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计算机网络期末复习要点（谢希仁第8版）抱佛脚通用

article 2024/11/14 18:20:08

熬夜苦肝4天，拿下！

课本是谢希仁的计算机网络，第8版。

本文原创！禁止转载。

复习建议：本博客不一定能涵盖你们考试的重点，所以不是走到穷途末路的同学还是应该多多回归课本，课本每章后面都有一个要点回顾，可以看看哦。时间够多的同学可以去b站听一下王道的计网课（小姐姐声音很好听呢），有助于打好基础，帮助理解，本人是2倍速听了三天，仅供参考……课后的习题也要挑一些来做，答案全网都有。

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一、概述

二、物理层

三、数据链路层

四、网络层

五、运输层

六、应用层

一个需要搞清楚的知识——报文变成以太网MAC帧的过程：

一、概述

1.互联网的两个重要基本特点：连通性和共享

2.三大类主要网络：电信网络、计算机网络、有线电视网络

3.ISP：互联网服务提供者。通常就是一个进行商业活动的公司（如中国移动、中国联通）

4.互联网的组成：（要区分清楚）

边缘部分：又称资源子网，主要是主机。用户直接使用，用来进行通信和资源共享。

核心部分：又称通信子网，主要是路由器和网络。为边缘部分提供服务。

5.互联网的边缘部分：计算机之间进行通信，两大类通信方式是：C/S方式和P2P方式（对等方式）

6.互联网核心部分：主要是为边缘部分的主机提供连通性。三种数据传送方式：电路交换、报文交换、分组交换（采用存储转发技术）。p17图1-11要看懂。

note：位于边缘部分的主机和位于核心部分的路由器都是计算机，但主机是为用户提供信息处理的，路由器则用来转发分组，即进行分组交换。

7.计算机网络类别：广域网WAN（跨国家），城域网MAN（跨城市），局域网LAN（小区域，如学校、公司），个人局域网PAN（个人设备使用的网络）

8.计算机网络的性能指标（计算必考）

速率：又称数据率或比特率。单位bit/s或bps。前面加的字母是十进制表示！如K=10^3,M=10^6,G=10^9

note:表示文件大小、存储容量，用二进制，K=2^10=1024,M=2^20,G=2^30

信道带宽：最高数据率。表示网络中某信道传送数据的能力。单位是bit/s。

吞吐量：单位时间内通过某个网络的实际数据量。

时延：数据从网络或链路一端到另一端的所需时间。有以下四种：

（1）发送时延：又称传输时延。主机或路由器传送数据帧所需要的时间，发生在机器内部的发送器（网路适配器，又称网卡p36），数据链路层和物理层共同作用。

（2）传播时延：电磁波在信道传播一定距离花费的时间。计算公式：

传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）

（3）处理时延：主机或路由器收到分组时要花费一定时间进行处理。例如分析首部、提取数据部分、进行差错检测、查找转发表。

（4）排队时延：发生在路由器里。

总时延就是以上四种之和，计算时具体看题目要求，有些时延可以忽略。

时延带宽积：以比特为单位的链路长度。时延带宽积=传播时延x带宽

往返时间RTT：双向交互一次所需的时间。

信道利用率：U = 1-空闲时的时延/当前时延

9.计算机网络体系结构：（p31图1-16，对应关系要看懂）

OSI七层协议

TCP/IP四层协议

10.协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据单位。

11.服务数据单元SDU：层与层之间交换的数据的单位。

12.最大传送单元MTU：（后面会遇到，写在这里是为了方便区分）

13.协议的三要素：语法、语义、同步。其中，语法规定格式，语义规定操作

二、物理层

1.物理层主要特性：

（1）机械特性（2）电气特性：指明电压范围（3）功能特性：指明某一电平的电压的意义（4）过程特性：指明不同功能的各种可能事件的出现顺序

2.基本概念：物理层考虑的是如何传输比特流。

3.三种通信方式：（1）单工通信：只有一个方向的通信，而没有反方向的交互。如广播。

（2）半双工通信：双方都可以发送与接收，但不能同时发送或同时接收。如对讲机，使用CSMA/CD协议的以太网。

（3）全双工通信：双方可以同时发送，同时接收。如打电话。

4.奈氏准则：在带宽为W（Hz）的低通信道中，若不考虑噪声影响。码元最高传输速率是2W（码元/秒）。如果超过这个速率，就会出现严重的码间串扰问题。

5.信噪比S/N：以分贝（dB）为度量单位。信噪比（dB）=10log10（S/N）（dB）

6.香农公式（必考，结合信噪比公式）：C=Wlog2（1+S/N）（bit/s）

其中W为信道带宽，单位是Hz，C是信道的极限信息传输速率，单位是bit/s。

7.传输媒体：分为导引型和非导引型。

（1）导引型：

双绞线：分为无屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP，双绞线最便宜；同轴电缆（电视用的就是）；光缆、光纤

