计算机网络

定义：计算机网络是通过通信设施（通信网络和通信协议），将地理上分布的、具有自治功能的多个计算机系统互联起来，实现信息交换、资源共享、互操作和协同处理的系统。

特点：资源共享、透明操作

1. 常见的网络标准：主要有OSI参考模型和TCP/IP协议族。

   OSI（Open Systems Interconnection Reference Model）是由国际化标准组织ISO制定，描述规范，功能全面，一共有7层（物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层），但过于复杂且不实，并未得到市场的认可。

​ TCP/IP协议族是4层的体系结构（网络接口层、网际层、运输层、应用层），它得到了广泛运用。

​ 我们所学习的计算机网络原理，一般综合OSI和TCP/IP的优点，采用5层的体系结构（物理层、数据链路层、网 络层、运输层、应用层）

2. 网络协议的组成要素：

   语法：数据与控制信息的结构或格式

   语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应

   同步：事件实现顺序的详细说明

网络协议是不同系统的对等层实体之间的通信规则

3. 广域网和互联网之间的区别：

   覆盖区域面积不同

   所包括范围不同

   定义不同

   一般来说互联网是国际互联网的简称，即Internet，实际上是大量相互连接的计算机。

   广域网通常指跨接很大物理范围的计算机网络，所覆盖的范围从几十公里到几千公里。

4. 现代通信网组成部分：终端系统、交换系统和传输系统（中继传输系统和用户传输系统）

​ 作用：提供面向信息的处理、交换和传送服务

5. 数据通信系统的模型的组成
   1. 源系统
   2. 传输系统
   3. 目的系统
6. 通信双方信息交互方式
   1. 单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。如：无/有线电广播、电视广播
   2. 双向交替通信（半双工通信）：通信双方都可以发送信息，但不能双方同时发送/接收。如：对讲机
   3. 双向同时通信（全双工通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息。如：打电话
7. 数字信号及编码中的相关概念（单极性/双极性、归零/不归零、绝对码/相对码等）？
8. 香农公式计算信道的最高速率

[C=Wlog(1+S/N) b/s ]

​ W：信道的带宽（单位为HZ）

​ S：信道内所传信号的平均功率

​ N：信道内部的高斯噪声功率

​ 信噪比（dB）= 10 lg（S/N）

​ 在无噪声环境中，根据奈氏定理可计算最大的数据传输速率：

[C=2WlogM （bps） ]

​ W：信道的带宽

​ M：信号的状态个数

​ C：最大的数据传输速率

9. 数据电路和数据链路

   数据电路（物理链路）：在传输信道两端加入信号变换设备之后所形成的二进制比特流通路。即数据电路由传输信道加DCE（终接设备）组成。

   数据链路（逻辑链路）：在数据电路建立的基础上，在链路协议的控制下，使通信双方正确传输数据的终端设备与传输线路的组合体。

10. 数据链路层的通信流量控制技术

    数据通信中，要求发送方的发送数据速率必须不能超过接收方的接受和处理数据的速率；流量控制一般由接收方主动控制和实现。

    1. 开关式流量控制：硬件
    2. 协议式流量控制：ARQ自动重发请求
       • 停止等待协议
       • 滑动窗口协议：连续重传ARQ协议、选择重传ARQ协议

11. 虚电路和数据报各自的优缺点及通信方式的区别

    数据报：

    1. 无连接的网络服务
    2. 通信前不需要现在源和目的节点之间建立一个连接，每个分组都作为一个独立的报文来处理
    3. 独立地进行路由选择，分组到达目的结点的顺序可能与发送顺序不同

    特点：

    网络 “尽最大努力交付” ，即提供的服务是不可靠的，当发生拥塞时，会根据情况将一些分组丢弃。可靠通信由用户主机来保证

    虚电路：

    1. 面向连接的网络服务
    2. 源和目的节点之间需提前建立连接，分组按顺序交付
    3. 所有通过出故障的结点的虚电路都不能工作

    优缺点：

    • 传输效率：数据报更高
    • 路由选择：虚电路好，可减少额外开销
    • 处理复杂性：随着终端处理能力的提升，数据报将更好

12. 连续的ARQ协议实现流量控制的原理

    原理：当发送完一个数据帧后，不是停下来等待确认帧，而是连续发送若干数据帧，如果收到了接收方发来的确认帧，则发送方可以继续发送数据帧，如果出现差错，则从出现差错的数据帧开始全部连续重发。

