计算机网络知识点总结大全

第一章：概述

知识点1：(第一次理论课)

互联网的两个基本特点：联通性和资源共享
互联网：多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成一个覆盖范围更大的计算机网络，即互联网。
互联网不等于互连网
1969年ARPANET诞生，但只是一个单个的分组交换网，不是一个互连网
三级结构：主干网、地区网、校园网
1983年，TCP/IP协议的诞生，标志着计算机之间可以利用互连网相互通信，同时这一年也作为互联网的诞生时间。

互联网服务提供者ISP(Internet Service Provider) 
主干ISP、地区ISP和本地ISP

互联网交换点IXP（Ineternet eXchange Point)  最大的IXP吞吐量在Tbit/s量级
内容提供者（Content Provider) 不向用户提供互联网的转接服务。
万维网WWW(World Wide Web)
RFC:Request For Comments(请求评论）

端系统之间的两种通信方式
客户/服务器方式 Client/Server方式  即C/S方式
对等方式：Peer to Peer方式 即P2P方式

互联网的核心部分：路由器和网络等
分组转发是网络核心部分最重要的功能
典型的交换技术包括：
电路交换
分组交换
报文交换等
互联网的核心部分采用分组交换技术

电路交换（circuit switching)
每一部电话都直接连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信。 这种交换方式就是电路交换 
当电话机的数量增多时，使用电话交换机将这些电话连接起来。
电路交换的特点：
建立连接 (占用通信资源）
通话 (一直占用通信资源）
释放连接 (归还通信资源）

分组交换的主要特点：采用存储转发技术
互联网采用分组交换技术。分组是在互联网中传送的数据单元。
位于网络核心部分的路由器负责转发分组，即进行分组交换。
路由器要创建和动态维护转发表。

分组交换的优点：高效、灵活、迅速、可靠
由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

知识点2：（第二次理论课）

• 计算机网络：第二次理论课
  1994 年 9 月，中国公用计算机互联网 CHINANET 正式启动
  1994 年 4 月 20 日，我国用 64 kbit/s 专线正式连入互联网，我国被国际上正式承认为接入互联网的国家。
  我国规模最大的就是下面这五个：
  中国电信互联网 CHINANET（也就是原来的中国公用计算机互联网）
  中国联通互联网 UNINET
  中国移动互联网 CMNET
  中国教育和科研计算机网 CERNET
  中国科学技术网 CSTNET

• 可以按以下方法分类：
  按照网络的作用范围进行分类；
  广域网 WAN(Wide Area Network)通常为几十到几千公里。有时也称为远程网(long haul network)。是互联网的核心部分
  城域网 MAN (Metropolitan Area Network ) 作用范围一般是一个城市，作用距离约为 5~50 公里。
  局域网 LAN (Local Area Network) 局限在较小的范围（如 1 公里左右）。通常采用高速通信线路。
  个人区域网 PAN (Personal Area Network) 范围很小，大约在 10 米左右。有时也称为无线个人区域网 WPAN (Wireless PAN)。
  按照网络的使用者进行分类：公用网和专业网
  用来把用户接入到互联网的网络 接入网AN(Access Network)

• 计算机网络的性能指标：
  100Mbit/s 指的就是速率，而100MHZ指的是带宽。
  1.速率
  指的是数据的传送速率，也称为数据率 (data rate) 或比特率 (bit rate)。
  指的是额定速率，非实际运行速率 单位为：bit/s 、Mbit/s、Gbit/s等
  千 = K = 210 = 1024，兆 = M = 220 = 1024 K，吉 = G = 230 = 1024 M
  1 字节 (Byte) = 8 比特 (bit）
  1Gbit/s=10^9bit/s, 1Mbit/s=10^6bit/s 1kbit/s=10^3bit/s
  2.带宽
  频域：单位为赫。某信道允许通过的信号频带范围称为该信道的带宽
  时域：表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位就是数据率的单位 bit/s。
  两者本质相同。
  一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。
  3.吞吐量 单位为：B/s
  4.时延：指数据从网络的一端传到另外一端所需的时间。也叫延迟或迟延
  （1）发送时延（传输时延）=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)
  是主机或路由器发送数据帧所需要的时间
  （2）传播时延 是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
  =信道长度(米)/信号在信道上的传播速率(米/秒)
  电磁波传播速率：
  自由空间的传播速率是光速 = 3.0 ⅹ 105 km/s
  在铜线电缆中的传播速率约 = 2.3 ⅹ 105 km/s
  在光纤中的传播速率约 = 2.0 ⅹ 105 km/s
  （3）处理时延 主机或路由器在收到分组时，为处理分组
  （4）排队时延 分组在路由器输入输出队列中排队等待处理和转发所经历的时延

