计算机网络终极.docx
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计算机网络终极
1、网络边缘、网络核心,各包含什么设备?
边缘:
主机、服务器、移动终端
核心:
路由器
2、分组交换网络和电路交换网络,传输时间计算
⑴电路交换:
频分复用和时分复用【CircuitSwitching:
FDMandTDM】b5E2RGbCAP
FDM链路的频谱由跨越链路创建的所有连接所共享,特别是,该链路在连接期间为每条连接专用一个频段。
TDM链路时间被划分成固定区间的帧,并且每帧又被划分为固定数量的时隙。
当网络跨越一条链路创建连接时,该网络在每帧中为该连接指定一个时隙。
这些时隙专用由该连接单独使用,一个时隙可用于传输该连接<在每个帧内)的数据。
p1EanqFDPw
对于FDM,每条电路连续的得到部分宽带。
对于TDM每条电路在简短的时间间隔中周期性地得到所有宽带。
⑵传输时间的计算
例:
Howlongdoesittaketosendafileof640,000bitsfromhostAtohostBoveracircuit-switchednetwork?
Alllinksare1.536Mbps,EachlinkusesTDMwith24slots/sec,500msectoestablishend-to-endcircuit。
DXDiTa9E3d
从主机A到主机B经一个电路交换网络需要多长时间发送一个640Kb的文件。
假定该网络中所有链路使用的时隙数为24的TDM,并具有1.536Mbps的比特速率。
同时假定在主机A能够开始传输该文件时需要500ms创建一条端到端电路。
RTCrpUDGiT
解答:
每条电路的传输速率是1.536Mbps/24=64kbps
传输文件需要(640Kb>/(64kbps>=10s
加上电路的创建时间500ms,
所以传输文件需要10.5s
⑶分组交换【PacketSwitching:
StatisticalMultiplexing】5PCzVD7HxA
A与B的数据包的序列没有固定的模式,共享带宽的需求→统计复用
TDM:
每个主机收到相同的槽旋转帧。
以L/R秒发送<推)包升位链接是R
存储转发:
整个包必须到达路由器后才可以发送下一环节
延迟=3L/R<假设为零的传播延迟)
例:
L=7.5Mbits;R=1.5Mbps;
传输延迟=15秒
3、TCP/IP协议包含哪几层?
各有什么功能?
各层协议数据单元叫什么?
分层
function功能
PDU协议数据单元
协议
5应用层
运行网络应用程序
Message
FTP/SMTP/HTTP/POP3
4运输层
进程间的逻辑通信
Segment
TCP/UDP
3网络层
主机间的逻辑通信
Datagram
IP/ICMP/RIP/OSPF
2链路层
邻居节点间的逻辑通信
Frame
PPP/Ethernet
1物理层
透明地传输比特流
Bitsstream
/
4、结点延时都有哪些?
节点处理时延nodalprocessingdelay:
检查点错误;确定输出链路
排队时延queuingdelay:
等待输出链路传输的时间;取决于路由器的拥塞水平
传输时延transmissiondelay:
R=链路带宽 发送比特到链接的时间=L/R 传播时延propagationdelay: D=物理链路长度,S=传播速度在介质<~2x108M/秒)jLBHrnAILg 传播时延=D/S 5、应用层存在于什么设备上? 主机? 路由器? 交换机? 应用层——主机;链路层——交换机;网络层——路由器 6、应用层的几个协议HTTP、FTP、DNS、SMTP 7、掌握常用服务的端口号 协议 HTTP FTP SMTP DNS 端口号 80 21/20 25 53 功能 Webserver TCPcontrolconnection TCPdataconnection Sendemail DNS 传输层协议 TCP TCP TCP UDP 8、掌握DNS的解读过程 ⑴迭代查询: iteratedquery: ⑵递归查询recursivequery: xHAQX74J0X 迭代查询——本地DNS服务器负载重;递归查询——根DNS服务器负载重 迭代查询的最好例子是一台本地域名服务器发送请求到根服务器。 当某个企业的本地域名服务器向根服务器提出查询,根服务器并不一定代表本地域名服务器来担当起回答查询的责任。 另一种说法是根服务器不接收递归查询。 