网络期末常考大题及概念总结
寻光 2019-12-30 PPP协议CSMA/CD以太网虚拟局域网
根据B站上某位大佬的视频总结的文档版笔记，传送门。
# 概述部分
# 重要概念
- 互联网现在采用存储转发的 分组交换 技术,以及三层ISP结构。
- 互联网按工作方式可划分为边缘部分与核心部分"，主机在网络的 边缘部分 ，其作用是进行信息处理。路由器在网络的 核心部分 ，其作用是按存储转发方式进行分组交换。
- 计算机通信是计算机中 进程 之间的通信。计算机网络采取的通信方式有 客户-服务器方式 和 P2P方式 。
- 按作用范围的不同，计算机网络可以分为 广域网 、 城域网 、 局域网 和 个人局域网 。
- 运输层中最重要的协议是 TCP协议 和 UDP协议 ，而网络层中最重要的协议是 IP协议 。
# 试说出TCP/IP五层协议中每一层的作用
- 应用层:应用层是体系结构中的最高层。其主要作用是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
- 传输层:传输层的任务是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
- 网络层:网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
- 数据链路层:数据链路层的主要功能是将网络层的数据可靠且透明的传输到相邻节点的计算机网络层。
- 物理层:物理层的主要任务是实现通信双方的物理连接，以比特流的形式传送数据信息，并向链路层提供透明的数据传输服务。
# 物理层
# 重要概念
- 根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为 模拟信号 和 数字信号 。代表数字信号不同离散数值的基本波形称为 码元 。
- 根据双方信息交互的方式，通信可以划分为 单工通信 、 半双工通信 和 全双工通信
- 来自信源的信号叫做 基带信号 。信号要在信道上传输就要经过调制，调制有 基带调制 和 带通调制 之分。最基本的 带通调制 方法有 调幅 、 调频 和 调相 。
- 传输媒体可以分为两大类，及 导引型传输媒体 (双绞线、同轴电缆或光缆)和 非导引型传输媒体 （无线、红外或大气激光）
- 常用的信道复用技术有 频分复用 、 时分复用 、 统计时分复用 、 码分复用 、 波分复用 。
- 用户到互联网的宽带接入方法有 ADSL HFC 和 FTTx 。
# 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？
答:为了通过共享信道，最大限度提高信道利用率。有频分复用、时分复用、码分复用、波分复用。
# 解释下列英文缩写的全文
- FDM：频分复用
- TDM：时分复用
- STDM：统计时分复用
- WDM：波分复用
- DWDM:密集波分复用
- CDMA：码分多址
# 数据链路层
# 重要概念
- 数据链路层使用的信道主要有 点对点信道 和 广播信道 两种。
- 数据链路层传送的协议数据单元是 帧 。数据链路层的三个基本问题是: 封装成帧 、 透明传输 和 差错检测 。
- 循环冗余检验CRC是一种检错方法，而帧检验序列FCS是添加在数据后面的 冗余码 。
- 点对点协议PPP是数据链路层用的最多的一种协议，它的特点是：简单；只检验差错，而不是 纠正差错 ；不使用序号，也不进行流量控制；可同时支持多种网络层协议。
- PPPOE 是为宽带上网的主机使用的链路层协议。
- IEEE 802委员会曾经把局域网的数据链路层拆成两个子层，即 LLC层 (与传输媒体无关)和 MAC层 （与传输媒体有关）。但现在前者已经成为历史。
- 计算机与外界局域网的通信要通过 网络适配器 ，它又称为网络接口卡或网卡。计算机的硬件地址就在 适配器的ROM中
- 以太网采用 无连接 的工作方式，对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。目的站收到有差错帧就把它丢弃，其他什么也不做。
- 以太网采用的协议是 具有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD) 。协议的要点是:发送前先 监听 ，边 发送边监听 ，一旦发现总线上出现了 碰撞 ，就立即停止发送。然后按照 退避算法 等待一段随机时间后再次发送。
- 传统的总线以太网基本上都是使用 集线器 的双绞线以太网。这种以太网在物理层上是星形网，但在逻辑上是总线型网。集线器工作在 物理层 ，它的每个接口仅仅简单地转发比特，不进行碰撞检测。
- 以太网的硬件地址，及mac地址实际上就是 适配器地址 ，与主机所在的地点无关。源地址和目的地址都是 48 位长。
- 以太网的最小帧长度为 64 字节。
- 最小帧长 = 争用期(2τ) ✖️ 数据传播速率
- 以太网的适配器具有 过滤 功能，它只接收单播帧，广播帧或多播帧。
- 使用 集线器 可以在物理层拓展以太网。
- 交换式集线器常称为 交换机 。它就是一个多接口的网桥，而每个接口都能直接与某台单主机或另一个集线器相连，且工作方式为 全双工 。以太网交换机能同时连通许多对的接口，每个接口上连接的主机都能够 独享 宽带。
