第七版《计算机网络》知识点+王道习题（物理层+链路层）

电玩女神 2022-10-23 05:58 215阅读 0赞

### 王道计网习题+知识点 ###

*   *  文中截图来源
     *  一 计算机网络体系结构
     *  二 物理层
     *  三 数据链路层
     *  网络层

## 文中截图来源 ##

博客：[第七版（谢希仁）计算机网络 知识点总结][Link 1] 谢谢博主！

## 一 计算机网络体系结构 ##

1.  计算机网络的功能：**数据通信【最基本最重要】、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡**。
2.  计算机网络中可以没有的是：**数据库管理系统**。（必有：客户机、服务器、操作系统）
3.  计网的资源主要指：计算机硬件、软件和数据。
4.  计网分为**通信子网和资源子网。**
5.  通信子网包括传输介质、通信设备和相应网络协议。（eg:网桥、交换机、路由器）
6.  资源子网：实现资源共享的设备、软件集合（eg 计算机软件）
7.  局域网VS广域网不仅覆盖范围不同，采用的协议（**关键区别**）也不同。【**点对点技术VS广播技术**】
8.  局域网接入广域网，用**路由器**实现。【**中继器－－物理层，桥接器－－链路层**】
9.  **广播式网络**通常是局域网的一种通信方式,局域网工作在**数据链路层**,数据链路层使用物理层服务必须通过**服务访问点**实现.

> 总结：**服务访问点（SAP）是相邻实体层之间的逻辑接口**，从物理层开始，每层都**向上层提供服务访问点**。  
> 物理层–“网卡接口”；  
> 数据链路层–“MAC地址（网卡地址）”；  
> 网络层–“IP地址（网络地址）”；  
> 传输层–“端口号”；  
> 应用层–“用户界面”

1.  协议是指**不同结点对等实体**之间进行通信的规则或约定
2.  OSI参考模型的三个主要概念:**服务、接口、协议**
3.  OSI中数据链路层**不**具有**拥塞控制**功能
4.  数据又端系统A送至B时，不参与数据封装工作的是：**物理层**
5.  OSI中，实现**端到端**的应答、分组排序和流量控制功能的：**传输层**（**端到端：输、会、示、用**）
6.  建立同步，会话管理和同步—**会话层**；  
    数据的格式转换、压缩、加密解密—**表示层**；  
    路由选择，为数据分组提供在网络中路由的功能—**网络层**；  
    建立、维护和拆除端到端的连接的层–**传输层**，传输层提供**主机之间**的数据传送；  
    为网络层实体提供数据发送和接收功能及过程–**数据链路层**。（因为下一层为上一层提供服务）  
    提供流量控制的主要是**数据链路层、网络层和传输层**，不过控制的对象不一样，控制功能是在各层实体间进行的。

> OSI参考模型中，物理层实现比特流在传输介质上的透明传输；数据链路层将有差错的物理线路编程无差错的数据链路，实现相邻结点之间即点到点的数据传输。网络层的主要功能是路由选择、拥塞控制和网际互联等，实现主机到主机的通信；传输层实现主机的进程之间即端到端的数据传输。

1.  集线器–物理层；以太网交换机–数据链路层；路由器–网络层。
2.  **端到端通信VS点到点通信**

> 物理、数据链路、网络层–点到点；传输层–端到端。  
> 直接相连的结点之间的通信称为**点到点通信**，只提供**一台机器到一台机器**通信，不涉及进程或程序。**不保证数据的可靠性**，不能说明源主机和目的主机哪一个进程在通信。  
> 端到端通信更高一级，”端“指**用户程序的端口**，端口号标识应用层中不同的进程。

1.  理解：传输速率、带宽、传播速率
2.  区别：传输时延、发送时延、传播时延  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzYyOTgxMw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 二 物理层 ##