（2）非导引型：无线电波：信号向所有方向传播，穿透力强，广泛用于通信领域；

微波：信号向固定方向传播。如卫星通信，优点是距离远、覆盖广，通信容量大，缺点是受气候影响，传播时延长，误码率高，成本高。

红外线、激光：信号向固定方向传播。

8.信道复用技术：

（1）频分复用FDM：频分复用的各路信号同样的时间占用不同的带宽资源。

（2）时分复用TDM：时分复用的所有用户实在不同时间占用同样的频带宽度。

（3）统计时分复用STDM：是一种改进的时分复用。又称为异步的时分复用。

（4）码分复用CDM：码分复用信道为多个不同地址用户所共享时，就称为码分多址CDMA（考计算）。每个用户可以同一时间使用同样的频带进行通信。

计算要点：

码片序列中用-1表示0，用1表示1;

当S站发送比特1时，在X站计算内积结果是+1，当S站发送比特0，内积结果是-1，内积结果为0则不发送。

例题p70 2-16

9.数字传输系统（了解）：最初使用的传输标准是脉冲编码调制PCM。现在光纤是长途干线最主要的传输媒体，现在高速的数字传输系统使用同步光纤网SONET（美国标准）或同步数字系列SDH（国际标准）。

10.宽带接入技术（看课本p63）：

ADSL非对称数字用户线（电话线上网）：——ADSL调制解调器。用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造。

HFC光纤同轴混合网（改造有线电视网）：——电缆调制解调器。在有线电视的基础上开发的。

FTTx技术（利用电视上网，双向传导）：——光纤到户FTTH

三、数据链路层

1.数据链路层两种使用的信道：

（1）点对点信道：一对一通信。使用PPP协议。使用的协议数据单元PDU——帧。

PPP协议是目前使用最广泛的数据链路层协议。

零比特填充（考）：发送端扫描整个信息字段，发现有连续5个1，就立即填入1个0。接收端发现5个连续的1时，就把5个连续的1后的1个0删掉。

（2）广播信道：一对多进行通信。使用CSMA/CD协议。采用以太网帧。局域网使用的就是广播信道。

2.CSMA/CD协议（必考）：CSMA/CD的意思是载波监听多点接入/碰撞检测

（1）16字总结：先听后发，边听边发，冲突停止，延迟重发。

（2）多点接入说明这是总线型网络。

载波监听就是不管在发送数据前还是正在发送数据都不停地监听信道。

碰撞检测就是发送前监听信道，避免冲突，发送时监听信道，如果发现有其他站在发送，就立即中断本站的发送。

（3）p89-92需要重点看一下，比如退避算法：基本退避时间为征用期2t（51.2µs），对于10Mbit/s以太网也可以说争用期是512比特时间，1比特时间就是发送1比特需要的时间。

最小帧长= 2t x 数据传输数据率（t是端到端的传播时延）这个公式如何得来的？帧长/数据传输速率>=2t

以太网规定帧间最小间隔是9.6µs，相当于96比特时间

（4）还有课后习题3-24，3-25（详细解答如下）

note：使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收（但必须边发边监听），因此使用CSMA/CD的以太网只能进行半双工通信。

3.局域网：网络为一个单位所有，且地理范围和站点数目均有限。局域网可以按网络拓扑结构进行分类为：星型网（使用了集线器），总线网，环形网。p84有图，需要掌握。

note：以太网逻辑拓扑——总线型，物理拓扑——星型拓扑。

4.数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测

（1）封装成帧：将网络层传来的IP数据报加上首部和尾部（帧定界符），构成一个帧。

（2）透明传输：（实际存在的事物但看起来像透明的），数据链路层对要传输的数据来说是“透明”的。使用字节填充法解决透明传输的转义字符问题。

（3）差错检测：不纠错，只检错，错的帧就丢弃，什么也不做。

误码率BER：传输错误的比特占所传比特总数的比率。（提高信噪比，可以减小误码率）

循环冗余检验CRC：是一种检错方法。步骤：通过生成多项式得到除数P（2进制，n位）->待传送的数据后面加上n-1个0，除以P得到余数R，这个R就是冗余码FCS。（必考计算！）

