复习要点：

计算机网络概述
1.传输延迟（发送延迟）、传播延迟，以及两类延迟的计算
2.数据交换技术：都有什么技术，任取两种技术对比（如何工作？特点是什么？优缺点是什么？）
3.OSI 7层模型与TCP/IP 4层模型的对应关系（应用~应用，传输~传输，网络~网际，数据链路~网络接口）
4.OSI 7层模型的分层及每一层的功能
物理层
1.编码技术：任一给出一个01序列，使用4种数字化编码（不归零，差分不归零，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特）转变为数字信号
2.理想信道与非理想信道的最高数据传输速率计算（奈奎斯特定理，香农公式）
3.多路复用（频分多路复用，时分多路复用（同步，异步））
4.同步通信与异步通信
数据链路层（解决相邻两个节点间可靠通讯的问题）
1.如何实现差错控制（序号+确认+超时重发），如何进行检错（CRC校验、简单校验和），如何进行纠错（发送ACK应答，重发定时器超时，如何重发？（停止等待，后退N等等））
2.如何实现流量控制（两部分的基本原理）
局域网
1.总线型以太网（CSMA/CD协议工作原理）
2.交换式以太网（向后学习机制建立MAC地址转发表）（大题）；VLAN的划分（按端口划分，加TAG标签），划分VLAN后怎么通讯
3.无线局域网（了解CSMA/CA协议，主要看带信道预约的CSMA/CA协议的工作原理）
网络层
1.如何划分子网
2.如何构建超网
3.距离矢量路由算法（DVR）工作原理
4.链路状态路由算法（LSR）工作原理
5.两种路由算法（DVR和LSR）的特点
传输层（主要考TCP协议）
1.TCP的差错控制（与数据链路层类似），流量控制（与数据链路层类似），与数据链路层相比，强调字节流
2.TCP拥塞控制（慢启动，快速重传），有可能画出图让稍微进行解释
3.TCP为什么要通过3次握手建立连接
应用层
1.访问网页时，使用什么协议（http协议），此时网络做了什么事情（有哪些行为）？（域名解析，TCP建立连接，发送http请求，得到http应答，结束连接，浏览器解析标签并展示），每一层用到哪些协议？
2.DNS域名解析，递归方法/迭代方法，方法如何运用？（见PPT练习题）
IPV6
1.IPV4向IPV6的过渡技术

计算机网络概述

1.传输延迟（发送延迟）、传播延迟，以及两类延迟的计算
2.数据交换技术：都有什么技术，任取两种技术对比（如何工作？特点是什么？优缺点是什么？）
3.OSI 7层模型与TCP/IP 4层模型的对应关系（应用~应用，传输~传输，网络~网际，数据链路~网络接口）
4.OSI 7层模型的分层及每一层的功能

时延(delay/latency)

三种时延产生的位置：

发送时延

定义：发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

发送速率:网络设备向信道发送数据的速率。常称为数据在信道上的传输速率。

信道带宽:单位时间信道允许发送的最大速率。

\[发送时延 = \frac{数据块长度(比特)} {发送速率(比特/秒)} \]

传播时延

定义：电磁波在信道中传播一定的距离而花费的时间。

数据发送速率（bit/s）和信号在信道上的传播速率（m/s）是完全不同的概念。

\[传播时延 = \frac{信道长度 (米)}{ 信号在信道的传播速率(米/秒)} \]

电磁波在自由空间传播速率: \(3 × 10^5 km/s\)
铜线电缆中传播速率: \(2.3 × 10^5 km/s\)
光纤中传播速率: \(2 × 10^5 km/s\)

总时延

\[总时延 = 处理时延+发送时延 + 传播时延 \]