1.  依香农定理，影响信道最大传输速率的因素主要是**信道带宽和信噪比**。
2.  信道上传送的信号有**基带信号和宽带信号**之分。基带信号将数字信号1，0直接用两种电压表示，送到**数字信道**上传输（称为**基带传输**）。宽带信号将基带信号进行调制后传送到**模拟信道**上传输（称为**宽带传输**）。
3.  **电路交换优点**：通信时延小；有序传输；没有冲突；适用范围广；实时性强；控制简单；**缺点**：建立连接时间长；线路独占；灵活性差；难以规格化；无数据存储能力。  
    **独占资源**适用远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况。  
    **不提供差错控制**。
4.  **报文交换优点**：无需建立连接；动态分配线路；提高线路可靠性；提高线路利用率；提供多目标服务；**缺点**：有转发时延；需网络结点有较大缓存空间。
5.  **分组交换优点**：无建立时延；线路利用率高；简化了存储管理；加速传输；减少了出错概率和重发数据量；**缺点**：有传输时延；需要额外信息量（每个小数据块都要加上源地址、目的地址和分组编号等）；采用数据报服务时可能失序、丢失、重复，需要对分组排序等。
6.  **一个码元含有2^n个不同的离散值，则含n比特信息量**。
7.  数值上**波特率（码元传输速率）=比特率（信息传输速率）/每符号所含比特数**。
8.  曼彻斯特编码：**0升1降**；差分曼彻斯特编码：**同1异0**；非归零编码**0低1高**。
9.  **数据报服务**：无连接、不保证有序、不保证可靠，用户保证可靠性；**虚电路服务**：必须建立连接、有序到达、网络保证可靠性。
10. 数据报服务中每个分组在传输过程中必须携带源地址和目的地址；虚电路只需携带虚电路标识。
11. 虚电路属于分组交换的一种，之所以是虚的，是因为这条电路不是专用的，**每个结点到其他结点之间可能有若干虚电路通过**，他也能同时与多个结点之间建立虚电路。
12. 模拟传输： **放大器放大**；数字传输：**中继器整形**。
13. 中继器连接的是网段，不是子网。
14. **子网**：网络层定义网段：物理层定义，同一物理层设备【传输介质、中继器、集线器】可以直接通信的部分
15. 物理接口的特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
16. **集线器**：实质是多端口的中继器，连接的是同一网络下的不同网段，不能分割冲突域。
17. 绞合可以减少两根导线相互的电磁干扰；屏蔽层提高电缆的抗干扰能力；
18. 光纤抗雷电和电磁干扰性能好，无串音干扰，保密性好。
19. 传输媒体VS物理层

> 传输媒体不是物理层，在物理层的下面。传输媒体中传输的是信号，不知道信号是什么。但物理层由于规定了电气特性，因此能识别出所传达的比特流。

1.  基带传输VS频带传输VS宽带传输

> 不经过调制就在信道上直接进行的传输方式称为基带传输，通常用于局域网。  
> 用数字信号对特定频率的载波进行调制（数字调制），将其表称适合于传送的信号后再进行传输，这种传输方式就是频带传输。  
> 借助频带传输，可将链路容量分解为两个或多个信道，每个信道可携带不同的信号，这就是宽带传输。宽带传输中所有的信道能互不干扰的发送信号，链路容量大大增加。

1.  数据通信中，同步通信和异步通信区别较大

> 同步通信双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率。收发双方不停的同步比特流。  
> 异步通信在发送字符时，字符的间隔任意，但接收端必须随时做好接受准备

1.  奈氏准则指出码元的速率是受限的，不能任意提高，否则接收端无法正确识别1or0.它并未限制信息传输速率。
2.  香农定理给出了信息传输速率的极限，对于一定的带宽和信噪比，信息传输速率的上限就确定了。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzYyOTgxMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 三 数据链路层 ##