将R加到待传送的数据后面，所得的数据除以P，得到的余数为0则判定这个帧没有差错。

帧检验序列FCS：通过CRC得到的余数，是添加在数据后面的冗余码。

补充：计算时一定要注意他给你的数据是待发送的，还是接收的！如果是接收的，就不要在后面加n-1个0了！期末考遇到的坑，10分没了哭死。

注：凡是接收端数据链路层接收的帧均无差错。

5.最大传送单元MTU：帧的数据部分最大长度，即IP数据报的总长度（不包括帧头和帧尾！p74图3-4记清楚）。

6.信道极限利用率：Smax=发送帧所需时间 /（发送帧所需时间 + 端到端传播时延）

7.以太网MAC帧to物理层：加上8字节首部！p98（在MAC帧前面再加8字节）

8.IEEE802.3规定出现以下情况之一即为无效的MAC帧：

（1）帧的长度不是整数个字节；

（2）用收到的帧检验序列FCS查出有错；

（3）帧的数据字段不在46～1500字节之间。

9.以太网交换机（交换式集线器）工作在数据链路层。以全双工方式工作，没有碰撞问题，不使用CSMA/CD协议。之所以还叫以太网，是因为它仍然采用以太网帧结构。

补充：期末考遇到这样一个选择题（其实就是书113页3-27：（1）是10个站共享10Mbit（3）是10个站每个站都有10Mbit）

10.虚拟局域网VLAN：将一个较大的局域网分割成一些较小的局域网，每一个小局域网是一个小的广播域。虚拟局域网只是局域网提供给用户的一种服务，而不是一种新型局域网。

注意区分：虚拟专用网缩写是VPN（p185）

11.100BASE-T以太网：是在双绞线上传送100Mbit/s基带信号的星型拓扑以太网。仍使用CSMA/CD协议，又称快速以太网。最短帧长不变，还是64字节争用期变成5.12µs，帧间最小间隔变成了0.96µs，都是10Mbit/s的1/10。

12.吉比特以太网：允许在1Gbit/s下以全双工和半双工两种方式工作。

13.以太网的适配器有过滤功能：包括三种帧——单播帧、广播帧、多播帧。

四、网络层

1.主要功能：路由选择和分组转发；异构网络互联；拥塞控制。

2.传输单元是：数据报or分组（在书中是一个意思，可以混用）。

3.（基于采用分组交换的数据传送方式）网络层提供两种服务：虚电路服务和数据报服务。主要差别在于虚电路需要建立连接，各分组按序到达终端（更多差别见p117表4-1）。

4.路由器之间传送的两大类信息：（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

5.分类的IP地址

	固定开头	网络号：主机号	网络号大小	最大主机数
A类地址（单播）	0	1:3	1-126	2^24-2
B类地址（单播）	10	2:2	128-191	2^16-2
C类地址（单播）	110	3:1	192-223	2^8-2
D类地址（多播）	1110		224-

特殊的地址：

（1）127开头，主机号不全为1和不全为0的，是环回测试地址。

（2）某个A、B、C类IP地址，主机号全为1，作为广播地址；主机号全为0，作为网络地址。

6.无分类编址CIDR：又称构造超网。将网络号改称网络前缀。使用“斜线记法”，斜杠后面是网络前缀所占位数。网络前缀都相同的连续IP地址称为一个“CIDR地址块”

书上有个例子：已知128.14.35.7/20=10000000 00001110 00100011 00000111，得到该地址所在地址块中的最大地址和最小地址：

最小地址 128.14.32.0 10000000 00001110 00100000 00000000
0最大地址 128.14.47.255 10000000 00001110 00101111 11111111

该地址块共有2^12个IP地址，可指派的地址数是2^12-2。（要扣除主机号全0和全1）

！拓展！

某网络IP地址空间为192.168.5.0/24，采用定长子网划分，子网掩码为255.255.255.248。则该网络中的最大子网个数为 2^5=32，每个子网内最大可分配地址个数是 2^3-2=6.

