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  • 计算机网络

    2019-12-06 10:48:07
    百度百科解释:计算机网络是由若干节点和连接这些节点链路构成,表示诸多对象及其相互联系。 二、网络常见分类 (一)、按地理位置分 1、局域网(LAN):一般限定较小区域内,小于10km范围,通常采用有线...

    计算机网络

    一、网络概述
    百度百科解释:计算机网络是由若干节点和连接这些节点的链路构成,表示诸多对象及其相互联系。
    二、网络常见的分类
    (一)、按地理位置分
    1、局域网(LAN):一般限定在较小的区域内,小于10km的范围,通常采用有线的方式连接起来。
    2、城域网(MAN):规模局限在一座城市的范围内,10~100km的区域。
    3、广域网(WAN):网络跨越国界、洲界,甚至全球范围。
    局域网和广域网是网络的热点。局域网是组成其他两种类型网络的基础,城域网一般都加入了广域网。广域网的典型代表是internet网。
    (一)、按传输介质
    1、有线网:采用同轴电缆和双绞线来连接的计算机网络。
    同轴电缆网是常见的一种连网方式。它比较经济,安装较为便利,传输率和抗干扰能力一般,传输距离较短。
    双绞线网是最常见的连网方式。它价格便宜,安装方便,但易受干扰,传输率较低,传输距离比同轴电缆要短。
    2、光纤网:光纤网也是有线网的一种,但由于其特殊性而单独列出,光纤网采用光导纤维作传输介质。光纤传输距离长,传输率高,可达数千兆bps,抗干扰性强,不会受到电子监听设备的监听,是高安全性网络的理想选择。不过由于其价格较高,且需要高水平的安装技术。
    3、无线网:用电磁波作为载体来传输数据,无线网联网费用较高,还不太普及。但由于联网方式灵活方便,是一种很有前途的连网方式。
    (三)、按拓扑结构分类
    网络的拓扑结构是指网络中通信线路和站点(计算机或设备)的几何排列形式。
    1、星型网络:各站点通过点到点的链路与中心站相连。特点是很容易在网络中增加新的站点,数据的安全性和优先级容易控制,易实现网络监控,但中心节点的故障会引起整个网络瘫痪。
    2.环形网络:各站点通过通信介质连成一个封闭的环形。环形网容易安装和监控,但容量有限,网络建成后,难以增加新的站点。
    3.总线型网络:网络中所有的站点共享一条数据通道。总线型网络安装简单方便,需要铺设的电缆最短,成本低,某个站点的故障一般不会影响整个网络。但介质的故障会导致网络瘫痪,总线网安全性低,监控比较困难,增加新站点也不如星型网容易。

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  • 广域网WAN:将相隔很远的计算机连接一起。 协议 协议是一种约定 计算机之间传输媒介是光信号和电信号。通过"频率"和"强弱"来表示0和1这样信息。要想传递各种不同信息,就需要约定好双方数据格式 ...

    网络发展

    独立模式:计算机之间是相互独立的。

    网络互联:多台计算机连接在一起,完成数据共享。

    局域网LAN:计算机数量更多,此时通过交换机和路由器连接在一起。

    广域网WAN:将相隔很远的计算机连接在一起。

     

    协议

    协议是一种约定

    计算机之间的传输媒介是光信号和电信号。通过"频率"和"强弱"来表示0和1这样的信息。要想传递各种不同的信息,就需要约定好双方的数据格式

    • 计算机的生产厂商很多;
    • 计算机的操作系统很多;
    • 计算机的网络硬件设备很多;
    • 如何让这些不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信?就需要有人站出来,约定一个共同的标准,大家都来遵守
    • 这就是网络协议。

     

    网络协议初识

    协议分

    分层最大的好处在于"封装",实现解耦,每一层各司其职完成事情。

     

    OSI七层模型

    • OSI(Open System Interconnection,开放系统互联)七层网络模型称为开放式系统互联参考模型,是一个逻辑上的定义和规范;
    • 把网络从逻辑上分为了7层,每一层都有相关、相对应的物理设备,比如:路由器,交换机;
    • OSI七层模型是一种框架性的设计方法,其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输;
    • 它的最大的优点是将服务、接口和协议这三个概念明确的区分开来,概念清楚,理论也比较完善,通过七个层次化的结构模型使不同的网络之间实现可靠的通讯;

    TCP/IP五层(或四层)模型

    TCP/IP是一组协议的代名词,它还包括许多协议,组成了TCP/IP协议簇;

    TCP/IP通讯才用了5层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。

    • 物理层:负责光/电信号的传递方式。比如现在以太网通用的网线(双绞线)、早期以太网采用的同轴电缆(现在主要用于电视)、光纤、现在的WiFi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等,集线器(Hub)工作在物理层;
    • 数据链路层:负责设备之间的数据帧的传送和识别。例如网卡设备的驱动、帧同步(就是说从网线检测到什么信号算作新帧的开始)、冲突检测(如果检测到冲突就自动重发)、数据差错校验等工作、有以太网、令牌环网,无线LAN等标准。交换机(Switch)工作在数据链路层。
    • 网络层:负责地址管理和路由选择。例如在IP协议中,通过IP地址来标识一台主机,并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由)。路由器(Router)工作在网络层。
    • 传输层:负责两台主机之间的数据传输。如传输控制协议(TCP),能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机。
    • 应用层:负责应用程序之间沟通,如简单电子邮件传输(SMTP)、文件传输协议(FTP)、网络远程访问协议(Telnet)等。我们的网络编程主要就是针对应用层。
    OSI参考模型
                           应用层
                           表示层
                           会话层
                           传输层
                           网络层
                       数据链路层
                           物理层
    TCP/IP分层模型