1.  数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能错的物理连接改造成**逻辑上无差错的数据链路**，使之对网络层表现为一条无差错的链路。
2.  数据链路层功能：组帧（定义数据格式）；在物理层提供的不可靠物理连接上**实现结点到结点的可靠性传输**；控制对物理传输介质的访问－由介质访问控制（MAC）子层完成。  
    不用考虑物理层如何实现比特传输的细节.
3.  为避免传输过程中帧丢失,数据链路层采用的方法–**计时器超时重发**.
4.  连接是建立在确认机制基础上的,数据链路层没有无确认的面向连接服务.【有连接就一定有确认】
5.  对于信道较可靠且对于实时性要求高的网络,数据链路层采用:**无确认的无连接服务**.–指源机器向目标机器发送独立的帧,目标机器不进行确认.**这类服务对于实时通信是非常合适的**
6.  流量控制实际上是对**发送方的数据流量**的控制.
7.  通过提高信噪比可以减弱其影响的差错是:随机差错.  
    信道噪声分为:**热噪声**(信道固有的,引起随即差错)和**冲击噪声**(外界电磁干扰引起,引起差错是突发差错–无法通过提高信噪比避免)
8.  链路层的差错控制有两种基本策略:检错编码和纠错编码.
9.  **海明码**"纠错"d位,需要码距位**2d+1**的编码方案.
10. **停止等待协议**的工作原理：发送方每发送一帧，都要等待接收方的应答信号，之后才能发送下一帧；接收方每接收一帧，都要反馈一个应答信号，表示可接收下一帧，如果接收方不反馈应答信号，那么发送方必须一直等待。
11. 从滑动窗口的观点看，当发送窗口为1，接收窗口也1，相当于**ARQ的停止等待**方式。
12. 简单的停止等待协议中，帧出现丢失时，发送端会永远等待下去，解决这种死锁现象的方法是：**超时机制**。
13. **后退N帧协议GBN**一般采用累计确认。（收到5号帧，意味着接收方已收到1~5号帧）
14. 后退N帧协议中，接收方检测到某个帧出错，会简单地丢弃该帧及所有地后续帧。发送超时后需重传该数据帧及所有的后续帧。
15. **频分多路复用FDM**：在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽的情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道传输一种信号。
16. **时分多路复用TDM**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，不用像FDM那样，同一时间同时发送多路信号。
17. **波分多路复用WDM**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。
18. **码分多路复用CDM**采用不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式。**既共享信道频率又共享时间**。
19. 差错控制：是发送方确定接收方是否正确收到其发送的额数据的方法。分为位错【解决：**CRC循环冗余码**】、帧错【**自动重传请求（ARQ）**】。
20. 字符填充的收尾定界法：在特殊字符前填充一个转义字符。
21. 零比特填充的首尾标志法：发送时**遇到5个1加0**，收到时**遇到5个1减0**
22. 违规编码法：曼彻斯特编码中比特1编码成”高-高“电平，0编码成”低-低"电平。
23. 流量控制涉及对链路上的帧的发送速率的控制，以使接收方有足够的缓冲空间来接收各个帧。
24. 滑动窗口流量控制中发送窗口用来**对发送方进行流量控制**。机制特点：接收窗口滑动时，发送窗口才有可能滑动；接收窗口大小为1时，可保证帧的有序接受；窗口大小固定的。
25. 可靠传输机制：通常使用**确认和超时重传**两种机制。
26. 单帧滑动窗口与停止等待协议发送和接收窗口都是1；
27. 多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN）–重点;**累积确认，接收方只按顺序接收帧，否丢弃；确认序列号最大的按序的帧；发送窗口最大2^n-1,接收窗口大小1** ；  
    连续发送帧提高了信道利用率，重传时必须把原来已经正确传送的数据重传，使传送效率降低。
28. 多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）发送和接收窗口都大于1。每个发送缓冲区有一个**计时器**，超时时缓冲区的帧就会重传。  
    接收方对窗口内的帧来者不拒，发送窗口最好等于接收窗口。优：**提高信道利用率**，缺：需要开辟缓存空间来存储数据。
29. **信道利用率=有效发送数据时间/发送周期T**。T为开始发送到第一个确认帧。
30. **信道吞吐率=信道利用率\*发送方的发送速率**
31. 介质访问控制：为使用介质的每个结点隔离来自同一信道上的其他结点所传送的信号，以协调活动结点的传输。【使结点间的通信不会发生干扰】  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzYyOTgxMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]
32. ALOHA协议：不检测直接发送，一段时间未收到确认，等待一段时间后重发。碰撞概率大，网络吞吐量低。
33. 时隙ALOHA协议：只能在时隙开始时发送。减少碰撞可能性，但还是很大的
34. CSMA协议：1-坚持CSMA：**闲则立即发送，忙则一直等待**（媒体使用率高）；非坚持CSMA：**闲则立即发送，忙则放弃监听，等待随机时间后重复过程**（媒体使用率低）；p-坚持CSMA：忙则一直等待，闲则以概率p发送，1-p的概率推迟到下一时隙；
35. CSMA/CD协议：**发送前监听，边发送边监听，一旦出现碰撞立马停止发送**。最小帧长=总线传播时延\* 数据传输率 \* 2（确保帧发送结束前能检测到碰撞）适用于总线型网络或半双工通信环境
36. CSMA/CA协议：**发送数据时先广播告知其他结点，让其他结点在某段时间内不发送，以免出现碰撞。**适用于有线连接的局域网

