計算機通信與網(wǎng)絡復習提要

1、第一章 概 述1.因特網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)P3 客戶服務器方式(c/s)和對等方式（P2P） P9互聯(lián)網(wǎng)是多個網(wǎng)絡相互連接起來的網(wǎng)絡（結點，鏈路）。因特網(wǎng)是特定的世界范圍的互聯(lián)網(wǎng)。計算機的通信對象是應用層中的應用進程?？蛻舴掌鞣绞矫枋龅氖沁M程間服務和被服務的關系。客戶是服務的請求方，服務器是客戶的提供方?？蛻舫绦虮仨氈婪掌鞒绦虻牡刂?，服務器程序不需要知道客戶程序的地址。2.三種交換方式的基本原理、特點P1115電路交換建立連接通話釋放連接電路交換必定是面向連接的。電路交換的主要特點：在通話的全部時間內，通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源。當用電路交換來傳送具有突發(fā)性的計算機數(shù)據(jù)時，這導致通信線

2、路的利用率很低。分組交換采用了存儲轉發(fā)機制。分組交換在傳送數(shù)據(jù)之前不必占用一條端到端的通信資源，分組在哪段鏈路上傳送才占用這段鏈路的通信資源。（逐段占用）優(yōu)點：高效、靈活、迅速、可靠 缺點：排隊時延、首部開銷n 電路交換整個報文的比特流連續(xù)地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。n 報文交換整個報文先傳送到相鄰結點，全部存儲下來后查找轉發(fā)表，轉發(fā)到下一個結點。n 分組交換單個分組傳送到相鄰結點，存儲下來后查找轉發(fā)表，轉發(fā)到下一個結點。3.計算機網(wǎng)絡的分類（LAN、MAN、WAN）P17廣域網(wǎng)（WAN）城域網(wǎng)（MAN）局域網(wǎng)（LAN）個人區(qū)域網(wǎng)（PAN）4.計算機網(wǎng)絡主要的性能指標（帶寬、時延（

3、發(fā)送時延和傳播時延）P19帶寬表示在單位時間內從網(wǎng)絡中的某一點到另一點所能通過的最高數(shù)據(jù)率。在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄。 發(fā)送時延即傳輸時延，是主機或者路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。 發(fā)送時延=數(shù)據(jù)幀的長度/發(fā)送速率=數(shù)據(jù)塊長度/信道的帶寬。傳播時延：電磁波在信道中傳播一定的距離而花費的時間。 傳播時延=信道長度/電磁波在信道上的傳播速率5.計算機網(wǎng)絡的體系結構（分層次的體系結構、協(xié)議、OSI/RM、TCP/IP）P26五層協(xié)議的體系結構：應用層 運輸層 網(wǎng)絡層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層。TCP/IP的體系結構：

4、應用層 運輸層（TCP UDP）網(wǎng)際層 網(wǎng)絡接口層OSI的體系結構：應用層 表示層 會話層 運輸層 網(wǎng)絡層（IP協(xié)議） 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層。第二章 物 理 層1.數(shù)據(jù)通信的基本知識P39：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型、單工、半雙工、全雙工、碼元、碼元和比特的區(qū)別、信噪比（用dB表示和用百分比表示）、香農(nóng)定理和公式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：源系統(tǒng)（源點 發(fā)送器）傳輸系統(tǒng)（傳輸網(wǎng)絡）目的系統(tǒng)（接收器 終點）信道（channel）：向一個方向傳送信息的媒體。單向通信（單工通信）只能有一個方向的通信而沒有反方向的互。雙向交替通信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。雙向同時通信（

5、全雙工通信）通信的雙方可以同時發(fā)送和接收息。 波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€碼元）。碼元傳輸速率也稱為調制速率、波形速率或符號速率。比特是信息量的單位。 信噪比是信道上信號的平均功率S和噪聲的平均功率N的比值，單位是分貝（dB）信噪比（dB）10log10(S/N)n 信道的極限傳輸速率C C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；S 為信道內所傳信號的平均功率；N 為信道內部的高斯噪聲功率。 2.信道復用技術P50（重點是碼分CDMA）兩個不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內積都是 0 3.數(shù)字傳輸系統(tǒng)P55（T1、E1、脈碼調