事实上,根服务器只是为解读查询做一件事: 指引本地域名服务器到另一台主机来查询回答。 LDAYtRyKfE 递归查询是最常见的发送到本地域名服务器的请求。 当本地域名服务器接受了客户机的查询请求时,本地域名服务器将力图代表客户机来找到答案,而在域名服务器执行所有工作的时候,客户机只是等待。 如果本地域名服务器不能直接回答,则它将在域名树中的各分支上下递归搜索来寻找答案。 Zzz6ZB2Ltk 第一步: 客户机提出域名解读请求,并将该请求发送给本地的域名服务器。 第二步: 当本地的域名服务器收到请求后,就先查询本地的缓存,如果有该纪录项,则本地的域名服务器就直接把查询的结果返回。 dvzfvkwMI1 第三步: 如果本地的缓存中没有该纪录,则本地域名服务器就直接把请求发给根域名服务器,然后根域名服务器再返回给本地域名服务器一个所查询域(根的子域>的主域名服务器的地址。 rqyn14ZNXI 第四步: 本地服务器再向上一步返回的域名服务器发送请求,然后接受请求的服务器查询自己的缓存,如果没有该纪录,则返回相关的下级的域名服务器的地址。 EmxvxOtOco 第五步: 重复第四步,直到找到正确的纪录。 第六步: 本地域名服务器把返回的结果保存到缓存,以备下一次使用,同时还将结果返回给客户机 9、应用程序的体系结构有哪些? C/SP2PC/S和P2P结合 10、HTTP协议1.0和1.1是如何工作的? HTTP1.0支持非持久连接,规定浏览器与服务器只保持短暂的连接,浏览器的每次请求都需要与服务器建立一个TCP连接,服务器完成请求处理后立即断开TCP连接,服务器不跟踪每个客户也不记录过去的请求。 SixE2yXPq5 HTTP1.1支持持久连接,在一个TCP连接上可以传送多个HTTP请求和响应,减少了建立和关闭连接的消耗和延迟。 一个包含有许多图像的网页文件的多个请求和应答可以在一个连接中传输,但每个单独的网页文件的请求和应答仍然需要使用各自的连接。 6ewMyirQFL 11、掌握TCP协议和UDP协议提供的服务。 TCP提供的服务: 面向连接、可靠数据传输、流量控制、用塞控制、buffer/全双工、面向字节流。 UDP提供的服务: kavU42VRUs TCP和UDP都提供的服务: 传数据、差错控制 TCP和UDP都不提供最小时延、最小宽带保证 12、掌握TCP协议中Seq和ACK的含义 Seq#: 数据部分第一个字节的编号 ACK#: 期望从对方收到的下一个分组的Seq# 13、掌握停等协议和流水线工作方式的区别和工作效率 停止等待协议中每发送完一个分组就停止发送等待对方确认,收到确认再发送下一分组。 其信道利用率太低,浪费服务器资源。 而流水线协议中客户在收到HTTP的响应报文之前就能够借着发送新的请求可连续发回响应报文。 其TCP连接中的空闲时间减小,可提高下载文档的效率。 y6v3ALoS89 解决流水线的差错回复有两种基本方法: 回退N步Go-Back-N和选择重传selectiverepeatM2ub6vSTnP 14、掌握TCP拥塞控制的原理和拥塞窗口的变化 a.IdentifytheintervalsoftimewhenTCPslowstartisoperating.0YujCfmUCw 指出当运行慢启动时的时间间隔: 1-6,23-26 b.IdentifytheintervalsoftimewhenTCPcongestionavoidanceisoperating.eUts8ZQVRd 指出当运行拥塞避免时的时间间隔: 6-16,17-22 c.Afterthe16thtransmissionround,issegmentlossdetectedbyatripleduplicateACKorbyatimeout? sQsAEJkW5T 在第16个传输周期后,报文段的丢失是根据3个重复确认还是根据超时检测出来的: 3个重复确认 d.Afterthe22ndtransmissionround,issegmentlossdetectedbyatripleduplicateACKorbyatimeout? GMsIasNXkA 在第22个传输周期后,报文段的丢失是根据3个重复确认还是根据超时检测出来的: 超时 e.WhatistheinitialvalueofThresholdatthefirsttransmissionround? TIrRGchYzg 在第一个传输周期里,Threshold的初始值设置为: 32 f.WhatisthevalueofThresholdatthe18thtransmissionround? 