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计算机网络（谢希仁）知识点总结.pdf
第一章 概述
本章最重要的内容：
1.21 世纪的重要特征：数字化、网络化、信息化，以网络为核心的信息时代。
2.三大类网络：电信网络、有线电视网络和计算机网络。
3.互联网两个重要基本特点：连通性和共享。
4.计算机网络（简称网络）由若干结点和连接这些结点的链路组成。
5.通过路由器互连起来的网络：互连网：网络的网络。
6.网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。与网络相
连的计算机常称为主机。
7.三级结构的互联网：主干网、地区网和校园网（或企业网）。
8.多层 ISP 结构的互联网：互联网服务提供者 ISP。ISP 译为互联网服务提供商。主干 ISP，
地区 ISP,本地 ISP。
9.互联网的组成：
边缘部分：连接在互联网上的主机组成。用户直接使用，用来进行通信和资源共享。
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。为边缘部分提供服务（连通性和交
换）
10.边缘部分就是连接在互联网上的所有主机。这些主机又称为端系统，“主机 A 的某个进程
和主机 B 上的另一个进程进行通信”简称“计算机之间的通信”。
11.网络边缘端系统通信方式：客户-服务器方式（C/S）和对等方式（P2P）。
（1）客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
客户程序：
必须知道服务器程序的地址，不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
服务器程序：
课同时出多个客户请求，不需要知道客户程序的地址，强大的硬件和高级操作系统。
（2）对等连接方式：既是客户，又是服务器。
12.网络核心部分特殊作用：路由器。路由器：实现分组交换的关键构建，任务转发收到的分
组，核心部分最重要的功能。
13.电路交换：建立连接—通话—释放连接。特点：通话时间内，通话的两个用户始终占用端
到端的通信资源，线路传输效率低。
分组交换：存储转发技术。主机：为用户进行信息处理。路由器：转发分组，即进行分组
交换。优点：高效、灵活、迅速、可靠。
14.按照网络的作用范围进行分类：广域网 WAN，城域网 MAN，局域网 LAN，个人区域网
PAN。
按照使用者分类：公用网、专用网。
15.计算机网络性能：
（1）速率：数据的传送速率，也是数据率，bit/s，当提到网络的速率时，往往指的是额定
速率或标称速率。
（2）带宽：某通道传输数据的能力，单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”
（3）吞吐量：单位时间内通过某个网络的实际数据量。
（4）时延。数据从网络一端到另一端所需时间。
发送时延：主机或路由器发送数据帧所需时间。
传播时延：电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间。
处理时延：主机、路由器收到分组花费时间处理。
排队时延：输入队列中排队等待。
（5）时延带宽积=传播时延 x 带宽
（6）往返时间 RTT：
（7）利用率：信道利用率+网络利用率。
信道利用率：某信道百分之几时间是被利用的。（不是越高越好，堵塞）
网络利用率：全网络信道利用率的加权平均值
D0 空闲时延，D 当前时延，利用率 U
16.网络协议：为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定。三要素：
语法：数据与控制讯息的结构或格式；
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。
17.体系结构：计算机网络各层及其协议的集合
18.实体：任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议：控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则集合。
两个对等实体间通信使得本层能够向上一层提供服务。
协议是水平的，服务是垂直的。
1.物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性。
第二章 物理层
2.通信系统分三部分：源系统（发送端、发送方）-传输系统（传输网络）-目的系统（接收
端、接收方）
3.香农公式：信道的极限信息传输速率 C 是：
信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高，指出了信息传输速率
的上限。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定存在某种办法来实现无