                                    应用层

    DNS,URL,HTML,HTTP,TLS/SSL,SMTP,POP,IMAP,

    MIME,TELNET,SSH,FTP,SNMP,MIB,SIP,RTP,LDAP

              应用程序

                                   传输层

              TCP,UDP,UDP-Lite,SCTP,DCCP

              操作系统

                         互联网层    ARP,IP,ICMP

                                   网卡层 设备驱动程序  与网络接口
                                 (硬件)

     

    物理层考虑的比较少。因此很多时候也可以称为TCP/IP四层模型。

    一般而言

    • 对于一台主机,它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容;
    • 对于一台路由器,它实现了从网络层到物理层;
    • 对于一台交换机,它实现了从数据链路层到物理层;
    • 对于集线器,它只实现了物理层;

    但是并不绝对,很多交换机也实现了网络层的转发;很多路由器也实现了部分传输层的内容(比如端口转发);

     

    网络传输基本流程

    网络传输流程图

    同一个网段内的两台主机进行文件传输

    两台计算机通过TCP/IP协议通讯的过程如下所示

    TCP/IP通讯过程

    跨网段的主机的文件传输。数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器。

    数据包封装和分用

    • 不同的协议层对数据包有不同的称谓,在传输层叫做段(segment),在网络层叫做数据报(datagram),在链路层叫做帧(frame);
    • 应用层数据通过协议栈发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(header),称为封装;
    • 首部信息中包含了一些类似于首部有多长,载荷有多长,上层协议是什么等信息;
    • 数据封装成帧后发到传输介质上,到达目的主机后每层协议再剥掉相应的首部,根据首部中的"上层协议字段"将数据交给对应的上层协议处理。

    下图为数据封装的过程

    下图为数据分用的过程

    网络中的地址管理

    认识IP地址

    IP协议有两个版本,IPv4和IPv6,凡是提到IP协议的,没有特殊说明的,默认都是IPv4

    • IP地址是在IP协议中,用来表示网络中不同主机的地址;
    • 对于IPv4来说,IP地址是一个4字节,32位的整数;
    • 我们通常也使用"点分十进制"的字符串表示IP地址,例如:192.168.0.1;用点分割的每一个数字表示一个字节,范围是0~255;

    认识MAC地址

    • MAC地址用来识别数据链路层中相连的节点;
    • 长度为48位,及6个字节。一般用16进制数字加上冒号的形式来表示(例如:08:200:27:03:fb:19)
    • 在网卡出厂时就确定了,不能修改。mac地址通常是唯一的(虚拟机中的mac地址不是真实的mac地址,可能会冲突;也有些网卡支持用户配置mac地址)。

    IP地址的分类

    A类地址:以0开头,   第一个字节范围:1~127(1.0.0.0 - 127.255.255.255);

    B类地址:以10开头,  第一个字节范围:128~191(128.0.0.0 - 191.255.255.255);

    C类地址:以110开头, 第一个字节范围:192~223(192.0.0.0 - 223.255.255.255);

    D类地址:以1110开头,第一个字节范围:224~239(224.0.0.0 - 239.255.255.255);(作为多播使用)

    E类地址:保留


    其中A、B、C是基本类,D、E类作为多播和保留使用。

    以下是留用的内部私有地址:

    A类 10.0.0.0--10.255.255.255

    B类 172.16.0.0--172.31.255.255

    C类 192.168.0.0--192.168.255.255


    IP地址与子网掩码相与得到网络号:

    ip       : 192.168.2.110

    &

    Submask : 255.255.255.0

    ----------------------------

    网络号   :192.168.2  .0


    注:

    主机号,全为0的是网络号(例如:192.168.2.0),主机号全为1的为广播地址(192.168.2.255)

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  • 计算机网络背景 1、网络发展 独立模式:计算机之间相互独立 网络互联:多台计算机连接一起,完成数据共享 局域网LAN:计算机数量更多了,通过交换机和路由器连接一起 广域网WAN:将远隔千里计算机连...

    计算机网络背景

    1、网络发展

    独立模式:计算机之间相互独立

    网络互联:多台计算机连接在一起,完成数据共享

    局域网LAN:计算机数量更多了,通过交换机和路由器连接在一起

    广域网WAN:将远隔千里的计算机连在一起

    所谓的广域网和局域网只是一个相对的概念。

    2、认识协议

    “协议”是一种约定

    计算机之间的传输媒介是光信号和电信号。通过“频率”和“强弱”来表示0和1这样的信息。要想传递各种不同的信息,就要约定好双方的数据格式

    方言例子:

    ·计算机生产厂商有很多

    ·计算机操作系统也有很多

    ·计算机网络硬件设备,还是有很多

    ·如何让这些不同厂商之间生产的计算机能够相互顺畅的通信?就需要有人站出来,约定一个共同的标准,大家都来遵守,这就是网络协议

    网路协议初识

    1、协议分量

    打电话:

    在这个例子中,我们的协议只有两层;但是实际的网络通信会更加复杂,需要的更多的层次。

    2、OSI七层模型

    a、OSI(Open System interconnection,开放系统互联) 七层网络模型称为开放式系统互联参考模型,是一个逻辑上的定义和规范

    b、把网络从逻辑上分为了7层。每层都有相关、相对应的物理设备

    c、OSI七层模型是一种框架性的设计方法,其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输

    d、它最大的优点是将服务、接口和协议者三个概念明确的区分开来,概念清楚,理论也比较完整。通过这七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯

      分层名称 功能 每层功能概览
    7 应用层 针对特定应用的协议

     针对每个应用的协议

    电子邮件——电子邮件协议

    远程登录——远程登录协议

    6 表示层 设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换 接收不同表现形式的信息,如文字、图像、声音等
    5 会话层 通信管理。负责建立和断开通信连接(数据流动的逻辑通路)。管理传输层以下的分层 何时建立连接,何时断开连接,以及保持多久的连接?
    4 传输层 管理两个节点之间的数据传输。负责可靠传输(确保数据被可靠的传送到目标地址) 是否有数据丢失
    3 网络层 地址管理与路由选择 经过哪个路由器传递到目的地址?
    2 数据链路层 互连设备之间传送和识别数据帧 数据帧与比特流之间的转换
    1 物理层 一“0”、“1”代表电压的高低,灯光的闪灭。界定连接器和网络线的规格 比特流与电子信号之间的切换

    TCP/IP五层(或四层)模

    TCP/IP是一种协议的代名词,它还包括许多协议,组成了TCP/IP的协议簇

    TCP/IP通讯协议采用了5层的层级结构,每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求

    • 物理层:负责光/电信号的传递方式。比如现在以太网的网线(双绞线)、早期以太网采用的同轴电缆(现在主要用于有线电缆)、光纤,现在的wifi无线网使用电磁波等都属于物理层的概念。物理层的能力决定了最大传输速率、传输距离、抗干扰性等。集线器(Hub)工作在物理层。
    • 数据链路层:负责设备之间的数据帧的传送和识别。例如:网卡设备的驱动、帧同步、冲突检测、数据差错校验等。有以太网、令牌环网,无线LAN等标准。交换机(Switch)工作在数据链路层。
    • 网络层:负责地址管理和路由选择。例如在IP协议中。通过IP地址来标识一台主机,并通过路由表的方式规划处两台主机之间的数据传输的线路。路由器(Router)工作在网络层。
    • 传输层:负责两台主机之间的数据传输。如传输控制协议(TCP),能够确保数据可靠的从源主机发送到目标主机。
    • 应用层:负责应用程序间沟通,如简单电子邮件传输(SMTP)、文件传输协议(FTP)、网络远程访问协议(Telnet)等。我们的网络编程主要就是针对应用层。

    由于物理层考虑的较少,所以更多时候我们会将TCP/IP视为四层模型

    • 对于一台主机,它的操作系统内核实现了从传输层到物理层的内容;
    • 对于一台路由器,它实现了从网络层到物理层;
    • 对于一台交换机,它实现了从数据链路层到物理层;
    • 对于集线器,它只实现了物理层。

    但并不是绝对的,很多交换机也实现了网络层的转发,很多路由器也实现了部分传输层的内容

    网络传输基本流程

    1、网络传输流程

    (1)同一个网段(同一局域网)内的两台主机进行文件传输

    应用层 Telnet、FTP和e-maail
    传输层 TCP和UDP
    网络层 IP、ICMP和IGMP
    链路层 设备驱动程序及接口卡

    两台计算机通过TCP/IP协议通讯的过程

    (2)跨网段的主机的文件传输。数据从一台计算机到另一台计算机传输过程中要经过一个或多个路由器

    2、数据包装和分用

    ·不同的协议层对数据包有不同的称谓,在传输层叫段(segment),在网络层叫数据报(datagram),在链路层叫帧(frame)

    ·应用层数据通过协议栈法发到网络上时,每层协议都要加上一个数据首部(header),称为封装(Encapsilation)

    ·首部信息中包含了一些类似于首部有多长、载荷有多长、上层协议是什么等信息

    ·数据封装成帧后发送到传输介质上,到达目的主机后每层协议在剥掉相应的首部,根据首部中的“上层协议字段”将数据交给对应的上层协议处理

    数据封装:

    数据分用:

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  • 计算机网络 总结

    2020-05-16 19:18:25
    第一章 概述(5分) 计算机网络的定义与类别 定义:计算机网络是一些互相连接、自治计算机集合。 从网络作用范围进行分类:广域...吞吐量:表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)数据量。吞吐量受网

    第一章 概述(5分)

    1. 计算机网络的定义与类别

      • 定义:计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。
      • 从网络的作用范围进行分类:广域网 WAN,局域网 LAN,城域网 MAN,个人区域网 PAN
      • 从网络的使用者进行分类:公用网,专用网
    2. 计算机网络的性能指标

      • 速率:速率的单位是b/s,速率往往是指额定速率或标称速率。
      • 带宽:“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语,单位是“比特每秒”,或 b/s (bit/s)。
      • 吞吐量:表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
      • 时延
        • 发送时延:发送数据时,数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。
        • 传播时延:电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。
        • 处理时延:交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。
        • 排队时延:结点缓存队列中分组排队所经历的时延。
        • 数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和。
      • 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽
      • 利用率
        • 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。完全空闲的信道的利用率是零。信道利用率并非越高越好。
        • 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
    3. 计算机网络体系结构

