计算机网络期末知识点总结-编程知识

计算机网络概述考点

计算机网络的组成

从组成部分看：一个完整的计算机网络主要由硬件、软件、协议三大部分组成，缺一不可。硬件主要指：主机、通信链路、交换设备和通信设备等；软件主要指：用户使用的各种软件；协议指：网络传输数据时需遵循的规范。

从工作方式看：可分为边缘部分和核心部分。边缘部分由所有连接到因特网上供用户使用的主机；核心部分由大量的网络和连接网络的路由器组成。

从功能组成看：计算机网络由通信子网和资源子网组成。通信子网由各种传输介质、通信设备和响应的网络协议组成；资源子网是实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供服务。

计算机网络的功能

数据通信：网络最基本和最重要的功能，用来实现信息的传输
资源共享：使计算机网络分工协作，互通有无
分布式处理：将某个复杂任务分配给网络中的其他计算机系统
提高可靠性：计算机网络中各台计算机可以通过网络互为替代机
负载均衡：将工作均衡地分配给计算机网络中的各台计算机

计算机网络的分类

按分布范围分类：

广域网，范围通常几十千米﹣几千千米
城域网，几个街区或整个城市
局域网，几十米到几千米
个人区域网，直径约10m

按传输技术分类：

广播式网络，所有计算机共享一个公共通信信道

点对点网络，每条物理线路连接一对计算机

按拓扑结构分类：

总线形网络
星形网络
环形网络
网状形网络

按交换技术分类：

电路交换网络，在发送、接收双方建立一条专用的通路用于数据传输
报文交换网络，将数据加上地址等信息，进行转发，每个报文自行选择路线
分组交换网络，将数据分成较小的数据块，类似报文交换，只是将报文分成更小的多个分组

按传输介质分类：

分为有线网络和无线网络

计算机网络的性能指标

时延：

发送时延从发送分组的第一个比特算起，到该分组最后一个比特发送完毕所需的时间

传播时延一个比特从链路一端到另一端所需的时间

处理时延分析地址部分、进行差错检验等花费的时间

排队时延在进入路由器后等待处理的时间

往返时延：

从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接受端的确认，总共经历的时间

吞吐量：

单位时间通过某个网络（或接口）的数据量

速率：

连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据率或比特率。通常，把最高数据率称为带宽

时延带宽积：

指发送端第一个比特即将到达终点时，发送端已经发出了多少个比特。时延带宽积＝传播时延＊信道带宽

习题：

一、收发两端之间的传输距离为1000 km，信号在媒体上的传播速率为2x 10 的8次方 m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延：

(1）数据长度为10的7次方bit，数据发送速率为100 kbit/s。
(2）数据长度为10的3次方bit，数据发送速率为1 Gbit/s。

解答：两种情况分别计算如下：
(1）发送时延为10的7次方bit/(100 kbit/s)=100 s,
传播时延为10的6次方m/(2x10的8次方 m/s)=5 ms。
发送时延远大于传播时延。
(2）发送时延为10的3次方bit/(1 Gbit/s)=1 us,
传播时延为5ms。
发送时延远小于传播时延。

二、主机 A向B连续传送一个600000bit的文件。A和B之间有一条带宽为1Mbit/s的链路［11相连，距离为5000 km，在此链路上的传播速率为2.5x 108 m/s。

(1）链路上的比特数目的最大值是多少？

(2）链路上每比特的宽度（以米来计算）是多少？

(3）若想把链路上每比特的宽度变为5000km（即整条链路的长度），这时应把发送速率调整到什么数值

(1）传播时延＝链路长度÷传播速率＝5x 106 m÷ 2.5x 108m/s= 0.02s。时延带宽积＝ 0.02sx 106 bit/s=2x 104bit。由于文件长度大于这个时延带宽积，因此链路上的比特数目的最大值是2x 104 bit。如果文件长度只有2000bit，那么链路上的比特数目的最大值就是2000 bit。

(2)链路上每比特的宽度＝传播速率÷发送速率＝传播速率÷链路带宽 =2.5x 108 m/s÷ 106 bit/s = 250 m/bit，即每比特的宽度为250 m。

(3）发送速率＝传播速率÷链路上每比特的宽度 =2.5x 108 m/s÷ 5x 106 m/bit =50 bit/s。当发送速率调整为50bit/s时，链路上每比特的宽度正好等于5000km。

协议、接口与服务

协议：协议即规则的集合，由语法、语义和同步三部份组成。语法规定了传输数据的格式；语义规定了所要完成的功能；同步规定了执行各种操作的时序关系等。

接口：接口是相邻两层交换信息的连接点

服务：服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用

计算机网络的服务可分为三种：

1、面向连接服务与无连接服务：

面向连接服务中，通信前双方必须先建立连接，分配资源，再进行数据传送，传输结束释放连接
无连接服务中，通信双方不需要先建立连接，需要发送数据时可直接发送，
通常被称为"尽最大努力交付"

