计算机网络

要刷的几个题目

1. 海明码、crc
2. 信道利用率=（帧长/发送速率） / [（帧长/发送速率） + rtt] – 衡量发送方是不是在等待信道而空闲
3. 信道吞吐率 = 信道利用率 * 发送速率
4. 二进制指数退避重传算法，k=min{k,10} [0,2^k-1]
5. PPP/HDLC的帧格式、区别
6. 以太网相关记忆
7. 停等、GBN、SR、ALOHA、CSMA、CSMACA、CSMACD、令牌环 (随机访问介质访问控制才有冲突)
8. ip数据报的分片过程，及其中某些首部字段含义
9. 子网掩码
10. CIDR、最长匹配前缀、CIDR和子网掩码
11. ipv4和ipv6的报文格式，以及区别

引入

1. 计算机网络的功能：数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡
2. 组成：硬件软件 及协议。工作方式：边缘部分(主机 p2p c/s方式)及核心部分(路由器及大量网络)
3. 功能组成：通信子网(实现数据通信 – 包括物理层、数链层以及网络层)和资源子网(实现资源共享和数据处理 – 包括会话、表示和应用层)，传输层属于两个子网的接口
4. 分类：按照分布范围：WAN MAN LAN PAN ；公用网、专用网；按交换方式分，电路交换、报文交换、分组交换；按拓扑结构分，网状(广域网)；按传输技术分，广播式、点对点
5. RFC – 因特网标准形式
6. 组织：ISO ITU IEEE IETF
7. 性能指标：速率 带宽 吞吐量。带宽：带宽变大是发送变快，一定时间往链路注入的bit更多，而不是传播更快。吞吐量：单位时间通过某个网络(信道/接口)的数据量。

层次

1. TCP/IP协议栈：从下到上：物理层、数据链路层、[ARP] IP [ICMP/IGMP]、TCP/UDP、HTTP/FTP/DNS

物理层

数据链路

1. 功能

   保证数据无差错地传输到相邻节点，实现透明传输。进行： 组帧、差错控制–校验码、流量控制、链路管理(有连接的链路进行连接维持和释放)。从而为网络层提供服务(有连接有确认，无连接无确认，无连接有确认)。

2. 封装成帧

   4种方法。一般用比特填充和违规编码。

3. 差错类型，位错和帧错。帧错：重复、失序、丢失。纠错 - 海明、检错 - 奇偶 crc(填上n-1个0 除以生成多项式,加上余数 又叫冗余码 FCS帧检验序列。除法是异或)。

4. 有线传输一般，无确认无连接，保证交给上层-网络层。无线传输一般是有确认的(不一定有连接)，尽量避免差错。

5. 流量控制，收不下就不去确认。包括，停止等待协议、滑动窗口。

   传输层的流量控制是公告窗口。

6. GBN：累积确认(捎带)；接收方只按序接收、否则丢弃，并确认帧催更；发送方确认序列号最大的、按序号达到的；超时重传；发送窗口2^n-1，接收窗口1(n为帧序号长度)；

7. SR：选择重传协议。只重传出错的；接收方有缓存的窗口；对数据逐一确认，收到一个确认一个；最大接收和最大发送窗口大小：2^(n-1)

8. 点对点链路，广播链路。信道访问介质控制：静态、动态划分信道。动态分为 轮询和随机访问。随机访问介质控制：aloha、csma、csmacd、csmaca。

9. ALOHA ，纯aloha 和 时隙aloha。吞吐是一段时间的发送成功的帧数。一个想发就发，一个在时间片开始发送和重传。

10. CSMA：载波监听、多点接入(逻辑总)，分为1坚持，非坚持，p坚持。1坚持是忙了还在监听，空了就发。非坚持是忙了随机等会监听，空了就发。p坚持是忙了随机等会再监听，空了p概率发送。

11. 轮询：轮流(3个缺点)，令牌传递协议。令牌：1过程 2缺陷 令牌开销；等待；单点故障 3应用 令牌环网-逻辑环，物理星；负载重和通信大的。节点在令牌后加上数据，修改令牌为忙，每个节点看到接收方不是自己则传给下一个，直到回到发送方，发送方发现数据正确，则说明发送成功。

12. CSMACD：总线型的以太网 有线。半双工网络。边发送边监听，电压检测。但是由于传播时延还是会冲突。争用期2*传播时延τ。重传：二进制指数退避重传算法(重传上限16次)。最小帧长：为了碰撞及时地被叫停–帧 的 传输时延至少2τ–以太网64B。

