率
  • 构成
    • 9(行)*90(列) = 810 字节
    • 前3列：系统管理信息（段开销和线路开销）
    • SPE：其余的87列，其中的第1列用于路径开销，包括用户数据。
    • STS-N: 由N个STS-1的基本帧构成。
    • 
    • 标准速率计算
• 线路编码（基带传输）要会画
  • NRZ：高1，低0
  • NRZI（USB）：1则中间翻转，0则不变
  • Manchester（10Base-）：和时钟信号异或。（1的话和时钟信号相反，0则和时钟信号一样）（增加100%的带宽开销）
  • Bipolar encoding：0永远在中间，1：要不是上面就是下面，和上次1的位置相反。
  • 注意画图的时候，以时钟从低电平开始，or 初始状态为低电平来画。
  • 4B/5B：5B中医院不出席那连续的三个零。
  • 8B/10B
• 波特率和比特率的关系
  • 波特率：每秒信号变化的次数
  • \(C = B \times log_2n\)
  • n(状态数)通常是2的整数倍
• 信号星座计算数字带宽等
  • 一半作为校验，一半来传，这时的开销是多少，数据传输率真正是多少
• 主干的复用技术
  • FDM频分多路复用（WDM）
    • WDM波分多路复用：光的频分多路复用
  • TDM：时分多路复用，时间片
• CDMA的演算：
  • 既共享信道频率，又共享时间。
  • 1：发送码片序列本身
  • 0：发送码片序列的反码
  • \(S\cdot T=\frac{1}{m}\sum_{i=1}^{n}S_i\cdot T_i\)
    • 其中m为码片序列的长度
• 理解T1和E1（都是基于PCM的TDM，只是使用的模式不一样）
  • T1：
    • 每帧：24*8+1 = 193 bit
    • 24个信道
    • 每个信道8 bit： 7bit数据，1bit作为信令
    • 第193bit用于信令控制
  • E1：
    • 32个信道： 30用来传输数据，2个用来作为信道
    • 每个信道8bit
    • 每四个帧为1组，提供64个信令bit（4*2*8=64）
      • 64个信令bit：一半用于信令（是否信道相关或共同信道）
      • 另一半：帧同步或者保留使用

2.6 通用电话

• PSTN三大构成部份以及三大构成部份中使用的技术
  • 关键参数
  • 125微秒，8000Hz
• 三大构成部份既使用的技术
  • 本地回路：调制
  • 干线：复用，PCM
  • 交换局：电路交换
• 调制: 把数据转变成模拟信号的过程
  • 调制解调器（猫 modem) ： 数字比特流和模拟信号流之间的转换
  • 不同的基本调制方法的组合：相位和振幅
    • 星座图
    • 每个符号可以传输x bit(\(x = log_2 V\))的信息。（C传输速率，B：波特率，符号率，采样率）
    • 
    • 如 QPSK(正交相移键控)：信号级别为4，所以传输可以有4种不同的状态，用bit表示4种状态需要\(log_24=2\)个bit，所以有上面那个式子。
• 编码：把数据变成数字信号的过程
• PCM：将模拟信号数字化的技术
  • 采样率：8000Hz（每秒采样8000个样值，125微秒/样值）
  • 每个样值为量化为一个8比特的数字
• 电路交换

物理设备

• 中继器（转发器）
  • 中继器消失了，但是光？中继器还在用，尤其是全光中继器
• 集线器：实际上是个多端口的中继器
• 作用：再生信号，即去噪、放大。（处理的是数字信号）
• 逐渐消失：增大了冲突域，降低了性能
• 区别广播域和冲突域
  • 路由器是广播域的边界
  • 交换器是冲突域的边界（通常意义上）
    • 如果这个交换器是个星型交换机，而且分了个VLAN，那就不一样了
    • 一个VLAN对应一个广播域

实验双绞线

• 直通线：线序一致，连接不同的设备（ex: 连接交换机和PC）
• 交叉线：线序不一致，连接相同的设备（相同的设备，根据线的区别就能知道哪个是收方，哪个是发方，ex: 连接两台路由器）

测试题

• 
• 
• 
• 
  • OC-12: 就是12个OC-1组成的，所以
    • SPE: \(9*(90-3)*8*8000*12 = 601.334Mbps\)
    • 用户数据：\(9*(90-3-1)*8*8000*12 = 594.432Mbps\)
  • OC-12C: 段开销和线路开销和OC-12一样。但是路径开销仅有1列（一个帧的1列）。
    • SPE：\(9*(90-3)*8*8000*12 = 601.334 Mbps\)
    • 用户数据：\(((9*90*12)-(12*9*3)-(9*1))*8*8000 = 600.768Mbps\)
  • 计算时，记得\(\times\ 8\)，将Byte转换为bit。
• 主机A和B每个都通过10Mbps链路连接到交换机S。在每条链路上的传播延迟都是20微秒。S是一个存储转发设备，在它接收完一个分组后到转发完成需要35微秒。请计算把10000比特从A发送到B所需要的总时间（（单位是微秒））。（1）采用单个数据分组传输；（2）分成两个数据分组传输，每个分组5000比特
  • 第二问：个人理解：
  • 