(这是一个在CIDR的基础上，进行子网划分的例子，求可指派地址仍然要-2）

7.地址掩码（又称子网掩码）：网络前缀（网络号）全为1，主机号全为0。将二进制的IP地址与地址掩码按位与AND运算（有0则0，全1为1）可以得到网络地址。

8.网络前缀越短的地址块包含的地址数越多。网络前缀越长，其地址块就越小，因而其路由就越具体。

9.p130图4-14,图4-15

10.p128-132一些细碎的知识点，都过一遍，比如路由聚合。

11.地址解析协议ARP：通过IP地址，找出其对应的MAC地址。

12.IP数据报的格式：看懂图4-20

（1）首部长度：4位，单位是4B。IP首部的固定部分是20字节所以首部长度最小是0101（20=4Bx5）。要求首部长度必须是4字节的整数倍，可以利用填充字段进行填充。IP数据报的数据部分永远从4字节的整数倍开始。题目没给默认就是20B。

（2）总长度：是指首部+数据部分之和。单位为1B。

还记得数据链路层封装MAC帧的时候要求数据报的总长度不能大于MTU吗，总长度就是指这个，如果超过了，就要进行分片。注意，分片后，每一个分片的总长度，是指分片后的首部长度与该分片的数据部分长度之和。

（3）标志：

MF：MF=1表示后面还有分片，MF=0表示这是最后一个分片。

DF：DF=1意思是不能分片，DF=0可以分片。

（4）片偏移：分片后，该分片在原分组中的相对位置。以8字节为单位。除了最后一个分片，其他每个分片的长度一定是8字节的整数倍！

课后习题4-15.解：首部长度是160bit

因此分片后数据部分长度为1200-160=1040bit

要取8B的倍数，所以取1024

因此分片数为3200/1024≈3.125，分成4片

13.最长前缀匹配：见课后习题 4-18

14.网际控制报文协议ICMP：ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。ICMP报文有两种：ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。其中，ICMP差错报告报文有四种：（1）终点不可达（2）时间超过（3）参数问题（4）改变路由

不应发送ICMP差错报文的四种情况：略

两种应用：PING（回送请求和回送回答报文）和rraceRoute（ICMP时间超过差错报文）

15.IPv6:

首部长度改为8字节整数倍（IPv4是4字节）。

冒号十六进制记法——零压缩：p153有很多例子，记住以下两点：

（1）可以省略开头的0，但要保证每一组至少还有一个数字或字母

（2）一连串连续的0可以用：：表示，但是任一地址都只能用一次零压缩。

16.IPv4向IPv6过渡：双协议栈、隧道技术

17.自治系统AS：在单一技术管理下的许多网络、IP地址以及路由器。它们使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量。每一个AS对其他的AS表现出的是一个单一的和一致的路由选择策略。

18.路由选择协议

内部网关协议IGP：1个AS内使用。如OSPF和RIP。

外部网关协议EGP：AS之间使用。如BGP。

19.RIP路由信息协议：基于距离向量的路由选择协议。只适用于小型互联网。只和相邻路由器交换信息。交换的是路由表，按固定的时间交换。RIP报文作为运输层用户数据报UDP的数据部分进行传送。有一个特点：“好消息传的快，而坏消息传的慢”。

距离向量算法（考）：

路由器A收到相邻路由器B发来的路由表，要求更新A的路由表

第一步：将B的路由表距离那一列每一项都+1，将下一跳路由器每一项改为B

第二步：将第一步得到的路由表与A的表逐项进行比较，对于该表中每一项：

若A表没有该Net，直接将该项插入A表；

若A中有那个Net，比较下一条路由器，如果A表该项下一跳路由器也是B，就直接更新A中的项；

如果下一条路由器不是B，比较距离，如果该表距离比A中小，就更新A中的项；

否则什么都不做。

20.OSPF开放最短路径优先：最主要特征是使用链路状态协议。向本自治系统内所有路由器发送信息（洪泛法），发送的信息是本路由器相邻的所有路由器的链路状态。当链路发生变化才向所有路由器用洪泛法发送链路状态信息。OSPF直接采用IP数据报传送。

21.BGP：目前使用的版本是BGP-4，BGP的四种报文：OPEN，UPDATE，KEEPALIVE，NOTIFICATION。BGP报文是作为TCP报文的数据部分来传送的。

22.网际组协议IGMP：让连接在本地局域网的多播路由器知道本局域网上是否有主机（进程）参加或退出了某个多播组。

23.专用地址：只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和互联网中的主机通信，换言之，只能用作本地地址而不能作为全球地址。

三个IPv4专用地址块：

（1）10.0.0.0/8 10.0.0.0～10.255.255.255

(2) 172.16.0.0/12 172.16.0.0~172.31.255.255

(3) 192.168.0.0/16 192.168.0.0~192.168.255.255

24.软件定义网络SDN：是一种体系结构，并不是要改变网络的功能。要点是将网络的控制层面和数据层面分离，而用控制层面利用软件来实现。