例题

必须注意，带宽单位是\(10^x\)，而数据存储的单位是\(2^y\)。

时延带宽积

含义：若发送端连续发送数据，在发送第一个比特到达终点时，发送端已经发送了20万比特数据。

数据交换技术

定义：网络交换设备（通信子网中各个节点）按照某种动态方式分配线路资源及数据转发方式。

电路交换（线路交换）（eg.传统电话网络）
存储转发交换
- 报文交换（eg. 电报网络）
- 分组交换（eg. x.25网络）
  - 数据报交换
  - 虚电路交换

电路交换

定义

通信双方在数据传输之前要建立一条物理电路（是真正的物理线路，也可以是一个复用信道），该物理电路一直保持到双方通信结束后才释放。

例子

公共电话网络：
电路建立、数据传送、电路拆除

主要特点

(1)电路交换通常采用面向连接方式
(2)先呼叫建立连接，实现端到端的资源预留
(3)预留的资源包括：链路带宽资源、交换机的交换能力
(4)电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，资源专用，即使空闲也不与其他连接共享
(5)由于建立连接并预留资源，因此传输性能好；但如果传输中发生设备故障，则传输被中断

技术特点

电路交换没有检错和纠错机制，例如打电话时，如果没有听清，需要人（应用层）重说。

复用技术

存储转发交换

定义

网络交换设备(通信子网中各个节点)按照某种动态方式分配线路资源及数据转发方式。

工作原理

特点

不同速率设备互联：
①存储转发
②中断（PC与外设间）
③中断（OS中）

分类

报文交换

定义

特点

优点

缺点

分组交换

定义

定义：与报文交换一致，均采用共享传输线路和存储-转发机制，但是传输单位为分组。

分类

数据报交换和虚电路交换

特点

概念：统计多路复用（statistical multiplexing）

大的报文分成的分组，在网络中是按顺序传输吗？
取决于具体的技术。

数据报交换

定义

特点

虚电路交换

定义

注意对“虚”的理解。

工作原理

特点

以x.25/FR/ATM为例

交换方式的比较

OSI模型

从顶层至底层：
(1)应用层：与用户交互，为用户提供服务
(2)表示层：完成用户应用层传送数据的格式以及特殊功能
数据处理(格式化数据、数据压缩/解压缩、数据加密/解密)
(3)会话层：建立，维护和管理会话
通信协商:存在性，身份验证，通信参数协商。
会话同步:利用同步点解决大文件传输。
(4)传输层：不同主机用户进程之间通信。(将数据从源端口发送到目的端口)
提供可靠/不可靠的端到端通信
保证数据按序、可靠传输.
(差错控制、流量控制、拥塞控制)
(5)网络层：不同主机之间的通信(将数据包跨越网络从源设备发送到目的设备)
(路由:建立路由表、转发：选择路由(使用路由表)、拥塞控制、异构物理网络互连)
(6)数据链路层：将不可靠的物理链路转变为可靠的数据链路(实现相邻(Neighboring)网络实体间的数据传输)
帧编码与误差纠正控制
(7)物理层：定义如何在信道上传输0、1信号
透明地传送比特流传输

OSI模型与TCP/IP模型的对应关系

物理层

1.编码技术：任一给出一个01序列，使用4种数字化编码（不归零，差分不归零，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特）转变为数字信号
2.理想信道与非理想信道的最高数据传输速率计算（奈奎斯特定理，香农公式）
3.多路复用（频分多路复用，时分多路复用（同步，异步））
4.同步通信与异步通信

数字编码技术

不归零码（NRZ）

定义：1表示正电压，0表示负电压
表示一个码元时，电压不需要回到0，所以叫不归零码

差分不归零码（DNRZ）

曼彻斯特码（Manchester）

差分曼彻斯特码（DManchester）

总结

理想信道与非理想信道的最高数据传输速率计算

数据通信的基本概念

N为对码元编码的不同离散状态个数

怎么理解？

也就是说，一个码元可以表示几种离散状态？在此例中，一个码元可以在四象限的任一象限，所以N=4。
很好理解的是，\(log_2N\)就是对码元编码时，应有的二进制位数。

