计算机总结

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⏹ 网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。 计算机网络向用户提供的最重要的功能有两个，即连通性和共享。 网络的组成，网络是由若干结点和连接这些结点的链路组成。 网络把许多计算机连接在一起，而因特网则把许多网络连接在一起。

因特网是由边缘部分和核心部分组成的。边缘部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。核心部分是为边缘部分提供服务的。

“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。简称为“计算机之间通信”

因特网的两种通信方式

网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式分两类:客户服务器方式C/S和对等方式P2P 。

⏹ 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。

⏹ 客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。

⏹ 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方

计算机交换数据的方式有三种。

（一）、电路交换

（二）、报文交换

（三）、分组交换 分组交换的优点:高效, 灵活, 迅速, 可靠.

⏹ 路由器处理分组的过程是：

⏹ 把收到的分组先放入；

⏹ 查找，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；

⏹ 把分组送到适当的端口转发出去。

计算机网络就是用通信线路将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机连接起来，并配置相应的网络软件，以实现计算机之间的数据通信和资源共享。

几种不同类别的网络。

⏹ 按作用范围 广域网W AN ，局域网LAN ，城域网MAN ，个人区域网PAN

按使用者 公用网 专用网

接入网

计算机网络的性能指标

（1）速率

(2) 带宽

(3) 吞吐量

(4) 时延 发送时延 传播时延 处理时延 排队时延

(5) 往返时间

(6) 信道利用率

(7) 网络利用率

D 0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，U 是网络的利用率

D =D 0

1-U

网络协议简称为协议是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

网络协议的组成要素：语法 语义 同步

分层的好处

⏹ 各层之间是独立的。

⏹ 灵活性好。

⏹ 结构上可分割开。

⏹ 易于实现和维护。

⏹ 能促进标准化工作。

各层要完成的功能

⏹ 差错控制

⏹ 流量控制

⏹ 分段和重装

⏹ 复用和分用

⏹ 连接建立和释放

计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。

体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。

TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。

实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。

服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

第2章物理层

物理层的四个特性

⏹ 机械特性

⏹ 电气特性

⏹ 功能特性。

⏹ 过程特性

数据在计算机中多采用并行传输，但数据在通信线路上的传输方式一般都是串行传输。

通信子网分为点-点通信线路的通信子网与广播信道的通信子网

几个概念

(1)数据(data) 运送消息的实体。

(2)信号(signal) 数据的电气的或电磁的表现。

(3)码元(code)在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。

从通信双方信息交互的方式看，其三种方式为：

单向通信（单工通信）

双向交替通信（半双工通信）

双向同时通信（全双工通信）

最基本的二元制调制方法：调幅(AM)调频(FM)调相(PM)

奈氏准则：无噪声情况下码元速率的极限值B 与信道带宽W 的关系为：

B=2*W (Baud)

其中W 是信道的带宽，也称为频率的范围，即信道能传输的上、下限频率的差值，单位是Hz 。

由此推出表征信道数据传输能力的奈奎斯特公式：

C=2*W*log2N

N 是携带数据的码元可能取的离散值的个数；

C 是该信道最大的数据传输速率。

信噪比：就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为S/N，单位分贝。

信噪比(dB)=10*log10(S/N)

香农公式

⏹ 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

信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高

传输媒体可分为两大类：

导向传输媒体： 双绞线{屏蔽和无屏蔽} ，同轴电缆 ， 光缆 多模光纤传

输距离近，价格低，发光二极管 单模光纤传输距离远，价格高，激光二极管

非导向传输媒体：短波 微波

信道复用技术：频分复用，时分复用，统计时分复用，波分复用，码分复用

第3章数据链路层

功能：1、帧同步功能2、差错控制2、差错控制4、链路管理5、MAC 寻址6、区分数据与控制信息7、透明传输

数据链路层使用的信道主要有点对点信道，广播信道。

链路(link)是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。

数据链路(data link) 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

数据链路层传输的数据单位是帧

数据链路层要解决的三个基本问题

(1) 封装成帧

(2) 透明传输 字节填充

(3) 差错控制 误码率＝接收的错误比特数/ 传输的总比特数

循环冗余检验 CRC

零比特填充：在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续 1 时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除