差错的传输。
4.传输媒体：传输介质/传输媒介。导引型传输媒体：固体媒体。非导引型传输媒体：自由
空间-无线传输。
5.导引型：双绞线：几十 MHz-几百 MHz。同轴电缆：1GHz。光缆：10 的 8 次方 MHz。
6.非导引型：传统微波通信主要两种方式：地面微波接力通信+卫星通信。
微波接力通信特点：波段频率高，频段范围宽，所以信道容量大；质量高；投资少，见
效快。
卫星通信：较大传播时延。
7.非对称数字用户线 ADSL 技术：用数字技术对现有模拟电话用户线进行改造。
调制技术：离散多音调 DMT：40kHz-1.1MHz 划分许多子信道，25 上行，249 下行，使
用不同载波（音调）进行数字调制。
8.光纤同轴混合网 HFC，FTTX 技术
信道主要有两种类型：点对点信道；广播信道。本章最重要的内容：
第三章 数据链路层
1.链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路，把实现协议的硬件和软件加到链路上。
最常用的方法是使用网络适配器。
2.点对点信道的数据链路层的协议数据单元-帧。
网络层协议数据单元就是 IP 数据报（简称数据报、分组或包）。
3.三个基本问题：
封装成帧：在一段数据前后分别添加首部和尾部，构成帧。首部尾部重要作用：帧定
界。开始 SOH，结束 EOT。
透明传输：如果数据中某个字节的二进制代码恰好和 SOH 或 EOT 这种控制字符一样，
数据链路层就会错误地找到帧的边界。
转义字符 ESC，字节填充/字符填充。
差错检测：1 变 0 或 0 变 1，比特差错。数据链路层广泛使用了循环冗余检验 CRC。步
骤：
（1）发送数据划分组，每组 k 个 bit。假如数据是,=101001(K=6);
（2）在 M 后加 n 位冗余码。总共发 k+n 位。
（3）在 M 后加 n 个零，除以长度为 n+1 的 P，商 Q 余数 R，把 R 拼接在 M 后。R 叫做
帧检验序列 FCS。
（4）接收端：接收的除以 P，若余数 R=0，则无差错，若不是，就丢弃。
4.点对点协议 PPP：三个组成部分：
（1）将 IP 数据报封装到串行链路的方法。
（2）用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议 LCP。
（3）一套网络控制协议 NCP。
5.PPP 协议的帧格式：连续两帧之间只需要一个标志字段。
当 PPP 使用异步传输，转义字符定义为 0x7D，使用字节填充。
0x7E 变成(0x7D,0x5E)。0x7D 变成(0x7D,0x5D)。若信息字段出现数值小于 0x20 的字符，则
在字符前+0x7D，同时字符编码改变。如 0x03 变(0x7D,0x23)
零比特填充：连续 5 个 1 后填 0。
6.局域网主要特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
7.计算机与外界局域网的连接是通过通信适配器（网卡）进行的。适配器：进行数据串行
传输和并行传输的转换，数据链路层+物理层的功能。
8.为了通信简单，以太网采取了两种措施：
（1）无连接工作方式，数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认，尽最大努力交付（不
可靠交付），同一时间只允许一台计算机发数据。使用的协议：CSMA/CD，载波监听多点
接入/碰撞检测。
（2）曼彻斯特编码。
9.CSMA/CD 协议的要点：协议实质是“载波监听”和“碰撞检测”。
多点接入：总线型网络。
载波监听：检测信道。不管发送前，还是发送中，每个站不停地检测信道。
碰撞检测：边发送，边监听。也称为冲突检测。
电磁波在 1km 电缆的传播时延约 5us。信道是半双工信道。
总线上单程端到端的传播时延记为τ，最迟经过 2τ才知道自己发送的和别人碰撞了。
2τ称为争用期，又称碰撞窗口，经过争用期未检测到碰撞，才肯定这次发送不会碰撞。
10.以太网特点，发送的不确定性：每个站在自己发送数据后的一小段时间内，存在着碰撞
的可能性，这一小段时间不确定，因此以太网不能保证某一时间之内一定把数据发出去。
11.碰撞重传的时机：截断二进制指数退避算法。
（1）基本退避时间为争用期，具体时间是 51.2us。对于 10Mbit/s 以太网，争用期内可发
送 512bit，即 64 字节。
（2）从离散整数集合[0,1,…,(2^k-1)]中随机取出一个数，记为 r。重传应推后的时间就是 r
倍的争用期。K=Min[重传次数，10]
（3）当重传达 16 次仍不能成功时，则丢弃该帧，向高层报告。
12.最短帧长 64 字节，512bit。凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突异常中止的无效帧。