13. CSMACA：无线。先听后发，载波能量以及混合检测。无线局域网中无法全方位检测、隐蔽站问题，我发给b的时候不知道c发不发给b。– 检测空闲，a先发rts(包括接收方、发送方地址以及下一份数据持续发送的时间)，b接收端收到返回cts。c收不到b的cts，则不发了。a收到cts后，开始发送数据并预约信道(告诉其他人我要发送多久)，b收到数据后crc检验然后再发ack给a。a收到ack继续发下一帧，没有则重传(二进制指数退避)。

14. 局域网：网络拓扑(星、总线、环、树) 以太网则是逻辑上总线型 ；传输介质：有线无线；根据介质访问控制，分为以太网(802.3 将数据链路分为了LLC和MAC两个子层，LLC主要为上面的网络层服务 比如建立确认连接的等，MAC主要帧同步之类)、令牌环网、FDDI、ATM、无线局域网(WLAN 802.11)。wifi是WLAN的一种应用。802.5令牌环、802.8光纤…

15. 以太网：CSMACD，基带总线，无连接不确认(以太网提供的服务是不可靠的交付，即尽最大努力的交付。当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧，其他什么也不做。差错的纠正和重传由高层来决定。)，无差错接收，但不可靠，物理星逻辑总，

16. 10baseT：基带、双绞线UTP、10Mb/s、物理星逻辑总、每段双绞线最长100m、csmacd有冲突、曼切斯特编码

17. 适配器–网卡，每个网卡有mac地址，全球唯一，48位 – 前24位代表厂家 ieee确定 6个16进制数表示，在网卡的rom上有

18. 以太网的MAC帧：前同步码7B + 帧定界符1B + **以太网MAC帧 （ 目的地址6B源地址6B + 类型2B + 数据 + FCS4B）–这个是物理层 数据46B-1500B

19. 高速以太网：大于100M就是高速。全双工时候，用的是交换机，隔离了冲突域，无冲突。光纤上1g or 10g。

20. 无线局域网：802.11、MAC帧头格式：分为四种(to ap–BSSID SA DA,from ap–DA BSSID SA,wds–RA TA DA SA,ibss–DA SA BSSID) 、每个ap站点相连的为一个基本服务集BSS,多个BSS构成ESS，需要一个分配系统DS–将所有的ap接入到有线的线缆中，将有线和无线结合。自组织的网络即把所有的主机安排在同一个网段….所有主机之间直接通信，无固定基础设施(DS或者有线)

21. 广域网：分组交换技术，多个局域网组件而成，链路层设备交换机互联，(局域网只覆盖物理层和链路层，广域网还有网络层–路由器)，广域网强调资源共享

22. ppp：只支持全双工，封装帧、透明传输(字符填充法 转义字符)但是不需要序号纠错、不需要流量控制，简单差错检测，支持多种ip网络层协议，数据部分最大长度MTU，压缩，IP地址协商… 三个部分：1LCP身份验证2 NCP建立逻辑连接以支持各种网络层协议 3将ip数据报封装到串行链路。面向字节

23. HDLC：只支持全双工，不属于tcpip，面相比特，0比特插入法(51插入0)的透明传输，crc，有编号有确认 可靠，不纠错，主站、从站、复合站，三种数据操作方式：正常响应(主站同意从才能发)、异步平衡(每个复合站都可以发 地位平等)、异步响应(从站无需同意)，三种帧类型：无监息 帧

24. 链路层设备：物理层：集线器(集线器相连的任何两个设备之间有通信、其他都不能通信)、主干集线器(冲突域)、光纤调制器(距离)，链路层：网桥or交换机(将以太网连接并根据mac地址进行过滤 分隔冲突域)。物理层虽然解决了距离问题，但是导致冲突域扩大。

25. 网桥：透明网桥和源路由网桥。透明网桥通过自学习算法来填网桥的转发表，转发表即为主机和网桥接口之间的对应。源路由则是，发送方在帧首部加入 路由最少/时间最少 的 详细路由信息。交换机分为：直通式(查完6B的mac目的地址就直接转发)和存储转发式交换机(高速缓存中存放帧并检查是否正确，错误则丢弃)。交换机就是多接口的网桥。

