计算机网络期末总复习

总的概述

电路交换、报文交换、分组交换（数据报和虚电路）、ATM交换、MPLS标签交换、TCP连接等基本原理及对比

1. 电路交换

• 通信之前要建立路径
• 优点：
  • 专用通道，传输时延小
  • 可以随时通信，实时性强
  • 按序传输
  • 模拟信号数字信号都适合
  • 交换设备简单
• 缺点：
  • 建立时间长
  • 信道利用率低
  • 不同终端很难通信
• 适合打电话业务

2. 报文交换

• 以报文为单位，有目的和源地址，采用存储转发
• 优点：
  • 不用建立时延
  • 传输可靠性
  • 不同终端可以通信
  • 可以给多个目标通信
  • 有优先级
  • 信道利用率高
• 缺点：
  • 因为存储所以有转发时延
  • 实时性差
  • 只适用于数字信号

3. 分组交换

• 将长报文先分割成小的分组再发
• 优点：
  • 加速了传输
  • 简化了存储管理
  • 减少了出错纪律
  • 适用优先级策略
• 缺点：
  • 仍然有转发时延
  • 加上了源，目的信息，影响通信效率
  • 数据报服务时有失序，丢失，重复分组问题
  • 虽然虚电路无失序

3. 数据报

• 无连接，失序

4. 虚电路

• 面向连接
• 需要建立和释放虚电路的时间

5. ATM交换

• 高速分组交换，电路交换和分组交换的结合
• ATM信元是基本单元
• 面向连接的技术

6. MPLS交换

• 面向连接
• 网络层

OSI参考模型各层名称、各层功能、上下层关系及协议、实体、接口、服务、服务原语等概念

1.OSI参考模型

• 物理层
  • 传送数据帧，包括电压，集线器，中继器，网卡，主机接口卡……
• 数据链路层
  • 负责封装成帧
  • 包括逻辑链路控制LLC子层和介质访问控制MAC子层
• 网络层
  • 决定数据路径选择和转寄
  • 形成报文
• 传输层
  • 形成数据包
• 会话层
  • 负责设置维护通信连接
• 表达层
  • 把数据转换成兼容的格式
• 应用层
  • 提供应用软件接口设置通信
  • HTTP HTTPS FTP TELNET SSH SMTP POP3 HTML 2.服务原语
• 用户和协议实体间的接口，程序代码
• 通过服务原语可以实现用户和提供者交流
• 协议是用于用户之间的通信
• 四种基本原语：
  • 请求
  • 指示
  • 响应
  • 确认

封装、解封及实例分析

1.封装过程

• 如图

  

2.解封过程

• 如图

  

TCP/IP各层主要协议及各协议功能

先看图

1. 应用层

• HTTP：超文本传输协议，基于TCP，使用80端口
• SMTP：简单邮件传输协议，基于TCP，使用25端口
• FTP：文件传输协议，基于TCP，数据端口20，控制端口21
• TELNET：远程登录协议，基于TCP，23号端口，明码传送，保密性差
• DNS：域名解析，基于UDP，53号端口
• SSH：安全外壳协议，基于TCP，22号端口，可靠安全

2. 传输层

• TCP：传输控制协议，面向连接，可靠，基于字节流
• UDP：用户数据报协议，无连接，不可靠，基于报文
• SCTP：流量传输控制协议，面向连接，TCP的改进
• MPTCP：多路径传输控制协议，TCP的多路径版本

3. 网际层

• IP：Internet协议，通过路由选择，无连接
• ICMP：Internet控制报文协议，用于主机路由器之间
• ARP：地址解析协议，通过目标IP查询MAC，以太网的数据帧需要根据48位的MAC地址，P2P不需要ARP
• RARP：反向地址解析协议

计算机网络性能指标

• 速率：比特，一个二进制数字。速率bit/s，
• 带宽：
  • 某个信号的频带宽度
  • 能通过的最高数据率 bit/s
  • 宽带10Mbps = 10240Kbps/8 = 1280KBps
• 吞吐量：单位时间通过的数据量
• 时延：
  • 发送时延：数据帧长度/发送速率
  • 传播时延：信道长度/电磁波传播速率
  • 处理时延
  • 排队时延
• 时延带宽积：传播时延 * 带宽 链路可容纳的比特数
• 往返时间RTT
• 利用率
  • 信道利用率：并非越高越好
  • 网络利用率

数据链路层

局域网体系结构、各层（子层）功能

• OSI七层结构
• TCP/IP结构层次
• 资源子网：应用层 表示层 会话层 传输层
• 通信子网：网络层 数据链路层 物理层
• 局域网体系结构IEEE 802.1
  • 如图

    

  • 广播存在介质争用所以划分以上两层
  • MAC子层：解决介质争用和内部寻址，CSMA,CSMA/CD
  • LLC子层：LLC子帧封装，链路控制管理

传统以太网和PPP的基本工作原理及对比

• 以太网
  • 具有CSMA/CD方法，竞争机制
    • 先听后发，边发边听，不发不听
  • 共享媒体
  • 广播域
  • 争用期 51.2μs 这以内未监听冲突就无冲突
  • 最小帧长 64字节
  • MTU：1500 最小：46
• 局域网
  • 以太网是再局域网内传输数据的方法和模式
• PPP点对点协议
  • 是数据链路层协议
  • 通过电话线
  • 具有身份验证功能，错误检测纠错压缩，支持TCP/IP
  • 动态分配IP地址