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

发送时延和传播时延的区别：
发送时延发生在机器内部的发送器中，与传输信道的长度（或信号传送的距离）没有任何关系。
传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上，而与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远，传播时延就越大。
一般说来，小时延的网络要优于大时延的网络。
在某些情况下，一个低速率、小时延的网络很可能要优于一个高速率但大时延的网络。
“在高速链路（或高带宽链路）上，比特会传送得更快些”。这个说法是错误的
对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率，而不是比特在链路上的传播速率。
提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延
不能笼统地认为：“数据的发送速率越高，其传送的总时延就越小”。还要看数据块/长度的大小(bit)
5.时延带宽积：时延带宽积 = 传播时延  带宽
6.往返时间 RTT (Round-Trip Time) 表示从发送方发送完(即A的发送时延不用算）数据，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。
往返时间 RTT = 结点 A 到 B 的传播时延 tP
+结点 B 处理和排队时延 tPQB
+结点 B 发送时延 tTB
+结点 B 到 A 的传播时延 tP
=2 x 传播时延 tP
+结点 B 处理和排队时延 tPQB
+结点 B 发送时延 tTB
有效数据率(Mbit/s) = 数据长度/发送时延(时间)+RTT 这个有效数据率就相当于我们办的宽带的速率，即每秒多少M ，但是受RTT等影响，你办了100Mbit/s的实际上很难达到，一般只有几十Mbit/s,跟家里和学习的WiFi一样。单位之所以是Mbit/s是因为你一般也是问别人你办的是多少兆(M)的呀一样的

• 1.7 计算机网络体系结构的形成
  系统网络体系结构 SNA (System Network Architecture) 。
  ISO (国际标准化组织)
  网络协议三个组成要素：语法(怎么做)、语义(做什么)、同步(定时/时序(什么时候做))。
  网络体系结构：是计算机网络的各层及其协议的集合（即分层和协议的概念）

• TCP/IP的五层协议体系结构：
  ==5. 应用层：==定义的是应用进程间通信和交互的规则。把应用层交互的数据单元称为报文(message) 例如： DNS， HTTP， SMTP
  ==4.运输层：==主要有两种协议：
  TCP(传输控制协议) 提供面向连接的、可靠的数据传输服务。数据传输的单位是报文段 (segment)
  UDP(用户数据报协议) 无连接的尽最大努力 (best-effort) 的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）数据传输的单位是用户数据报
  3.网络层 两个具体任务：路由选择和转发。互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议 IP ，因此互联网的网络层也叫做网际层或 IP 层。
  ==2.数据链路层：==在两个相邻节点间的链路上传送帧（frame）
  ==1.物理层：==实现比特（0 或 1）的传输

• 任何两个同样的层次把 PDU （即数据单元加上控制信息）通过水平虚线直接传递给对方。这就是所谓的“对等层”之间的通信。

第二章：物理层

知识点1：

• 物理层概念：物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体

• 可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即：

  机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。

• 一个数据通信系统可划分为三个部分：源系统(发送端)，传输系统，目的系统(接收端)

• 通信的目的是传送消息：如：话音、文字、图像、视频等

• 数据：运送消息的实体

• 信道：==单工通信：==只能有一个方向的通信，没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播都是单工通信

