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计算机网络复习

计算机网络这门课是本学期《软件技术基础》课程内容之一，所占课时数仅为20课时，卷面分数也是30分左右。但这门课的知识太多太杂，又经常和生活息息相关，比如：为什么配路由器的时候都是192.168.0.1？为什么校内的内网在校外无法访问？为什么上网慢要设置一下DNS这个东西？这些内容让我想多了解一点有关的知识，然而时间不多，只能上课听点，下课反复想，顺道拿两本教材之外的书¹作为辅助。毕竟，TCP/IP的4层协议，以及书中的5层协议，每一层讲述的过程中都要“瞻前顾后”，还要“融会贯通”，伴随着我所学过的领域中最多的名词，理解起来确实不易。于是在这片复习总结中，会加入一些生活相关的想法，而不仅仅是知识的概要。

明天就考试了，今天不能都总结完了，挖个坑，回头来填。

目录

第一章 物理层

第二章 数据链路层

第三章 网络层

第四章 传输层

第五章 应用层（暂空）

第六章 相关名词

第七章 生活中的计算机网络

第八章 辨析

第一章 物理层

物理层概述：每一层都有每一层的职责，物理层的概述是：怎么发？怎么收？²

1. 物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性,即:

   • 机械特性
   • 电气特性
   • 功能特性
   • 过程特性

2. 正交振幅调制 QAM

   • 利用多种相位、振幅、频率，产生多种码元，这样每一个码元可以表示多位³

3. 香农公式

   C = W log2(1+S/N) b/s

   • W为信道带宽

     • S/N为信噪比
     • 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
   • 香农公式展现了一种理想情况下的传输速率，但是实际信道就要低不少

4. 各种电缆

   • 双绞线
   • 同轴电缆
   • 光缆

5. 信道复用技术⁴

   • 频分复用

     • 存在浪费

   • 时分复用

     • 存在浪费

   • 统计时分复用

     • 减少浪费

   • 波分复用

     • 光的频分复用

   • 码分复用(CDM)⁵

     • 常用：CDMA(码分多址)
     • 码片序列应该是正交的

6. 波形

   • 曼码
   • 差分曼码

第二章 数据链路层

数据链路层概述：怎么传的对？怎么传的好？

数据链路层在首段增加帧头、尾部增加帧尾(CRC校验)

1. 差错校验

   • 奇偶校验（这是个技术）
   • 因特网校验和(这个是传输层的)
   • 循环校验码（这是个技术）
   • CRC校验（这个才是数据链路层用的，在尾部封装）

2. MAC协议(媒体访问控制)⁶

   • TDMA(时分多路复用)
   • FDMA(频分复用)

   • 随机访问协议（利用率高的）

     • 时隙Aloha

       给时间分段，想发的每一段有一个概率P发送，要是冲突了，就当没发过，继续每个时隙以P的概率发，直到不冲突的发了出去。

     • 纯Aloha

     • CSMA(载波检测多路访问)

       • 特点:边发边听
       • 坚持：一闲置就以P概率重发
       • 非坚持：一冲突，随机等一段时间再试

     • CSMA/CD

       • 带有冲突检测的发送机制
       • 这里引入了一个最小以太帧长度⁷
       • 以太网的CSMA/CD的应用：指数退避算法⁸

3. LAN技术

   • ARP⁹

     • 过程：

       1. A知道B的IP 地址, 需要了解B的物理地址
       2. A广播ARP查询帧,包含了B的IP地址所有LAN的主机都收到ARP查询
       3. B接收到ARP帧, 将其物理地址返回给A
       4. A对收到的IP/MAC地址对进行缓存直到信息过期 (超时)

   • RARP ¹⁰

     • 用于无盘工作站查找本机的IP

   • 以太帧封装

     • （8个字节的前同步码，不算以太帧里）＋6字节目的地址＋6字节发送地址＋2字节长度＋IP数据报＋4字节CRC校验

4. 集线器

   本质上是工作在位流层面上的中继器: 将接收到的位流在所有其他接口上复制发送 ¹¹

5. 网桥

   网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时,并不是 向所有的接又转发此帧,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¹²