PPP 协议有三个组成部分

⏹ 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。异步和同步

⏹ 链路控制协议LCP(Link Control Protocol)。一个用来建立、配置和

测试数据链路连接的链路控制协议。

⏹ 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol) 。一套网络控制协

议，其中的每一个协议支持不同的网络层协议。

局域网技术的三个要素：

(1) 拓扑结构：总线型、星型、环型、树型

(2) 传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤

(3) 介质访问控制协议

以太网的两个标准 DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准

数据链路层拆成两个子层：

⏹ 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层

⏹ 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。

MAC 层的功能

①

②

③

④ 将上一层交下来的数据封装成“帧”进行发送，接收时进行相反的过程 实现和维护MAC 协议 比特差错检测 寻址

LLC 层的功能

⏹ 建立和释放数据链路层的逻辑连接

⏹ 提供与高层的接口

⏹ 差错控制

⏹ 给帧加序号

⏹ 与媒体接入无关的部分都集中在逻辑链路控制LLC 子层。

适配器的重要功能：

串行/并行转换；

提供数据缓存能力；

控制数据传送的能力；

实现以太网协议。

指示原语和请求原语

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以太网的端到端往返时延 2τ 称为争用期，或碰撞窗口。

⏹ 以太网取 51.2 μs 为争用期的长度。

⏹ 对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。

电磁波在1km 电缆的传播时延约为5us 指示原语是服务提供者向服务用户表示某种状态服务。 请求原语是服务用户向服务提供者请求指定的服务。

帧间最小间隔为9.6 us，相当于96比特时间

以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧

局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。

使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）

二进制指数类型退避算法

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。

MAC 地址是48 位的

“发往本站的帧”包括以下三种帧：

⏹ 单播(unicast)帧（一对一）

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⏹ 广播(broadcast)帧（一对全体） 多播(multicast)帧（一对多）

有效的 MAC 帧长度为 64～1518 字节之间

数据字段的长度在 46～1500 字节之间

MAC 帧格式

第4章网络层

网络层提供的两种服务：虚电路服务，数据报服务。

网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。

与 IP 协议配套使用的还有四个协议

地址解析协议 ARP

逆地址解析协议 RARP

网际控制报文协议 ICMP

网际组管理协议 IGMP

⏹ 中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。

⏹ 物理层中继系统：转发器(repeater)。

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⏹ 数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。 网络层中继系统：路由器(router)。 网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。

⏹ 网络层以上的中继系统：网关(gateway)。

IP 地址的编址方法 ：分类的 IP 地址 子网的划分 构成超网

IP 地址 ::= { , }

IP 地址的分类、识别方法

转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id

ARP 的作用和用法。

IP 数据报首部格式、内容及具体含义和作用。

版本——占 4 位，指 IP 协议的版本

目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)

首部长度——占 4 位，可表示的最大数值

是 15 个单位(一个单位为 4 字节) 因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节

总长度——占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节

标志(flag) 占 3 位，目前只有两位有意义。标志字段的最低位是 MF (More Fragment) 。MF =1 表示后面“还有分片”。MF =0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF (Don't Fragment) 。只有当 DF = 0 时才允许分片

生存时间(8 位) 记为 TTL (Time T o Live) 。数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。每经过一个路由器就减1

首部检验和(16 位) 字段只检验数据报的首部，不检验数据部分

每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表

划分子网 ：提高ip 地址利用率，路由器工作效率，灵活性。

划分子网的方法，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

IP 地址 ::= {, , }

确定子网掩码的步骤

第一步：确定子网的数量，将其转换为二进制数，并确定位数n 。如：你需要6

个子网，6的二进制值为110，共3位, 即n=3；

第二步：按照ip 地址的类型写出其缺省子网掩码。如C 类，则缺省子网掩码为11111111.11111111.11111111.00000000

第三步：将子网掩码中与主机号的前n 位对应的位置1，其余位置0。若n=3且为

C 类地址：则得到子网掩码为11111111.11111111.11111111.11100000化为十进制得到255.255.255.224

B 类地址：则得到子网掩码为11111111.11111111.11100000.00000000化为十进制得到255.255.224.0

A 类地址：则得到子网掩码为11111111.11100000.00000000.00000000化为十进制得到255.224.0.0

如何计算子网地址？

将ip 地址与子网掩码的二进制形式做„与‟，得到的结果即为子网地址。

如何计算主机地址？

先将子网掩码的二进制取' 反' ，再与ip 地址做' 与'

1、子网掩码的意义。

2、子网划分的方法和作用。

3、子网划分后，每个子网的网络地址、广播地址、子网数量、主机数量。

4、默认子网掩码和划分子网后的子网掩码的区别。

无分类的两级编址的记法是：

IP 地址::={, } 斜线记法

求192.168.0.200/26的广播地址、网络地址和掩码。

答案：

1）掩码：255.255.255.192

2）每一个26位地址的网络都有64台主机(忽略主机号为0和1) 。

3）这个网络的地址范围是

第4个字节：00 000000至00 111111（0到63）

01 000000至01 111111（64到127）

10 000000至10 111111（128到191）

11 000000至11 111111（192到255）

地址192.168.0.200/26在192至255网段中

网络地址是192.168.0.192/26. 广播地址 192.168.0.255

现在计算192.168.0.44/26的网络地址和广播地址。

（网络地址：192.168.0.0/26；广播地址：192.168.0.63）。

ICMP 处在五层协议体系中的网络层

理想的路由算法

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⏹ 算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单。 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，要有自适应性。 算法应具有稳定性。

