计算机网络考试参考

计算时延时延的定义：传输时延（发送时延 ） 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。 发送时延=数据块大小（bit ）/信道带宽（bit/s）传播时延 电磁波在信道中需要传

计算时延

时延的定义：

传输时延（发送时延 ） 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。 发送时延=数据块大小（bit ）/信道带宽（bit/s）

传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

传播时延=信道长度/在信道的传播速率

处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。

排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。

排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。 时延带宽积 = 传播时延 带宽

网络协议组成要素

⏹ 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。

分层好处与缺点

好处：

⏹ 各层之间是独立的。

⏹ 灵活性好。

⏹ 结构上可分割开。

⏹ 易于实现和维护。

⏹ 能促进标准化工作。

缺点：

有些功能会在不同层重复出现，因而产生了额外开销。

若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。

层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

几个概念

⏹ 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

⏹ 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

⏹ 在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。

⏹ 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。

⏹ 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。

⏹ 下面的协议对上面的服务用户是透明的。

⏹ 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。

⏹ 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。 ⏹ 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。 差错检测，冗余码计算

1）什么是差错检测

⏹ 在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0 而 0 也可能变成 1。

⏹ 在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER (Bit Error

Rate) 。

⏹ 误码率与信噪比有很大的关系。

⏹ 为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施。

2）循环冗余检验的原理

⏹ 在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循环冗余检验 CRC 的检错技术。

⏹ 在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。

⏹ 假设待传送的一组数据 M = 101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检

测用的 n 位冗余码一起发送。

3）冗余码的计算

⏹ 用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0。 ⏹ 得到的 (k n ) 位的数除以事先选定好的长度为 (n 1) 位的除数 P ，得出商是 Q 而

余数是 R ，余数 R 比除数 P 少1 位，即 R 是 n 位。

举例：

⏹ 现在 k = 6, M = 101001。

⏹ 设 n = 3, 除数 P = 1101，

⏹ 被除数是 2nM = 101001000。

⏹ 模 2 运算的结果是：商 Q = 110101，

余数 R = 001。

⏹ 把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去。发送的数据是：2nM R 即：101001001，共 (k n ) 位。

图示：

CSMA/CD协议

CS,MA,CD 分别表示载波监听，多点接入，碰撞检测

⏹ “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。

⏹ “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发

送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。

⏹ 总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他

计算机发送的数据信号。

⏹ “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。

⏹ 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。 ⏹ 当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同

时在发送数据，表明产生了碰撞。

⏹ 所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。

2）CSMA/CD的重要特性

⏹ 使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工

通信）。

⏹ 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。

⏹ 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。

3）争用期

⏹ 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 （两倍的端到端往返时延）就

可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。

⏹ 以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或碰撞窗口。 ⏹ 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

4）CSMA/CD原理

A 、工作站发送数据时，先侦听信道是否有载波，如果有，则表示信道忙，继续侦听，直至检测到空闲，并立即发送数据。

B 、在发送数据过程中进行冲突检测，若在冲突窗口内未发生冲突，则表示数据发送成功，否则立即停止发送，并采用二进制回退算法，等待一个随机时间后再重复发送过程。

C 、对于接受方，则根据数据包的校验和正确与否，物理地址是否为自己，来决定是否将数据交给上层协议。

IP 地址与硬件地址

物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP 地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。

IP 地址是放在IP 数据报的首部，而硬件地址则存放在MAC 帧的首部。在网络层和网络层以上使用的是IP 地址，而数据链路层及以下使用的是硬件地址。当IP 数据报放入数据链路层的MAC 帧中以后，整个IP 数据报就成为MAC 帧的数据，因而在数据链路层看不见数据报的IP 地址。

ARP 工作原理：

(1)ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP 请求分组。

(2)在本局域网上的所有主机上运行的ARP 进程都收到此ARP 请求分组

(3)主机B 在ARP 请求分组中见到自己的IP 地址，就向主机A 发送ARP 响应分组，并写入自己的硬件地址。

(4)主机A 收到主机B 的ARP 响应分组后，就在其ARP 高速缓存中写入主机B 的IP 地址到硬件的映射。

常用端口号

FTP:21 TELNET:23

SMTP:25

DNS:53

TFTP:69

HTTP:80

SNMP:161

SNMP(trap):162

流量控制

⏹ 流量控制(flow control) 就是让发送方的发送速率不要太快，既要让接收方来得及接收，

也不要使网络发生拥塞。

⏹ 利用滑动窗口机制可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控制。

⏹ TCP 为每一个连接设有一个持续计时器。

⏹ 只要 TCP 连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器。

⏹ 若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段（仅携带 1 字节的数据），

而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值。

⏹ 若窗口仍然是零，则收到这个报文段的一方就重新设置持续计时器。 ⏹ 若窗口不是零，则死锁的僵局就可以打破了。

拥塞控制

1）一般原理

⏹ 在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能

就要变坏——产生拥塞(congestion)。

⏹ 出现资源拥塞的条件：

对资源需求的总和 > 可用资源 (5-7)