第三章

3.1

• 数据链路层的工作和功能

  • 为网络层提供服务
  • 成帧
  • 流量控制与差错控制

• 成帧的四种方法

  • 分别四个方法

  • 基本的原理

  • 适用的场景

  • 特点

  • 成帧方法	基本原理	适用场景	特点
    字节计数法	头部中的一个字节来记录帧内有多少字节		可能因为头部的一个错误导致全错
    字节填充的标志字节法	用特殊的FLAG字节作为分界符，头尾都有（所以两个FLAG之后就是一个新的开始） 数据中必要时用ESC转义	PPP	考虑了重新同步的问题。 透明传输 帧长度取决于内容 只能使用字节
    比特填充的标志比特法	开始和结束用"01111110"（ox7E），中间bit流，每5个1之后加个0。	HDLC	比特级 透明传输 帧长度取决于内容
    物理层编码违禁法	用冗余比特

• 传输过程中要处理错误：如何处理错误，检错码，纠错码

  • 纠错码主要用在无线网络中
  • 检错码不可恢复，可重传

3.2

• 海明距离
  • 检错d位要d+1位
  • 纠错d位要2d+1位
• r多少位（不等式，不等式怎么来的，怎么用）
  • \((m+r+1)\le 2^r\)
  • r为冗余位
  • m位数据位
• 检错码
  • CRC
    • 生成多项式 G(x)
      • 注意阶数位G(x)最高次幂，而不是长度。
      • r = 冗余位数=G(x)的阶数
    • 发方
      • 注意模二除的时候，要先在原始码字后加上 r 个0。
    • 收方：收到的码字除以（模二除）生成多项式，余数为0则无措
    • 以太网校验 IEEE802 G(x): 32阶
• 纠错码
  • 纠1位海明码
    • 发送方
    • 接收方：初始化计算器，逐位检！查校验位，如果不正确，就将该校验位的编号（是检错码的下标而不是海明码的下标），加到cnt中。
      • cnt==0：无差错
      • cnt!=0：出错，cnt即出错的位
    • 注意题目问的是原始的传输流还是传输的码流
    • 
  • 纠很多位
  • 16位互联网校验和（过程）
    • 发方：16位排一行，求补码和，进位的放到地位继续加，然后取反。
    • 收方：包括校验码一起，进行同样的计算，如果结果为0，表明无措。
    • ipv4头部
• 各掌握一个

3.3 3.4

• 信道吞吐率=信道利用率 * 发送方的速率
• 6个模拟协议（DLL协议）
• 逐步引入了：（技术的内涵）
  • 肯定确认重传 ARQ：发送方在准备下一个数据项目之前先等待一个肯定的确认
  • 稍待确认 piggyback
  • 窗口技术
  • 。。。
• 掌握PAR/ARQ
  • PAR(肯定确认重传)即ARQ（自动重复请求）
• 稍待确认
• 滑动窗口协议
  • 窗口滑动的条件
    • 发送窗口：收到期望的确认帧
    • 接收窗口：收到期望的帧
  • 窗口尺寸的确定
    *
• 2个现实中使用的协议
  • 选择重传
  • GBN：回退N帧
• HDLC及帧格式
  • 成帧方法：比特填充的标志比特法
  • 特点：面向比特，同步传输
• PPP的组成（点到点协议 point to point protocol）
  • 三大部份构成
    • 一个成帧方法
    • 链路控制协议LCP：一个链路控制协议（链路的建立、维护、终止）
    • 网络控制协议NCP：一种协商网络层选择方式
  • 帧格式
    • flag addr control protocol payload checksum flag
    • flag: 0x7E
    • addr: 1111 1111
    • control：0000 0011
    • protocol: 1~2B
    • payload: 可变有效载荷
    • checksum：2~4
  • 成帧的方法：字节填充的标志字节法
    • FLAG: 0111 1110 (0x7E)
    • 如果数据中遇到FLAG（0x7E），那么要用0111 1101（即0x7D， ESC）来转义。并且把后面的0x7E用0x20来XOR，即把后面的0x7E改成0x5E(0101 1110)。
    • 注意是采用了字节填充法，不仅是对于数据中的FLAG会转义，对数据中的ESC也会转义。（0x7D -> 0x7D 0x5D）
    • 因此只有开头和结尾会有FLAG，直接扫描FLAG即可直到帧界
  • 特点：面向字节，所有帧的长度均是字节的整数倍。可以在多种类型的物理层上承载多种协议的数据包。无编号模式（无连接无确认）
• chap特点

堂测

Q1

• * 信道利用率中有效部份是不算确认帧的，只算本身要发送的数据。（虽然说这道题本身就忽略了确认帧长度，但是如果不忽略，那就是放在总的时延中，而不会放在分子上） * * 

