南京邮电大学物联网院计算机网络学习笔记(2022年考试版)

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《计算机网络》复习重要知识点概要

考试题型:

  1. 选择15题,每题2分;   30’
  2. 填空10题,每题1分;   10’
  3. 简答5题,每题6分;    30’
  4. 综合题2题,每题15分; 30’

1章 绪论

网络边缘端系统之间的通信方式:

C/S方式和P2P方式;

计算机网络的性能指标:

速率、带宽、吞吐量、时延、往返时延RTT

分组交换的要点,电路交换、报文交换、分组交换的主要优缺点比较;

1-02 简述分组交换的要点。

答:分组交换实质上是在“存储—转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据—分组。每个分组标识后,在一条物理线路上采用动态复用的技术,同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内,接着在网内转发。到达接收端,再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高,比报文交换的传输时延小,交互性好。

1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。

答:

电路交换:端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障,对连续传送大量数据效率高。

报文交换:无须预约传输带宽,动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高通信迅速。

分组交换:具有报文交换之高效、迅速的要点,且各分组小,路由灵活,网络生存性能好。

理解五层协议的网络体系结构包含哪几层;

物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层

TCP/IP四层网络体系结构包含哪几层;

网络接口层、互联网层、传输层、应用层

OSI七层体系结构包含哪几层;

物理层(比特)、数据链路层(帧)、网络层(分组)、传输层(自底向上第一个能提供端到端通信的层次:源主机上的某个应用进程和目的主机上的应用进程上的通信)、会话层、表示层、应用层

考察方法:

相邻的下层为上层提供服务(表示层)为应用层提供服务。

某层是分组传输/转发,则是(网络层)的功能。

传输层(自底向上第一个能提供端到端通信的层次:源主机上的某个应用进程和目的主机上的应用进程上的通信。

协议的三要素

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,完成何种动作以及作出何种响应

同步:事件实现顺序的详细说明(TCP三次握手)

2章 物理层

物理层的主要任务,描述了哪些特性;

物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性

包括

机械特性(9帧里有四个帧)电气特性(引脚电平范围+15v~-15v

功能特性(规定每个引脚功能)和规程特性

物理层下得传输媒体,哪些是导向型哪些不是;

导向型传输媒体:双绞线、同轴电缆、光纤

非导向型传输媒体:无线传输(无线电波?)

基带调制、带通调制, bit与 baud的关系;

传信速率bit/s:又称为比特率,记作Rb,是指在数据通信系统中,每秒钟传输二进制码元的个数,单位是比特/秒 bit/s kbit/s Mbit/s

传码速率Baud:传码速率又称为调制速率、波特率,记作NBd,是指在数据通信系统中,每秒钟传输信号码元的个数,单位是波特Baud

例题:若信号码元持续时间为1×10-4秒,试问传送8电平信号,则传码速率和传信速率各是多少?

解:由于T=1×10-4秒,所以传码速率NBd=1/T=10000波特

由于传送的信号是8电平,所以,M=8。则传信速率Rb = NBdlog2   M =30000bit/s

信道的极限容量、香农公式;(PPT18

香农定理:

C=Wlog2(1+S/N)(单位:比特/秒)

• 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。     • 信噪比(dB)= 10log10S/N

• C 为信道的极限信息传输速率 (信道容量)

要看信噪比是以dB为单位,还是一个倍数 (S/N)dB = 10 lg(S/N)

奈奎斯特定理:

任何一个信号如果通过带宽为 W(Hz)的理想低通滤波器,当每秒传输 2W 码元,就可实现吗原件干扰传输。

在理想条件下,即无噪声有线(以赫兹为单位)带宽为 W 的信道,其最大的数据传输速率 C(即信道容量)为: C=2Wlog2M(单位:比特/秒 b/s

2-08 假定要用3KHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据(无差错传输),试问这个信道应具有多高的信噪比(分别用比值和分贝来表示?这个结果说明什么问题?)