  ​ ==半双工通信:==通信双方都可以发送消息，都是不能同时发送和同时接受，如对讲机

  ​ 全双工通信: 通信双方可以同时发送和接收信息：如电话。

==注意：==曼彻斯特是看1/2周期处，1是高到低，0是低到高。

​ 差分曼彻斯特最开始一个和曼彻斯特一样，后面的0的话是在周期边跳转，1的话不变。

DPSK 和 CPSK

相对调相DPSK的向量差和相位差第一个都一样，第二个开始才不一样，向量差：向01变，0的话是连续不变，1的话就要改变方向。 相位差：和向量差相反。不是图像相反，而是0的话改变，1的话不变。

信道

当W=4000HZ，信噪比=30dB时，求极限信息传输速率C。

信噪比=30dB，则S/N=1000，C=4000Hz log2(1+1000)

• 提高信息传输速率的方法：用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。
  

知识点2：传输媒体

为什么选择光纤，光纤的作用：

• 传输速率快
• 抗干扰能力强
• 通信容量非常大
• 体积小，重量轻

信道复用技术

• 时分复用：所有用户在不同时间占用同样的频带宽度。
• CDM为码分复用，CDMA为码分多址

答：判断有没有发送数据，之间用选项A、B和序列S相乘然后在乘以1/X，X是有几个数的意思，然后得出的结果为0，则没有发送数据，如果结果为-1，则发送的二进制数是0，如果结果为1则发送的二进制数为1。以本题为例子：A S 1/8=1/8(-1 -1+ 1 1+ -1* -3+1* 1+1* -1+1* -3±1* 1±1* 1)=1/8* 0=0,所以不发送数据。

• 早期数字传输系统的缺点：速率标准不统一，不是同步传输。

第三章：数据链路层

知识点：

• 网络中的主机、路由器等都必须实现数据链路层
  

• 数据链路层的协议数据单元是：帧

• 数据链路层的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错控制

• 最大传输单元==MTU，==规定了所能传送的帧的数据部分长度上限。

• 控制字符SOH放在帧的最前面，表示帧的首部开始，

• 控制字符EOT放在帧的末尾，表示帧的结束
  

• 差错检测：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。差错检测只能检测有没有错误，并不能改错。

• CRC循环冗余检验
  
  1.模2除法，异或运算，相同为0，不同为1

2.如果被除数的第一位为1，则说明写1，如果为0，则写0，在最后一个写

3.如果被除数第一位为0，则除数应全为0. 添加多少个0，n=p-1=4-1=3,p是除数的个数

​ p(x)=x^3+x2+1表示上面的除数P=1101

• CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输，要做到可靠传输，还必须在加上帧编号、确认和重传等机制。

• 字节填充：ppp使用异步传输

• 零比特填充：ppp使用同步传输
  
  
  CSMA/CD 的工作原理：先听后发，边听边发，冲突停发，延时重发。

• 以太网的信道利用率并不能达到100%
• 凡是长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧
• 以太网上最大的端到端时延必须小于争用期的一半
• 以太网还规定了帧间最小间隔为9.6us
  
  
  
  

第四章：网络层

知识点

• 虚电路：只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，并不是真正建立了一条物理连接。

• 网际协议 IPv4 配套的 3 个协议

1. 地址解析协议 ARP

   2.网际控制报文协议 ICMP

   3.网际组管理协议 IGMP

• 使用转发器或网桥不称为网络互连，网络互连使用路由器
• 转发器、网桥或交换机仅把一个网络扩大了，仍然是一个网络
• 互联网可以由多种异构网络互连组成。
• IP 地址：32位二进制代码，将每 8 位的二进制数转换为十进制数
• IP 地址采用2 级结构：网络号和主机号，网络号（n),则主机号为（32-n)

• 各类 IP 地址的指派,指派时要扣除全 0 和全1的主机号。

• 意思是如果是C类，8个主机号。最后一个就不能是0和255，所有范围为1-244.