Q2

• * 传输一帧的传输时延： * 128B: 128*8/16 = 64 ms * 512B: 512*8/16 = 256ms * 信道传输率=$\frac{w\times T_{send}}{T_{send}\times 2 + 270\times 2}$ * 传输速率<=1， 所以传输速率最高时： * 128B: w=10.4 * 512B: w=4.1 * 由于数据帧长度不确定，要按最坏的情况考虑，所以w = 10.4, $n=ceil(log_2{10.4}) = 4$ * 注意：信道传输速率的计算中，有效传输的数据：是在发送第一帧出去到接收到第一个确认帧之间的所有数据，可能不止是1帧，对于GBN协议，就不是1帧。所以分母乘上了w。 * 而且这道题并不是让你选128还是512，而是让你考虑最差的情况。 * 信道利用率最高为1。

• 
  *

• 

  • 答案: D

• 使用协议5 在一条3000公里长的T1骨干线路被用来传输64字节的帧。如果传播速度为6微妙/千米，试问序列号应该有多少位？

  • 隐含意思：让信道利用率到达100%，使得子啊第一个ACK返回之前，其他数据能继续传输。

第四章 介质访问子层

4.1 信道的分配方式

• 组成
• 静态信道分配
  • FDM
  • TDM
• 解决什么问题：如何在竞争用户之间分配单个 广播信道

4.2 具体的访问协议

• ALOHA协议

  • 想发就发
  • 如果一段时间未收到确认-> 冲突，随机(不能马上重传)等待一段时间再发送
  • \(S = Ge^{-2G}\), G为负载，S为吞吐量，\(P = e^{-2G}\)
  • 危险冲突期：2T

• ALOHA的改进（分槽ALOHA）

  • 时间上同步，只能在时隙开始的时候传
  • 冲突之后也是要随机等一段时间再发送
  • \(P=e^{-G}, S=GP = Ge^{-G}\)

• 各种CSMA（载波侦听多路访问，Carrier Sensing Multiple Access）的特点

  • 冲突窗口

  • 注意：是没有确认帧的！！！

  • 三种CSMA在遇到冲突之后都是：随即等待一段时间再重新算法。注意区别忙的时候和冲突时候的做法。

  • 信道状态	1-坚持	非坚持	p-坚持
    空闲	立即发送	立即发送	p的概率发送
    忙	持续侦听	放弃侦听，等待一个随机的时间再重新侦听	等下个时隙，持续侦听

• 载波侦听多路访问协议 CSMA/CD（Carrier Sensing Multipile Access/ Collison Detection）

  • 现听后发，边听边发（区别CSMA，这个在发送的时候仍在侦听，看是否有冲突）
  • 冲突停发，随机重发
  • 冲突停发之后，传输一个48b的拥塞信号
  • 冲突窗口与传播时延有关
  • 冲突检测：\(最小帧长=2*传播时延*数据传输率\)：为了保证再发送数据的同时能检测到可能存在的冲突(CD)，需要在发送完帧之前就能收到自己的数据，看看是否有冲突，而最长需要2*传播时延的时间才能直到这次是否有冲突。
  • 没有确认！！！
  • 冲突恢复：二进制指数退避
    • 基本退避时间：一般取冲突窗口时间
    • \(k=min(重传次数，10)\)，k不超过10。
    • 从\([0, 1, ..., 2^{k}-1]\)，中随机取出一个数 r，重传推迟的时间为 2r*传播时延
    • 当重传次数达到16次，仍不成功，则说明网络太拥挤，永远发不出，丢弃并让上层处理。

• CSMA/CA 书上叫MACA

  • 前面的CSMA都不适合无线局域网
  • 发方发送一个RTS（Request to Send）
  • 收方发回一个短帧CTS (Clear to Send)
  • 一来一回，警示附近其他站点让道
  • 前面的协议都没有确认，但这个有