答:

将以上数据代入香农公式,得出C=3KHz*log2(1+S/N)=64kb/s

解出S/N=2.64*10^6

用分贝表示为10log10(2.64*10^6) =64.2dB

这个结果说明该信道是个信噪比很高的信道;

2-09 用香农公式计算一下,假定信道带宽为为3100Hz,最大信道传输速率为35Kb/s,那么若想使最大信道传输速率增加60%,问信噪比S/N应增大到多少倍?如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N应增大到多少倍?如果在刚才计算出的基础上将信噪比S/N再增大到十倍,问最大信息速率能否再增加20%?

答:

1)C = W log2(1+SNR)  b/s

 SNR1=2^(C1/W)-1=2^(35000/3100)-1=2503.5

SNR2=2*(C2/W)-1=2^(1.6*C1/W)-1=2^(1.6*35000/3100)-1=274130

SNR2/SNR1=109,信噪比应增大到约100倍。

C3=Wlog2(1+SNR3)=Wlog2(1+10*SNR2)

C3/C2=18.5%

2)如果在此基础上将信噪比S/N再增大到10倍,则

SNR3=10*SNR2=2741300

C 3= W log2(1+SNR3)  =3100*log2(1+2741200)

C3/C2=1.18

所以最大信息通率只能再增加18%左右,小于20%。

时分复用、统计时分复用、频分复用、波分复用

ppt67

常用的多路复用技术:(一条通信线路中传送多路信号的技术)

频分复用、时分复用、码分复用*,波分复用

(1).频分复用(FDM):所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源

利用频率分割的方式来实现多路复用

(2).时分复用(TDM):所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度

 采用时间分片方式来实现传输信道的多路复用

 分类:

a.静态时分复用:

多个数据终端的信号分别在预定的时隙内传输,其分配关系固定,周期性使用,收发双方保持同步,又称同步时分复用

高速传输介质容量等于各个低速终端数据速率之和

分配关系固定,效率较低

 b.动态时分复用:

需分配媒体资源的方式,提高了传输媒体的利用率

用户数据传输速率之和可以大于高速线路传输容量最高可达到线路传输速率 19.2kbps

动态时分复用:使用缓冲存储 来保证数据正确传送

流量控制技术

(3).码分复用(后面有)

(4).波分复用(WDM):光的频分复用,在一根光纤上传输多路光载波信号

码分多址CDMA,相应的课后习题

(3).码分复用(码分多址复用 CDMA)

 a. 是蜂窝移动通信中迅速发展的一种信号处理方式

 b.CDMA 允许所有站点同时整个频段上进行传输,采用扩频编码原理同时的

多路传输加以识别

 c.CDMA关键:在多重线性叠加的信号中能提取所需的信号,对其他的信号当做

随机噪声丢弃

 d.每个站被指派一个唯一的m bit切片序列

发送比特 1 时,则站点送出自己的 m bit 切片序列

发送比特 0 时,则站点送出该切片序列的反码

 e.CDMA 的重要特点:①在接收端,若要从信号中提取单个站点的比特流,必须事先知道该站点的切片序列

②每个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还必须相正交

 ③通过计算收到的切片序列,和待还原站点的切片序列内标积,就可导出比特流

2-16 共有4个站进行码分多址通信。4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) D:(-1+1-1-1-1-1+1-1)

现收到这样的码片序列S:(-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是0还是1?

解:(对应位相乘->S信号的叠加,解题方法:把每个用户的码片序列和收到的对应位相乘后全加起来,除以个数后结果为1则发送、-1则发送0、0则无发送)

S·A=(+1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1,   A发送1

S·B=(+1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1, B发送0

S·C=(+1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0,   C无发送

S·D=(+1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1,   D发送1

3章 数据链路层

链路层的三个基本问题(封装成帧、透明传输、差错检测);

3-04数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决?

答:帧定界是分组交换的必然要求

透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆

差错检测防止合差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源

透明传送,字节填充,零比特填充;

CSMA/CD概念及原理,协议的工作过程,最短帧长与争用期的关系;

概念、原理:

采用载波监听多路访问/冲突检测(CSMA/CD) 的方法进行信道访问控制

最短帧长和争用期的关系

  1. CRC差错检测,求冗余码;

集线器、转发器、网桥、以太网交换机各自工作的层次;

了解网络适配器的主要功能及其工作在哪一层;

3-03网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?