   • 网桥建立转发表

     1. 若从 A 发出的帧从接口 x 进入了某网桥,那么从这个接口出发沿相反方向一定可把一个帧传送到 A。

        1. 网桥每收到一个帧,就记下其源地址和进入网桥的接口,作为转发表中的一个项目。
        2. 在建立转发表时是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏的下面。
        3. 在转发帧时,则是根据收到的帧首部中的目的地址来转发的。这时 就把在“地址”栏下面已经记下的源地址当作目的地址,而把记下的 进入接口当作转发接口。

   • 生成树算法

     • 为了避免产生网桥环浪费资源，按照最小生成树算法，以其中一个网桥做根，计算出生成树，若有网桥产生故障或移除则重新计算。

第三章 网络层

网络层概述：怎么能找到要去的地方？怎么能交给要交给的端口？

1. IP数据报格式

   • 至少20个字节

     
   • IP分组重组

2. IP地址

   • IP地址只与接口有关，与主机路由器没太大关系
   • 网内的全1地址是广播
   • 127.0.0.1 本机IP
   • ABC类各有一段私有网络地址

3. 子网划分

   • 将一个IP段分为多个子网以便部门等分别使用
4. DHCP 动态分配IP地址

第四章 传输层

传输层概述：怎么能交给该交给的程序？

1. 端口

   • 范围是0～65535(16个二进制位)
   • 0～1023为低端，一些知名应用或系统应用所保留
   • 1024～65535为高端

2. TCP报文段首部详解

   
   

   • 源端口(16):发送端的端口号

     • 目的端口(16):接收端的端口号

     • 序号(32):Sequence本报文中数据的第一个字节的编号

       • 序号在建立连接的时候随机生成(伪随机)
     • 确认号(32):期待收到对方发送的下一个报文段的数据中第一个字节序号
     • 数据偏移(4):单位4字节，指本报文段的数据起始位置据本报文段开始有多长。这个数据也可以理解为：首部占了多少个4字节。
     • 保留(6):留着没用，都是0

     • URG(1):紧急(Urgent)

       • 紧急表示这个数据报中有紧急数据需要尽快运到
       • 这个紧急不是指其中数据的紧急，而是一些连接上的功能需要尽快送达

     • ACK(1):请求位(Ask)

       • 请求位是1，表示请求数据，即确认号有效
       • 请求位是0，表示不请求数据，即确认号无效
     • PSH(1):推送(Push)有1就不等待缓存满了再给应用层
     • RST(1):重置(Reset)有1就表示出现崩溃等问题，必须释放并重新建立连接
     • SYN(1):同步(synchronized)有1就表示是连接请求或者连接接受请求¹³
     • FIN(1):终止(Final)有1就表示发送完毕，请求释放连接
     • 窗口(16):单位字节，让发送方根据这个数据控制发送速率(见流量控制)
     • 校验和(16):
     • 紧急指针(16):单位字节，紧急数据所占数据部分的长度
     • 选项(m):
     • 填充(n):整个首部要是32的倍数，因为数据偏移字段的单位就是4字节

3. TCP数据传输的三个阶段

   • 建立连接

     1. SYN = 1, seq = x
     2. SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x+1
     3. ACK = 1, seq = x + 1, ack = y+1
   • 数据传输

   • 释放连接

     1. 发完数据，想要释放的一方A发送FIN = 1, seq = u
     2. 此时另一方还可以发
     3. 如果对方还在发的话，会发送ACK = 1, seq = v, ack= u+1
     4. 直到FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u+1
     5. A必须给应答ACK = 1, seq = u + 1, ack = w+1
     6. 此时B收到后可以关闭，A必须要等两个MSL后才能关闭

4. TCP的缓存机制及流量控制

   采用了滑动窗口的方式进行缓存，通过确认、窗口大小来保证不会溢出缓冲区

5. TCP的拥塞控制

   • 慢开始和拥塞避免
6. UDP

第五章 应用层（暂空）

第六章 相关名词

1. 协议：协议定义网络实体之间信 息收发的格式和顺序, 以 及信息发送和接收后所需 采取的动作 ¹⁴
2. ASDL(非对称用户线路): asymmetric digital subscriber line ¹⁵