6、制PCM）PCM 有兩個互不兼容的國際標準，北美的 24 路 PCM（簡稱為T1 ，速率是1.544 Mb/s ）和歐洲的 30 路 PCM（簡稱為 E1，速率是2.048 Mb/s ）。我國采用的是 E1 標準。第三章 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層1.數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念（1）數(shù)據(jù)鏈路和幀P66（2）基本功能P67（差錯檢測CRC）點對點信道。這種信道使用一對一的點對點通信方式。廣播信道。這種信道使用一對多的廣播通信方式。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協(xié)議來協(xié)調這些主機的數(shù)據(jù)收發(fā)。 三個基本問題：封裝成幀 透明傳輸 差錯控制 SOH=00000001B EOT=00000100B

7、發(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符“SOH”或“EOT”時，在其前面插入一個轉義字符“ESC”(其十六進制編碼是 1B)。而在接收端的數(shù)據(jù)鏈路層在將數(shù)據(jù)送往網(wǎng)絡層之前刪除這個插入的轉義字符。這種方法稱之為字節(jié)填充(byte stuffing)或字符填充(character stuffing)。如果轉義字符也出現(xiàn)在數(shù)據(jù)當中，那么應在轉義字符前面再插入一個轉義字符。當接收端收到連續(xù)的兩個轉義字符時，就刪除其中前面的一個循環(huán)冗余檢驗法：基本思想：把整個數(shù)據(jù)塊當作一個報文碼多項式 M(x) 的系數(shù)，發(fā)送時用一個標準的生成多項式 P(x) 來除 M(x) ，將所除得的余式 R(x) 的系數(shù)附加在報文

8、碼之后發(fā)出；接收時用同一生成多項式 P(x) 來除收到的碼字多項式，若能除盡則說明傳輸正確，否則說明有錯。用二進制的模 2 運算進行 2n 乘 M 的運算，這相當于在 M 后面添加 n 個 0（即將 M 左移 n 位）。將得到的 (k + n) 位的數(shù)除以事先選定好的長度為 (n + 1) 位的除數(shù) P（可用 P 的生成多項式來表示），得出的商是 Q ，而余數(shù)是 R（余數(shù) R 比除數(shù) P 少1 位，即 R 是 n 位）。把余數(shù) R 作為冗余碼添加在數(shù)據(jù) M 的后面發(fā)送出去。FCS為余數(shù)，N比P少一位，F(xiàn)CS是直接添加在要發(fā)送的數(shù)據(jù)后面，而不是相加。2.點對點協(xié)議PPP（零比特填充P76）字節(jié)填

9、充：將信息字段中出現(xiàn)的每一個 0x7E 字節(jié)轉變成為 2 字節(jié)序列(0x7D, 0x5E)。 若信息字段中出現(xiàn)一個 0x7D 的字節(jié), 則將其轉變成為 2 字節(jié)序列(0x7D, 0x5D)。若信息字段中出現(xiàn) ASCII 碼的控制字符（即數(shù)值小于 0x20 的字符），則在該字符前面要加入一個 0x7D 字節(jié)，同時將該字符的編碼加以改變（加上0x20）。 零比特填充：在發(fā)送端，先掃描整個信息字段，只要發(fā)現(xiàn)有 5 個連續(xù) 1，則立即填入一個 0，以保證在信息字段中不會出現(xiàn)6個連續(xù)1。接收端對幀中的比特流進行掃描。每當發(fā)現(xiàn) 5 個連續(xù)1時，就把這 5 個連續(xù) 1 后的一個 0 刪除，以還原成原來的比特

10、流。3.使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層P78（以太網(wǎng)、CSMA/CD的概念、爭用期和最短有效幀長的概念和計算）局域網(wǎng)具有如下的一些主要優(yōu)點：具有廣播功能，從一個站點可很方便地訪問全網(wǎng)。局域網(wǎng)上的主機可共享連接在局域網(wǎng)上的各種硬件和軟件資源。 便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調整和改變。提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性局域網(wǎng)的拓撲:星形網(wǎng) 環(huán)形網(wǎng) 總線網(wǎng) 樹形網(wǎng)以太網(wǎng)的兩個標準 DIX Ethernet V2 & IEEE802.3 標準數(shù)據(jù)鏈路層拆成兩個子層：邏輯鏈路控制 LLC 子層媒體接入控制 MAC子層以太網(wǎng)提供的服務是不可靠的交付，即盡最大的努力的交付。 CSMA/C