> 区别：  
> CSMA/CD检测冲突但无法避免；CSMA/CA发送包的同时不能检测到信道有无冲突；  
> CSMA/CD用于总线型以太网，CSMA/CA用于无线局域网；  
> CSMA/CD通过电缆中的电压变化来检测，而CSMA/CA采用能量检测、载波检测和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。

1.  轮询访问介质访问控制：令牌传递协议：\*\*既不共享时间，也不共享空间，既不产生冲突，又要发送占全部带宽。\*\*令牌是一个帧，不含任何信息。适用于负载很高的广播信道。
2.  局域网：在一个较小的地理范围内，将计算机、外部设备和数据库系统等通过双绞线、同轴电缆等连接介质互相连接起来，组成资源和信息共享的计算机互联网络。
3.  局域网主要有三个要素决定：**拓扑结构、传输介质、介质访问控制方式**，最重要的是介质访问控制方式，它决定着局域网的技术特性
4.  链路层的两个控制子层：  
    **逻辑链路控制（LLC）子层**向**网络层**提供无确认无连接、面向连接、带确认无连接、高速传送4种不同的连接服务类型。  
    **媒体接入控制（MAC）子层**：向上层屏蔽对物理层访问的各种差异，提供对**物理层**的统一访问接口，主要功能包括：组帧和拆卸帧、比特传输差错检测、透明传输。
5.  以太网：逻辑结构是总线形结构，物理拓扑是星形。令牌网：逻辑–环形，物理-星形。FDDI：逻辑–环形，物理–双环。
6.  介质访问控制（MAC）地址：网卡出厂时都有唯一代码，用于控制主机在网络上的数据通信。网卡收到帧，首先用硬件检查MAC地址，是发往本站的帧，那么就收下，否则丢弃。
7.  广域网:通常是覆盖范围很广的长距离网络.由**结点交换机**以及连接这些交换机的链路组成, 结点交换机用来将分组存储和转发.
8.  广域网覆盖范围广、点到点连接、对应物理层、数据链路层、网络层，强调**资源共享**。局域网覆盖范围小，多点接入，对应物理层、数据链路层；强调**数据传输**。
9.  数据链路层控制协议：PPP协议；HDLC协议。
10. PPP提供差错检测但不纠错，不可靠传输，点对点，全双工链路，**面向字节**
11. HDLC 数据报文可透明传输，全双工通信，传输控制功能与处理功能分离，较大灵活性，**面向比特，采用编号和确认机制，可靠传输**
12. 数据链路层设备：

> 1**网桥（桥接器）：只有两个端口。两个或多个以太网通过网桥连接后就成为覆盖范围更大的以太网，而原来的每一个以太网就称为一个网段**。网桥工作在链路层的**MAC子层**（媒体接入控制子层），**可以使以太网各网段成为隔离开的碰撞域**。  
> 路径选择算法：1）透明网桥（选的不是最佳路由）：建立**转发表**，采用**自学习算法**。原理：源LAN=目的LAN，丢弃；不同，转发；目的LAN未知，扩散。  
> 2）源路由网桥（最佳路由）：源站负责路由选择，网桥指根据真正的路由信息对帧进行接收和转发。源站广播发现帧作为探测用，根据经过结点生成最佳路径。  
> 2 **局域网交换机（多端口网桥），又称以太网交换机，交换机上每一个接口都是一个冲突域。**  
> 工作在全双工放肆，转发表也是自学习算法，**独占媒体带宽**。  
> 交换模式：**直通式交换机**：只检查帧目的地址，马上传出去。**存储转发式交换机**：接收帧缓存下来，检查是否正确。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzYyOTgxMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## 网络层 ##

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