13. 什么是汉明码的编码距离？其检查纠错的原理

    一个有效编码集中，任意两个码字的码间距离（两个码字的对应位取不同的个数）的最小值，即一组编码中最小的码距。

14. HDLC帧的帧结构以及各种参数的含义

    HDLC：面向比特的链路控制规程

    标志	地址	控制	信息	帧检验序列	标志
    F	A	C	Info	FCS	F

15. 局域网的定义

    网络覆盖的区域相对较小，传输速率高，误码率低，具有专用性质，侧重共享信息的处理、存储

    基本技术：

    • 网络拓扑结构：星型、环形、总线型、树型
    • 数据传输基本形式和传输介质：基带传输、频带传输；双绞线、同轴电缆、光纤、无线、红外等
    • 介质访问控制方法：受控访问、随机访问、其它

16. 以太网介质访问控制方式的原理？什么是 ‘争用期’ ？其长度是如何确定的？

    采用CSMA/CD媒体访问机制，任何工作站都可以在任何时间访问网络。在发送数据之前，工作站首先需要侦听网络是否空闲，如果网络上没有任何数据传送，工作站就会把所要发送的信息投放到网络当中。否则，工作站只能等待网络下一次出现空闲的时候再进行数据的发送

    争用期：以太网端到端往返的时间，经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，就能够肯定这次发送不会发生碰撞。

    为了检测以太网中帧碰撞而设置的，最短帧长度为64字节，当发生碰撞时，接收到的帧长度会少于64字节，由此可以判断，当帧长度大于等于64字节时才是有效的帧。

17. A/B/C类IP地址的编址规则？无分类编址CIDR的原理及编址特点？

    IP地址：：={ <网络号>, <主机号>}

    网络类别	最大网络数	第一个可用网络号	最后一个可用网络号	最大主机数
    A	126(2^7-2)	1	126	16777214
    B	16383(2^14-1)	128	191.255	65534
    C	2097151(2^21-1)	192.0.0	223.255.255	254

    IP地址全0和全1是不被指派的

    IP地址：：= {<网络号>，<子网号>，<主机号> }

    子网掩码用来反映有多少位主机位被占用来表示子网号，在子网掩码中，网络地址、子网地址对应位 ’ 1‘ ，主机地址部分位 ’ 0‘

    CIDR使用各种长度的 “ 网络前缀 ” 来代替分类地址中的网络号和子网号。

    IP地址 ：：= { <网络前缀>,<主机号>}

    记法：128.14.32.0/20 表示地址块共有2^12个地址（主机号有12位）

18. ICMP报文的种类？IP数据报首部中各字段的含义？IPv6中的数据报地址的类型有哪些？和IPv4相比的改变和优越性？

    ​ ICMP(因特网控制报文协议)：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

    ​ 种类：ICMP差错报告报文和ICMP询问报文

    ​ 各字段含义：版本，4bits，首部长度占4bits，服务类型8bits，总长度占16bits, 标识占16bits， 标志占16bits, 片偏移占不确定，生存时间建议值是32秒，协议占8bits,首部检验和占16bits,源 地址，占4bits, 目的地址占4bits

    ​ IPv6数据报地址类型：单播、多播、任播

    ​ 改变：扩展首部及下一个首部字段

19. Dijkstra算法求给定网络的最小路径生成树

    已知网络的拓扑结构和各链路的长度，寻找从源节点到网络中其他结点的最短路径

    工作过程：令D（V）为源节点到某个节点v的距离，即从源节点沿着某一路径到节点v的所有链路的长度之和，再令L（i，j）为节点 i 到 j 为节点 i 至节点 j 的距离

    1. 初始化

       设节点1为源节点，令N为已寻找到最短路径网络节点集合，N={1}

       对所有不在N中的节点，有

       D（v）= L(i，j) ； 若节点v与节点1直接相连

       D（v）= ∞ ； 若节点v与节点1不直接相连

    2. 寻找一个不在N中的节点w，其D(w)值最小，把w加入到N中，然后对所有不在N中的节点，用[D(v)，D(w) + L(w，v)]中较小的值去更新原有的D（v）值

    3. 重复步骤2，直至所有网络节点都在N中为止

    

    

    

20. RIP协议的基本原理、工作过程及优缺点

    RIP协议是距离矢量路由选择协议，它要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录，它选择路由的度量标准是 跳数（每经过一个路由器，跳数加1）。

