计算机网络简明教程

第一章

1. 互联网的概述

概念

计算机网络由若干个节点和连接这些节点的链路组成。

基础结构发展的三个阶段

① 美国的ARPANET → 形成Internet
② 建成了三级结构的互联网
③ 形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网

2. 互联网的组成

边缘部分：主机，其作用是进行信息处理。

计算机通信是计算机中的进程之间的通信

计算机通信方式：客户-服务器方式（C/S）和对等连接方式（P2P方式）

核心部分：路由器，其作用是按存储转发方式进行分组交换。

电路交换

分组交换

报文交换

3. 计算机网络的类别

按分布范围分类：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）、个人区域网（PAN）
按拓扑结构分类：星形网络、总线型网络、环形网络、网状形网络
按传输技术分类：广播式网络、点对点网络
按使用者分类：公用网、专用网
按数据交换技术分类：电路交换网络、报文交换网络、分组交换网络

4. 计算机网络的性能指标

（1）速率

（2）带宽

（3）吞吐量

（4）时延

发送时延
传播时延
* 处理时延
* 排队时延

（5）利用率

5. 计算机网络体系结构

（1）概念

计算机的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构

（2）协议三要素：

语法

语义

同步

第二章物理层（P53）

在物理层上所传数据的单位为比特

1. 物理层要解决的主要问题：

要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。

2. 物理层的主要特点：

（1）由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械，电气，功能和规程特性。
（2）由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。

3. 试解释以下名词：数据，信号，模拟数据，模拟信号，基带信号，带通信号，数字数据，数字信号，码元，单工通信，半双工通信，全双工通信，串行传输，并行传输。

数据：是运送信息的实体。
信号：则是数据的电气的或电磁的表现。
模拟数据：运送信息的模拟信号。
模拟信号：代表消息的参数的取值是连续的。
基带信号：来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
带通信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。
数字数据：取值为不连续数值的数据。
数字信号：代表消息的参数的取值是离散的。
码元：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。
半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送

另一方接收，过一段时间再反过来。
全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。
串行传输：使用一根数据线传输数据，一次传输1个比特，多个比特需要一个接一个依次传输。
并行传输：使用多根数据线一次传输多个比特。

4. 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？

机械特性
电气特性
功能特性
过程特性

5. 常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？

双绞线
最常用的传输媒体。双绞线分屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，其通信距离一般为几到十几公里。一般用作电话线传输声音信号。双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，误码率高。
同轴电缆

同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。

50 Ω 同轴电缆 —— LAN / 数字传输常用
75 Ω 同轴电缆 —— 有线电视 / 模拟传输常用
光导纤维
光导纤维以光纤维载体，利用光的全反向原理传播光信号。其优点是直径小、质量轻：传播频带款、通信容量大：抗雷电和电磁干扰性能好，五串音干扰、保密性好、误码率低。

光纤优点

(1) 通信容量非常大。
(2) 传输损耗小，中继距离长。
(2) 抗雷电和电磁干扰性能好。
(3) 无串音干扰，保密性好。
(4) 体积小，重量轻。
无线电微波通信
无线电微波通信分为地面微波接力通信和卫星通信。其主要优点是频率高、频带范围宽、通信信道的容量大；信号所受工业干扰较小、传播质量高、通信比较稳定；不受地理环境的影响，建设投资少、见效快。缺点是地面微波接力通信在空间是直线传播，传输距离受到限制，一般只有50km，隐蔽性和保密性较差；卫星通信虽然通信距离远且通信费用与通信距离无关，但传播时延较大。

6. 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？

为了通过共享信道，最大限度提高信道利用率。频分复用、时分复用、码分复用、波分复用。

第三章数据链路层（P74）

数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检测，单位为帧

1. 数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？

封装成帧：在数据前后加上帧头和帧尾后，接收端接的数据链路层接收到物理层传来的比特流才能根据帧头帧尾识别一个帧。
透明传输：防止数据中出现与帧定界符相同的比特组合导致出现帧定界错误，而在发送端数据中的帧定界符或前加入转义字符，在接收端把接收到数据中多余的转义字符去掉。这样就可以使数据无差错地通过数据链路层，即实现透明传输。
差错检验：为了节约网络资源，使错误数据到达节点或主机的数据链路层就能被尽快检测到，而不是到达主机后，主机的高层软件进行检测。这样就能使错误数据尽少的占用通信资源。

2. 如果在数据链路层不进行封装成帧，会发生什么问题？

如果在数据链路层不进行封装成帧，那么数据链路层在收到一些数据时，就无法知道对方传送的数据中哪些是数据，哪些是控制信息，甚至数据中有没有差错也不清楚（因为无法进行差错检测)。

数据链路层也无法知道数据传送结束了没有，因此不知道应当在什么时候把收到的数据交给上一层。

3. PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？

填充后：011011111011111000
填充前：00011101111111111110

4. 以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。这与传统的时分复用TDM相比优缺点如何？

在网络负荷较轻时，CSMA/CD协议下任何站都可以发送，信道利用率高。而TDM下每个站都分配固定时隙，会有大量比例的时隙浪费，信道利用率就比较低。

网络负荷较重时，CSMA/CD协议下容易引起碰撞，经常发生重传，而TDM下每个站均匀分配时隙，不会发生碰撞。

5. 有10个站连接到以太网上。试计算一下三种情况下每一个站所能得到的带宽。

（1）10个站都连接到一个10Mb/s以太网集线器；

假定以太网的利用率基本上达到100%，那么10个站共享10Mbit/s,即平均每一个站可得到1Mbit/s的带宽。

（2）10个站都连接到一个100Mb/s以太网集线器；

假定以太网的利用率基本上达到100%，那么10个站共享100Mbit/s,即平均每一个站可得到10Mbit/s的带宽。

（3）10个站都连接到一个10Mb/s以太网交换机。

每一个站独占交换机的一个接口的带宽10Mbit/s。这里我们假定这个交换机的总带宽不小于100Mbit/s。

6. 以太网交换机的工作原理和特点是什么？以太网交换机和转发器有何异同？

第四章网络层（P110）

单位为分组

第五章运输层（P136）

可靠传输、流量控制、拥塞控制，单位为报文段

一、运输层的端口号和套接字的意义

端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的地点。

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，叫作套接字（socket）（IP地址：端口号）来表示。

二、UDP和TCP的对比

三、流量控制

四、可靠传输

停止-等待协议

后退N帧协议

选择重传协议

总结

确认号指的是接收方想要接收的报文段的序号。

五、拥塞控制

六、TCP的运输连接管理(P134)

TCP运输连接的三个阶段：

七、TCP 的三次握手，四次挥手机制

TCP客户端进程主动打开或关闭，TCP服务端进程被动打开（监听）或关闭。

如上图，二次握手的话，在结尾时客户没有对TCP连接请求进行确认，没有任何回应，导致服务器资源浪费（白白等待着客户发送数据）。

再如上图，三次握手，如果使用三报文握手，那么B在收到A发送的陈旧的SYN报文段后，就向A发送SYN报文段，选择自己的序号seq=y，并确认收到A的SYN报文段，其确认号ack=x+1。当A收到B的SYN报文段时，从确认号就可得知不应当理睬这个SYN报文段（因为A现在并没有发送sq=x的SYN报文段)。这时，A发送复位报文段。在这个报文段中，RST=1，ACK=1，其确认号ack=y+1。我们注意到，虽然A拒绝了TCP连接的建立（发送了复位报文段），但对B发送的SYN报文段还是确认收到了。

B收到A的RST报文段后，就知道不能建立TCP连接，不会等待A发送数据了，就不会白白等待了。