7EqZcWLZNX 在第18个传输周期里,Threshold的初始值设置为: 21 g.WhatisthevalueofThresholdatthe24thtransmissionround? lzq7IGf02E 在第24个传输周期里,Threshold的初始值设置为: 13 h.Duringwhattransmissionroundisthe70thsegmentsent? zvpgeqJ1hk 第70个报文段在哪一个传输周期内发送: 7 i.Assumingapacketlossisdetectedafterthe26throundbythereceiptofatripleduplicateACK,whatwillbethevaluesofthecongestionwindowsizeandofThreshold? NrpoJac3v1 假定在第26个发送周期后,通过收到3个冗余ACK检测出有分组丢失,那么拥塞的窗口长度和Threshold的值应当是: 拥塞窗口长度=4,Threshold=41nowfTG4KI 15、TCPACK生成原则是什么? 事件 TCP接收方动作 所期望序号的报文按序到达,所有期望序号及以前的数据都已经被确认 延迟的ACK,对另一个按序报文的到达最多等待500ms,如果下一个按序报文段在这个时间间隔内没有到达,则发送一个ACK 有期望序号的报文按序到达,另一个按序报文段等待ACK传输 立即发送单个累积ACK,以确认两个按序报文段 比期望序号大的失序报文段到达,检测出数据流中的间隔 立即发送冗余ACK,指明下一个期待字节的序号<也就是该间隔的低端字节序号) 能部分或完全填充接收数据间隔的报文段到达 倘若该报文段起始于间隔的低端,则立即发送ACK 16、TCP的连接过程和关闭过程 ⑴连接过程: 第一步,客户机端的TCP首先向服务器端的TCP发送一个特殊的TCP报文段。 该报文段中不包含应用层数据但是报文段的首部中的一个标志位被设置为1.因此,这个特殊报文段被称为SYN报文段。 另外客户机会选择一个起始序号,并将其放置到改起始的TCPSYN报文段的序号字段中。 该报文段被封装在一个IP数据报中,并发送给服务器;fjnFLDa5Zo 第二步,一旦包含TCPSYN报文段的IP数据报到达服务器主机,服务器会从该数据报中提取出TCPSYN报文段,为该TCP连接分配TCP缓存和变量,并向客户机TCP发送允许连接的报文段。 这个允许连接的报文段也不包含应用层数据,但是,在报文段的首部却包含3个重要的信息。 首先,SYN比特被设置为1,其次,该TCP报文段首部的确认号字段被设置为起始序号+1,最后,服务器选择自己的起始序号,并将其放置到TCP报文段首部的序号字段。 这个允许连接的报文段有事被称为SYNACK报文段;tfnNhnE6e5 第三步,在收到SYNACK报文段后,客户机也要给该链接分配缓存和变量。 客户机主机还会向服务器发送另外一个报文段,这个报文段对服务器的允许连接报文段进行确认。 因为连接已经建立了,所以该SYN比特被设置为0。 HbmVN777sL ⑵关闭过程: 客户端关闭socket: clientSocket.close(>。 V7l4jRB8Hs 第一步,客户端系统发送TCPFIN控制段到服务器; 第二步,服务器接收FIN,回复ACK。 关闭连接,发FIN。 17、掌握路由器内部有哪些交换方式 ⑴内存交换: 最简单、最早的路由器通常是传统计算机,在输入端口与输出端口之间的交换是在CPU的直接控制下完成的。 输入端口与输出端口的作用就像传统操作系统中的I/O设备一样。 一个分组到达一个输入端口时,该端口会先通过中断方式向选路处理器发送信号。 于是,该分组从输入端口处被拷贝到处理器内存中。 选路处理器则从分组首部取出目的地址,在转发表中找到适当的输出端口,并将该分组拷贝到输出端口的缓存中。 注意,若内存带宽为每秒可写进或读出B个分组,则总的转发吞吐量必然小于B/2。 83lcPA59W9 ⑵经总线交换: 输入端口经一根共享线将分组直接传送到输出端口,不需要选路进行处理器的干预。 虽然选路处理器没有涉及总线传送,但由于总线是共享的,故一次只能有一个分组通过总线传送。 某一个分组到达一个输入端口时,发现总线正忙于传送另一个分组,则会被阻塞而不能通过交换结构,并在输入端口排队。 因为每个分组必须跨过单一总线,所以路由器的交换带宽受总线速率的限制。 