帧间最小间隔为 9.6us，相当于 96bit：为使刚刚收到的数据帧的站的接收缓存来得及清
理。
13.集线器工作在物理层，每个接口仅仅简单地转发比特，不进行碰撞检测。
14.单程端到端时延与帧的发送时间之比：
a 应该尽量小。
a 趋于 0，表示一碰撞就检测出来（争用期小），立即停止，信道浪费资源少。
极限信道利用率为（当 a 远小于 1 才能得到）：
15.6 字节的 MAC 地址：前三个字节：组织唯一标识符/公司标识符。后三个字节：厂家自
行指派，扩展标识符。
16.MAC 帧的格式：两种，以太网 V2 和 IEEE802.3
为使接收端迅速实现位同步，要在帧前插入 8 字节，7 个字节前同步码（1 和 0 交替）：使
接收端迅速调整时钟频率，使他和发送端的时钟同步。1 字节的帧开始定界符，10101011
由于各帧之间有间隙，所以不需要帧结束定界符。
17.扩展的以太网在网络层看来仍是一个网络。
（1）使用集线器扩展以太网（物理层），优点：不同系的以太网计算机可以通信，扩大了
以太网覆盖的地理范围。缺点：以太网是独立碰撞域，使原来的三个碰撞域变成一个，更
易碰撞。不同的以太网如果技术不同（如数据率不一样）则不能连接。
集线器只能转发，不能帧缓存。
（2）使用以太网交换机扩展以太网（数据链路层）
以太网交换机（全双工）：多接口的网桥。即插即用，帧交换表（地址表）通过自学习算法
自动地建立起来的。
优点：一个用户通信时是独享而非和其他网络用户共享传输媒体的带宽。一般具有多种速
率接口，方便不同用户。
自学习功能：
（1）A 先向 B 发一帧，
18.CSMA/CD 协议都不使用了，仍然叫以太网，因为：帧结构未改变，仍然采用以太网的
帧结构。
19.吉比特以太网：允许在 1Gbit/s 下，全双工和半双工；使用 IEEE802.3 规定的帧格式，半
双工下使用 CSMA/CD 协议，全双工不使用 CSMA/CD 协议。争用期 512 字节。
第四章 网络层
1.互联网设计思路：网络层只向上提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服
务。无需建立连接，不提供质量承诺。
2.网际 IP 协议、地址解析协议 ARP、网际控制报文协议 ICMP、网际组管理协议 IGMP。
3.将网络互相连接起来要使用一些中间设备。
（1）物理层使用的中间设备-转发器。 （2）数据链路层-网桥或桥接器。
（3）网络层-路由器。 （4）网络层以上使用-网关
4.IP 地址的编址方法共经过了三个历史阶段。
（1）分类的 IP 地址。网络号+主机号
A 类的网络号字段：全 0：保留地址，意思是本网络；01111111 保留作为本地软件环回
测试本主机进程之间的通信所用。主机号字段：全 0：连接到的是单个网络地址，全 1：表
示所有的。
B 类的 128.0.0.0 是不指派的，主机号不能全 0 或全 1。
C 类网络地址 192.0.0.0 不指派，主机号全 0 全 1 应该也不行。
IP 地址的重要特点：
分等级的地址结构：只分配网络号，方便管理；路由器仅根据目的主机所连接的网络号
来转发分组，减小路由表。一个路由器至少两个 IP 地址。一个网络是指具有相同网络号 net-
id 的主机的集合，因此用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络。所有分配到
网络号的网络都是平等的。
IP 地址与硬件地址的区别：
层次角度：物理地址是数据链路层和物理层使用的地址；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 层抽象的互联网上只能看到 IP 数据报。路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行
路由选择。在局域网的链路层只能看见 MAC 帧。
（2）子网的划分。
（3）构成超网。
5.ARP 解析协议：为了从网络层使用的 IP 地址，解析出在数据链路层使用的硬件地址，归在
两层都可。解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。
每台主机都有 ARP 高速缓存，里面有本局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址
的映射表，是该主机目前知道的一些地址。
ARP 对保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设置生存时间，超过就删除。
6.IP 数据报的格式：
版本：IP 协议版本。
首部长度：单位是 32 位，即 4 字节。
总长度：首部和数据之和的长度，单位为字节。最常用的以太网规定最大传送单元 MTU 值
是 1500 字节。
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