第1章 概述

交换方式的不同特点

课本P12

路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组

电路交换

这种必须经过：

  1. 建立连接(占用通信资源)
  2. 通话(一直占用通信资源)
  3. 释放连接 (归还通信资源)

三个步骤的交换方式称为电路交换。

电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。

分组交换

分组交换采用储存转发技术。

我们通常把要发送的整块数据称为一个报文，较长的报文划分为一个个较小的等长数据段。每个数据段的前面加上一些必要的控制信息组成的首部（包头），就构成了一个分组（包）。分组是互联网中传送的数据单元。

主机是为用户进行信息处理的；路由器则用来转发分组(即用来分组交换)。

分组交换的优点：

  1. 高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路逐段占用。
  2. 灵活：为每一个分组独立地选择最合适的转发理由 。
  3. 迅速：以分组作为传输单位，不先建立连接就能向其他主机发送分组。
  4. 可靠：保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，

分组交换带来的新问题：

  1. 分组在各路由器转发储存时需要排队，会造成一定时延。
  2. 各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销，整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。
  • 试简述分组交换的要点（p39 1-02）
  • 分组交换采用存储转发技术，将完整的报文（Message）分割为较小的数据段，在每个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部(Header)后，就构成了分组。分组是在计算机网络中传送的数据单元。发送分组，接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文后进行重组，这就是分组交换技术。

三种交换方式总结

交换方式 在数据传送阶段的主要特点
电路交换 整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送
报文交换 整个报文先传送到相邻接点，全部储存下来后查找转发表，转发到下一个节点
分组交换 单个分组传送到相邻接点，储存下来后查找转发表，转发到下一个节点

电路交换的传输速率较快；.

报文交换和分组交换可提高整个网络的信道利用率；

分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

计算机网络性能的好坏

计算机网络的性能指标

1.速率

网络中的速率指的是数据的传送速率，也称为数据率或比特率。

当提到网络速率时，往往指的是额定速率或标称速率。

2.带宽

(1) 本来指的是某个信号具有的频带宽度，单位是赫(Hz)。

(2) 在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。网络带宽表示在单位时间内网络中某信道所能通过的最高数据率，单位是比特每秒(bit/s)。

3.吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际数据量。

有时也可用每秒传送的字节数或帧数来表示。

4.时延(重点)

重点是P22时延，课后题P39的17题看看

时延是指数据(一个报文或分组、或比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所用的时间。

时延是个很重要的性能指标，有时也成为延迟或迟延。

网络中的时延是由以下几个部分组成的：

时延 详情
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(bit) / 发送速率(bit/s)
传播时延 是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间
传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波在信道的传播速率(m/s)
处理时延 主机或路由器在收到分组时进行处理需要花费的时间
排队时延 分组在经过网络传输时，进入路由器后在输入队列中排队等待处理的时间
5.时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 × 带宽

6.往返时间RTT

略

7.利用率

P26利用率的公式

利用率 详情
信道利用率 某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)，完全空闲则为零。
网络利用率 全网络的信道利用率的加权平均值

信道利用率并非越高越好，信道利用率增大时，该信道引起的时延也会迅速增加。网络利用率接近最大值1时，网络产生的时延也就趋于无穷大 。所以记住，信道利用率或网络利用率过高就会产生非常大的延迟。

计算机网络体系结构

重点看

计算机网络体系结构的形成

协议与划分层次

P29看语义定义，选择题，课后题有两道原题

网络协议主要有以下三个要素组成：

要素名称 定义
语法 数据与控制信息的结构或格式
语义 需要发出何种控制信息 ，完成何种动作以及做出何种回应
同步 事件实现顺序的详细说明

  • 网络协议的三要素是什么，各有什么含义？(p40 1-22)

  • 网络协议:为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成: (1)语法:即数据与控制信息的结构或格式。 (2)语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。 (3)同步:即事件实现顺序的详细说明。

计算机网络体系结构

OSI的七层协议
  • 应用层
  • 表示层
  • 会话层
  • 运输层
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层
TCP/IP的四层协议
  • 应用层（各种应用层协议如DNS, HTTP, SMTP等）
  • 运输层（TCP或UDP）
  • 网际层IP
  • 链路层(网络接口层)（这一层没有具体内容）
讲述原理的五层协议
  • 应用层，是通过在应用进程之间进行交互来实现特定的网络应用。
  • 运输层，是负责在两台主机的进程之间的通信提供传输的服务。传输层有两个协议，TCP和UDP。
  • 网络层，是负责为分组网络中的不同主机提供通信服务，并通过选择合适的路由将数据传递到目标主机。网络层一般又叫IP层，因为这一层的协议是IP协议。
  • 数据链路层，通常简称为链路层。它定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关，在两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的 IP 数据报组装程帧。
  • 物理层，作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。数据反映到物理层，就是数字的1和0。