11、D 載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測 電磁波在1KM電纜的傳播時延約為5US以太網(wǎng)的端到端往返時延 2t 稱為爭用期，或碰撞窗口。最短有效幀長為64字節(jié)，凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于沖突而異常中止的無效幀。4.使用廣播信道的以太網(wǎng)P86（10BASE-T、MAC地址）10BASE-T: 10代表10MB/S的數(shù)據(jù)率，BASE表示連接線上的信號是基帶信號，T代表雙絞線。硬件地址又稱為物理地址，或 MAC 地址。最常用的 MAC 幀是以太網(wǎng) V2 的格式5.擴展的以太網(wǎng)P93（在物理層擴展設備（集線器）、在數(shù)據(jù)鏈路層擴展（網(wǎng)橋、交換機）用集線器擴展局域網(wǎng) 優(yōu)點：使原來屬于不同碰撞域的局域網(wǎng)上的計算機能

12、夠進行跨碰撞域的通信。擴大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。缺點;碰撞域增大了，但總的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的數(shù)據(jù)率，那么就不能用集線器將它們互連起來。 使用網(wǎng)橋帶來的好處 擴大了物理范圍。提高了可靠性?？苫ミB不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太網(wǎng)）的局域網(wǎng)6.透明網(wǎng)橋的自學習算法P97n 站地址：登記收到的幀的源 MAC 地址。n 端口： 登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的端口號。n 時間： 登記收到的幀進入該網(wǎng)橋的時間。(更新轉發(fā)表）第四章 網(wǎng) 絡 層1.虛電路和數(shù)據(jù)報服務P112面向連接的網(wǎng)絡服務（虛電路服務）：通信前主機要先建立一條虛電路

13、，之后數(shù)據(jù)沿固定路由傳送，通信后拆除虛電路。虛電路交換具有以下三個階段：建立虛電路連接 數(shù)據(jù)傳輸 釋放虛電路連接無連接的網(wǎng)絡服務（數(shù)據(jù)報服務）：主機只要想發(fā)送數(shù)據(jù)就隨時可以發(fā)送，每個分組獨立地選擇路由。2.網(wǎng)際協(xié)議IP（1）不同層次使用的中間設備P115物理層使用的中間設備叫做轉發(fā)器. (集線器)數(shù)據(jù)鏈路層使用的中間設備叫做網(wǎng)橋或橋接器（交換機）網(wǎng)絡層使用的中間設備叫做路由器在網(wǎng)絡層以上使用的中間設備叫做網(wǎng)關。（2）分類的IP地址P117（表示方法、分類、IP地址與MAC地址、ARP協(xié)議）IP 地址就是給每個連接在因特網(wǎng)上的主機（或路由器）分配一個在全世界范圍是唯一的 32 位的標識符。IP

14、地址的編址方法 分類的 IP 地址 子網(wǎng)的劃分 構成超網(wǎng)在鏈路上看 MAC 幀的流動：在鏈路層，只能看到MAC幀，IP數(shù)據(jù)報被封裝在MAC幀中，MAC幀在不同的網(wǎng)路上傳送時，其MAC幀首部中的源地址和目的地址要不停的發(fā)生變化使用 ARP 的四種典型情況 發(fā)送方是主機，要把IP數(shù)據(jù)報發(fā)送到本網(wǎng)絡上的另一個主機。這時用 ARP 找到目的主機的硬件地址。 發(fā)送方是主機，要把 IP 數(shù)據(jù)報發(fā)送到另一個網(wǎng)絡上的一個主機。這時用 ARP 找到本網(wǎng)絡上的一個路由器的硬件地址。剩下的工作由這個路由器來完成。 發(fā)送方是路由器，要把 IP 數(shù)據(jù)報轉發(fā)到本網(wǎng)絡上的一個主機。這時用 ARP 找到目的主機的硬件地址。

15、發(fā)送方是路由器，要把 IP 數(shù)據(jù)報轉發(fā)到另一個網(wǎng)絡上的一個主機。這時用 ARP 找到本網(wǎng)絡上的一個路由器的硬件地址。剩下的工作由這個路由器來完成。 首部長度占 4 位，可表示的最大數(shù)值是 15 個單位(一個單位為 4 字節(jié))因此 IP 的首部長度的最大值是 60 字節(jié)?？傞L度占 16 位，指首部和數(shù)據(jù)之和的長度，單位為字節(jié)，因此數(shù)據(jù)報的最大長度為 216-1 65535 字節(jié)?？傞L度必須不超過最大傳送單元 MTU。 標識(identification) 占 16 位，它是一個計數(shù)器，用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)報的標識標志字段的最低位是 MF。MF = 1 表示后面“還有分片”。MF = 0 表示最后一個分片

