Missashe计网复习笔记（随时更新）

Missashe计算机网络复习笔记

前言：这篇笔记用于博主对计网这门课所学进行记录和总结，也包括一些个人的理解。正在更新当中……

第一章 计算机网络体系结构

考纲内容

• (一)
  计算机网络概述
  计算机网络的概念、组成与功能;计算机网络的分类;
  计算机网络的性能指标
• (二)
  计算机网络体系结构与参考模型
  计算机网络分层结构;计算机网络协议、接口、服务的概念:
  ISO/OSI 参考模型和 TCP/P 模型

第一节 计算机网络概述

• 1.计算机网络概念：计算机网络是一个将众多分散的、自治的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
• 2.计算机网络：由若干节点+链路组成。节点可以是集线器、交换机、路由器等。
• 3.交换机：连接多个节点，组成一个计算机网络；路由器：连接两个或多个计算机网络，构成一个范围更广的计算机网络。
• 4.家用路由器=路由器+交换机+其他功能。
• 5.互连网internet：泛指多个计算机网络互连而成的计算机网络，可以使用任意的通信协议。互联网Internet：专指全球最大的、开放的、由众多网络和路由器互连而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议族。
• 6.计算机网络的组成：
  • 1）硬件+软件+协议，协议是计算机网络的核心，由硬件和软件共同实现。
  • 2）边缘部分+核心部分。
  • 3）通信子网+资源子网。
• 7.计算机网络的功能：数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡。
• 8.电路交换：建立连接、传输数据、释放连接。用于传统电话网。
• 9.报文交换：采用存储转发技术，数据交换单位是报文（不定长）。用于早期电报发送。
• 10.分组交换：采用存储转发技术，数据交换单位是分组Packet（定长且较短），每个分组需要添加首部，继承了报文交换的优点，同时能解决报文交换存在的部分问题。用于现代计算机网络。
• 11.计算机网络的分类：
  • 1）广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个人区域网PAN。
  • 2）广播式、点对点。
  • 3）总线形、星形、环形、网状。
  • 4）公用网、专用网。
• 12.性能指标：
  • 1）速率：也称数据传输速率，单位为bps。
  • 2）带宽：计网中，表示通信信道的最高数据传输速率，单位为bps；信号系统中，表示通信线路允许通过的信号频率范围，单位为Hz。
  • 3）吞吐量：实际通过的数据量。
  • 4）时延：发送时延（也称传输时延）+传播时延+处理时延+排队时延。
  • 5）时延带宽积：传播时延×信道带宽。表示已发送但尚未到达的最大比特数。
  • 6）往返时延RTT：指发送端发送完一个分组，到发送端接收到来自接收端的确认总共经历的时间。
  • 7）信道利用率：指某个信道有百分之多少的时间是有数据通过的。有数据通过的时间/（有＋无的时间）。

第二节 计算机网络体系结构与参考模型

• 1.计网的体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构。体系结构是抽象的，而实现则是具体的。
• 2.实体：指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。第n层的活动元素称为第n层实体。
• 3.对等层：不同机器上的同一层；对等实体：同一层的实体。
• 4.服务提供者：某一层的实体；服务用户：服务提供者上一层的实体。
• 5.协议数据单元PDU：对等层之间传送的数据单位。PDU由服务数据单元SDU和协议控制信息PCI组成。
• 6.协议：是控制在对等实体之间进行通信的规则的集合，是水平的。协议由语法、语义和同步（时序）组成。语法定义格式，语义定义具体操作，同步（时序）定义操作的实现顺序。
• 7.接口：同一节点内相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为服务访问点SAP，只在紧邻的层之间定义，不能跨层定义。
• 8.服务：指下层为紧邻的上层提供的功能调用，是垂直的。
• 9.计算机网络提供的服务类型：面向连接和无连接服务、可靠和不可靠服务、有应答和无应答服务。
• 10.OSI参考模型：自下而上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。该模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅支持面向连接的通信。
• 11.TCP/IP模型：自下而上依次为网络接口层、网际层、传输层、应用层。该模型在网际层仅支持一种无连接的通信（IP），但在传输层支持无连接和面向连接两种模式（TCP和UDP）。
• 12.教学模型：自下而上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。
• 13.各层的PDU名称：物理层为比特bit（流），数据链路层为帧Frame，网络层为数据报Packet（分组），传输层为报文段Segment，应用层为报文Message。自顶向下一层一层的分组，加上首部，通过通信线路传输，然后自下而上一层一层的组装，形成完整的数据。