• 了解无冲突的协议：适合负载高的广播信道

  • 位图协议：举手发言，没有考虑优先级
  • 令牌传递：不需要物理环
  • 二进制倒计数：高优先级总是优先发

4.3 以太网

• 二层实例：以太网
• IEEE802系列标准
  • IEEE 802.3 10BASE5
  • IEEE 802.11 无线网络
• 掌握以太网/IEEE802.3工作原理
  • 拓扑结构：
    • 逻辑拓扑：总线型
    • 物理拓扑：星型
  • 介质访问方式以及原理：用了CSMA/CD，二进制指数回退
• 以太网/IEEE802.3帧格式
  • 
  • 目的地址，源地址都是MAC地址，48位（6B）
  • 很多地方会把以太网和IEEE802.3等同起来，实际上她们稍稍有不同
  • 前导码+帧起始符：7B+1B，1010...1010。1010...11。DIX最后一位是0，而302.3为1。
  • 长度（<=1536）：802.3不和网络层直接打交道。64-1518B，不包括前导码，但包括帧头帧尾
  • 类型 (>1536)：由于DIX要直接和网络层打交道
  • 数据：46~1500B，小于46则要填充
  • 校验和：CRC32位，除了前导码外所有数据求。
• 重要的技术指标
  • 以太网有哪些类型
    • 经典以太网: 3-10Mbps
    • 交换式快速以太网 :10M, 100M, 1G，广泛使用
      • 快速以太网：IEEE802.3u 100M
    • 吉比特以太网(千兆)：IEEE802.3z：全双工，半双工则要用CSMA/CD
  • 以太网的介质访问方式
    • CSMA/CD：先听后发，边听边发
    • 工作原理
    • 二进制回退算法
  • 以太网编码方式
    • 经典以太网：曼切斯特编码
    • 快速以太网：4B/5B(容易实现而且容易实现电压平衡)
      • 100M以太网，比特时间100-> 10ns，电缆最大长度2500m->250m
    • 为什么发生变化
  • 其他
    • 51.2微秒：时隙
    • 时隙导致的最短帧长
      • 802.3规定在10Mbps局域网中时隙为2t = 51.2微秒
      • 最短帧：\(10Mbps\times2\times t = 10Mbps*51.2us/8 = 64Byte\)
      • 注意转换单位，64Byte（这个是有效部份，没有算前导码）
    • 会计算最短帧长
    • 以太帧的帧节
      • 每个字段
  • 
• 以太网的命名规则
  • 从名字读出技术指标
  • 10BASE2(IEEE 802.3a)
    • 10: 传输带宽10Mbps
    • Base: 基带传输
    • -2(-5): 支持的分段长度(100米为单位,四舍五入)
  • 10Base-TX(IEEE 802.3x)
    • -T: 铜制非屏蔽双绞线
    • -F：光缆
  • 常用介质：铜缆，双绞线，光纤
  • 
  • 10BASE2：物理上星形拓扑，逻辑上总线拓扑，b=10Mbps, Bot=20MHz(Manchester编码)。

4.8 二层交换

• 二层交换原理

  • 三句话
    • 扩散/泛洪
    • 转发
    • 过滤
  • 四个单词：维护内部转发表
    • flooding：目的地址未知或为广播地址时，桥发送帧道除源端口外的每个端口
    • backward learning：通过读取每个帧的源地址和对应的源端口来学习连载网段上的每个设备的地址
    • forwarding：对于已学到的目的地址，桥将直接发送帧道对应的目的设备所在端口。
    • filtering：如果目的地址和源地址在同一个端口，桥将丢掉帧
  • 不会出原理是什么，给你个图，你要知道过程，交换机怎么做，怎么用，怎么处理，怎么改MAC地址表

• 二层交换设备：网桥、交换机（现代的网桥）(网桥和交换机几乎是一种东西，原理一模一样)

  • 用网桥将很多的LAN来连接起来

  • 隔离了冲突域

  • 网桥工作在DLL层，通过MAC地址做出转发帧的决策

  • 工作原理：

    • 如果源LAN和目的LAN相同，丢弃
    • 如果不同，转发
    • 如果未知，广播

• 三种交换方式，各自优缺点，各自发生时刻

  • 存储转发：把整个帧存下来，然后看计算校验和，发现没有错误了，再按照MAC地址表的指示继续处理。
    • 特点：延迟大，出错率小
  • 直通交换（贯穿，虫孔交换）：读取MAC帧，前导码一过就是目的MAC地址和源MAC地址。马上可以查表，可以一边进马上另一边就出去。
    • 特点：延迟小，出错率大（可能转错帧出去）
  • 无分片（无碎片）交换：不是直接读到目的地址就去转发，必须要读满64个字节才能去转发。（64B：为了防止转发碎片帧，碎片帧通常小于64B）
    • 特点：存储交换和直通交换之间的折中。

• 了解微分段：LAN被交换机分隔开的网段，在一个大的冲突域中产生无冲突域。

测试题

• 一台交换机具有24个100Mbps全双工端口和2个1000Mbps全双工端口，如果所有的端口都工作在全双工状态，那么交换机总带宽等于
  • 全双工端口带宽的计算方法是：端口数×端口速率×2。故该题的交换机总带宽为：24×100Mbps×2+2×1000Mbps×2=8800Mbps=8.8Gbps。
• 下面哪个用来分隔广播域？
  • VLAN
• 在启用了VLAN的局域网中，当帧通过干线（交换机之间的连接）时，通常采用什么方法或协议
  • IEEE 802.3Q
• 一台交换机具有24个100Mbps全双工端口和2个1000Mbps全双工端口，如果所有的端口都工作在全双工状态，那么交换机总带宽等于
  • 8.8Gbps，注意全双工的要 *2。
• 
• 
• 
  • 要分类讨论

第五章 网络层

5.0.2

• 网络层要干的活（最主要功能）：将分组从原机经选定的路由送到目的机（点到点）
• 路由器
  • 收到数据报后的路由器工作步骤（三步）
    • 打开数据报
    • 确定目标网络地址
    • 根据路由表，重新打包后转发到相应接口
  • 怎么重新打包？
    • TODO
  • 数据包在网络里怎么传输的，搞清楚主机怎么封装，封装之后扔给默认网关，默认网关怎么处理，怎么传给下一跳，下一跳怎么处理，最后一跳怎么处理。
  • 路由表
  • 找缺省网关（实验）
  • 基本功能
    • 路由选择
    • 交换（转发）
    • 其他：维护路由表，通告其他路由器等