答:网络适配器(即网卡)用来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件。能进行数据的串并转换,有存储芯片,能实现以太网协议。

网络适配器工作在数据链路层和物理层。

4章 网络层

理解IP地址与物理地址的关系(P122),ARP协议的作用,地址解析的过程;

关系:

物理地址是数据链路层和物理层使用的地址,而IP地址是网络层和以上各层使用的地址,是一种逻辑地址

(称IP地址是逻辑地址是因为IP地址是用软件实现的)

ARP协议的作用:

根据IP地址得到MAC地址

地址解析的过程:

1.查ARP高速缓存

2.广播ARP请求报文

3.单播发送ARP响应报文

IP地址的分类,每类地址的范围,给定IP地址能够判断属于哪一类;

IP数据报分片(P129例4-1);

原因:IP数据报总长度超过MTU

谁分片:路由器            谁重组:目的主机

分片计算:(向上取整)

划分子网、子网掩码;

地址聚合,给出一个地址,能够知道其所在地址块,并会计算地址块中地址的个数,最大最小地址,CIDR地址块划分,给出一个地址块,能够合理划分子网;

理解RIP路由选择协议及其路由表过程(P155 例4-5

路由选择协议的工作原理;RIP(距离向量协议)、OSPF(分布式链路状态协议)的基本原理;

路由表查找(P140 4-4);

IPv4IPv6过渡策略:双协议栈和隧道技术

双协议栈:

隧道技术:

路由器的结构(路由选择、分组转发);

路由器的组成:路由选择部分和分组转发部分。

路由器两个基本功能:一个是数据报的寻径与转发,第二个是维护路由表

5章 传输层

理解运输层的功能,与网络层通信有何区别;PPT-4

功能:

(1)传输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信

(2)传输层对整个报文段进行差错校验和检测。

(3)传输层的存在使得传输服务比网络服务更加合理有效

        (4)传输层采用一个标准的原语集提供传输服务

区别:

IP (提供主机之间的逻辑通信)

TCP 和 UDP(提供进程之间的逻辑通信)

UDP与TCP的相同之处与不同之处;

可靠传输的原理;

数据的可靠传输必须包括数据在链路上的流量控制过程和差错控制过程,这两个过程的

有机结合,实现了可靠的数据传输控制。PPT-55 实现

停止等待协议、连续ARQ协议(重在理解!)

停止等待协议PPT-58~68(出现传输差错:超时重传、重复帧……)你来一个我应答一个

连续ARQ协议 PPT-69~87  你一直来(发送窗口),我累积确认(接收窗口)

可靠传输的实现;滑动窗口+超时重传 PPT-5688~108(重要)

TCP通过下列方式来提供可靠性:

• 应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块,称为报文段或段。

• TCP协议中采用自适应的超时及重传策略。

• TCP可以对收到的数据进行重新排序,将收到的数据以正确的顺序交给应用层。

• TCP的接收端必须丢弃重复的数据。

• TCP还能提供流量控制

什么是流量控制,什么是拥塞控制,二者有何区别;swnd= Min[rwnd, cwnd]

流量控制:PPT-109~116,书P227很清楚

拥塞控制:PPT 118~149

二者区别:PPT-120

拥塞控制

• 是一个全局性的过程,涉及到所有的主机、所有的路由器,以及与降低网络传输性能有关的所有因素。

• 所要做的都有一个前提,就是网络能够承受现有的网络负荷

流量控制

• 往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信量的控制

• 所要做的就是抑制发送端发送数据的速率,以便使接收端来得及接收

  1. ①理解拥塞控制的四种典型算法;②理解TCP的拥塞窗口cwnd、传输轮次及二者之间的关系,③理解P234页图5-25中拥塞控制算法及其中参数的含义、设置。PPT-122~149
    • 理解拥塞控制的四种典型算法 书P232

• 慢启动 • 拥塞避免 • 快速重传 • 快速恢复

        慢启动:PPT-126~129     成倍增长

 1     2   4      8

设慢开始门限状态变量ssthresh

拥塞避免PPT-130~131 142~144,例:PPT-132~141线性规律

+1 +1

网络出现拥塞(超时)处理:

ppt131例题 门限值设为一半,拥塞窗口设为1 (ppt132~144)