16、。標志字段中間的一位是 DF 。只有當 DF = 0 時才允許分片。 分組轉發(fā)算法 (1) 從數(shù)據(jù)報的首部提取目的主機的 IP 地址 D, 得出目的網(wǎng)絡地址為 N。(2) 若網(wǎng)絡 N 與此路由器直接相連，則把數(shù)據(jù)報直接交付目的主機 D；否則是間接交付，執(zhí)行(3)。(3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機路由，則把數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4)。(4) 若路由表中有到達網(wǎng)絡 N 的路由，則把數(shù)據(jù)報傳送給路由表指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5)。(5) 若路由表中有一個默認路由，則把數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的默認路由器；否則，執(zhí)行(6)。(6) 報告轉發(fā)分組出

17、錯。 （3）劃分子網(wǎng)P133 （三級IP地址、子網(wǎng)掩碼、使用子網(wǎng)時的分組轉發(fā)算法）從主機號借用若干個比特作為子網(wǎng)號 subnet-id，而主機號 host-id 也就相應減少了若干個比特。子網(wǎng)掩碼也是32位，由一串1和跟隨的一串0組成。子網(wǎng)掩碼中的1對應于IP地址中原來的net-id加上subnet-id，而子網(wǎng)掩碼中的0對應于現(xiàn)在的host-id在劃分子網(wǎng)的情況下路由器轉發(fā)分組的算法 (1) 從收到的分組的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先判斷是否為直接交付。對路由器直接相連的網(wǎng)絡逐個進行檢查：用各網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與”，看是否和相應的網(wǎng)絡地址匹配。若匹配，則將分組直接交付

18、。否則就是間接交付，執(zhí)行(3)。(3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機路由，則將分組傳送給指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4)。(4) 對路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與”， 若其結果與該行的目的網(wǎng)絡地址匹配，則將分組傳送給該行指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5)。(5) 若路由表中有一個默認路由，則將分組傳送給路由表中所指明的默認路由器；否則，執(zhí)行(6)。(6) 報告轉發(fā)分組出錯。 課文134頁例4-4解讀。（4）構造超網(wǎng)（CIDR）P140（網(wǎng)絡前綴、地址塊、構成超網(wǎng)）CIDR 使用“斜線記法”，它又稱為CIDR記法，即在 IP 地址后面加上一個斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡

19、前綴所占的比特位數(shù)。超網(wǎng)在課文139頁3.因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議P153（距離向量算法RIP）課文149頁例4-5解讀。相同的下一跳就要更新路由表，不相同的下一跳就要比較距離判斷是否更新路由表。不同的下一跳，距離更短，更新，不同的下一跳，距離一樣，不改變，不同的下一跳，距離更大，不改變第五章 運 輸 層1.運輸層的基本功能P188（進程間的通信、復用與分用、端口）兩個主機進行通信實際上就是兩個主機中的應用進程互相通信。應用進程之間的通信又稱為端到端的通信。 運輸層的一個很重要的功能就是復用和分用。應用層不同進程的報文通過不同的端口向下交到運輸層，再往下就共用網(wǎng)絡層提供的服務?！斑\輸層提供應用進程

20、間的邏輯通信”?！斑壿嬐ㄐ拧钡囊馑际牵哼\輸層之間的通信好像是沿水平方向傳送數(shù)據(jù)。但事實上這兩個運輸層之間并沒有一條水平方向的物理連接UDP 在傳送數(shù)據(jù)之前不需要先建立連接。對方的運輸層在收到 UDP 報文后，不需要給出任何確認。雖然 UDP 不提供可靠交付，但在某些情況下 UDP 是一種最有效的工作方式。TCP 則提供面向連接的服務。TCP 不提供廣播或多播服務。由于 TCP 要提供可靠的、面向連接的運輸服務，因此不可避免地增加了許多的開銷。這不僅使協(xié)議數(shù)據(jù)單元的首部增大很多，還要占用許多的處理機資源。 熟知端口號FTP21 TELNET23 SMTP25 DNS53 TFTP69 HTTP8