第2章 物理层

判断选择多第二章，可阅读P69本章知识总结

数据通信的基础知识

数据通信系统的模型

p43图得知道

一个数据通信系统可划分为三大部分：

  1. 源系统（发送端、发送方）
  2. 传输系统（传输网络）
  3. 目的系统（接收端、接收方）

有关信道的几个基本概念

p44，通信的概念都要知道，还有编码了解要知道
正交振幅调制不考

  • 单向通信，又称单工通信
  • 双向交替通信，又称半双工通信
  • 双向同时通信，又称全双工通信

信道的极限容量

信道能够通过的频率范围

p46奈氏准则

奈氏准则的结论：在带宽为 W (Hz)的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高效率是 2W (码元/秒)。传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决(识别)成为不可能。

信噪比

p47会出一个题

信噪比 = 信号的平均功率 / 噪音的平均功率，常记为S/N

香农公式指出：信道的极限信息传输速率 C = W log2(1+S/N)

香农公式表明：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高

物理层下面的传输媒体

传输速率对比：双绞线 < 同轴电缆 < 光纤

1.双绞线

两根并排放的互相绝缘的铜导线用规则的方法绞合起来，构成双绞线，绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。

衰减随频率的升高而增大

2.同轴电缆

具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输高速率的数据

3.光缆

光纤的优点：

  1. 传输损耗小
  2. 抗雷电和电磁干扰性能好
  3. 无串音干扰，保密性好
  4. 体积小，重量轻

信道复用技术

p56复用技术怎么复用的
CDMA不考

  • 频分复用FDM：各路信号在同样的时间占用不同的带宽资源
  • 时分复用TDM：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度
  • 统计时分复用
  • 码分复用
  • 波分复用

数字传输速率

数字传输速率看一下了解就行

宽带接入技术

宽带接入方式了解几种

第3章 数据链路层

数据链路层的主要任务：是使网络层无需了解物理层的特征而获得可靠的传输。

链路（物理链路）：一个节点到相邻接点的一段物理线路(有线或无线)，而中间没有任何其他的交换节点。

数据链路（逻辑链路）：把实现控制数据传输通信协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

现在最常用的方法是使用网络适配器来实现这些协议，一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

  • 网络适配器的作用是什么？网络适配器工作在哪一层？（p112 3-03）
    • 答：适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件。
    • 网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层（OSI中的数据链路层和物理层）

三个基本问题

1.封装成帧

在一段数据的前后分别添加首部和尾部

2.透明传输

表示无论什么样的比特组合的数据，都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层

3.差错检测

目前在数据链路层广泛使用了循环冗余检验CRC

差错检测的重要方法CRC必出大题，做一下后面的题p112做一下7，8

点对点协议PPP

目前使用的最广泛的数据链路层协议

PPP协议的帧格式

1.各字段的意义
  • 首部四个字段：
    1. F：标志字段，表示一个帧的开始或结束，也就是PPP帧的定界符
    2. A：地址字段
    3. C：控制字段
    4. 协议字段
  • 信息字段：长度可变，不超过1500字节
  • 尾部两个字段：
    1. FCS：是使用CRC帧检测序列的冗余码
    2. F：标志字段
2.字节填充

当PPP使用异步传输时，它使用字节填充

异步传输：数据以字节或字符的形式发送，该传输是半双工型传输。在该传输中，在数据的起始位和停止位都添加了校验位，它不需要同步。

3.零比特填充

当PPP协议使用同步传输时，采用零比特传输方法来实现透明传输。

同步传输：数据以块或帧的形式发送，此传输是全双工类型。在发送者和接收者之间强制性同步。在同步传输中，数据之间没有空隙，与异步相比，传输大量数据更可靠有效。

使用广播信道的数据链路层

局域网的数据链路层

p84重点，p85下面重点LLC MAC

局域网最主要的特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限

1.以太网的两个主要标准

局域网的数据量路层被拆成了两个子层：逻辑链路控制子层(LLC)、媒体接入控制子层(MAC)