⏹ 若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随

输入负荷的增大而下降。

2）拥塞控制和流量控制的关系

⏹ 拥塞控制所要做的都有一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。

⏹ 拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传

输性能有关的所有因素。

⏹ 流量控制往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信量的控制。

⏹ 流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收。

3）慢开始算法的原理

⏹ 在主机刚刚开始发送报文段时可先设置拥塞窗口 cwnd = 1，即设置为一个最大报文段

MSS 的数值。

⏹ 在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口加倍，即增加一个 MSS 的数值。 ⏹ 用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口 cwnd ，可以使分组注入到网络的速率更加合

理。

4）设置慢开始门限状态变量ssthresh

⏹ 慢开始门限 ssthresh 的用法如下：

⏹ 当 cwnd < ssthresh 时，使用慢开始算法。

⏹ 当 cwnd > ssthresh 时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。

⏹ 当 cwnd = ssthresh 时，既可使用慢开始算法，也可使用拥塞避免算法。

⏹ 拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口 cwnd 缓慢地增大，即每经过一个往返时间 RTT 就

把发送方的拥塞窗口 cwnd 加 1，而不是加倍，使拥塞窗口 cwnd 按线性规律缓慢增长。

5）当网络出现拥塞时

⏹ 无论在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（其根据就是没

有按时收到确认），就要把慢开始门限 ssthresh 设置为出现拥塞时的发送方窗口值的一半（但不能小于2）。

⏹ 然后把拥塞窗口 cwnd 重新设置为 1，执行慢开始算法。

⏹ 这样做的目的就是要迅速减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足

够时间把队列中积压的分组处理完毕。

6）乘法减小

⏹ “乘法减小“是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要出现一次超时（即出现一次

网络拥塞），就把慢开始门限值 ssthresh 设置为当前的拥塞窗口值乘以 0.5。

⏹ 当网络频繁出现拥塞时，ssthresh 值就下降得很快，以大大减少注入到网络中的分组数。

7）加法增大

⏹ “加法增大”是指执行拥塞避免算法后，在收到对所有报文段的确认后（即经过一个

往返时间），就把拥塞窗口 cwnd 增加一个 MSS 大小，使拥塞窗口缓慢增大，以防止网络过早出现拥塞。

8）发送方窗口的上限值

⏹ 发送方的发送窗口的上限值应当取为接收方窗口 rwnd 和拥塞窗口 cwnd 这两个变量

中较小的一个，即应按以下公式确定：

发送窗口的上限值 = Min [rwnd, cwnd] (5-8)

⏹ 当 rwnd < cwnd 时，是接收方的接收能力限制发送窗口的最大值。

⏹ 当 cwnd < rwnd 时，则是网络的拥塞限制发送窗口的最大值。 拥塞控制的方法：，慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复

TCP 三次握手

1）A 的 TCP 向 B 发出连接请求报文段，其首部中的同步位 SYN = 1，并选择序号 seq = x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x 。

2）B 的 TCP 收到连接请求报文段后，如同意，则发回确认。B 在确认报文段中应使 SYN = 1，使 ACK = 1，其确认号ack = x 1，自己选择的序号 seq = y。

3）A 收到此报文段后向 B 给出确认，其 ACK = 1，确认号 ack = y 1。A 的 TCP 通 知上层应用进程，连接已经建立。B 的 TCP 收到主机 A 的确认后，也通知其上层应用进程：TCP 连接已经建立。

递归查询和迭代查询

⏹ 主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。如果主机所询问的本地域名服务

器不知道被查询域名的 IP 地址，那么本地域名服务器就以 DNS 客户的身份，向其他根域名服务器继续发出查询请求报文。

⏹ 本地域名服务器向根域名服务器的查询通常是采用迭代查询。当根域名服务器收到本地

域名服务器的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的 IP 地址，要么告诉本地域名服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地域名服务器进行后续的查询。

URL 的格式

URL

统一资源定位符是用来表示从因特网上得到的资源位置和访问这些资源的方法。