      • 分为应用层,运输层,网络层,数据链路层,物理层
      • 每一层的协议规定了对等层之间通讯时要遵守的约定。
      • 主机1向主机2发送数据过程:
        • 自上而下 应用进程数据先传送到应用层,加上应用层首部,成为应用层PDU;应用层PDU再传送到运输层,加上运输层首部,成为运输层报文;运输层报文再传送到网络层,加上网络层首部,成为IP数据报(或分组);IP数据报再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部,成为数据链路层帧;数据链路层帧再传送到物理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体;
        • 水平方向:电信号(或光信号)在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层。
        • 自下而上:物理层接收到比特流,上交给数据链路层;数据链路层剥去帧首部和帧尾部,取出数据部分,上交给网络层;网络层剥去首部,取出数据部分上交给运输层;运输层剥去首部,取出数据部分上交给应用层;应用层剥去首部,最后取出应用程序数据上交给应用进程;
      • 总的来说信息的流动先自上而下不断的封装打包,加上每一层协议相应的控制信息,到物理层后经过物理层信道水平传输,自下而上还原封装的数据最后给接受方。
    4. 分组复用:通常我们把要发送的整块数据称为一个报文(message)。在发送报文之前,先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段,例如,每个数据段为1024bit2。在每一个数据段前面,加上一些必要的控制信息组成的首部(header)后,就构成了一个分组(packet)。分组又称为“包”,而分组的首部也可称为“包头”。分组是在因特网中传送的数据单元。分组中的“首部”是非常重要的,正是由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息,每一个分组才能在因特网中独立地选择传输路径,并被正确地交付到分组传输的终点。

    第二章 物理层(8分)

    1. 信道的基本概念
    • 单向通信(单工通信)——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
    • 双向交替通信(半双工通信)——通信的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
    • 双向同时通信(全双工通信)——通信的双方可以同时发送和接收信息。
    • 调制:基带信号往往包含有较多的低频成分,甚至有直流成分,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)。
    • 编码:调制可分为两大类。一类是仅仅对基带信号的波形进行变换,使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。这类调制称为基带调制。由于这种基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号,因此大家更愿意把这种过程称为编码(coding)。
    • 常用编码方式:
      • 不归零制:正电平代表1,负电平代表0。
      • 归零制:正脉冲代表1,负脉冲代表0。
      • 曼彻斯特编码:位周期中心的向上跳变代表0,位周期中心的向下跳变代表1。但也可反过来定义。
      • 差分曼彻斯特编码:在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0,而位开始边界没有跳变代表1。
        在这里插入图片描述

    2.信道极限容量

    • 奈式准则:在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,否则就会出现码间串扰的问题,使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能。
    • 香农定理(有噪声):信道的极限信息传输速率C可表达为
      • C = W log2(1+S/N) b/s
      • W 为信道的带宽(以 Hz 为单位);
      • S 为信道内所传信号的平均功率;
      • N 为信道内部的高斯噪声功率。
    1. 传输媒体:传输媒体也称为传输介质或传输媒介,它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
    • 导引型传输媒体:双绞线(屏蔽双绞线,无屏蔽双绞线),同轴电缆,光缆(多模光纤,单模光纤)
    • 非导引型传输媒体:无线传输所使用的频段很广,短波通信主要是靠电离层的反射,但短波信道的通信质量较差,微波在空间主要是直线传播(地面微波接力通信,卫星通信)
    1. 信道复用技术
    • 频分复用:频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

    • 时分复用:时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。(每一个用户所占用的时隙是周期性地出现)

    • 波分复用:波分复用就是光的频分复用。

    • 码分复用(CDMA):各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此彼此不会造成干扰。

    • 习题:共有四个站进行码分多址CDMA通信。四个站的码片序列为:

      • A:(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)
      • B:(-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1)
      • C:(-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1)
        现收到这样的码片序列:(-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1)。问哪个站发送数据了?发送数据的站发送的1 还是0?
    S*A = (+1 -1 +3 +1 -1 +3 +1 +1)/8 = 1, A发送1
    S*B = ... ... = -1,B发送0  
    S*C = ... ... = 0,C无发送
    

    第三章 数据链路层(15分)

    1. 链路层完成的功能:信号点到点的传输。

    2. 数据链路层使用的信道主要有以下两种类型:

    • 点对点信道:这种信道使用一对一的点对点通信方式。
    • 广播信道:这种信道使用一对多的广播通信方式。广播信道上连接的主机很多,因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
    1. 三个基本问题
    • 封装成帧:就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部,然后就构成了一个帧,帧的开始和结束的标记是使用专门指明的控制字符。
    • 透明传输:如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和控制字符一样,数据链路层就会错误地“找到帧的边界”,把部分帧收下,而把剩下的那部分数据丢弃。
    • 差错检测:在传输过程中可能会产生比特差错,1可能会变成0,而0可能变成1。
    1. PPP协议:现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议。

    2. CSMA/CD协议:广播信道上连接的主机很多,因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送,解决碰撞问题。

    • “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据,如果有,则暂时不要发送数据,以免发生碰撞。
    • “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时,总线上的信号电压摆动值将会增大(互相叠加)。
    • 每一个正在发送数据的站,一旦发现总线上出现了碰撞,就要立即停止发送,免得继续浪费网络资源,然后等待一段随机时间后再次发送。
    • 传播时延对载波监听的影响:当某个站监听到总线是空闲时,也可能总线并非真正是空闲的。
    • 最先发送数据帧的站,在发送数据帧后至多经过时间 2τ(两倍的端到端往返时延)就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。
    • 以太网的端到端往返时延2τ称为争用期,或碰撞窗口。
    • 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞,才能肯定这次发送不会发生碰撞。
    1. 扩展的以太网
    • 网桥(交换机):在数据链路层扩展以太网要使用网桥(bridge)。网桥工作在数据链路层,它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发此帧,而是先检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口,或者是把它丢弃(即过滤)。
    • 交换机工作方式:交换机中有一个交换表,过来的帧进行转发的时候,如果这个帧的MAC地址在交换表中,就会按对应的接口转发过去,如果没有则通过广播的方式转发到除过来帧地址之外的所有地址。起初转发表是空的,采取自学习的方式记录过来帧的信息到转发表。
    • 虚拟局域网VLAN:主要功能是进行广播域的分割,同一个VLAN中的每一个机器可以进行广播和通信,不同VLAN中的不可以。

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

    对于1km电缆,单程传播时间为1÷200000=5×10的-6次方,即5us,来回路程传播时间为10us。
    为了能够按照CSMA/CD工作,最小帧的发射时间不能小于10us。
    以1Gb/s速率工作,10us可以发送的比特数等于:
         10x10的-6次方/1x10的-9次方 = 10000,因此,最短帧是10000 位或 1250 字节长。
    

    习题2 假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞,执行退避算法时选择了随机数r = 100。试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据?如果是100Mb/s的以太网呢?