快速重传 (分组丢失,收到三个重复的ACK)

快速恢复

快恢复算法(ssthresh=½cwnd,cwnd=ssthresh,执行拥塞避免,因为是数据丢失而不是网络拥塞,所以不需要设拥塞窗口为1)

总结:

  • 理解TCP的拥塞窗口cwnd(1)、传输轮次(2)及二者之间的关系(3)
    • TCP拥塞窗口cwnd

(1)拥塞窗口cwnd(发送端网络拥塞程度) 接收窗口rwnd(接收端目前接收缓存大小)

        传输轮次 PPT - 128

传输轮次经历时间就是往返时间RTT

慢开始:经过一个传输轮次,拥塞窗口加倍

       拥塞避免:每经过一个往返时间 RTT 就把发送方的拥塞窗口cwnd 加 1

    • 理解P234页图5-25中拥塞控制算法及其中参数的含义、设置

TCP建立连接“三报文握手”过程及原理(要会画图,并理解图中各字段的含义);为什么客户端需要再次发送确认报文? ppt154~158

TCP释放连接“四报文握手”过程及原理(要会画图,并理解图中各字段的含义);为什么客户端在TIME-WAIT状态必须等待2MSL的时间?P241

6章 应用层

DNS、域名

域名的作用:

主机可以通过域名服务程序将域名解析到特定的 IP 地址。

因特网的域名系统 DNS (域名->IP地址)

是一个分布式数据库联机系统,采用 C/S 应用模式。域名服务程序在专设的节点上运行,厂将该节点称为域名服务器(DNS server)

域名解析的方法:

递归(沿原路返回,都给上级发1条)、递归+迭代(对用户主机1条,本地域名服务器发至少两条)

www(PPT-22、25)、超文本传输协议HTTP(PPT 40~49)、HTML(PPT 50~62

        万维网(WWW,would wide web)

        使用统一资源定位符url来标志 WWW 上的各种文档,使其在因特网中具有唯一的标示符

HTTP(超文本传输协议)

端口号80

       HTTP 是一个面向事务的应用层协议它使用 TCP 连接进行可靠的传送

超文本标记语言 HTML

使各种万维网文档都能在因特网上的各种计算机上显示出来,同时使用户清楚地知道在

什么地方存在着超链。

P273 万维网、超文本(PPT-24

万维网是 分布式超媒体 系统,它是 超文本 系统的扩充

一个超文本由多个信息源链接

超文本是万维网的基础

用何协议实现万维网上各种超链的链接?

在万维网客户程序与万维网服务器程序之间进交互所使用的协议,是超文本传送协议

HTTP

电子邮件、SMTP(发送)、POP3、IMAP(都是读取)

电子邮件

电子邮件由信封和内容两部分组成。

信封上,最重要的就是收信人的地址

简单邮件传送协议 SMTP (发件)

SMTP 所规定的就是在两个相互通信的 SMTP 进程之间应如何交换信息。

由于 SMTP 使用客户服务器方式,因此负责发送邮件的 SMTP 进程就是 SMTP 客户,而负责接收邮件的 SMTP 进程就是 SMTP 服务器。

SMTP 有以下缺点:

SMTP 不能传送可执行文件或其他的二进制对象。

SMTP 限于传送 7 位的 ASCII 码。许多其他非英语国家的文字(如中文、俄文,甚至带重音符号的法文或德文)就无法传送。

SMTP 服务器会拒绝超过一定长度的邮件。

某些 SMTP 的实现并没有完全按照[RFC 821]的 SMTP 标准。

邮局协议POP3 (收件)

是邮局协议第 3 版(RFC1939),已成为因特网的正式标准。它使用 C/S 服务

模式,在接收邮件的用户PC上必须运行POP3客户程序

IMAP (Internet Message Access Protocol

动态主机配置协议DHCP(应用层):

不需要为每个LAN设置一台DHCP服务器,多 个LAN可共享一台DHCP服务器,但每个LAN必须有一个DHCP中继代理(以单播方式转发发现报文),负责转发客户请求。使用这个IP地址的时间叫租用期

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