2、可靠服务与不可靠服务：

可靠服务是指网络具有纠错、检错机制，保证数据正确可靠

不可靠服务是指网络的正确性、可靠性由应用或用户来保障
3、有应答服务和无应答服务：

有应答服务即接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答
无应答服务即接收方在收到数据后不自动给出相应的应答

OSI参考模型

物理层单位bit，利用传输介质为通信的网络结点之间的建立

数据链路层单位帧，在物理层的基础之上，提供结点到结点之间的服务，采取差错控制和流量控制的方法，实现网络互联

网络层单位分组，在数据链路层的基础之上，提供点到点之间的通信，提供路由功能，实现拥塞控制、网络互联等功能。

传输层提供端到端之间的数据传输服务，实现对数据进行控制和操作的功能。

会话层负责维护通信中两个节点之间的会话建立维护和断开，以及数据的交换。

表示层表示层用于处理交互数据的表示方式，例如格式转换、数据的加密和解密、数据压缩和恢复等功能。
应用层使用应用程序通过网络服务。

TCP/IP参考模型

网络接口层 --物理层和数据链路层

网际层 --网络层

传输层

应用层 --会话层、表示层、应用层

二者的不同：

OSI模型定义了三个主要概念：服务、协议和接口,TCP/IP在这个三个概念上没有明确区分
OSI模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信TCP/IP在网际层仅有一种无连接的通信模式，但在传输层支持无连接和面向连接两种模式

物理层考点

一个数据通信系统可划分为三个大部分：

源系统﹣发送数据的一端

传输系统﹣传输过程中的各种传输介质

目的系统﹣接收数据的电脑

通信基础

数据：传送信息的实体
信号：数据的电气或电磁表现
码元：指用一个固定时长的信号波形表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形
信源：产生和发送数据的源头
信道：信号传输媒介
信宿：接收数据的终点
单工通道：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。例如，无线电广播、电视广播就属于这种类型
半双工通道：通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收信息，此时需要两条信道。

全双工通道：通信双方可以同时发送和接收信息，也需要两条信道。信道的极限容量是指信道的最高码元传输速率或信道的极限信息传输速率

两种信号：

模拟信号﹣特定频段的信号﹣有更加丰富的表现形式

数字信号﹣不是1就是0

调制和编码：

调制﹣模拟信号转换

编码 - 数字信号转换；编码的步骤一采样、量化、编码

区别

数据可以通过编码手段转成数字信号，也可以通过调制手段将数据转为模拟信号。
数字数据可以通过数字发送器转化为数字信号（编码），也可以通过调制器转化为模拟信号（调）。
模拟数据可以通过PCM编码器转化为数字信号（编码），也可以通过放大器调制器转化为模拟信号（调制）

常用的编码方式

传输介质：

双绞线（屏蔽双绞线，非屏蔽双绞线）、光纤（单模光纤，多模光纤）、同轴电缆、无线（无线信号频率802.11）

四种信道复用技术：

频分复用（FDM）--划分不同频率来并行传输信号

将多路基带信号调制到不同频率载波上，再叠加形成一个复合信号的多路复用技术

时分复用（TDM）--划分不同时间段来传输信号

时分多路复用是将一条物理信道按时间分成若干时间片，轮流地分配给多个信号使用。每个时间片由复用的一个信号占用，而不像FDM 那样，同一时间同时发送多路信号

波分复用（WDM）--根据光波的波长进行传输（合波器耦合）

分多路复用即光的频分多路复用，它在一根光纤中传输多种不同波长（频率）的光信号，由于波长（频率）不同，各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来

码分复用（CDM）--在同一时间同一频率根据传输的数据码进行区分

分多路复用是采用不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式

数据链路层考点

三个基本问题

封装成帧

就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧，接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

透明传输
透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。

差错检测
收到正确的帧就要向发送端发送确认，发送端在一定的期限内若没有收到对方的确认，就认为出现了差错，因而就进行重传，直到收到对方的确认为止。

以太网数据帧中的MAC和LLC

MAC介质访问控制

作用：数据帧的封装／卸装，帧的寻址和识别，帧的接作用﹣ 收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC 子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。

LLC逻辑控制访问

作用：LLC子层的主要功能为传输可靠性保障和控制，数据包的分段与重组，数据包的顺序传输。

以太网使用的介质控制协议是CSMA/CD

CSMA/CD即载波侦听多路访问／冲突检测，是广播型信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法，具有多目标地址的特点。总线型网络传输数据
冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）的工作原理：

