1 概述

计算机网络概念
- 广义观点: 实现资源共享的系统
- 资源共享观点: 目的-资源共享组成单元-多台独立的自治计算机规则-网络协议
- 用户透明性观点: 调用给用户资源,网络对用户透明
计算机网络组成
- 组成部分: 硬件,软件,协议
- 工作方式: 边缘,核心
计算机网络功能
- 数据通信
- 资源共享
- 分布式处理
- 提高可靠性
- 负载均衡
计算机网络分类
- 按分布范围分类
  - 广域网(WAN)
  - 城域网(MAN)
  - 局域网(LAN)
  - 个人区域网(PAN)
- 按传输技术分类
  - 广播式网络
  - 点对点网络
- 按拓扑结构分类
  - 总线型
  - 星形
  - 环形
  - 网状
- 按使用者分类
  - 公用网
  - 专用网
- 按交换技术分类
  - 电路交换网络
  - 报文交换网络
  - 分组交换网络
- 按介质分类
  - 有线(双绞线,同轴电缆)
  - 无线(蓝牙,微波,无线电)
标准化工作
- 阶段(因特网草案,建议标准,草案标准,因特尔标准)
- 组织(国际标准化组织ISO/国际电信联盟ITU/国际电气电子工程师协会IEEE)
性能指标
- 带宽(bandwidth)
- 时延
- 时延带宽积
- 往返时延
- 吞吐量
- 速率
- 信道利用率
网络体系结构与参考模型
- 计算机网络分层结构
  - PDU = SDU + PCI
  - 服务数据单元(SDU)
  - 协议控制信息(PCI)
  - 协议数据单元(PDU)
- 协议
- 接口
- 服务
  - 可靠服务和不可靠服务
  - 面向连接服务与面向无连接服务
  - 有应答服务和无应答服务
- ISO/OSI参考模型
  - 应用层: HTTP/SMTP/FTP
  - 表示层: 数据压缩,加密,解密
  - 会话层: 校验点继续恢复通信,数据同步
  - 传输层: 报文段
  - 网络层: 数据报
  - 数据链路层: 帧
  - 物理层: 比特
- TCP/IP参考模型
  - 应用层: SMTP/HTTP/FTP/Telnet/DNS
  - 传输层
    - 传输控制协议 TCP
    - 用户数据报协议 UDP
  - 网际层: IP
  - 网络接口层
考点
- 选择题
  - 各层具体功能
  - 传输效率

2 物理层

通信基础
- 基本概念
  - 数据
  - 信号
  - 码元
  - 信源
  - 信道
  - 信宿
  - 速率
  - 波特
  - 带宽
- 奈奎斯特定理(采样定理)
- 香农定理
- 编码与调制
  - 编码: 数据->数字信号
  - 调制: 数据->模拟信号
  - 数字数据编码为数字信号
    - 归零编码
    - 非归零编码
    - 反向非归零编码
    - 曼切斯特编码
    - 差分曼切斯特编码
    - 4B/5B编码
  - 数字数据调制为模拟信号
    - 幅移键控ASK
    - 频移键控FSK
    - 相移键控PSK
    - 正交振幅调制QAM
  - 模拟数据编码为数字信号
    - 步骤: 采样,量化,编码
    - 保留原始模拟信号信息: $f_{采样}>=2Max_{最大频率}$
  - 模拟数据调制为模拟信号
    - 频分复用FDM
    - 电话机,本地局交换机模拟信号传模拟数据
- 电路交换,报文交换,分组交换
  - 电路交换
  - 报文交换
  - 分组交换
- 数据报与虚电路
考点
- 选择题
  - 最大数据传输速率计算
  - 传输耗时
  - 波特率
  - 波形对应比特串
  - 影响传输速率因素
  - 曼切斯特编码,差分曼切斯特编码识别
  - ASK调制,数据传输速率
  - 虚电路概念
  - 信噪比xx信号状态数
传输介质
- 双绞线,同轴电缆,光纤,无线传输介质
物理接口特性
- 机械特性
- 电气特性
- 功能特性
- 过程特性
考点
- 选择题
  - 物理接口特性概念,2012 2018考过