26. 冲突域和广播域：冲突域中同一时间只有一台设备才能发送数据。广播域是，网络中能接收到广播帧的所有设备集合。网络层设备都可以隔离，链路只能隔离冲突。

网络层

1. 功能 ： 把分组从源传到目的，单位是数据报。1路由和分组转发2异构网络互联3拥塞控制(闭环和开环两种控制方式)

2. 数据交换方式：首先，为什么需要数据交换？(为了各个节点之间的通信，建立的链路不能过于复杂也需要远距离，就需要交换网络里的交换设备完成交换)。类别：电路交换、报文交换、数据报交换(分组交换)。电路：建立连接后通信。报文：先存储，等链路空闲后转发。分组交换：将报文分组。传送数据大且传送时间远远大于呼叫则选择电路交换。后两者都有存储转发技术。

3. 数据报和虚电路：虚电路号，路由器记录虚电路号的转发接口，过程：建立连接、发数据、释放，保证有序到达。

4. 路由算法：路由表(目的网络ip地址、子网掩码、下一跳ip地址、接口)。为了找到最佳路由而使用的算法，有两种分类：静态路由算法(非自适应，手动配置路由信息)、动态算法(路由器间彼此交换信息)。动态分为：全局性(链路状态路由算法–掌握完整的网络拓扑和链路费用信息)和分散性(距离向量算法–只掌握物理相邻的邻居以及链路费用)。OSPF 、RIP

5. 分层次的路由选择协议：AS自治系统内的路由协议在其他AS是透明的。只要AS内的路由器都用本AS内的路由协议，并确定好和其他AS之间的路由方式。分为两类：内部网关协议IGP(AS内，OSPF / RIP)以及外部网关协议EGP(AS间，BGP-4)。

6. ip数据报格式

   

   ip数据报分为首部和数据部分(TCP/UDP段)。首部又分为固定部分和可变部分。固定20B。首部长度最小为0101(5)，单位是4B。总长度是包含数据部分的总长，单位1B，即总长度最大2^16-1，一般不会这么大，一般满足MTU。用于分组的”标识、标志、片偏移“。生存时间是ip分组在网络中的寿命，防止无限制地兜圈子。协议指数据部分所使用的协议，(即上层的协议)，如TCP – 6 ,UDP – 17。首部检验和–质检验首部。源地址、目的地址都是32bit。可变部分为：可选字段、填充字段。

7. ip数据报分片：以太网中MTU是1500B，其中至少20B为首部。首部：同一个报文的分片都有同样的标识；标志DF有0或者1，0是允许分片；最低位MF，0是最后一片/无分片；片偏移能够确定分组在整个数据报的哪个位置开始的，单位为8B。

8. 一种八片首饰，总长度是1B，片偏移是8B，首部长度单位是4B。

9. ipv4地址

   1. 

      

10. 网络地址转换NAT：私有ip地址(A：10.0.0.0-10.255.255.255;B：172.16.0.0-172.31.255.255;C：192.168.0.0-192.168.255.255)网段个数分别为1 16 256个。如何实现私有ip地址和外部互联网主机的通信？安装NAT软件，NAT路由器会为本地网各个主机生成一个全球的地址代表，然后再分发给具体主机，转换表里表明外部的主机以及端口（这里的外部主机就是那个生成的代表地址），LAN表示本地网段里的主机ip和端口号。也就是在外部，各个内部网段的主机只是一个地址的不同端口。

11. 子网划分，子网掩码

12. ARP：数据经过传输层分组以及网络层分片、加ip首部后，在数链层加上mac地址首部。每个主机有自己的ARP缓存，缓存本局域网中的ip对应的mac。如果ip不在本局域网中，则填入目的网关的mac地址。如果此时不知道目的ip的对应mac地址，则需要发一个广播ARP请求(包括源ip、目的ip、源mac地址)，目的ip主机收到后则 返回(本ip、本mac地址)。数链层加上mac后，加上FCS等，传给物理层，进行传输。ARP协议是自动进行的

13. DHCP：1主机广播DHCP发现报文(找到网络中的DHCP) 2DHCP服务器广播提供报文 3主机广播DHCP请求报文 4DHCP服务器返回广播DHCP确认报文。

14. ICMP：差错报告报文，几种类型：终点不可达、源点抑制、ttl=0、首部字段错误(参数问题)、重定向(让源主机知道下次更好的路由)。ICMP的前8个字节+IP数据报首部+IP数据报数据部分前8B = ICMP差错报告报文。再加上IP数据报的首部，构成一个ICMP报文的IP数据报。不发送ICMP：ICMP出错不发ICMP；第一个分片的数据报后的所有数据报片都不发ICMP；组播(1对多)地址的不发；特殊地址(环回等)不发。应用：比如ping（用了ICMP询问报文），用于回送请求和回答报文；时间戳请求和回答报文等。Traceroute(用了ICMP时间超过差错报文)，来跟踪一个分组从源到终点的路径(方法是将ttl设为不同的值，那么到了中间的路由器，就会返回ttl=0的差错报告报文，就能知道路由过程)。