当一个节点要发送信号时，首先监听信道；若信道空闲就发送数据，并继续监听；如果在数据发送过程中监听到了冲突，则立即停止数据发送，等待一段随机的时间后，重新开始尝试发送数据。

循环冗余码（CRC检码）

这个最有可能出计算题：

网络层考点

网际层协议IP

ARP地址解析协议

根据IP地址获取物理地址

CMP网际控制报文协议
通过ICMP传输控制消息，控制消息是指网络通I不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身
的消息。

IGMP网际组管理协议
是用于管理网路协议多播组成员的一种通信协议。IP主机和相邻的路由器利用IGMP来创建多播组的组成员。组播方式解决了单播情况下数据的重复拷贝及带宽的重复占用，也解决了广播方式下带宽资源的浪费。

IP地址的特点

（1）是一种分等级的地址结构，每一个IP地址由网络号和主机号两部分组成。
（2）IP地址实际上是标识一个主机（或路由器）和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，而且其网络号必须是不相同的。
（3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，这些局域网都具有相同的网络号。
（4）在IP地址中，所有分配到网络号的网络，不论大小，都是平等的。

IP地址和MAC地址的区别

1.IP地址是一个逻辑地址，MAC地址是物理地址

2.MAC地址是唯一的但是IP地址不是唯一的

3.MAC地址主要是工作在第二层，IP地址在网络层

4.MAC地址是48位，IP地址一般是32位（v6是128位）

5.IP地址的分配取决于网络拓扑，MAC地址分配取决于制造商。

IP计算

重中之重！！

首先要知道它是什么类型的IP地址

A 0.0.0.0 - 127.255.255.255
B 128.0.0.0 - 191.255.255.255
C 192.0.0.0 - 223.255.255.255
D 224.0.0.0 - 239.255.255.255
E 240.0.0.0 - 255.255.255.255

考试一般只考这三个

其次知道什么是或（||）运算，什么与（&）运算：

或运算就是双方必须都得是1才得1

与运算就是双方有一个是1就是1

接下来看一道网上找的经典例题

已知某个子网中的一个主机的IP地址为：203.123.1.135，子网掩码是：255.255.255.192问
(1)．该子网的子网地址是什么？
(2)．该子网的直接广播地址是什么？
(3)．该子网的IP地址数是多少？
(4)．可分配的IP地址范围是多少？

(1)．子网地址 = IP地址与（&）运算子网掩码
203.123.1.135 11001011 01111011 00000001 10000111
255.255.255.192 11111111 11111111 11111111 11000000
203.123.1.128 11001011 01111011 00000001 10000000
子网地址：203.123.1.128

(2)．广播地址 = IP地址或（II）运算子网掩码的反码

子网掩码的反码：就是把1全部变成0,0变成1
255.255.255.192 11111111 11111111 11111111 11000000
0.0.0.127 00111111 00000000 0000000 0000000
正式计算： P地址或（l）运算子网掩码的反码

203.123.1.128 11001011 01111011 00000001 10000000
0.0.0.127 00111111 000000 0000000 0000000
203.123.1.191 11001011 01111011 00000001 10111111
广播地址：203.123.1.191

(3).IP地址数 = 2^主机号

IP（203.123.1.135）是C类地址，所以网络号为24位，主机号为8位

子网掩码转二进制：11111111 11111111 11111111 11000000

有26个1，借走了两位，所以主机号位6位

则IP地址数＝2的6次方=2*2*2*2*2*2=64
IP地址数：64

(4)．可IP分配范围＝子网地址（+1)﹣广播地址（-1)
可分配IP地址范围： 203.123.1.129 -203.123.1.190

这里只放一道例题，后期有时间在出IP计算的专题

IPv6

因为IPv4地址满足不了需求，出现匮乏的情况，IPv6﹣所以诞生了IPv6地址继续使用。v6地址由128位，16个字节组成，一般表现形式为十六进制。

动态路由协议

RIP是使用距离矢量路由选择算法的路由协议，路由算法所支持的最大HOP数为15

OSPF是动态路由选择协议

BGP是自治系统间的路由协议。自治系统之间的路由协议。

运输层考点

端口号

FTP: 21 (20) ：FTP（文件传输协议），21连接；20传输数据
TELNET: 23*：TELNET（远程登录）
SMTP: 25*：SMTP（电子邮件传输协议），POP3（邮局协议版本3):110
DNS: 53*：DNS（域名系统）
TFTP: 69：TFTP（简单文件传输协议）
HTTP:80*：HTTP（超文本传输协议）
SNMP:161：SNMP（简单网络管理协议）
HTTPS:443*：HTTPS（超文本传输安全协议）