# 循环冗余码(CRC检验码)的计算
假设生成的多项式是$x^3+x^2+1$，信息位M为101001
1.首先根据生成的多项式确定除数 $P(x)=x^3+x^2+1$ => 除数为1101 2.根据生成的多项式的最高阶补0。比如说这道题最高阶为3，那么就在信息位后补3个0 => 补完后为101001000 3.拿第二步生成的数与第一步的数做异或运算（相异才为1）。然后会得到一个余数。 => 算出来余数是1 4.根据最高阶补全位数，然后放到信息位后。什么意思呢？比如说这道题的最高阶是3，那么你算出来的余数1就要补全到3位变成001，最后把001扔到信息位后面就是101001001，这个就是CRC校验码。
# 网络层
# 重要概念
- TCP/IP体系中的网络层只提供 简单灵活的 ， 无连接的 ， 尽最大努力交付的 数据报服务。网络层不提供 服务质量 的承诺，不保证 分组交付 的时限，所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序。进程之间通信的可靠性由 运输 层负责。
- IP网是 虚拟 的，因为从网络层上看，IP网就是一个 统一 的， 抽象 的网络（实际上是异构的）。
- 在互联网上的交付有两种:在本网络上的 直接 交付（不经过路由器）和到其他网络的 间接 交付。
- 一个IP地址在整个互联网的范围内是 唯一 的。
- 分类的IP地址由 网络号 字段和 主机号 字段组成。
- IP地址是一种 分等级 的地址结构。IP地址管理机构在分配Ip地址时只分配 网络号 ，而 主机号 则由得到该网络号的单位自行分配。路由器仅仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组。
- IP地址标志着一台主机（或路由器）和一条链路的 接口 。多归属主机(路由器)同时连接到多个网络上，因此这些主机拥有 多 个IP地址，其网络号必须是 不同的 。由于一个路由器至少应当连接到两个网络，因此一个路由器至少有 两 个不同的IP地址。
- 按照互联网的观点，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍然是 一个网络 。所有分配到网络号的网络，（不管是范围很小的局域网，还是覆盖范围很大的广域网），都是 平等的 。
- IP数据报分为 首部 和 数据 两部分。首部的前一部分是固定长度，共 20个字节 ，是所有IP数据包必须具有的。
- IP首部中的 生存时间 字段给出了IP数据报在互联网中所能经历的最大路由数，可防止IP数据报无限制的在网络中兜圈子。
- ARP地址解析协议可以把IP地址解析为 硬件地址 ，ARP的 高速缓存 可以大大减少网络上的通信量。
- 无分类路由选择CIDR是解决目前IP地址紧缺的一个好办法。CIDR把IP地址后面加上斜线”/“,然后写上前缀所占的位数。 前缀 用来指明网络，前缀后面的部分是后缀，用来指明主机。
- CIDR的32位地址掩码由一串1和一串0组成，而1的个数就是前缀的长度。只要把IP地址和地址掩码进行 与 运算，就能够得到网络地址。A类地址的默认子网掩码是 255.0.0.0 ，B类地址的默认掩码是 255.255.0.0 ，C类地址的默认掩码是 255.255.255.0 。
- 路由聚合（把许多前缀相同的地址用一个来代替）有利于 减少路由表中的项目 ，有利于 减少路由器之间的路由选择信息的交换 ，从而 提高整个网络的性能 。
- 路由选择协议有两大类：内部网关协议，如 RIP和OSPF 外部网关协议，如 BGP-4 。
- RIP是分布式的基于距离向量的路由选择协议，只适用于 小型互联网 。RIP按照固定的时间间隔与相邻路由器交换信息。交换的信息是自己当前的路由表，路由表中包含 到达本自治系统中所有网络的最短距离，以及到每个网络应经过的下一跳路由器。
- 网际控制报文协议ICMP是IP层的协议。ICMP报文作为IP数据报的 数据 部分，加上首部后组成IP数据报发送出去。使用ICMP报文并非为了实现可靠传输。ICMP报文的种类有两种，即 ICMP差错报告报文 和 ICMP询问报文 。
- IP多播使用 D 类IP地址。
- 路由器只能根据目的主机所连接的 网络 号来转发分组。
- 由于一个路由器至少应当连接到两个网络，因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。
# 更新路由表的规则
1.先把从相邻路由收到的路由表信息做一下处理。
1.距离都+1；2.把下一跳路由改为相邻路由（就是给自己发消息的路由），设更新后的路由为updateR
2.将处理后的表与原有的路由表做一下比对
if(updateR中的目的网络不在原路由表中){
将这一行添加到原路由表中;
}else{
if(下一跳的路由器不同){
比较距离，将距离短的行更新上去
}else{
直接更新距离
}
}
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# 子网掩码255.255.255.0代表什么含义？
有三种含义：
- 首先这有可能是一个A类网络，中间的两个”255“被拿去划分子网了。
- 也有可能是一个B类网络，第三个255被拿去划分子网了。