3 数据链路层

数据链路层功能
- 为网络层提供服务(有连接就一定要确认)
  - 无确认的无连接服务
  - 有确认的无连接服务
  - 有确认的面向连接服务
- 链路管理
  - 帧定界
  - 帧同步
  - 透明传输
- 流量控制
- 差错控制
组帧
- 字符计数法
- 字符填充的首尾定界符发法
- 零比特填充的首尾标志法
- 违规编码法
差错控制
- 检错编码
  - 奇偶校验码
  - 循环冗余码
- 纠错编码
  - 海明码
    - 确定海明码位数
    - 确定校验位的分布
    - 分组以形成校验关系
    - 校验位取值
    - 海明码校验原理
流量控制与可靠传输机制
- 流量控制可靠传输与滑动窗口机制
  - 停止-等待流量控制基本原理
  - 滑动窗口流量控制基本原理
  - 可靠传输机制
- 单帧滑动窗口与停止-等待协议
- 多帧滑动窗口与后退N帧协议GBN
- 多帧滑动窗口与选择重传协议SR
考点
- 选择题
  - GBN协议,重发帧数 2009
  - SR协议重传帧数 2011
  - 滑动窗口协议窗口最大 2019
  - 滑动窗口协议链路利用率不小于x, 比特数至少x 2015
  - 停止-等待协议数据帧长度 2018
  - 最大信道利用率计算 2020
- 问答题
  - GBN协议最大信道利用率,重发哪个帧,第一个和最后帧,可以发多少个数据帧 2017
介质访问控制
- 介质控制访问控制(Medium Access Control Mac): 广播信道中信道分配协议
- 信道划分介质访问控制
  - 多路复用技术, 提高传输系统利用率
  - 频分多路复用FDM
  - 时分多路复用TDM
  - 波分多路复用WDM
  - 码分多路复用CDM
- 随机访问介质访问控制
  - 胜者通过争用获得信道,从而获得信息的发送权(也称争用型协议)
  - ALOHA协议
  - CSMA协议(载波监听多路访问 Carrier Sense Multiple Access)
  - CSMA/CD协议
  - CSMA/CA协议
    - 目的
      - 解决隐秘站问题,改进CSMA/CD协议,特别是碰撞检测部分
- 轮询访问:令牌传递协议
  - 应用
    - 适合负载很高的广播信道
总结
- 数据链路层研究的是点到点之间的通信,因为即使是广播信道,可通过介质访问控制机制逻辑上变为点对点的信道
考点
- 选择题
  - CSMA/CD协议最小数据帧为xx时,距离至少需要多少? 2009
  - 介质控制访问协议概念 2011 2013
  - CSMA 码片序列是XX, 实际收到的数据是什么? 2014
  - CSMA/CD协议概念 2015
  - CSMA/CA协议进行信道预约的方法? 2018
  - CSMA/CD协议最小帧,传播时延? 2019
  - CSMA/CA协议 IFS 最长是? 2020
- 问答题
  - CSMA/CD协议数据冲突,检测到冲突最短及最长经过多少时间?
  - CSMA/CD协议不存在差错与冲突,有效数据传输速率是多少?
局域网
- 基本概念
- 构成: 拓扑结构,传输介质,介质访问控制方式
- 介质访问控制方式
  - CSMA/CD
  - 令牌总线
  - 令牌环
- 数据链路分拆两层
  - 逻辑链路控制LLC子层(以太网垄断地位,LLC作用不大)
  - 媒体接入控制MAC子层
    - 功能
      - 组帧,拆卸帧,比特传输差错检测,透明传输
- 以太网与IEEE 802.3