⏹ 算法应是公平的。

⏹ 算法应是最佳的。

因特网有两大类路由选择协议

内部网关协议IGP

外部网关协议EGP

自治系统之间的路由选择也叫做域间路由选择

在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择

ICMP 差错报告报文共有 5 种 ：终点不可达 、源站抑制、时间超过 、参数问题、改变路由。

OSPF 的五种分组类型 。

类型1，问候(Hello)分组。

类型2，数据库描述(Database Description)分组。

类型3，链路状态请求(Link State Request)分组。

类型4，链路状态更新(Link State Update)分组。

类型5，链路状态确认(Link State Acknowledgment)分组

转发多播数据报使用的方法：洪泛与剪除、隧道技术、基于核心的发现技术

第5章运输层

应用进程之间的通信又称为端到端的通信。

运输层的一个很重要的功能就是复用和分用

运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信，但网络层是为主机之间提供逻辑通信

运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP

当运输层采用面向连接的 TCP 协议时，尽管下面的网络是不可靠的，但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道

当运输层采用无连接的 UDP 协议时，这种逻辑通信信道是一条不可靠信道

两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU

TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段

UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报

端口用一个16位端口号进行标志。端口号只具有本地意义

熟知端口，数值一般为 0～1023

登记端口号，数值为1024～49151

客户端口号或短暂端口号，数值为49152～

65535

TCP 连接的端点称为插口(socket) 套接字 socket = (IP地址: 端口号)

UDP 的首部格式

UDP 有两个部分：数据字段和首部字段。首部字段有 8 个字节，由 4 个字段组成，每个字段都是两个字节

TCP 连接的每一端都必须设有两个窗口：一个发送窗口和一个接收窗口

第6章应用层

⏹ 根域名服务器

⏹ 顶级域名服务器

⏹ 权限域名服务器

⏹ 本地域名服务器

TCP 报文段的首部格式

源端口和目的端口字段——各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现

序号字段——占 4 字节，指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号

确认号字段——占 4 字节，是期望收到下一个报文段的数据的第一个字节的序号 数据偏移（即首部长度）——占 4 位，指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位是 32 位字（以 4 字节为计算单位）

紧急 URG —— 当 URG = 1 时，表明紧急指针字段有效

确认 ACK —— 只有当 ACK = 1 时确认号字段才有效。当 ACK = 0 时，确认号无效

推送 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段，就尽快地交付接收应用进程

复位 RST (ReSeT) —— 当 RST = 1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错必须释放连接，然后再重新建立运输连接

同步 SYN ——SYN=1表示是一个连接请求或连接接受报文

终止 FIN (FINis) —— 用来释放一个连接。FIN = 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接

窗口字段——占2个字节，窗口指的是发送本报文段的一方的接收窗口。收发双方分别设置自己的发送窗口和接收窗口，发送窗口的大小依据对方给出的窗口值（接收窗口）确定，接收窗口的大小则依据自己的缓冲大小

紧急指针字段 —— 占 16 位，指出在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面），当URG=1时有效

填充字段 —— 这是为了使整个首部长度是 4 字节的整数倍

新的 RTTS = (1 - α) ⨯ (旧的 RTTS) + α ⨯ (新的 RTT 样本)

推荐的 α 值为 1/8，即 0.125

超时重传时间 RTO RTO = RTTS + 4 ⨯ RTTD

RTTD 是 RTT 的偏差的加权平均值

第一次测量时，RTTD 值取为测量到的 RTT 样本值的一半

新的 RTTD = (1 - β) ⨯ (旧的RTTD)+ β ⨯ ∣RTTS - 新的 RTT 样本∣

β 是个小于 1 的系数，其推荐值是 1/4，即 0.25

拥塞控制：防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过

载。

拥塞控制方法：慢开始，拥塞避免，快重传，快恢复

慢开始算法的原理

在主机刚刚开始发送报文段时可先设置拥塞窗口 cwnd = 1个MSS 大小，即设置为一个最大报文段 MSS 的数值

使用慢开始算法后，每经过一个传输轮次，拥塞窗口 cwnd 就加倍

一个传输轮次所经历的时间其实就是往返时间 RTT

设置慢开始门限状态变量ssthresh

⏹ 慢开始门限 ssthresh 的用法如下：

⏹ 当 cwnd

⏹ 当 cwnd > ssthresh 时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。

⏹ 当 cwnd = ssthresh 时，既可使用慢开始算法，也可使用拥塞避免算法。

拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口 cwnd 缓慢地增大，即每经过一个往返时间 RTT 就把发送方的拥塞窗口 cwnd 加 1 加法增大，而不是加倍，使拥塞窗口 cwnd 按线性规律缓慢增长