题型总结

第二章 物理层

第一节 通信基础

• 1.数据：指传送信息的实体。信号：是数据的电气或电磁表现，是数据在传输过程中的存在形式。
• 2.模拟：取值是连续的；数字：取值是离散的。数据和信号都有模拟或数字之分。
• 3.码元：用一个固定时长的信号表示一个k进制数，这个信号就称为码元（或k进制码元），该时长称为码元宽度（也称信号周期）。一个码元可以携带若干比特的信息。一个码元有k种状态，则称为k进制码元，且$1码元={\log }_{2}Kbit$。
• 4.信源：发送数据的源头。信宿：接收数据的终点。信道：是信号的传输介质，一条通信线路包含一个发送信道和一个接收信道。噪声：对信道产生干扰，影响信道的数据传输效率。
• 5.通信方式：单向、半双工、全双工。
• 6.速率：指数据传输速率。分为，码元传输速率：又称波特率，每秒传输的码元数，单位是波特Baud；信息传输速率：又称比特率，每秒传输的比特数，单位是bps。数量上有联系，取决于每个码元携带多少比特。
• 7.奈奎斯特定理：也称奈氏准则，规定在理想低通（没有噪声、带宽有限）信道中，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为$2W$波特，W是信道的频率带宽（Hz）。若有K种码元，则极限数据传输速率=$2W{\log }_{2}K$（bps）。
• 8.香农定理：规定了带宽受限且有高斯噪声干扰的信道的极限数据传输速率=$W{\log }_2(1+S/N)$（bps）。S/N为信噪比，无单位记法：信噪比=S/N；分贝记法：信噪比=$10{\log }_{10}(S/N)$。这两个定理表明，一个码元可以携带的比特数是有限的。
• 9.编码：数据转换为数字信号；解码：数字信号转换为数据。
• 10：调制：数据转化为模拟信号；解调：模拟信号转换为数据。
• 11.数字数据编码为数字信号：非归零编码NRZ、归零编码RZ、反向非归零编码NRZI、曼彻斯特编码（标准以太网）、差分曼彻斯特编码（宽带高速网）。要记住每种编码方式与二进制的对应。
• 12.数字数据调制为模拟信号：调幅AM或幅移键控ASK、调频FM或频移键控FSK、调相PM或相移键控PSK、正交幅度调制QAM。

第二节 传输介质

• 1.传输介质：导向传输介质、非导向传输介质（自由空间）。在物理层的下面。
• 2.双绞线：屏蔽双绞线STP、非屏蔽双绞线UTP。
• 3.同轴电缆：由内导体、绝缘层、外导体屏蔽层和绝缘保护套组成。
• 4.光纤：即光导纤维，分为多模光纤和单模光纤。
• 5.无线传输介质：无线电波；微波（同步卫星作为中继站）、红外线、激光。
• 6.物理层接口特性：物理层不规定具体的传输介质，定义接口特性：机械特性、电气特性（电压范围）、功能特性（电平意义）、过程特性（也称规程特性）

第三节 物理层设备

• 1.中继器：放大、整形并转发信号，原理是信号再生，而非简单的放大衰减的信号。连接的是网段，而不是子网。没有存储转发功能，不能连接两个不同的协议和不同网速的网段。不能无限使用中继器进行串联。
• 2.集线器Hub：本质上是一个多端口的中继器。不具备信号的定向传送能力，不能分割冲突域。物理上是星形结构，逻辑上是总线形网络。只能实现半双工通信。连接的所有主机共享带宽。