5.2.4-5.2.5

• DV：维护两个向量D（距离）和S（下一条）
• LS
  • 使用Dijsktra单源最短路径算法
  • 五个部份
    • 发现它的邻居节点们，了解它们的网络地址
    • 设置它到每个 邻居 的成本
    • 构造一个分组，包含她了解到的 所有 信息
    • 发送这个分组给所有其他的路由器
    • 计算到每个 路由器 的最短路径
• 原理和遇到的问题解决方法

5.6.6 - 5.6.7

• LS的实例——OSPF

  • 全网状态一致

  • 五种报文，工作原理，状态变化

  • 报文类型	描述
    Hello 问候	发现（建立）和维持（keep alive）邻居的可达性
    Database description 数据库描述分组（DD报文）	向邻居发送自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息
    Link state request 链路状态请求分组	向对方请求发送某些链路状态项目的详细信息
    Link state update 链路状态更新	用泛洪法对全网更新链路状态
    Link state ack 链路状态确认	对链路更新分组的确认

  • 运行步骤

    • 建立全毗邻关系
    • 选举DR和BDR（同步很消耗资源，复杂度高，选举个DR，两两间同步，O(n)）
      • DR: 指定路由器，由选举得出（管理员不能指定，但是可以干涉）
      • BDR：当DR down掉后，BDR上，选DR的时候顺便选BDR
    • 发现路由
    • 选择最佳路由
    • 维护路由信息

  • 建立全毗邻关系过程

    • 互发Hello报文，建立双边关系
    • 通过DD报文首次交换，建立主从关系，交换初始序列号，再全部交换DD报文
      • DD: Seq Initial(1/0) More(1/0) MasterSlave(1/0)
      • 如果两个都相当Master，则比较RouterID，大的当master，小的slave
    • 若两台路由器的拓扑数据库完全一样，则直接进入全毗邻关系
    • 若两台路由器的拓扑数据库不一样，则通过LSR, LSU, LSAck报文，最终建成全毗邻关系

  • 路由器的状态转换

    状态	暂态/终态	作用
    Down	终	没有启动OSPF的状态，没有从邻居处收到Hello报文，邻居失效后变为该状态
    Attempt	暂	表明没有新的信息从这个邻居处收到
    Init	暂	初始状态，第一次接收到对方发来的Hello报文
    2-Way	终	邻居状态，相互周期发送Hello报文，双向双通
    Exstart	暂	交换信息的初始状态。选举主从路由器，并确定初时的DD序号以便准备交换DD报文。
    Exchange	暂	交换信息状态。相互发送DD报文向邻居描述它完整的链路状态数据库，同时，路由器也可以发送LSR报文来请求更新LSA。
    Loading	暂	路由器将发送LSR给邻居请求在Exchange状态下发现的新的LSA，并对请求的LSA相应。
    Full	终	建立了全毗邻状态，此时邻接的邻居中所有的都是同步的。

  • 

• BGP

  • TCP以上
  • DV
  • 消灭了环路的DV
  • 原理不考

5.6.1 - 5.6.3

• IPv4分组格式

  • 32位，4Byte一行
  • 基本头部20Byte，5行
  • 

• IPv4地址及其分类

  • 分类	起始	结束	子网掩码
    A	1	126	255.0.0.0
    B	128	191	255.255.0.0
    C	192	223	255.255.255.0
    D(多播地址)	224	239	/
    E（保留地址）	240	255	/

• IPv4的保留地址空间

  • D类和E类

  • 广播地址

  • 网络地址

  • 回环地址：127....为回环地址，不属于A也不属于B

  • 特殊

    NetID	HostID	源地址	目的地址	用途
    全0	全0	可以	不可以	本网范围中标识本机，路由表中的默认路由
    全0	特定值	不可以	可以	本网中的指定主机
    特定值	全0	不可以	不可以	表示一个网络
    全1	全1	不可以	可以	本网（路由器不转发，退化）中的广播地址，受限广播
    特定值	全1	不可以	可以	本网直接广播地址，定向广播
    127	任何（非全0或全1）	可以	可以	本地环回，不会离开本机。理论上127开头的都是，但是除去了全0的网络和全1的广播
    169.254	特定值			非正常地址

  • 私人地址空间

    网段	个数	开始IP	结束IP
    A	1	10.0.0.0	10.255.255.255
    B	16	172.16.0.0	172.31.255.255
    C	256	192.168.0.0	192.168.255.255