mZkklkzaaP ⑶互联网络交换: 克服单一、共享式总线带宽限制的一种方法是,使用一个更复杂的互联网络,如过去在多处理器计算机体系结构中用来互连多个处理器的网络。 一个纵横式交换机就是一个由2N条总线组成的互联网络,将N各输入端口和N个输出端口连接。 一个到达某个输入端口的分组沿着连到输入端口的水平总线穿行,直至该水平总线与连到所希望的输出端口的垂直总线的交叉点。 如果该条连到输出端口的垂直总线是空闲的,则该分组被传送到输出端口。 如果该垂直总线正用于传送另一个输入端口的分组到同一个输出端口中,则该到达的分组被阻塞,且必须在输入端口排队。 AVktR43bpw 18、掌握IP地址的编址方法,IP地址的分类 ⑴子网划分——ABC三类 ⑵CIDR——无类域间路由 例: ISP常用这样的方法给客户分配地址,ISP提供给客户1个块(blocksize>。 类似这样: 192.168.10.32/28,这排数字告诉你子网掩码是多少,/28代表多少位为1,最大/32。 ORjBnOwcEd 必须知道的是: 不管是A类还是B类还是其他类地址,最大可用的只能为/30,即保留2位给主机位。 例: 对B类网络135.41.0.0/16需要划分为20个能容纳200台主机的网络。 因为16<20<32,所以,子网位只须占用5位主机位就可划分成32个子网,可以满足划分成20个子网的要求。 2MiJTy0dTT B类网络的默认子网掩码是255.255.0.0,二进制为 11111111.11111111.00000000.00000000 现在子网又占用了5位主机位,划分子网后的子网掩码应该为 11111111.11111111.11111000.00000000 转换为十进制应该为255.255.248.0。 现在我们再来看一看每个子网的主机数。 子网中可用主机位还有11位,2的11次方=2048,去掉主机位全0和全1的情况,还有2046个主机ID可以分配,而子网能容纳200台主机就能满足需求,按照上述方式划分子网,每个子网能容纳的子网数目远大于需求的主机数目,造成了IP地址资源的浪费。 gIiSpiue7A 为了更有效地利用资源,我们也可以根据子网所需主机数来划分子网。 还以上例来说,128<200<256,即2^7<200<2^8,也就是说,在B类网络的16位主机位中,保留8位主机位,其它的16-8=8位当成子网位,可以将B类网络138.96.0.0划分成256(2^8>个能容纳256-1-1-1=253台<去掉全0全1情况和留给路由器的地址)主机的子网。 此时的子网掩码为11111111.11111111.11111111.00000000,转换为十进制为255.255.255.0。 uEh0U1Yfmh 19、掌握链路状态路由算法、距离向量算法的原理和计算,RIP和OSPF各属于什么路由算法 ⑴链路状态路由算法Link-State,LS【Dijkstra算法】IAg9qLsgBX OSPF属于LS算法 ⑵距离向量算法Distance-Vector,DVWwghWvVhPE RIP属于DV算法 例: 【Dijkstra算法】 20、掌握ICMP协议的主要功能 ICMP用于主机和路由器彼此间交互网络层位置; ICMP最典型的用途是差错报告,无法连接的主机,网络,端口,协议; ICMP通常被认为是IP的一部分,但从体系结构上讲它是位于IP之上,因为ICMP报文是承载在IP分组中的;asfpsfpi4k ICMP报文有一个典型字段和一个编码字段,并且包含引起该ICMP报文首次生成的IP数据报的首部和前8字节的内容;ooeyYZTjj1 Ping程序发送一个ICMP类型8编码0的报文到指定主机; ICMP报文是源抑制报文。 21、数据报网络和虚电路网络的区别【datagramnetwork/Virtual-Circuit】BkeGuInkxI 数据报网络: 面向非连接服务,不可靠服务,没有流量控制和拥塞控制 虚电路网络: 面向连接服务,提供可靠传输服务,具有流量控制和拥塞控制 数据报网络 虚电路网络 对比的方面 虚电路网络 数据报网络 连接的建立 必须有 不要有 目的站地址 仅在连接建立阶段使用,每个分组使用短的虚电路号 每个电路都有目的站的全地址 路由选择 在虚电路连接建立时进行,所有分组均按同一路由 每个分组独立选择路由 当路由器出故障 所有通过了出故障的路由器的虚电路均不能工作 出故障的理由器可能会丢失分组,一些路由可能会发生变化 分组的顺序 总是按发送顺序到达目的站 到达目的站时可能不按发送顺序 端到端的差错处理 由通信子网负责 由主机负责 端到端的流量控制 由通信子网负责 由主机负责 22、掌握CRC的计算,生成式和R之间的关系 D比特的数据D,发送节点要将它发送给接受节点; 发送方和接收方首先必须协商一个r+1比特模式,成为生成多项式,同G表示。 