    以太网最小帧长度为64字节,也就是64*8=512bit。
    1)10M以太网,争用期为  512/(10*1000000)=0.0000512秒=51.2us
    现在碰撞算法R=100,则退后100个争用期,等待时间=51.2us*100=5120us=5.12ms
    2)100M以太网,争用期为  512/(100*1000000)=0.00000512秒=5.12us
    现在碰撞算法R=100,则退后100个争用期,等待时间=5.12us*100=512us
    

    习题3 假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网网段上。这两个站点之间的传播时延为225比特时间。现假定A开始发送一帧,并且在A发送结束之前B也发送一帧。如果A发送的是以太网所容许的最短的帧,那么A在检测到和B发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕?换言之,如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么能否肯定A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞? (提示:在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时,在MAC帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符)

    设 在t=0时A开始发送。在t = (64+8)x8 = 576 比特时间,A应当发送完毕。
    f=225比特时间,B就检测出A的信号。只要B在r=224比特时间之前发送数据,A在发送完毕之前就一定检测到碰撞。就能够肯定以后也不会再发送碰撞了。
    如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞,那么就能够肯定A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞(当然也不会和其他站点发生碰撞)。
    

    习题4 在上题中的站点A和B在t = 0 时同时发送了数据帧。当 t = 225比特时间,A和B同时检测到发生了碰撞,并且在r= 225+48 = 273比特时间完成了干扰信号的传输。A和B在CSMA/CD算法中选择不同的r 值退避。假定A和B选择的随机数分别是rA = 0 和 rB = 1。试问A和B各在什么时间开始重传其数据帧?A重传的数据帧在什么时间到达B? A重传的数据会不会和B重传的数据再次发送碰撞?B会不会在预定的重传时间停止发送数据?

    习题5 网桥中的转发表是用自学习算法建立的。如果有的站点总是不发送数据而仅仅接收数据,那么在转发表中是否就没有与这样的站点相对应的项目?如果要向这个站点发送数据帧,那么网桥能够把数据帧正确转发到目的地址吗?

    不发送数据,在转发表中就没冇相应的项目 。
    如果要向这个站点发送数据帧,那么网桥能够把数据帧正确转发到H 的 地 址 (靠广播发送)。
    

    习题6 有10个站连接到以太网上。试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽。

    1. 10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器;
    2. 10个站都连接到一个100Mb/s以太网集线器;
    3. 10个站都连接到一个10Mb/s以太网交换机。
    (1) 10个站共享10Mb/s,每个站1Mb/s。(2) 10个站共享100Mb/s,每个站10Mb/s。(3) 每一个站独占10Mb/s。
    

    第四章 网络层(30分)

    1. 网络层完成的功能:整个虚拟互联网上路由转发中选择路径。

    2. 基本概念

    • 网络层的主要功能是进行数据包的路由选择。
    • 面向连接的通信方式:建立虚电路,以保证双方通信所需的一切网络资源。
    • 无连接的通信方式:网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。互联网就是其典型的代表。
    • 虚拟互联网:所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络,它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的,但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。使用IP协议的虚拟互连网络可简称为IP网。
    • 关于路由表:路由表指出,到某个网络应当先到某个路由器(即下一跳路由器)。在到达下一跳路由器后,再继续查找其路由表,知道再下一步应当到哪一个路由器。这样一步一步地查找下去,直到最后到达目的网络。
    • 路由器工作方式:对于已知的数据包安装规定的接口来进行转发,对于未知的数据包则丢弃,一般会有一个万能的匹配项,即默认路由,提供默认的出口。
    1. IP协议的编址方法
    • 分类的IP地址。这是最基本的编址方法,每一类地址都由两个固定长度的字段组成,其中一个字段是网络号net-id,它标志主机(或路由器)所连接到的网络,而另一个字段则是主机号host-id,它标志该主机(或路由器)。
    • 如何提取网络地址
    • 子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进,对主机号再进行划分,从主机号借用若干个位作为子网号subnet-id,而主机号host-id也就相应减少了若干个位。
    • 无分类编址(CIDR)。CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念,因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号。
    • IP首部校验和(Header Checksum),16位;用于验证数据完整性,计算方法为,首先将校验和位置零,然后将每16位二进制反码求和即为校验和,最后写入校验和位置。
    1. 内部网关协议
    • RIP:RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。
      • 仅和相邻路由器交换信息。
      • 交换的信息是即自己的路由表。
      • 按固定的时间间隔交换路由信息。
    • RIP中交换信息的距离向量算法:
    • 路由器收到相邻路由器(其地址为 X)的一个 RIP 报文:
    1. 先修改此RIP报文中的所有项目:把“下一跳”字段中的地址都改为X,并把所有的“距离”字段的值加 1。
    2. 对修改后的RIP报文中的每一个项目,重复以下步骤:
      • 若项目中的目的网络不在路由表中,则把该项目加到路由表中。
      • 若下一跳字段给出的路由器地址是同样的,则把收到的项目替换原路由表中的项目。
      • 若收到项目中的距离小于路由表中的距离,则进行更新,否则,什么也不做。
    • OSPF:与临近的路由器交换拓扑信息,最后得到全网的拓扑图,有了拓扑结构以后通过最短路径算法算出最短路代价的转发方式。
    • 其他协议
    • ICMP协议:IP数据包如果不能成功到达接受端,通过ICMP协议来告诉远点发生的错误信息。
    • ARP协议:IP地址和MAC地址的转换。