• 子网及子网划分（包括VLSM）

  • 借位规则：
    • 从主机域的高位开始借位
    • 主机域至少保留2位：1位的话就只有广播和本机了，根本用不了
  • 可变长子网掩码即VLSM

• IPv6

  • 格式
  • 
    • 头部只有8个字段（IPv4有12个字段）
    • 报头全长40B
  • 版本：IPv4(0100), IPv4(0110)
    • 业务等级（区分服务）：分组的重要程度，优先级
  • 流标签：表示分组的业务需求标记，夜读等级+流标签-> QoS服务,基本是0，很少用
    • 净荷长度：后面搭载的数据长度。
    • 单位为B
      • \(2^{16}-1=65535B=64kB\)
  • 下个头：指明了紧跟的扩展头的类型
    • 扩展头0~6个
    • 最后一个扩展头or无扩展：退化为“用户协议”
      • 6：TCP
      • 17：UD
    • 跳数限制 Hop limit: 即TTL，HP-1之后等于0（判断减了之后，而不是减之前），分组就会被丢掉，且返回ICMP超时信息。
    • 源/目的地址：128位，16B。
    • 丢弃了与分段相关的选项（会给router造成负担，且有安全隐患），所以不允许分段/分片
      • 实际上，只允许在源机进行分片，而不给路由器进行分片了。
      • 而IPv4允许在路由器上进行分片。
    • IPv6的源端必须一开始就知道全部路径网络的最小MTU，以便分片。
  • 好处？
  • 即插即用
    • 多

• 现状

• 日程

• IPv6地址(MAC---生成链路本地地址)

  • 有128位

  • 区别

    • 地址	长度	表示
      IPv4	32位（4B）	点分十进制，共四个部份
      IPv6	128位（16B）	冒分十六进制，相邻两个十六进制组，共8个部份。
      mac	48位（6B）

  • 分类（没有了IPv4里的广播）

    • 单播，组播，任播

  • 特殊地址

    • 
    • 链路本地地址：只在本链路上有效，无法发到外界
      • 高64位：FE80::
      • 后64位：EUI-64，由MAC地址生成的
        • MAC地址从中间分开，加上16位1，-> 64位
        • 高位数起来的第七位转换成1

5.4.2 流量整形

• 要会计算
• 漏桶算法：不稳定的输入流变为一个恒定的输出流
  • 每个主机连接到网络的接口都有一个漏桶（优先长度的内部队列）
  • 桶内有分组时，输出速率恒定。桶内空时，输出速率为0。
  • 满则溢：导致不能大量的突发数据
  • 每个时钟滴答，仅允许一个分组或固定数量的分组发送出去
• 令牌桶
  • 大量数据突发时，令牌桶算法允许输出加快到某种程度
  • 令牌桶拥有令牌，且以每ΔT秒产生一个令牌的速度往桶里注入令牌
  • 一个分组要发送时，他必须从桶中取出和获取到一个令牌
  • 令牌桶算法允许积累令牌，但最多可以累积n（令牌桶的容量）个令牌：最大突发受制于令牌桶的容量限制
  • 当桶满时，丢掉的是令牌而不是分组
  • 当桶空时，发送速率=令牌生成速率
  • 

5.3.4 流量调节

• 概念
• 理解拥塞控制
  • 开环：提前考虑
  • 闭环：反馈环路
  • 负载>资源
• 拥塞时分组丢弃策略
  • 随即丢弃
  • 葡萄酒策略：丢弃新到达的，适合文件传输
  • 牛奶策略：丢弃早到达的，适合多媒体类
  • 丢弃不太重要的分组

5.5 网络互连

• feiliao技术？
• 理解网络互连要解决的问题：不同网络的差异 (LAN-LAN, LAN-WAN, WAN-WAN, LAN-WAN-LAN)
• 分片
  • IPv4
  • 从同一个数据报分的片有同样的标识
  • 标志：x，DF, MF
  • 片偏移：在原来报文中的相对位置。单位为8B。（第一片为0）
  • 由于要被放入数据链路层的帧中，所以长度要小于数据链路帧的MTU。
    • 以太帧：1500B

5.6.4 ICMP

• IP报头中protocol的值为1
• ICMP包括：差错报文，询问报文
• Ping：回声请求和回声应答
  • 将向目的站点发送一个ICMP回声请求报文
  • 收到目的站回一个回声应答
• traceroute：ICMP超时报文，和TTL
  • TTL: 1, 2, ...
  • 直到到了一个目的机，收到一个端口不可达
  • 通过判断ICMP超时报文中的源IP地址来得到途径的路由器
  • 最多trace30跳

其他

• CIDR:把几个标准网络合并成一个大网络
  • 超网
• VLSM：将标准网络分割成更小的子网
• DHCP
• NAT/PAT
  • 私人网络转换
  • NAT路由器工作在传输层，因为看了端口号
• ARP
  • 将IP映射到MAC
  • RARP
  • 发方为主机，目的机在同个LAN：广播，目的机会回复
  • 发方为主机，目的机不在通过LAN：通过ARP请求获得默认网关的MAC地址
  • 路由表转发出去时，重新封装：原Mac地址和目的Mac地址都发生了置换，变成网关所对应的Mac地址和目的机的Mac地址
  • IP数据包途径路由器时，原IP和目的IP地址不会发生改变，而原Mac地址和目的Mac地址会发生改变（每经过一个路由器就会被置换）
  • 免费ARP
    • sourceIP=targetIP
• IP地址的分配方式