题型总结

第三章 数据链路层

第一节 数据链路层的功能

• 1.链路：一个节点到相邻节点的一段物理线路。数据链路：将实现必要的协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
• 2.封装成帧：帧定界、透明传输。
• 3.差错控制：发现并解决位错。两种方式：检错后丢弃并重传、检错后纠正。
• 4.可靠传输：发现并解决帧错：帧丢失、帧重复、帧失序。
• 5.流量控制：控制发送方发送速率。
• 6.介质访问控制：广播信道需要实现，点对点信道不需要实现。

第二节 组帧

• 1.组帧：即封装成帧，组帧时既要加首部也要加尾部，因为要清楚的知道帧从哪里开始到哪里结束，才能从比特流里区分出来。
• 2.字符计数法：使用一个计数字段记录该帧所含的字节数，包括本身占用的一个字节。
• 3.字节填充法：使用特定字节界定开始和结束。开始SOH、结束EOT、转义字符ESC。
• 4.零比特填充法：使用一个特定的比特串01111110来标志一个帧的开始和结束，数据字段每遇到5个连续的1就插入1个0。
• 5.违规编码法：借用违规编码序列来定界帧的开始和结束。

第三节 差错控制

• 1.自动重传请求ARQ：检错检错后丢弃并重传。前向纠错FEC：检错并纠正。
• 2.检错编码：
  • 1）奇偶校验码。
  • 2）循环冗余校验码CRC：计算步骤为加0、模2除，通过具体例子来掌握。有纠错功能，但一般只用来检错。
• 3.纠错编码：最常用的是海明码，不但可以发现错位，还能指出错位的位置。编码原理通过具体例子来掌握。额外加上全校验码，可以实现发现并纠正1位错，发现2位错。

第四节 流量控制与可靠传输机制

• 1.在数据链路层中，流量控制机制和可靠传输机制联系是十分紧密的，主要依靠四种机制：滑动窗口机制、确认机制、重传机制、帧编号：$Wt+Wr\le 2^n$。其中的滑动窗口机制就顺带实现了流量控制。
• 2.确认机制：接收方收到数据帧后，要发回一个确认帧ACK。
• 3.超时重传：发送方发送一个数据帧后就启动一个计时器，若规定时间内未收到确认帧，则重发该数据帧，直到发送成功为止。
• 4.停止-等待协议（S-W）：1）Wt=1 Wr=1；2）确认帧：ACK_i；3）超时重传；4）帧编号：仅需1bit。
• 5.后退N帧协议（GBN）：1）Wt>1 Wr=1；2）确认帧：ACK_i，可累积确认：对最后一个正确收到的数据帧发回确认帧即可；3）超时重传；4）帧编号：至少$n$bit。
• 6.选择重传协议（SR）：1）Wt>1 Wr>1且Wr≤Wt（接收窗口小于等于发送窗口）；2）确认帧：ACK_i，不支持累积确认；3）超时重传；4）帧编号：至少$n$bit；5）否认帧：NAK_i；6）请求重传：收到NAK_i后，立即重传i号帧。
• 7.信道利用率：理解两个公式，不要死记硬背。S-W利用率=发送时延/（发送时延+往返时延+确认分组发送时延）。GBN和SR利用率=（n×发送时延）/（发送时延+往返时延+确认分组发送时延）。
• 8.自动重传请求协议ARQ：上述三个协议。