2.适配器的作用

计算机与外界局域网的连接是通过适配器。适配器的一个重要功能就是要进行数据串行传输和并行传输的转换。

CSMA/CD协议

CSMA特别注意工作过程

P112 20题：假定 1 km 长的 CSMA/CD 网络的数据率为 1 Gbit/s。设信号在网络上的传播速率为 200000 km/s。求能够使用此协议的最短帧长。

答：对于1km电缆，单程传播时间为1/200000=5微秒，来回路程传播时间为10微秒，为了能够按照CSMA/CD工作，最小帧的发射时间不能小于10微秒，以Gb/s速率工作，10微秒可以发送的比特数等于10*10-6/1*10-9=10000，因此，最短帧是10000位或1250字节长。

使用集线器的星型拓扑

集线器的特点p39

  1. 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议
  2. 一个集线器有许多端口
  3. 集线器工作在物理层
  4. 集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消

以太网的信道利用率

p94利用率公式说明了什么

要提高以太网的信道利用率，就必须减小“单程端到端时延”和“帧的发送时间”之比

以太网的MAC层

适配器有过滤功能，只收下发往本站的帧：

  1. 单播帧（一对一）：收到的帧的MAC地址与本站的MAC地址相同
  2. 广播帧（一对全体）：发送给本局域网上所有站点的帧
  3. 多播帧（一对多）：发送给本局域网上一部分站点的帧

图3-22

高速以太网

p106高速以太网（了解就行）

第4章 网络层

网络层的几个重要概念

网络层的两个层面

路由器之间传送的信息有以下两大类：

  1. 转发源主机和目的主机之间所传送的数据

  2. 传送路由信息

把网络层抽象的划分为：

  1. 数据层面（转发层面）
  2. 控制层面

网际协议IP

p119重要！IP协议

网际协议IP 是 TCP/IP 体系中两个最重要的协议之一，也是最重要的互联网标准协议之一。

它用来使连起来的许多计算机网络能够通信，因此在 TCP/IP 体系中网络层常常被称为网际层，或IP层。

IP地址

p122开始看IP地址p204 25 31 33

IP地址和MAC地址的区别

在局域网中，由于MAC地址已固化在网卡的ROM中，因此常常将MAC地址称为硬件地址或物理地址。

从层次上看：

  • MAC地址是数据链路层使用的地址
  • IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址

试说明IP地址和MAC地址(物理地址)的区别（p202习题4-07）

  • 答：IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。从而把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP地址给予逻辑域的划分、不受硬件限制。
  • 在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。MAC地址在一定程度上与硬件一致，基于物理、能够标识具体的链路通信对象。
IP数据报的格式

IP数据报协议格式盘p136

IP层转发分组的过程

p140路由器的路由表（b卷补考卷最后一题20分，基于一个网络拓扑）
给出一个拓扑图，写出每个路由器的路由表，发送ip数据包的时候数据帧走的流程（数据链路层地址物理地址变化）

网际控制报文协议ICMP

p146 ICMP小题，看一下

ICMP的应用举例

一个重要应用就是分组网间探测PING，用来测试两台主机之间的联通性。

ping命令原理p148

IPv6

IPv6 小题

互联网的路由选择协议

p157了解一下协议，挺重要的IGP EGP
RIP协议过程要会，看一下例题p205 37 p207 48
OSPF有概念小题判断选择
BGP机制搞清楚 p169-173可能不出
p179 IP多播了解一下没有大题
VPN和NAT了解一下
MPLS不考
SDN不考
p200习题有好几个要出

第5章 运输层

运输层的协议概述

运输层的两个主要协议

区别考的题目比较多

协议 区别
UDP 用户数据报协议 在传送数据之前不需要先建立连接；
远地主机运输层收到UDP报文后，不需要给出任何确认；
不提供可靠支付，程序结构简单；
TCP 传输控制协议 提供平面向连接的服务，传送数据之前必须先建立连接；
不提供广播或多播服务；
要提供可靠的、面向连接的运输服务，不可避免地增加了许多的开销；

TCP报文段的首部格式

p225首部格式要搞清楚重要，p254-23搞清楚题目
TCP三次置位情况
流量控制 拥塞控制

第6章 应用层

考的比较少，比较细都是选择判断

第7章 网络安全

第8章 互联网上的音频/视频服务

第9章 无线网络和移动网络