题目

• 以下关于IPv4分组结构特征的描述中，错误的是

  A. 分组头长度以4字节为单位来表示

  B.IPv4分组由两个部分组成：分组头和数据

  C. 分组头的基本长度是20字节

  D. 分组头选项最大长度为60字节

  D: B是对的，基本头+可选字段 = 分组头，D要区分分组头选项和分组头

• 

  • 注意题目问的是可用地址，要除去广播地址和网络地址

• 

  • 即使B分出来，主机位只剩1位了，但是也是有效的子网掩码
  • A，错误

• 用来警告拥塞情况的一个ICMP消息的类型是什么

  • 源抑制

• 

  • A
  • B：！！！

• 

• 

  • D

• Dijkstra算法可以在给定一个源节点的情况下寻找到达所有目的节点的最短路径，从一个给定的源节点到达网络中的所有目标。这个算法是按照什么样的顺序找到这些最短路径的？

  • 首先找到与源节点距离最短的那些目的节点。

• 网络中有一个节点N，现在网络中有一个其它的节点，通过泛洪广播的方式发布了一个消息；在最坏的情况下，节点N可能会收到多少份这个消息的副本？选择一个最佳的答案。（假设一个节点不会两次发送同一个消息给它的邻居）

  • 节点N与其他节点有多少条通路，就会收到多少份副本。

• 考虑一个有100个路由器的网络，每个路由器连接其他3个路由器。假设成本使用8 bit来表示，距离矢量每秒交换两次。这100个路由器发出的距离矢量路由更新消息，消耗的总带宽是多少？假如更新消息主要只计成本。

  • \(3\times 100 \times 8 \times 2 = 4800bits\)

• 

  • D： 注意发送的信息不是全部的，而是发送到与之直接相连的邻居的信息

  • 注意区别交换内容和交换结点

  • 比较	RIP	OSPF
    交换结点	相邻结点	网络中所有路由器
    交换内容	知道的所有信息（路由表）	与本路由器直接相邻的所有路由器的链路状态信息

• 考虑一个有 100个 路由器的网络，每个路由器与四个其他路由器相连。假设链路状态数据公告LSA具有以下这样的格式：一个节点上连接的邻居数量（用8位表示），并为每个邻居分配邻居标识（用8位表示）和链接到邻居的成本（用 16位表示）。

  问：单个链路状态数据公告的大小是多少？假设链接状态数据包中包含邻居数量、邻居标识和到邻居的成本。

  • 这题考察和上一个一样
  • \(8+8\times4+16\times4=104b = 13B\)

• 

  • 主机将会一段时间内继续正常通信

• 

  • A

• 

• 

• 

第六章

INTRO

• 主机到主机 区别端点到端点

• 保证数据可靠传输和进行流量控制

• 端口：由于跟踪同一时间内通过不同网络的会话

  • 16位（2B）：0~65535

  • 范围	作用
    <1023	公共应用（保留，IANA分配，标准服务器）
    1024~49151	用户端口，注册端口
    >49152	动态端口，私人端口

传输层的主要功能

• 对字节流进行数据分段和重组
• 保证数据可靠传输和进行流量控制
• 建立端到端的操作
• 从一端主机向另一端主机发送数据段
• 传输层使整个报文到达了该计算机上正确的进程
• 通信五元组
  • End Point
    • Source IP
    • Source port
  • TCP/UDP
  • End Point
    • Destination IP
    • Destination Port

6.4.1 UDP

• 数据段
• 数据报头
• 
• DNS, RIP, TFTP, SNMP，实时流媒体应用
• Checksum: 互联网校验和（16位1行）

6.5 TCP

• 报头

  • 
  • 没有源和目的地的数据

• 数据段

  • 必须是适合IP的65515
    • IP的总长度字段：16位，\(2^{16}-1 = 65535\)
    • 其中IP的基本头部占了20B
    • 所以数据段的长度应该为65535-20=65515
    • 注意：TCP数据段（传输层的PDU名称即段segment）长度包括了TCP的头部
  • 每个TCP数据段必须适合于下层网络的MTU

• 区别MTU和MSS

  • MTU：Maximum transportation unit，最大传输单元，虽然有传输两字，但是不是传输层的，使数据链路层的，是Frame有效数据的最大size，ex：以太帧为1500
  • MSS：maximum segment size，所以是段的最大size

• 连接建立

• 三个握手过程

  • 
  • 第一次：SYN=1, ACK=0
  • 第二次：SYN=1, ACK=1
  • 第三次：SYN=0, ACK=1

• 四个计时器

  计时器	作用
  重传计时器	决定是否重传
  持续计时器	解决通信死锁，零公告问题
  保活计时器	客户端和服务端建立了TCP连接，传递了数据之后，崩溃了，服务器不知道，导致永远开放的死连接
  时间等待计时器	确保最后的FIN数据段，到达对方被丢弃。（TCP连接释放阶段）