VLAN的作用、划分类型、特点

1. VLAN：虚拟局域网，一个广播域，通过第三层路由器

• 优点：网络设备移动添加修改的开销减少，控制广播，提高安全

2. 划分VLAN

• 提高安全性
• 提高性能，广播风暴占用带宽，缩小广播域

3. 划分方法

• 基于端口：简单，但重复工作量大，端口改变
• 基于MAC地址：降低交换机效率
• 基于网络协议
• 基于IP地址：同一IP广播组的是同一VLAN，灵活扩展，通过路由器
• 基于策略

4. 不同vlan间互通

• 单臂路由：
  • 传统三层网接口不支持vlan，收到vlan报文会丢弃
  • 在子接口去掉报文中的vlan标签
• 使用三层交换机

MAC地址及作用

1. 什么是MAC

• 物理地址，硬件地址，在硬件内部
• 6字节，48比特

2. 作用

• IP只是逻辑标识可以被修改
• MAC不能改，避免冒名顶替
• 交换机内部表将MAC地址和IP地址对应

交换机、集线器工作原理及典型特点

1. 集线器HUB

• 在物理层，将一些及其连接起来组成一个局域网
• 广播模式，容易广播风暴
• 共享带宽
• 半双工

2. 交换机

• 基于MAC识别，可封装转发数据包
• 分为二层交换机，三层交换机……
• 三层交换机有路由功能，一次路由多次转发
• 可以隔离冲突域，抑制网络风暴
• 独享带宽
• 可半可全双工

3. 路由器

• 网络层
• 基于IP地址
• 克服交换机不能路由转发数据报的不足
• 可以分割冲突域 也可以分割广播域
• 防火墙功能

交换机自学习方法

局域网的扩展方式

• 物理层：集线器，效率低下，广播风暴，增大冲突域
• 数据链路层：网桥，交换机
• 虚拟局域网VLAN

移动IP

1. 移动IP工作流程

• 如图

  

网络层

IP协议

1. IPv4协议作用及典型特点
2. IP协议及各配套协议的作用及在实际网络中的应用
3. IP地址与MAC地址的比较
4. 分类的IPv4地址及各地址范围及有效地址范围
5. 特殊的IPv4地址
6. 私有IPv4地址
7. 固定长度的子网划分、子网掩码，会应用
8. VLSM及CIDR，最长前缀匹配，路由聚合、会应用
9. NAT和DHCP区别

• DHCP
  • 通过广播方式去Discover发现DHCP服务器
  • 如果本广播域没有就配置DHCP服务器IP
  • DHCP分配的都是私有IP
• NAT 私有IP和公网IP转换
• 让N台设备共享一个公网IP来上网
• 外网不能主动访问内网

10. ARP的作用及在不同情况下的应用

• 从IP地址到MAC地址
• ARP缓存表 时效性
• 广播形式请求 目的IP全1
• 单播形式回应

路由协议

1.RIP、OSPF、BGP比较

• RIP路由信息协议
  • 距离向量路由算法，最大跳15
  • 适用于小型网络，消耗CPU 内存
• OSPF开放最短路径优先
  • 链路状态路由选择技术
  • 使用规模庞大复杂的网络
• BGP边界网关协议
  • 外部网关协议
  • 高级的距离向量路由协议

MPLS多协议标签交换

• 交换等价类FEC
• 进入MPLS就基于Label进行路由决策
• 面向连接，支持流量工程，支持VPN和多种网络协议

传输层

1. 传输层的标识及作用（端口及典型协议的端口号，如HTTP、HTTPS等；套接字的标识对象等）

• 端口号
  • 服务器端口数最大65535个
  • 熟知端口：0-1023
  • 登记端口：1024-49151
  • 客户端口/短暂端口：49152-65535
  • HTTP 80 HTTPS 443
• 套接字
  • socket = (IP地址: 端口号) TCP 连接 ::= {socket1, socket2} = {(IP1: port1), (IP2: port2)}

2. TCP滑动窗口机制与流量控制
3. TCP拥塞控制机制
4. TCP的确认与超时重传机制
5. TCP连接建立和释放过程
6. 流量控制与拥塞控制的概念、控制的对象、控制的目的、采用的方法、各自的作用等
7. 传输层的流量控制、拥塞控制、可靠性保证等功能的作用及方法

• 快重传和快恢复
  • 发送端只要一连收到三个重复的ACK就重传
  • 并设置慢开始门限
  • 最开始不设置为1，而是 门限 + n * MSS

    

• 可靠性
  • 数据分割为适合发送的数据块
  • 发出就启动定时器
  • ARQ自动重传请求
  • 累积确认：收到推迟一会儿发送确认
  • 端到端校验和
  • 对失序数据重新排序
  • 流量控制 双方缓存
• 三次握手

  

• 四次挥手

  

8. TCP发送窗口字节和带宽及时延，最大吞吐量、信道利用率等概念及计算
9. TCP报文格式、序号、确认号及其关系。

现代网络技术

软交换

• 核心控制方面引入HSS

IMS的概念及层次结构和作用

• IMS IP多媒体子系统
  • 采用SIP协议进行控制
  • IMS核心控制部分，应用层，接入层，TDM/R4网络护通层
  • IMS是一个核心控制层，控制网络资源使用

SDN软件定义网络

1. 三个特征

• 网络开放可编程
• 控制平面和数据平面的分离
• 逻辑上几种控制