15. ipv6数据报格式

    

    流是用于确定一些数据报是同一个流的。下一个首部：下一个扩展首部或者上层协议首部。有效载荷：扩展首部+数据。跳数限制：ttl。源地址和目的地址都是128bit。v6的首部是固定的40B。可变的放在扩展里。

16. ipv4和ipv6的区别：地址位数的扩展；没有了首部校验；将可选移到扩展首部里；ipv6首部长度是8B倍数，而v4是4B的整数倍；v6即插即用，不需要DHCP协议；v6只能在主机分片，如果在后面的链路层有MTU的限制，路由器只能将此v6报文丢弃，并且发送一个ICMPv6的分组过大报文；v6有资源的预分配；没有了协议和总长度字段，多了下一个首部和有效载荷长度字段；v6没有了服务类型字段。

17. ipv6表示：一般冒号十六进制，压缩：删除0，每一组至少有一个数字表示；或者一连串的0用冒号取代 – 只能出现一次两个冒号。

18. ipv6的类型： 单播–目的or源、多播–目的地址、任播 – 目的(对多台主机里最近的一台主机通信)。

19. 如何从ipv4迁移到ipv6：双栈协议(同时启用)、隧道协议(重新封装)。

20. RIP协议：适用于小互联网，16表示网络不可达，最多包含15个路由器。每30s，只和相邻 路由器交换自己的路由表。180s，没有信息来则更新自己路由表：这个邻居死了。在拥有所有信息后，用距离向量算法得到 距离和下一跳。

21. RIP报文

    

    是应用层协议，使用UDP传输数据。将RIP的首部和路由部分作为UDP的数据，加上UDP的首部，再加上IP首部，构成ip数据报。其中，路由部分最多包含25个路由信息，所以更多路由需要多发几个报文。

22. RIP好消息传得快，坏消息传的慢：不断更新，直到距离更新到16，才直到这个是不可达的。

23. OSPF协议：适用于大型互联网，通过划分区域的方式，区别区域内部路由器和区域边界路由器以及主干路由器，以及自治系统边界路由器。开放最短路径优先协议。使用了分布式的链路状态协议。只有变化时候，洪泛向所有路由器发送 本路由器相邻的所有路由器的链路状态，如何哪些路由器相邻以及费用。=>所有路由器都会有一个全网的拓扑图。OSPF分组：数据加首部最为ip数据报的数据部分。暂时理解为是网络层协议。

    TIPS:发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态 ,只涉及与相邻路由器的连通状态,与整个互联网的规模无关

24. 链路状态路由算法：1每个路由器发HELLO分组，发现邻居，并更新和邻居之间费用metric 2构造DD描述分组给邻站自己的数据库中链路状态信息的摘要 3DD信息我都有了，就不处理，否则发LSR链路状态请求分组来请求自己没有的信息 4收到LSR，发送LSU链路状态更新分组 5更新后返回LSAck链路状态确认分组 – 最后 用Dijkstra来计算最短路径。 (简单说，就是先hello找邻居，然后发摘要，然后看看别人的摘要再发请求，最后整理所有的信息)

25. BGP：网络较大，只要求到达其他AS的较好的路由。各个AS的BGP发言人，交换到达某个网络所经过的一系列AS，即交换的是一系列的路径(距离向量)。BGP的报文作为TCP的数据部分，为应用层协议，需要TCP传送，即首先要建立TCP连接，然后在此连接至上建立BGP会话，利用BGP会话交换BGP报文。支持CIDR，需要网络前缀。

26. 最常用版本BGP-4的四种报文：OPEN报文(认证及发现邻居)，UPDATE(路径变更)，KEEPALIVE(邻居之间周期性连接，也可以作为OPEN确认)，NOTIFICATION（报告差错、关闭连接。）

27. RIP OSPF BGP区别：

    

    

本文作者： yuqing wang
本文链接： https://satyrswang.github.io/2021/06/29/计算机网络/
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