  • 持续计时器
  • 

UD与TCP比较

• 相同点
  • 传输层协议
  • 采用TSAP定位应用进程
• 不同点
  • 可靠性
  • 使用的场合

提高可靠传输的措施（传输策略）

• 肯定确认重传
• 窗口技术
  • 接收窗口
  • 拥塞窗口
  • 发送窗口= min
• nagle算法（发送方，避免低效，傻瓜窗口综合征）
  • 尽量不发送数据含量小的数据段
  • 缓存应用层的数据，达到一定量再发送
• clark方案（接收方，避免傻瓜窗口综合征）
  • 不强求对方发送短数据段
  • 延迟窗口变更信息，使接收缓冲区足够大
• 什么是傻瓜窗口综合征
  *
• 拥塞控制
  • 慢启动
    • 乘法减少：一次超时（拥塞），就将sstresh设置为当前拥塞窗口的0.5，CWND设置为1。
    • 加法增大：超过阈值后，只增加1个MSS大小
  • 快启动，快重传
    • 快重传（更早地重传丢失的报文段）
      • 接收方收到失序报文后，发送重复确认
      • 发送方：一旦收到三个重复确认，就立即重传
      • 注意：重复确认不算原本正常情况下的那个确认，收到第一个确认之后，还要再收到三个才开始重传
    • 快恢复
      • 与快重传结合，重传并且进行快恢复
      • 乘法减小
      • 锯齿状：拥塞窗口CWND设置为sstresh减半后的数值
• 定时器的作用

6.1.3-6.1.4 套接字 传输服务

• 实验编程

题目

• UDP被认为是无连接的传输协议
  • 因为无可靠措施
• 
• 
  • 注意题目问的是什么时候的什么号

第七章 应用层

• 不会出大题

7.1

• 了解应用层的地位和功能
• 了解各种应用的特点
• DNS
  • 什么时候使用TCP
  • UDP报文超过512B
    • 对首次请求响应，返回参数TC置位
    • 再请求，建立TCP连接，将数据流分段发送
  • 从服务器（send）的数据更新
    • 主从服务器间建立TCP连接
    • 进行批量数据流传输
• 三大传统应用
  • 电子邮箱
  • 文件传输FTP
  • 远程登陆 telnet
• 其他应用
  • WWW
  • 多媒体应用

7.2 电子邮件

• 系统构成
• 协议
  • 作用范围

7.3 万维网

• 三大构成部分：资源，统一资源定位符（URL），通信协议
• 客户端怎么解释
• 浏览器的两种方式：处理、解释和显示收到的HTTP响应
  • 插件
  • 外挂程序
• 服务端怎么处理
• 客户端服务端请求相应是怎么做的，流程
• TCP
• TCP移交是怎么做的
  • 

7.5.4 对等网络P2P

• chord

• 怎么寻找资源

• 怎么存储资源

其他

网络各个层次之间的关系

• 局域网：交换机下面的一个网段
• 链路：路由器接口下面的一堆
• 子网：若干个链路构成的网络
• 网络：互联网
• 邻节点：一条链路上的两台主机，所以邻节点是可以跨越交换机的
• 默认网关：与主机直接相连的路由器，承接所有发送到外网的数据，连接到主机的那个路由器端口的IP地址。
• 一台主机如果有两个IP地址，则两个应该不在一个子网中。（why）

各层PDU的结构

• 数据链路层：帧
  • 
  • 目的地址，源地址都是MAC地址，48位（6B）
  • 很多地方会把以太网和IEEE802.3等同起来，实际上她们稍稍有不同
  • 前导码+帧起始符：7B+1B，1010...1010。1010...11。DIX最后一位是0，而302.3为1。
  • 长度（<=1536）：802.3不和网络层直接打交道。64-1518B，不包括前导码，但包括帧头帧尾
  • 类型 (>1536)：由于DIX要直接和网络层打交道
  • 数据：46~1500B，小于46则要填充
  • 校验和：CRC32位，除了前导码外所有数据求。
  • DIX
  • IEEE802.3
• 传输层：报文
  • 
  • IPv4
    • 报头长：单位为4B
    • 数据总长度：单位为B
    • 分段偏移量：单位为8B
  • IPv6
    • 用下一个头代替了协议
• 网络层：段
  • TCP
    • 
    • 基本头部：20B
    • Seq：每个字节都编上一个序号（面向字节流，逐个字节传送）
    • 首部长度：单位为4B
    • 窗口字段：单位为B，用于流量控制
    • 校验和：也要加上12B的伪首部，协议6
  • UDP
    • 
    • UDP length：包括首部和数据，最小值为8，单位为B
    • checksum: 对头部、IP伪头部（12B）和数据进行计算互联网校验和。其本身是可选的，因为UDP本身不可靠
    • 伪头部
      • 源IP地址（4）
      • 目的IP地址（4）
      • 0 （1）
      • 上层使用的协议（1）：UDP17， TCP6
      • UDP长度（2）