  - 以太网
    - 以太网尽最大努力交付数据,提供的是不可靠服务
    - 发送端都使用曼切斯特编码的信号
    - 采用无连接的工作方式,不对发送的数据帧编号,也不要求接收方发送确认
  - 以太网传输介质
    - 10BASE5(粗缆) 总线性
    - 10BASE2(细缆) 总线性
    - 10BASE-T(非屏蔽双绞线) 星形
    - 10BASE-FL(光纤对) 点对点
  - 网卡-又称为网络适配器(Adapter)/网络接口卡(NIC Network Interface Card)
    - 工作在物理层
  - 以太网MAC帧
  - 高速以太网
    - 100BASE-T以太网
    - 吉比特以太网
    - 10吉比特以太网
  - IEEE 802.11 无线局域网
    - 有固定基础设置无线局域网
    - 无固定基础设施移动自组织网络
  - 802.11 局域网MAC帧
  - VLAN 虚拟局域网
    - 解决的问题
      - 以太网经常使用大量广播帧 ARP 和 DHCP 协议
      - 共享一个局域网, 信息保密安全不利
    - 通过虚拟局域网 Virtual LAN 分割为地理位置无关的逻辑VLAN
考点
- 选择题
  - MAC协议概念 2012
  - 802.11 帧首部组成 2017
  - 以太网传输介质 2019
广域网
- 基本概念
  - OSI参考模型层次: 物理层数据链路层网络层
  - 强调资源共享
- PPP协议(Point-to-Point Protocol) 即点对点协议
  - 三个组成部分
    - 链路控制协议(LCP)
    - 网络控制协议(NCP)
    - IP数据报封装到串行链路的方法: IP数据帧在PPP帧就是其信息部分
  - 特点
    - 只支持全双工链路
    - 提供差错检测,不提供纠错,是不可靠传输协议,因此不使用序号和确认机制
    - 仅支持点对点,不支持多点线路
    - PPP只支持全双工链路
    - PPP面向字节
    - PPP两段可以运行不同的网络层协议,但仍可使用同一个PPP通信
- HDLC协议(不考)高级数据链路控制
  - 特点
    - 面向比特
    - 只保证无差错接收
    - 使用了编号和确认机制,能提供可靠传输
数据链路层设备
- 网桥(不考)
  - 工作在MAC子层,隔离开碰撞域(冲突域)
  - 工作在物理层的转发器,就没有上述功能
- 局域网交换机
  - 又称为局域网交换机, 又称以太网交换机, 实质是个多端网桥
  - 原理
    - 检测数据帧源和目的地MAC地址
    - 然后与系统内部动态查找表比较
    - 不在就加入查找表
    - 数据帧发送给目的端口
  - 功能
    - 隔离冲突域
  - 特点
    - 使用专用的交换结构芯片,交换速率高
    - 等等..
  - 交换机自学习功能
    - 转发
    - 交换表(switch table)
    - 通过交换机端口与对应端口中收到的帧MAC映射上, 不用人工配置
考点
- 选择题
  - 2009 交换机中PDU概念
  - 2013 交换机转发时延至少是多少?
  - 2014 交换机转发端口是多少?
  - 2015 交换机概念,功能
  - 2016 在一个网络中,物理层中能收到确认帧的是?
总结
- 链路只是物理层面
- 数据链路逻辑层面+物理层面