只要发送方判断网络出现拥塞（其根据就是没有按时收到确认），就要把慢开始门限 ssthresh 设置为出现拥塞时的发送方窗口值的一半（但不能小于2） 乘法减小

然后把拥塞窗口 cwnd 重新设置为 1，执行慢开始算法

快重传和快恢复

发送方只要一连收到三个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段。发送方即开始快重传和快恢复

快恢复算法

1) 当发送端收到连续三个重复的确认时，就执行“乘法减小”算法，把慢开始门限 ssthresh 减半。但接下去不执行慢开始算法。

(2)拥塞窗口 cwnd 现在不设置为 1，而是设置为慢开始门限 ssthresh 减半后的数值，然后开始执行拥塞避免算法（“加法增大”），使拥塞窗口缓慢地线性增大

发送方的发送窗口的上限值应当取为接收方窗口 rwnd 和拥塞窗口 cwnd 这两个变量中较小的一个 发送窗口的上限值 Min [rwnd, cwnd]

运输连接有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。

主动发起连接建立的应用进程叫做客户(client)。

被动等待连接建立的应用进程叫做服务器(server)。

用三次握手建立 TCP 连接

第6章

DNS —域名系统：将域名转换成IP 地址

FTP 的两个连接 控制连接 数据连接

FTP 的两个端口号 要寻找连接服务器进程的熟知端口(21) 服务器进程用自己传送数据的熟知端口(20)

域名服务器有以下四种类型

⏹ 根域名服务器

⏹ 顶级域名服务器

⏹ 权限域名服务器

⏹ 本地域名服务器

主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询

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

一名同学A 刚刚打开可进行因特网访问的计算机，并希望访问网站www .baidu.com 。学生A 在其浏览器中输入http://www.baidu.com 并按回车，直到百度网站的首页显示在其浏览器中，请问：

1．在此过程中，按照TCP/IP参考模型，从应用层（包括应用层）到网络接口层（包括网络接口层）都用到了哪些协议？

2．简要描述该过程的流程。

1．各层所用到的协议如下：

应用层：HTTP 、DNS ；

传输层：TCP 、UDP ；

网络层：IP 、ARP ；

网络接口层：MAC 。

2．过程描述如下：

(1) 利用ARP 广播查询到网关的物理地址；

(2) 利用DNS 查询到www .baidu.com 对应的IP 地址；

(3) 浏览器与百度的服务器利用TCP 协议建立连接；

(4) 浏览器利用http 的get 方法向百度服务器发送资源请求；

(5) 百度发送网页信息；

(6) 浏览器解释回应信息并显示在浏览器中。

万维网是分布式超媒体(hypermedia)系统，它是超文本(hypertext)系统的扩充

超媒体与超文本的区别是文档内容不同。超文本文档仅包含文本信息，而超媒体文档还包含其他表示方式的信息，如图形、图像、声音、动画，甚至活动视频图像 ⏹ 万维网以客户服务器方式工作。

⏹ 浏览器就是在用户计算机上的万维网客户程序。万维网文档所驻留的计算机则运行

服务器程序，因此这个计算机也称为万维网服务器

在一个客户程序主窗口上显示出的万维网文档称为页面

⏹ 静态文档是指该文档创作完毕后就存放在万维网服务器中，在被用户浏览的过程

中，内容不会改变。

⏹ 动态文档是指文档的内容是在浏览器访问万维网服务器时才由应用程序动态创建。 ⏹ 动态文档和静态文档之间的主要差别体现在服务器一端。这主要是文档内容的生成

方法不同。而从浏览器的角度看，这两种文档并没有区别

因特网服务提供者 ISP

internet （互联网或互连网）

Internet （因特网）

OSI 国际标准

TCP/IP非国际标准

SAP 服务访问点

FCS 帧检验序列

PPP 点对点协议

CSMA/CD载波监听多点接入/碰撞检测

ARP 地址解析协议

RARP 逆地址解析协议

ICMP 网际控制报文协议

IGMP 网际组管理协议

ICANN 因特网名字与号码指派公司

VLSM 变长子网掩码

CIDR 无分类域间路由选择

IGP 内部网关协议

EGP 外部网关协议

UDP 用户数据报协议

TCP 传输控制协议

TPDU 运输协议数据单元

ARQ 自动重传请求

cwnd 拥塞窗口

FTP 文件传送协议 WWW 万维网

HTTP 超文本传送协议 URL 统一资源定位符 HTML 超文本标记语言 CGI 通用网关接口