    1. 从一个路由器到直接连接的网络的距离定义为1
    2. 从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1
    3. 最大跳数是15跳，如果大于15跳，它就会丢弃数据包

    工作原理：

    在路由实现时，RIP作为一个系统常驻进程而存在于路由器中，负责从网络系统的其他路由器接受路由信息，从而对本地IP层路由表作动态的维护，保证IP层发送报文时选择正确的路由。RIP路由协议使用 “ 更新"（updates）和 ” 请求 "（requests）这两种分组来传输信息，并按照固定的时间间隔（一般为30秒）与直接相连的路由器交换路由信息（即自己的路由表）

    RIP协议的优缺点：

    1. 当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送搭配所有的路由器
    2. 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为15
    3. 实现简单，开销较小

21. OSPF（开放最短路径优先）协议的基本原理、工作过程及优缺点

    基本原理：

    OSPF是分布式的链路状态协议，每个路由器使用洪泛法向本自治系统中所有路由器发送信息，发送的信息是与本路由器所有相邻的路由器之间的链路状态

    链路状态指的是本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的”度量”（容量、速率、可靠性等）

    只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有相邻路由器发送此信息

    优缺点：

    1. OSPF的更新过程收敛得快
    2. OSPF直接使用IP数据报传送，其位置在网络层
    3. 构成得数据报很短，可减少路由信息的通信量

22. 传输层服务中UDP协议和TCP协议各自的工作特点？UDP首部检验是如何计算的？

    UDP（用户数据报协议）：

    1. 无连接、效率高、可靠性较低
    2. 传送的数据单位协议是UDP报文或用户数据报
    3. 传送数据之前不需要先建立连接，对方收到UDP报文后。也不需要给出任何确认

    TCP（传输控制协议）：

    1. 面向连接、可靠性高、控制复杂
    2. 传送的数据单位协议是TCP报文段
    3. 会增加许多控制开销，使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源
    4. 适合大量数据报传输的应用

    UDP首部格式：

    

    1. 用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段有8个字节，由4个字段组成，每个字段都是两个字节。

    2. 计算检验和时，临时把伪首部和UDP用户数据报连接在一起(伪首部仅仅是为了计算检验和)

       

23. 传输层协议中端口的概念？Socket的概念

    基本概念：

    端口就是传输层服务访问点，其作用是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给传输层，以及让传输层知道应当将其报文段的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程，因此也可以说端口是应用层进程标识

    端口号：端口是用一个16 bit 端口号进行标识，端口号只具有本地意义（为了标志本计算机应用层中的各进程）

    熟知端口：一些应用层程序固定使用的端口号

    FTP(文件传输)	TELNET（远程登录）	HTTP服务器	SMTP（email）	TOMCAT	DNS	SSH(安全登录)
    21/TCP	23	80	25	8080	53	22/TCP

    套接字（socket）：通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远程主机的IP地址，远程进程的协议端口

    作用：应用层通过传输层进行数据通信时，TCP和UDP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了称为套接字(Socket)的接口，区分不同应用程序进程间的网络通信和连接

24. TCP协议是如何保证可靠传输的？通信时连接的建立过程？通信过程中流量控制时如何实现的？

    1. 应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块，称为报文段
    2. 采用自适应的超时及重传策略
    3. 对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层
    4. 接收端必须丢弃重复的数据
    5. 提供流量控制

    传输连接的三个阶段：

    ​ 连接建立、数据传送和连接释放

    三次握手建立TCP连接：

    

    四次握手连接释放：

    

    TCP的连接释放时两个方向分别释放连接，每个方向上连接的释放，只终止本方向的数据传输（就像恋爱分手，单方面的是不行的）

25. IPv4和IPv6的区别

    1. 地址空间不同，IPv4规定的IP地址长度为32位，而IPv6中的地址长度为128位
    2. 路由表大小不同，IPv6的路由表相比IPv4的更小，但IPv6的组播支持以及对流的支持要强于IPv4
    3. 安全性不同，IPv6的安全性更高，在使用IPv6的网络时，用户可对网络层的数据进行加密，协议扩充不同，IPv6允许协议进行扩充而IPv4不行

26. QoS的关键指标和常用的服务模型

    关键指标：可用性、吞吐量、时延、时延变化（抖动和漂移）和丢包

    常用服务类型：

    1. Best-Effort（BE）：尽力发送服务模型
    2. InterServ：综合服务模型
    3. DiffServ：区分服务模型