第五节 介质访问控制

• 1.介质访问控制MAC：控制各节点对传输介质的访问，从而减少甚至避免冲突。
• 2.信道划分介质访问控制：
  • 1）时分复用TDM、统计时分复用STDM、频分复用FDM、波分复用WDM。
  • 2）码分复用CDM：也称码分多址CDMA。每个站点被指派一个唯一的m位码片序列（m维向量），各站点的码片序列相互正交。计算看书上例题理解。
• 3.随机访问介质访问控制：一种将广播信道逻辑上转换为点到点信道的机制。
  • 1）ALOHA协议：纯ALOHA、时隙ALOHA。
  • 2）CSMA协议：即载波监听多路访问协议，是ALOHA协议的一种改进协议，多了载波监听功能（先听后发）。分为1-坚持CSMA、非坚持CSMA、p-坚持CSMA。
  • 3）CSMA/CD协议：即载波监听多路访问/冲突检测协议，是CSMA协议（1-坚持）的改进方案，增加了冲突检测功能。功能概括为：先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发。
    • ①争用期：最远的端到端往返传播时延2τ。经过争用期还未检测到冲突，则确定这次发送不会发生冲突。
    • ②最短帧长：2τ×数据传输速率。凡是长度小于最短帧长的帧都视为无效帧。发送的帧的长度不能小于最短帧长。以太网规定为64B。
    • ③最长帧长：防止一直占用信道。以太网规定为1518B。
    • ④截断二进制指数退避算法：重传次数超过10次则不再增大，达16次则不发了报错。
  • 4）CSMA/CA协议：即载波监听多路访问/冲突避免协议，用于无线局域网。冲突避免：降低冲突发生的概率。
    • 1）发送方：先听后发，忙则退避；随机退避原理；接收方：停止等待协议（ARQ）。
    • 2）帧间间隔IFS：SIFS（短IFS）：最短的；DIFS（分布式协调IFS）：最长的。
    • 3）详细步骤看书。
    • 4）信道预约机制：处理隐蔽站问题，利用RTS和CTS控制帧，其中RTS携带持续时间。也可用数据帧携带持续时间，这些都属于虚拟载波监听机制。
• 4.轮询访问介质访问控制：令牌传递协议，适用于负载很高（冲突概率大）的广播信道。

第六节 局域网

• 1.局域网：是指在一个较小的地理范围内，将各种计算机、设备通过介质互相连接起来，组成资源和信息共享的计算机互联网络。
• 2.三个要素：拓扑结构、传输介质、介质访问控制方式。
• 3.三种局域网：以太网、令牌环、光纤分布数字接口FDDI，后两个已被淘汰。以太网是目前最流行的有线局域网技术。
• 4.数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制子层LLC（名存实亡）、介质访问控制子层MAC。
• 5.以太网两个措施：提供无连接不可靠服务、采用曼彻斯特编码的信号。
• 6.以太网的拓扑结构：逻辑拓扑是总线形。
• 7.以太网的传输介质：
  • 1）粗缆、细缆：总线形（物理），只支持半双工通信，采用CSMA/CD协议。
  • 2）双绞线：星形，速率<2.5Gbps则支持半双工或全双工，速率≥2.5Gbps则只支持全双工，采用CSMA/CD协议或不采用协议。
  • 3）光纤：点对点，一般用于连接两个中间节点，只支持全双工，不采用协议。
• 8.网络适配器NIC：即网卡，计算机通过NIC与外界局域网连接，主要实现数据的串并转换以及其他功能。
• 9.以太网的MAC地址：每台计算机固化在NIC的ROM中的地址，称为物理地址或MAC地址。所有的网络适配器具有不同的MAC地址。路由器和交换机有MAC地址，集线器没有。
• 10.三种帧：单播帧、广播帧（目的地址全1）、多播帧。交换机隔离冲突域但不隔离广播域，路由器隔离广播域和冲突域，集线器都不隔离。
• 11.以太网的MAC帧格式：
  • 1）记忆口诀“662N4，收发协数验，N是46~1500”。
  • 2）帧前面还有8字节的前导码，其中前7个字节是前同步码，后1个字节是帧开始定界符。
  • 3）以太网帧不需要帧结束定界符，原因：各帧之间有一定间隔；采用了违规编码法，检测到违规码则知道帧已结束。
  • 4）整个帧长范围：64B~1518B。不够则填充，多了则分片。
• 12.高速以太网：速率达到或超过100Mbps的以太网。主要有：100BASE-T以太网、吉比特以太网、10吉比特以太网。

第七节 广域网

第八节 数据链路层设备

第四章 网络层

第五章 传输层

第六章 应用层