- 也有可能是一个C类网络，因为C类网络的默认子网掩码就是这个。
# 传输层
# 重要概念
- 网络层为 主机之间 提供逻辑通信，而运输层为 应用进程之间 提供端到端的逻辑通信。
- 运输层有两个重要的协议：TCP和UDP。它们都有复用和分用，以及 检错 的功能。
- 运输层用一个 16 位的端口号来标志一个端口。
- 两台计算机中的进程要互相通信，不仅要知道对方的IP地址，而且还要知道对方的 端口号 。
- TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号作为TCP连接的端点。
- 本地服务的端口号较 小 ，客户端使用的端口号较 大 。
- UDP的主要特点是：1. 无连接 ；2. 尽最大努力交付 ；3. 面向报文 ；4. 无拥塞控制 ；5. 支持一对一，一对多，多对多的交互通信 ；6. 首部开销小 。
- TCP的主要特点是：1. 面向连接 ；2. 每一条TCP连接只能是点对点的 ；3. 提供可靠交付的服务 ;4. 提供全双工通信 ;5. 面向字节流 。
- TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号作为TCP连接的端点。这样的端点叫做 套接字 。
- 停止等待协议能够在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。每发完一个分组就停止发送，等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组。
- 超时重传是指只要超过了一段时间没有收到确认，就重传前面发送过的分组。因此要设定一个计时器，重传的时间间隔应该比数据的平均往返时间还有更长一些，这种自动重传的机制常被称为 自动重传请求ARQ 。
- 连续ARQ协议可以提高 信道的利用率 。发送方维持一个发送窗口，凡位于发送窗口内的分组都可以发出去，而不需要等待对方的确认。而接收方一般采用 累计确认 ，对按序到达的最后一个分组发送确认，表明到这个分组为止的所有分组都正确收到了。
- 在停止等待协议中，若接收方收到重复分组，就丢弃该分组，但同时还要 发送确认 。
- TCP报文段中的前 20 个字节是固定的，后面有4N个字节是根据需要而增加的选项。在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号。首部中的序号字段指的是 本报文段所发送的数据的第一个字节的序号 。
- TCP首部中的确认号是 期望收到下一个报文段的第一个数据字节的序号 。确认号为N的意思是： 到序号N-1为止的所有数据都已正确收到 。
- TCP首部中的窗口字段指出了 现在允许对方发送的数据量 。窗口值是经常在动态变化着的。
- TCP使用滑动窗口机制。发送窗口里面的序号表示 允许发送的序号 。发送窗口后沿的后面部分表示 已发送且收到了确认。 ，而发送窗口前沿的前面部分表示不允许发送。
- 流量控制的意思就是 让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收 。
- **流量控制是一个 端到端 的问题，是接收端抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来的及接收。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，以及降低网络传输性能有关的所有因素。
- 在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这种情况叫做 拥塞 。拥塞控制就是 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 。
- 为了进行拥塞控制，TCP的发送方要维持一个 拥塞窗口cwnd 的状态变量。拥塞窗口的大小取决于 网络的拥塞情况 ，并且在动态地变化。发送方让自己的发送窗口取为 拥塞窗口和接收方的接收窗口中较小的一个 。
- TCP的拥塞控制采用了四种算法，及 慢开始 ， 拥塞避免 ， 快重传 ，和 块恢复 。
- 在拥塞控制中，初始的门限阈值是执行拥塞避免算法的初始值；而新的阈值是拥塞避免算法结束后砍一半的值。
- 运输连接有三个阶段，即: 连接建立 ， 数据传输 ， 连接释放 。
- TCP的连接建立采用 三次握手 机制，服务端要确认客户端的连接请求，客户要对服务器的确认而进行确认。
- TCP的连接释放采用 四次挥手 机制。任何一方都可以在数据传送结束后发出连接释放的通知，待对方确认后会进入 半关闭状态 。当另一方没有数据再发送时，则发送连接释放通知，对方确认后就完全关闭了TCP的连接。
# 应用层
# 重要概念
- 域名系统DNS是互联网使用的 命名系统 ，用来方便人们把 域名 转换为 IP地址 。
- 域名到IP地址的解析是由分布在互联网上的许多 域名服务器 共同完成的。
- 域名服务器分为 根域名服务器 ， 顶级域名服务器 ， 权限域名服务器 和 本地域名服务器
- 互联网采用 层次树 状结构的命名方法，任何一台连接在互联网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名。