将要求G的最高有效位的比特是1。 对于一个给定的数据段D,发送方要选择r个附加比特R,并将它们附加到D上,使得得到的d+r比特模式用模2算术恰好能被G整除。 用CRC进行差错检测的过程很简单,接收方用G去除接收到的d+r比特,如果余数为非零,接收方知道了出现差错,否组认为数据正确而被接受。 PgdO0sRlMo D.2rXORR=nG D.2r=nGXORR R=remainder[D.2r/G] 例: D=101110,d=6,G=1001,r=3 23、掌握数据链路层的功能 成帧: 几乎所有的链路层协议都在经链路传送之前,将每个网络层数据报用链路层帧封装起来。 帧的结构由链路层协议规定。 3cdXwckm15 链路接入: 对于在链路的一端有一个发送发、链路的另一端有一个接收方的点对点链路,MAC协议比较简单,只要链路空闲,发送方都能够发送帧。 h8c52WOngM 可靠交付: 当链路层协议提供可靠交付服务时,它保证无差错地经链路层移动每一个网络层数据报。 通常通过确认和重传取得的,通常用于易产生高差错率的链路。 v4bdyGious 流量控制: 防止链路一端的发送节点淹没链路另一端的接受节点。 差错检测: 由信号衰减和电磁噪音导致的;提供一种机制以检测是否存在一个或多个差错;信号发送方重发或框架 差错纠正: 接收方不仅能检测帧中是否引入了错误,而且能够准确地判断帧中的差错出现在哪里;接收器识别和纠正误码无需重传J0bm4qMpJ9 半双工和全双工: 采用全双工传输时,链路两端的节点可以同时传输分组;使用半双工传输时,一个节点不能同时进行传输和接受XVauA9grYP 24、掌握ARP协议的功能以及工作原理【地址解读协议】 在TCP/IP协议中,每一个网络结点是用IP地址标识的,IP地址是一个逻辑地址。 而在以太网中数据包是靠48位MAC地址<物理地址)寻址的。 因此,必须建立IP地址与MAC地址之间的对应<映射)关系,ARP协议就是为完成这个工作而设计的。 TCP/IP协议栈维护着一个ARPcache表,在构造网络数据包时,首先从ARP表中找目标IP对应的MAC地址,如果找不到,就发一个ARPrequest广播包,请求具有该IP地址的主机报告它的MAC地址,当收到目标IP所有者的ARPreply后,更新ARPcache.ARPcache有老化机制。 bR9C6TJscw 25、掌握信道划分、随机访问和轮询的工作方式以及各自的优缺点 ⑴信道划分协议【channelpartitioningprotocol】,一般分为: 时分多路复用 TDM将时间划分为时间帧,并进一步划分每个时间帧为N个时隙。 TDM消除了碰撞,而且非常公平 但是它有两个缺陷: 节点被限制于R/Nbps的平均速率。 节点必须等待它在传输序列中的轮次。 FDM将Rbps信道划分为不同的频段<每个频段具有R/N带宽),并把每个频率分配给N个节点中的一个。 不过它跟TDM的优缺点一样。 第三种信道划分协议是码分多址 pN9LBDdtrd ⑵在随机接入协议中【randomaccessprocotol】,一个传输节点总是以信道的全部速率<即Rbps)进行发送。 当有碰撞时,涉及碰撞的每个节点反复地重发它的帧,直到该帧无碰撞地通过为止。 但是当一个节点经受一次碰撞时,它不必立刻重发该帧。 相反,它在重发该帧之前等待一个随机时延。 这里介绍最常用随机接入协议,即ALOHA协议和载波侦听多路访问 DJ8T7nHuGT ⑶轮流协议【taking-turnsprotocol】,关于多路访问协议有两个理想特性: 第一是当只有一个节点是活跃的,该活跃节点具有Rbps的吞吐量;第二当M个节点是活跃的,每个活跃节点的吞吐量接近R/Mbps。 ALOHA和CSMA协议具有第一特性,但不具有第二个特性。 这里讨论比较重要的两种协议。 第一种是轮询协议,要求这些节点之一要被指定为主节点。 主节点以循环的方式轮询每个节点。 轮询协议消除了困扰随机接入协议的碰撞和空时隙,使得轮询取得高得多的效率。 但也有缺点,第一个缺点是该协议引入轮询时延,即通知一个节点它可以传输
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