21、0 SNMP161 SNMP1612.UDP協(xié)議的主要特點、首部格式P193UDP 的主要特點 UDP 是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接。UDP 使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付。UDP 是面向報文的。發(fā)送方 UDP 對應用程序交下來的報文，在添加首部后就向下交付 IP 層。UDP 對應用層交下來的報文，既不合并，也不拆分，而是保留這些報文的邊界。應用層交給 UDP 多長的報文，UDP 就照樣發(fā)送，即一次發(fā)送一個報文。接收方 UDP 對 IP 層交上來的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報，在去除首部后就原封不動地交付上層的應用進程，一次交付一個完整的報文。UDP 沒有擁塞控制，很適合多媒體通信的

22、要求。 UDP 支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信。UDP 的首部開銷小，只有 8 個字節(jié)。 收到的數(shù)據(jù)=長度-82.TCP協(xié)議P195（主要特點、插口的概念）TCP 最主要的特點 TCP 是面向連接的運輸層協(xié)議。每一條 TCP 連接只能有兩個端點，每一條 TCP 連接只能是點對點的（一對一）。 TCP 提供可靠交付的服務。TCP 提供全雙工通信。TCP是面向字節(jié)流的。（TCP對應用進程給出的報文既可進行合并，也可進行拆分） TCP 連接的端點不是主機，不是主機的IP 地址，不是應用進程，也不是運輸層的協(xié)議端口。TCP 連接的端點叫做套接字或插口。端口號拼接到 IP 地址即構成了套接

23、字。套接字 socket = (IP地址: 端口號)3.停止等待協(xié)議的基本原理P198“停止等待”就是每發(fā)送完一個分組就停止發(fā)送，等待接收方的確認，在收到確認后再發(fā)送下一個分組。在發(fā)送完一個分組后，必須暫時保留已發(fā)送的分組的副本。分組和確認分組都必須進行編號。超時計時器的重傳時間應當比數(shù)據(jù)在分組傳輸?shù)钠骄禃r間更長一些。 3.TCP報文段首部格式P202（掌握幾個重要字段的用途）TCP首部的最小長度是20字節(jié)。源端口和目的端口字段各占 2 字節(jié)序號字段占 4 字節(jié)。序號范圍是0，232-1 。TCP 連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個字節(jié)都按順序編號。整個要傳送的字節(jié)流的起始序號必須在連接建立時設

24、置。序號字段的值則指的是本報文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。 確認號字段占 4 字節(jié)，是期望收到對方的下一個報文段的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。 若確認號N，則表明：到序號N-1為止的所有數(shù)據(jù)都已正確收到數(shù)據(jù)偏移（即首部長度）占 4 位，它指出 TCP 報文段的數(shù)據(jù)起始處距離 TCP 報文段的起始處有多遠。這個字段實際上是指出TCP報文段的首部長度?！皵?shù)據(jù)偏移”的單位是 32 位字（以 4 字節(jié)為計算單位），最大取值為15。 確認 ACK 只有當 ACK = 1 時確認號字段才有效。當 ACK = 0 時，確認號無效。TCP規(guī)定，在連接建立后所有傳送的報文段都必須把ACK置1。 同步 SYN

25、在連接建立時用來同步序號，當SYN=1而ACK0時，表明這是一個連接請求報文段。若對方同意建立連接，則在響應的報文段中使SYN=1和ACK1。因此，同步 SYN = 1 表示這是一個連接請求或連接接受報文。 終止 FIN (FINis) 用來釋放一個連接。FIN = 1 表明此報文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運輸連接。 窗口字段 占 2 字節(jié)，窗口指的是發(fā)送本報文段的一方的接收窗口。窗口值告訴對方：從本報文段首部中的確認號算起，接收方目前允許對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量。窗口值作為接收方讓發(fā)送方設置發(fā)送窗口的依據(jù)，單位為字節(jié)。窗口字段明確指出了現(xiàn)在允許對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量，其值是經(jīng)常在動態(tài)變化的。第一次測量到 RTT 樣本時，RTTS 值就取為所測量到的 RTT 樣本值。以后每測量到一個新的 RTT 樣本，就按下式重新計算一次 RTTS：新的 RTTS = (1 - a) ´ (舊的 RTTS) + a ´ (新的 RTT 樣本)RTO