4 网络层

基本概念
功能
- 异构网络互联
- 路由与转发
- SDN(软件定义网络)的基本概念
  - 优点
    - 全局集中式控制和分布式高速转发
    - 灵活可编程与性能的平衡
    - 降低成本
  - 问题
    - 安全问题
    - 瓶颈问题,规模扩大后,控制器可能成为网络性能瓶颈
- 拥塞控制
  - 开环控制: 事先考虑,预防静态方法
  - 闭环控制: 事中监控,监测动态方法
考点
- 选择题
  - 2022 SDN下发流表使用的接口?
路由算法
- 静态路由与动态路由
  - 静态路由算法(非自适应路由算法)
    - 优缺点
      - 简便和开销较小
      - 拓扑变化不大的小网络中运行效果好
  - 动态路由算法(自适应路由算法)
    - 优缺点
      - 算法能改善网络的性能并有助于流量控制
      - 算法复可能增加网络负担,有时因动态变化反应太快而引起震荡
    - 两类
      - 距离-向量路由算法
        
        RIP算法
        
        跳数作为距离的度量
      - 链路状态路由算法
        
        每个参与的都有完整的网络拓扑信息
        
        OSPF算法
  - 层次路由
    - 自治系统内部使用的路由选择协议IGP
      - RIP,OSPF
    - 自治系统间使用的路由选择协议EGP
      - BGP
IPV4(重点)
- 普遍的IP协议, 定义数据传送的基本单元-定义了IP分组及确切的数据格式
- 分组
  - 分组的格式
  - IP数据报分片
- IPV4地址与NAT
  - IPV4地址
  - 网络地址转换(NAT)
- 子网划分与子网掩码, CIDR
  - 子网划分
  - 子网掩码
  - 无分类编址CIDR
    - 无分类域间路由选择
  - 网络层转发分组的过程
    - 转发表特殊路由
      - 主机路由
      - 默认路由
  - ARP,DHCP,ICMP
    - IP地址与硬件地址
      - ip地址是网络层使用的地址
    - 地址解析协议ARP
    - 动态主机配置协议DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)
    - 网际控制报文协议(ICMP)
考点
- 选择题
  - 2010 最大可分配地址个数
  - 2010 ICMP报文类型
  - 2011 IP分组下最大主机数
  - 2012 子网掩码,主机地址,广播分组下目的地址
  - 2012 ARP相关
  - 2012 ICMP相关
  - 2015 IP分组接口
  - 2016 拓扑图下通信连通情况判断
  - 2016 分组源IP地址,目的IP地址
  - 2017 划分最大IP个数
  - 2018 路由聚合后网络地址计算
  - 2018 源地址,目标地址MAC
  - 2019 子网划分,IP地址规划
  - 2021 子网划分判断
  - 2021 分片
  - 2022 子网掩码下,IP地址,主机网络地址计算
  - 2022 子网掩码,默认网关
- 问答题
  - 2009 子网划分,给出路由表,路由聚合技术
  - 2015 不同场景下目的IP地址源IP地址是什么,指定场景下目的MAC地址,指定掩码和网关下网络是否连通
  - 2018 子网掩码划分,广播地址划分,IP分片,偏移量,规模预估
  - 2020 如何配通服务,不同场景下目的IP地址源IP地址是什么
  - 2022 设备选择,指定时延下可以相距最远距离,发送报文时对应目的MAC地址
IPV6
- 特点
- 地址
  - 单播
  - 多播
  - 任播(新增加)
路由协议
- 自治系统(Autonomous System)
- 域内路由与域间路由
  - 内部网关协议(Interior Gateway Protocol, IGP)
    - 与自治系统选用什么协议无关
    - RIP OSPF
      - 路由信息协议(RIP, Routing Information Protocol)
        
        规定
        
        特点
        
        距离向量算法
      - 开放最短路径优先(OSPF)协议
        
        概念
        
        基于IP
        
        特点
        
        工作原理
        
        五种分组类型
  - 外部网关协议(External Gateway Protocol, EGP)
    - BGP-4
      - 边界网关协议(BGP, Border Gateway Protocol)
        
        概念
        
        寻找一个比较好的路由(不能兜圈子),非最佳路由
        
        路径向量路由选择协议
        
        基于TCP
        
        工作原理
        
        特点
考点
- 选择题
  - 2010 RIP应用
  - 2016 RIP应用,距离向量,判断跳数
  - 2017 RIP,OSPF,BGP 协议承载方式
  - 2021 距离向量路由算法,指定场景下距离是多少?
- 问答题
  - 2013 自治系统下写路由表
  - 2013 在指定的拓扑图下,哪个接口转发指定设备数据分组?
  - 2013 利用什么路由协议交换路由信息,基于什么协议中?
  - 2014 指定网络系统下写指定路由的路由表
  - 2014 哪个接口转发IP分组,收到的IP分组TTL是多少?
  - 2014 增加Metric的链路连接,需要增加哪些信息
IP组播
- 组播基本概念
  - 场景: 视频会议,视频点播,网络必须实施某种有效的组播机制
  - UDP发送给组播地址,主机可以选择加入或者离开一个组,一个主机可以同时属于多个组
- 因特网组播概念
  - IGMP(因特网组管理协议)
- IP 组播地址
  - 本局域网上硬件组播
  - 因特网进行组播,局域网硬件组播
- IGMP(因特网组播管理协议)与组播路由算法
  - IGMP让本地局域网上组播路由器知道是否有主机参加或者退出了某个组播
  - 组播路由算法
    - 基于链路状态的路由选择
    - 基于距离-向量的路由选择
    - 协议无关的组播(PIM)
移动IP
- 移动IP基本概念
- 移动IP通信过程
  - 转交地址告诉归属代理
网络设备
- 冲突域
- 广播域
- 路由器组成和功能
  - 路由选择部分(控制部分)
    - 路由选择处理机
  - 分组转发部分
    - 交换结构
    - 一组输入端口
    - 一组输出端口
  - 功能
    - 分组转发: 处理路由器的数据流,转发表查询,转发,队列任务,任务调度
    - 路由计算: 基于路由协议路由表计算
  - 路由表与路由转发
    - 转发表是从路由表得出的
考点
- 选择题
  - 2010 广播风波概念
  - 2011 路由表增加信息方式?
  - 2012 路由器功能
  - 2020 冲突域与广播域概念
- 问答题
  - 2019 网络设备选择
  - 2019 网络拓扑图中设备IP配置