    习题1 设IP数据报使用固定首部,其各字段的具体数值如图所示(除IP地址外,均为十进制表示)。试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段中的数值(用二进制表示)。
    image

    每十六位的二进制码
    0100 0101 0000 0000 
    0000 0000 0001 1100
    0000 0000 0000 0001
    0000 0000 0000 0000
    0000 0100 0001 0001
    0000 0000 0000 0000 (效验和先置零)
    0000 1010 0000 1100
    0000 1110 0000 0101
    0000 1100 0000 0110
    0000 0111 0000 1001
    相加
    0111 0100 0100 1110
    取反码
    1000 1011 1011 0001
    

    习题2 有人认为ARP协议向网络层提供了转换地址的服务,因此ARP应当属于数据链路层。”这种说法为什么是错误的?

    不能说“ARP向网络层提供了服务”,因为ARP本身是网络层的一部分(但丨P 使 用ARP)。数据链路层使用硬件地址而不使用IP 地址,因此ARP不在数据链路层
    

    习题3 主机A发送IP数据报给主机B,途中经过了5个路由器。试问在IP数据报的发送过程中总共使用了几次ARP?

    六次,主机一次,每个路由器各一次
    
    习题4  设某路由器建立了如下路由表:
      目的网络       子网掩码     下一跳
    128.96.39.0   255.255.255.128 接口m0
    128.96.39.128 255.255.255.128 接口ml
    128.96.40.0   255.255.255.128   R2
    192.4.153.0   255.255.255.192   R3
    * (默认)            -          R4
    现共收到5个分组,其目的地址分别为:
    (1) 128.96.39.10
    (2) 128.96.40.12
    (3) 128.96.40.151
    (4) 192.4.153.17
    (5) 192.4.153.90
    试分别计算其下一跳。
    
    目的地址分别和路由表上的子网掩码做与运算,如果与目的网络相同,就是对应的下一条,如果没有相同就是默认下一条
    

    习题5 某单位分配到一个B类IP地址,其net-id为129.250.0.0。该单位有4000台机器,平均分布在16个不同的地点。如选用子网掩码为255.255.255.0,试给每一个地点分配一个子网号码,并算出每个地点主机号码的最小值和最大值

    习题6 以下有4 个子网掩码。哪些是不推荐使用的?为什么?
    (1)176.0.0.0,(2)96.0.0.0, (3) 127.192.0.0,(4)255.128.0.0。

    转为二进制如果全是连续的1或0,则推荐
    

    习题7 有如下的4 个/24地址块,试进行最大可能的聚合。
    212.56.132.0/24
    212.56.133.0/24
    212.56.134.0/24
    212.56.135.0/24

    转化为二进制后前面一样的部分为最大可能聚合,地址块相应减少
    

    习题8 已知路由器比的路由表如表所示。
    image
    试画出各网络和必要的路由器的连接拓扑,标注出必要的I P 地址和接口。对不能确定的情况应当指明。
    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传
    在这里插入图片描述

    习题9 以下地址中的哪一个和86.32/12匹配?请说明理由。
    (1)86.33.224.123; (2)86.79.65.216; (3)86.58.119.74; (4) 86.68.206.154

    86.32/12 说明前12位在前缀中,86.0010与下面进行比较 
    

    习题10 已知地址块中的一个地址是140.120.84.24/20。试求这个地址块中的最小地址和最大地址。地址掩码是什么?地址块中共有多少个地址?相当于多少个C 类地址?

    140.120.0101 0000 0
                 1111 0
    2的12次方
    /20 相当于16个c类地址    
    

    习题11 假定网络中的路由器B的路由表有如下的项目(这三列分别表示“目的网络”、“距离”和 “下一跳路由器”):
    在这里插入图片描述

    第五章 运输层(25分)

    1. 运输层的功能:端到端的通信。

    2. 用户数据报协议(UDP):提供无连接的不可靠传输服务,在传送数据之前不需要先建立连接,对方的运输层在收到 UDP 报文后,不需要给出任何确认。有着开销小,传输快的特点。

    3. 传输控制协议(TCP):提供可靠的、面向连接的运输服务。传送数据要经历建立连接,数据通信,释放连接整个过程,

    • 可靠传输的实现

      • 滑动窗口
        • 平等协议:每发送一个进行一个确认。发送和接受窗口都是一
        • Go-Back-N协议:连续发送n个,有错误的话再回退
        • 选择重传协议:连续发送n个,有错误的话在只重传错误的
    • 流量控制:发送方发送的流量和接收方接受的速度匹配(例子)

    • 拥塞控制:慢开始,线性增加,

    • TCP首部

    • 握手协议

    习题1 接收方收到有差错的UDP用户数据报时应如何处理?