  十进制的(开头的第一个)

• A类：从1-126，0和127也是，但是一般不用

• B类：从128-191

• C类：从192-223

  二进制的：

• A类：第一个为0

• B类；前面为10

• C类；前面为110

例子：IP地址为10.10.10.10 为哪一类：答：A类，十进制来看是属于1-126。二进制10为00001010,前面为0,所以也是A类。

上面这些特殊的IP都不能在本地的IP上进行设置，但是他们是合法的，只是用不了而已。

例子：192.168.1.1 一看就是C类的，然后网络号为：192.168.1.0，主机号为0.0.0.1

注意注意主机号不能为0和1.

上面这个图片表示的是主机号为C类时，如果分配一个网络号为192.168.1.0给一个客户，则这个客户这个网络号最多可以连254台，，C类是2的8次方256，==除去全0和全1的，==即0和255，所以剩下244台。不过一般用户是用不了那么多的，这样就会造成浪费，同样，为什么说一般用户是申请不到A和B类的IP地址，原因是如果申请到了，例如B类，则申请到的网络号最多可以连65534台电脑，而普通用户根本就用不了那么多，==而且又不能给其他人，这样就造成了很大的浪费。==所以一般是申请不到A和B类的，而C类一般可以，但是还是很浪费，所以就提出了划分子网的概念。划分子网有助于减低流量和隐藏网络的复杂性。

子网划分案例：

问题：把192.168.12.126划分成6个子网。写出每个网段的 范围。

答：首先这个是一个C类的地址，所以前面三个是不能变的，变的是最后一个126。因为要划分成6个子网，公式是2的几次方要>=6,结果为3。所以后面的8个主机号要拿出

前面3个作为子网号，然后后面5个为主机号。因为2的5次方为32，所以子网划分的结果就如下图所示。所以现在的网络号就由最先的一个192.168.12.0变成下面8个。8个即子网号2的3次方。每次加的32为后面主机号2的5次方。所以现在网络号有8个，每个网络号可以有2的5次方减2即30台点（除去全为0的网络号和全为1的广播号）。所以现在是可以有把之前一个人用的网络号给8个人用，每个人可以连30台设备的意思。广播地址为全为1的，即下面这个。子网掩码原本是32位的2进制然后默认的C类掩码是255.255.255.0，现在要改，前面的24位二进制的网络号不变，后面有多少个子网号就有多少个1，例如本题子网号为3，所以有3个1，即后面八位主机号就变成了11100000。然后将这个变成十进制就为224，而前面的网络号不变，所以子网掩码就为255.255.255.224。注意广播号，0对应的广播号为31的。32对应的才是63.

注意:另外一种情况，就是要求每个子网可以连多少台设备，这样你就要即保证2的几次方要大于所划分子网的个数，还要保证后面的主机号可以连的设备要大于题目中所要求的设备数目。

CIDR 无分类编址

200.199.48.0/22表示的是从48开始，然后网络前缀有24个，所以主机的只有8位,所以主机的地址一共有2的8次方256个。

CIDR首先看他最后面的网络前缀有多少个，如下面这个是20，说明前面20个粉红色的二进制是不会改变的，改变的是后面12个主机号。从全0到全1，一共有2的12次方个。全为0时的十进制IP地址为：128.14.32.0/20，全为1的为1128.14.47.255/20，这个地址的写法可以之间看二进制写出来的，全为0，后面8为一定是0，所以最后一个是0，全为1，最后8为一定是1，所以最后一个是255。中间那个，因为网络前缀有20个，说明前20个是保持不变的，而全为0的，中间那个八个的后面四个为0，加上前面的0010，结果为00100000，十进制就是32，可以之间数，1，2，4，8，16，32，64，128，这样之间数。全为1的那个，中间也是前四个保持是0010，后面全为1，结果为00101111，化为十进制为47，也是可以之间数，即1+2+4+8+32=47.所以最大的为128.14.47.255/20

写一个网络地址时，一定要标明他的网络前缀，不然是不能指明这个网络地址的。