5 传输层

传输层提供的服务
- 传输层的功能
  - 逻辑通信
  - 复用和分用
  - 差错检测
  - 提供两种不同的传输协议 TCP/UDP
- 传输层的寻址与端口
  - 端口作用
  - 端口号
  - 套接字
- 无连接服务和面向连接服务
  - 面向连接服务TCP
  - 无连接服务UDP
    - TFTP小文件传送协议
    - DNS
    - SNMP
    - RTP实时传输协议
UDP协议
- UDP数据报
  - 概述
  - 首部格式
- UDP校验
考点
- 选择题
  - 2014 UDP协议辨析
  - 2018 UDP头部字段
TCP协议
- 特点
- 报文段
- 连接管理
  - 连接建立
  - 连接释放
- TCP可靠传输
  - 序号
  - 确认
  - 重传
    - 超时
    - 冗余ACK
  - tcp流量控制
  - tcp拥塞控制
    - 慢开始和拥塞避免
    - 块重传和块恢复
考点
- 选择题
  - 2009 TCP确认序列
  - 2009 TCP拥塞窗口
  - 2010 最大字节数
  - 2011 TCP段
  - 2011 TCP确认序列
  - 2013 TCP确认序列
  - 2014 TCP发送窗口
  - 2015 TCP发送窗口
  - 2017 TCP经过时间
  - 2019 TCP快速重传
  - 2020 TCP拥塞窗口
  - 2020 TCP无重传发送字节数
  - 2021 TCP状态转换
  - 2021 TCP最大传输效率
  - 2021 TCP确认段数据序号范围
  - 2022 TCP拥塞窗口时间
  - 2022 TCP状态转换时间
- 问答题
  - 2012 IP分组哪几个完成了TCP连接建立过程,经过了多少路由
  - 2016 TCP确认序列,平均传输速率,释放连接最短时间

6 应用层

网络应用模型
- 客户/服务器模型 C/S
- P2P模型
  - 对等方直接通讯
    - PPlive, Bittorrent, 电驴
  - 优点
    - 减轻服务器计算压力
    - 可扩展性好
    - 网络健壮性强
    - 直接共享文档
考点
- 选择题
  - 2019 应用模型概念,优缺点
域名系统DNS(Domain Name System)
- 层次域名空间
- 域名服务器
  - 根域名服务器
  - 顶级域名服务器
  - 授权域名服务器
  - 本地域名服务器
- 域名解析过程
考点
- 选择题
  - 2010 域名解析过程
  - 2010 域名解析过程
  - 2018 应用层使用无连接服务的辨析
  - 2020 域名解析过程及计算时延
文件传输协议FTP(File Transfer Protocol)
- 基本概念
- 控制连接与数据连接
  - 控制连接
    - TCP21端口
  - 数据连接
    - 主动模式PORT TCP20端口
    - 被动模式PASV 协商决定
考点
- 选择题
  - 2009 FTP使用的连接方式
  - 2017 FTP辨析控制连接,数据连接端口
电子邮件
- 组成结构
  - 用户代理
  - 邮件服务器和电子邮件使用的协议
    - SMTP简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol) 客户端推送到服务器
      - 三个阶段
        
        连接建立
        
        邮件传送
        
        连接释放
    - POP3(Post Office Protocoll)邮局协议读取协议
      - 客户端拉取的方式
    - IMAP因特网报文存取协议
      - 读取协议
      - 提供了创建文件夹,不同文件夹下移动邮件等联机命令
- 电子邮件格式与MIME
  - 电子邮件格式
    - 首部
    - 主体
  - 多用途网际邮件扩充(MIME, Multipurpose Internet Mail Extensions)
    - 解决编码问题
考点
- 选择题
  - 2012 邮件协议综合辨析
  - 2013 SMTP辨析
  - 2015 POP3
  - 2018 SMTP
万维网www(World Wide Web)
- 三个标准
  - 统一资源定位符(URL)
  - 超文本传输协议(HTTP)
    - 特点
    - 报文结构
  - 超文本标记语言(HTML)
考点
- 选择题
  - 2014 WWW相关协议
  - 2015 HTTP报文
  - 2022 HTTP请求响应耗时计算

【计算机网络】总览

1 概述

2 物理层

3 数据链路层

4 网络层

5 传输层

6 应用层