    丢弃
    

    习题2 一个应用程序用UDP,到了IP层把数据报再划分为4个数据报片发送出去。结果前两个数据报片丢失,后两个到达目的站。过了一段时间应用程序重传UDP, 而IP层仍然划分为4 个数据报片来传送。结果这次前两个到达目的站而后两个丢失。试问:在目的站能否将这两次传输的4个数据报片组装成为完整的数据报?假定目的站第一次收到的后两个数据报片仍然保存在目的站的缓存中。

     不行。重传时.IP数据报的标识字段会有另一个标识符。仅当标识符相同的IP数据报片才能组装成一个IP数据报。前 两个IP数据报片的标识符与后两个IP数据报片的标识符不同,因此不能组装成一个IP数据报
    

    习题3 在停止等待协议中,如果收到重复的报文段时不予理睬(即悄悄地丢弃它而其他什么也不做)是否可行?试举出具体例子说明理由。

    受到重复帧不确认相当于默认丢失
    

    习题4 主机A 向主机B连续发送了两个TCP报文段,其序号分别是70和100。试问:

    1. 第一个报文段携带了多少字节的数据?
    2. 主机B收到第一个报文段后发回的确认中的确认号应当是多少?
    3. 如果B收到第二个报文段后发回的确认中的确认号是180,试 问A发送的第二个报文段中的数据有多少字节?
    4. 如果A发送的第一个报文段丢失了,但第二个报文段到达了B。B在第二个报文段到达后向A发送确认。试问这个确认号应为多少?
    1. 70——99 30字节
    2. 100
    3. 80
    4. 70
    

    习题5 主机A 向主机B 发送TCP报文段,首部中的源端口是m 而目的端口是n 。当B向A发送回信时,其TCP报文段的首部中的源端口和目的端口分别是什么?

    n m
    

    习题6 通信信道带宽为1Gb/s,端到端传播时延为10ms。TCP 的发送窗口为65535字节。试问:可能达到的最大吞吐量是多少?信道的利用率是多少?

    发送时延 = 65535Bx8 / 1Gb/s = 0.524ms
    往返时延 = 10msx2 = 20ms
    最大吞吐量 = 65535x8 / 20.524ms = 25.5mb/s
    信道利用率 = 25.5mb/s / 1Gb/s = 25.5%
    

    习题7 TCP的拥塞窗口cwnd大小与传输轮次n的关系如下所示
    image

    1. 试画出如图5-25所示的拥塞窗口与传输轮次的关系曲线。
    2. 指明TCP工作在慢开始阶段的时间间隔。
    3. 指明TCP工作在拥塞避免阶段的时间间隔。
    4. 在第16轮次和第22轮次之后发送方是通过收到三个重复的确认还是通过超时检测到丢失了报文段?
    5. 在第1轮次、第18轮次和第24轮次发送时,门限ssthresh分别被设置为多大?
    6. 在第几轮次发送出第70个报文段?
    7. 假定在第26轮次之后收到了三个重复的确认,因而检测出了报文段的丢失,那么拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为多大?
      在这里插入图片描述
    (2) 慢开始时间间隔:[1,6]和[23,26]。
    (3) 拥塞避免时间间隔:[6,16]和[n,22]。
    (4) 在第16轮次之后发送方通过收到三个重复的确认检测到丢失了报文段。在第22轮次之后发送方是通过超时检测到丢失了报文段。
    (5) 在第1轮次发送时,门限ssthresh被设置为32»在第18轮次次发送时,门限ssthresh被设置为发生拥塞时的一半,即21。在第24轮次发送时,门限ssthresh是13。
    (6) 第70报文段在第7轮次发送出。
    (7) 拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为8的一半,即4。
    

    第六章 应用层(10分)

    1. 域名系统(DNS):名字到IP地址的解析是由若干个域名服务器程序完成的。
    • 根域名服务器是最高层次的域名服务器。
    • 顶级域名服务器:当收到DNS查询请求时,就给出相应的回答(可能是最后的结果,也可能是下一步应当找的域名服务器的 IP 地址)。
    • 权限域名服务器:当一个权限域名服务器还不能给出最后的查询回答时,就会告诉发出查询请求的 DNS 客户,下一步应当找哪一个权限域名服务器。
    • 本地域名服务器:当一个主机发出DNS查询请求时,这个查询请求报文就发送给本地域名服务器。
    • 域名的解析过程:
    • 主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询域名的 IP 地址,那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份,向其他根域名服务器继续发出查询请求报文。
    • 本地域名服务器向根域名服务器的查询通常是采用迭代查询。当根域名服务器收到本地域名服务器的迭代查询请求报文时,要么给出所要查询的 IP 地址,要么告诉本地域名服务器:“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地域名服务器进行后续的查询。
    1. 其他应用服务
    • FTP:文件传送协议 FTP (File Transfer Protocol) 是互联网上使用得最广泛的文件传送协议。FTP 的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。FTP 使用客户服务器方式。一个 FTP 服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。FTP 的服务器进程由两大部分组成:一个主进程,负责接受新的请求;另外有若干个从属进程,负责处理单个请求。
    • 万维网(WWW):万维网 WWW (World Wide Web) 并非某种特殊的计算机网络。万维网是分布式超媒体系统,它是超文本系统的扩充。万维网用链接的方法能非常方便地从互联网上的一个站点访问另一个站点,从而主动地按需获取丰富的信息。

    image
    例1 假定域名为rn.xyz.com 的主机想知道另一个主机(域名为y.abc.com)的IP地址。例如,主机m.xyz.com打算发送邮件给主机y.abc.com 。这时就必须知道主机y.abc.com的IP地址。下面是图6-5(a)的几个查询步骤:

    1. 主机m.xyz.com先向其本地域名服务器dns.xyz.com进行递归查询。
    2. 本地域名服务器采用迭代查询。它先向一个根域名服务器查询。
    3. 根域名服务器告诉本地域名服务器,下一次应查询的顶级域名服务器dns.com的IP地址。
    4. 本地域名服务器向顶级域名服务器dns.com进行查询。
    5. 顶级域名服务器dns.com告诉本地域名服务器,下一次应查询的权限域名服务器dns.abc.com的IP地址。
    6. 本地域名服务器向权限域名服务器dns.abc.com进行查询。
    7. 权限域名服务器dns.abc.com 告诉本地域名服务器,所查询的主机的IP地址。
    8. 本地域名服务器最后把查询结果告诉主机rn.xyz.com。
      我们注意到,这8个步骤总共要使用8个UDP用户数据报的报文。本地域名服务器经过三次迭代查询后,从权限域名服务器dns.abc.com得到了主机y.abc.com的IP地址,最后把结果返回给发起查询的主机m.xyz.com。图6-5(b)是本地域名服务器采用递归查询的情况。在这种情况下,本地域名服务器只需向根域名服务器查询一次,后面的儿次查询都是在其他几个域名服务器之间进行的(步骤©至❻)。只是在步骤©,本地域名服务器从根域名服务器得到了所需的IP地址。最后在步骤©,本地域名服务器把查询结果告诉主机rn.xyz.com。整个的查询也是使用8个UDP报文.

    第七章(3分)

    • 对称秘钥:所谓对称密钥密码体制,即加密密钥与解密密钥是相同的密码体制。
    • 公钥秘钥:公钥密码体制使用不同的加密密钥与解密密钥。
    • 系统安全:防火墙一般基于原目IP或原目端口进行阻拦,入侵检测系统对数据包的内容进行检查。
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    2019-08-06 13:32:27
    广域网WAN:将远隔千里的计算机都连一起(所谓 “局域网” 和 “广域网” 只是一个相对概念. ) 协议 “协议”是有一种约定; 计算机之间传输媒介是光信号和电信号. 通过 “频率” 和 “强弱” 来表示 0 和 1 ...
  • 网络基础(一)

    千次阅读 多人点赞 2020-01-17 14:46:12
    一、计算机网络的背景 1.网络发展:独立模式: 计算机之间相互独立 2.网络互联:多态计算机连载一起,完成数据共享 3.局域网:计算机数量更多了, 通过交换机和路由器连接一起; 4.广域网WAN: 将远隔千里...
  • 初识网络基础

    2020-07-25 13:44:11
    局域网越来越多,将千里之外的计算机一起,这样广域网出现. 协议 机器之间约定,就叫协议.计算机之间传输媒介是光信号和电信号. 通过 “频率” 和 “强弱” 来表示 0 和 1 这样信息. 要想传递各种不同信息,...
  • 网络原理——初识

    2020-06-11 11:24:16
    计算机网络背景: 独立模式:计算机之间相互独立。 网络互联:多台计算机连一起,完成数据共享。 局域网LAN:计算机数量变多,通过交换机和路由器连接一起。 广域网WAN:将远隔千里计算机都连一起。 认识...
  • Linux_网络传输

    2020-02-09 13:25:53
    广域网WAN:是一种跨越大、地域性的计算机网络的集合。 2、协议 协议是一种约定。计算机之间传输媒介是光信号和电信号,通过"频率"和"强弱"来表示0和1这样信息。要想传递各种不同信息,就需要约定好双方...
  • 初识网络原理

    2020-04-22 22:45:30
    网络发展: ...所谓协议其实就相当于一种约定,计算机之间传输媒介是电信号和光信号,通过频率和强弱来表示0和1这样信息。要想传输不通信息,就需要约定好双方数据格式。 OSI七层模型: 从...
  • 网络技术应用第一章第三章习题 单选题 1计算机网络给人们带来了极大便利其基本功能是 A安全性好 B运算速度快 C内存容量大 D数据传输和资源共享 2处理神州号宇宙飞船升空及飞行这一问题时网络中所有计算机都...
  • java网络编程(随笔)

    2020-08-11 15:52:48
    局域网(LAN):指一个较小地理范围内各种计算机网络设备互连一起通信网络,可以包含一个或多个子网,通常局限几千米范围之类。 城域网(MAN):主要是由城域范围内格局域网之间互连而构成,现在很...
  • java网络一些知识

    2016-09-21 09:38:24
    它将不同地域的计算机一起。 按覆盖范围分为: 局域网LAN(作用范围一般为几米到几十公里)。 城域网MAN(界于WAN与LAN之间)。 广域网WAN(作用范围一般为几十到几千公里)。 传输介质 按通信方式分类: 点对...
  • 思科网络技术学院教程CCNA1

    热门讨论 2013-05-28 06:37:53
    需要重申的是,课程中的所有主题都包含本书中(以文字的形式或光盘中)。  每章的日标列出核心的主题。而一些章开始的“附加的感兴趣的主题”部分列出的是与核心课程无关但作为网络工程师需要理解的主题。  ...
  •  本书不讨论通过计算机网络通信程序编写。这种通信形式通常涉及使用TCP/IP协议族所谓套接口API(应用程序编程接口);这些主题本丛书第1卷[Stevens 1998]中详细讨论。  有人可能坚称单台主机内即不...
  • TCP/IP协议族

    2018-12-10 13:53:44
    计算机网络的性能指标 速率:即数据率或比特率,是网络中最重要一个性能指标,单位是b/s,或kb/s,Mb/s,Gb/s等 带宽:本来是指信号具有频带宽度,单位是赫(千赫/兆赫/等),现在是数字信道所能传送’最高数据率’...

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