3. 各层的数据包名称：

   • 数据链路层：帧、以太帧、以太网帧
   • 网络层：IP数据报
   • 传输层：TCP段、TCP报文段
4. 单向通信(单工)[只能收\只能发]，双向交替通信(半双工通信)[不能同时收\发]，双向同时通信(全双工通信)[可以同时收、发]
5. 基带信号：文字、图像等数据信号都属于基带信号
6. 带通信号：基带信号经过载波调制的信号。(能传输的信号)
7. 调制：调幅、调频、调相¹⁶
8. IP地址：32位，网络层地址
9. MAC地址(LAN地址或物理地址)：48位，用来(在同一网络中)物理上互相连接的接口之间获取分组(或帧)
10. TCP： 建立在无连接不可靠协议(IP)上，提供有连接可靠交付的协议

第七章 生活中的计算机网络

1. 网桥

   这个词在虚拟机网络设置的桥接中出现过

2. 校园网的内网是怎么回事？

   内网的IP地址都是私有网络的IP地址，这些IP地址只能访问外网而不能被外网所访问。

3. 内网的网站为何在外面上不去？

   外面看到的IP是统一的公网IP，内网IP无法找到一个公网上的主机

4. 手机上网我也有IP地址啊？为什么移动的IP那么多？

   仔细确认可知，这些IP也都是私有网络的IP，并不是公网IP

第八章 辨析

1. CSMA/CD 最小以太帧长度

   这个以太帧长度要满足传输时延是整个线路中最长的传播时延的两倍，这样才能保证某主机A每一次发送的，即使在最远的主机B在即将收到冲突时（信道忙的信息）发出了它的以太帧，A也能在发完这个以太帧之前收到可能出现的最晚冲突信号。

2. 最大传输单元MTU

   • MTU是指以太帧能封装的最大的数据长度

   • MTU是一个逻辑限制

     • 较大的MTU会导致较长的交互响应延迟，但是利用率很高
     • 较小的MTU会减小交互响应延迟，但是利用率会降低
   • 以太网的MTU是1500字节

3. 集线器、网桥、路由器

   • 集线器是物理层设备：收到就发¹⁷
   • 网桥是数据链路层设备：收到看一下是哪组的，本组的就不管了¹⁸
   • 路由器是网络层设备：收到看一下是到哪一网络的，考虑一下怎么去，发到下一站¹⁹

1. 参考书包括《计算机网络第四版》谢希仁

   《计算机网络》黑皮的国外引进教材

   《TCP/IP详解：卷一》 ?

2. 个人理解，每一章的概述都是如此 ??
3. 假设有16种码元，那么对每一种码元标号，1～16，即可用不同的码元表示其标号所对应的二进制位，也就是4个二进制位。但是种类越多要求精度越高。 ??
4. 这个其实不属于怎么传，是属于怎么发的对发的好的内容，主要看数据链路层对这个技术的讨论 ??
5. 比喻：你跟机器用中文交流，我跟机器用英文交流。 ??
6. 这里的MAC说的并不是mac地址那个mac，说的是Media Access Control ??
7. 因为要是以太帧太短，没等检测到所有有可能同时发生的冲突就已经把这个以太帧发出去了，没法确认刚刚发出的以太帧是否真的发出去了 ??
8. 1次冲突在｛0，1｝中随机选一个时间发送，第二次又冲突就｛0，1，2，3｝，以指数递增，10次及以后都是1024中选择一个 ??
9. 根据IP确定MAC地址 ??
10. 根据MAC地址确定IP ??
11. 收到一个数据就发给所有结点，效率低 ??
12. 这个看看数据是要去那堆的，要是本来这堆就不管，别的堆的就管一下 ??
13. 也就是说只有建立连接的时候会有两次1 ??
14. 《深入理解计算机系统》中的描述，信息就是位＋上下文，协议规定了这种上下文的固定含义，是网络能持续无二义性的运行的基础 ??
15. 上行速度和下行速度不对等，（PT站刷上传的时候明显感到上传真慢。。） ??
16. 就和高中的三角函数一致 ??
17. 相当于它不存在，他就是根线 ??
18. 这个是靠记下来的MAC地址，看看是哪一堆的就往哪边发 ??
19. 快递中的西安中转站级别，要去长春的快递？发到沈阳中转站！ ??

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