理想信道最高数据传输速率

奈奎斯特（Nyquist）定理

奈奎斯特定理：对于一个带宽为W HZ的理想信道，最大码元传输速率为2W Baud。
Baud 是波特，是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元。

例题

非理想信道最高数据传输速率

香农（Shannon）定理

例题

讨论

Nyquist公式和Shannon公式的比较

奈奎斯特采样定理及例题

问题2：利用奈奎斯特定理，\(线路理想最大传输速率=2\times 带宽 \times log_2N\)，因此，带入得\(2\times 4k\times log_2 256=64kbps\)。
问题3：利用香农定理， \(线路最大传输率=带宽*Log_2(1+S/N)\),带入信噪比\(38=10\times log_{10}S/N\)，求出\(S/N\)带入香农定理公式，再乘以带宽（4kHz），即可得到结果为35kbps。【这个结果似乎不对？】

多路复用

定义与代价

频分多路复用FDM

频分多路复用是一种模拟技术，传输带通信号。在FDM中，每路发送设备产生的信号利用频率不同的载波信号调制为不同频率的高频调频信号，再被组合成一个复合的高频模拟信号。

波分复用WDM

波分复用就是光的频分复用。

时分复用TDM(同步/异步)

同步时分复用

前提与工作原理

特点

共享信道使用情况：

同步TDM可能会造成线路资源的浪费：

异步时分复用（统计时分复用）

同步时分复用问题的解决方法

异步时分复用的特点

同步通信与异步通信

同步通信

面向字符的同步传输

面向位流的同步传输

数据链路层

1.如何实现差错控制（序号+确认+超时重发），如何进行检错（CRC校验、简单校验和），如何进行纠错（发送ACK应答，重发定时器超时，如何重发？（停止等待，后退N等等））
2.如何实现流量控制（两部分的基本原理）

数据链路定义

物理链路(link)是一条点到点物理线路，中间没有任何其他交换节点。

数据链路(datalink)：除物理链路外，还必须有通信协议控制物理链路的数据传输；若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

目的：将不可靠的物理链路转变为可靠的数据链路。
数据链路(逻辑链路)=物理链路+数据链路层通信协议。

数据链路的3个基本问题：成帧规则、差错控制(检错+纠错)、流量控制

数据链路层的常见协议

数据链路层的常见协议可分为点对点型协议和广播型协议。

点对点型协议
- 高级数据链路控制HDLC
- 点对点协议PPP（常用于接入网）
广播型协议
- 以太网协议Ethernet（常用于局域网）

差错控制

概述

检错码

奇偶校验

校验和

循环冗余校验CRC

纠错码

海明码

带差错处理的流量控制协议

必须注意，现在的技术中，对于通信质量良好的有线线路，不进行差错控制。以下所介绍的协议，往往在传输层实现。
然而，无线通信的质量较差，因此协议在数据链路层使用确认和重传机制，以向上一层提供可靠传输的服务。
这一区别在CSMA/CD、CSMA/CA协议有明显的体现

停止-等待协议

工作原理

接收窗口的引入

接收窗口用来控制接收端可以接收哪些数据帧。只有发送序号落入接收窗口内的数据帧才可以收下。

滑动窗口机制

重发定时器时间的选择

重发定时器时间设置:选为略大于“从发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间RTT”。

自动请求重传（ARQ）机制的实现

优缺点与改进方案

连续ARQ协议

连续ARQ协议（automatic repeat request）:发送方可一次连续发送多个数据帧，同时等待ACK应答。

后退N帧协议

工作原理

滑动窗口的设置

发送窗口的最大值：

接收窗口的设置：
接收窗口为1。

存在的问题与改进方案

改进方案：选择重发协议

选择重发协议

设计思想

适用场景

优缺点

滑动窗口的设置

发送窗口最大值：\(2^{k-1}\)
接收窗口：大于1

带差错处理的流量控制总结

局域网

1.总线型以太网（CSMA/CD协议工作原理）
2.交换式以太网（向后学习机制建立MAC地址转发表）（大题）；VLAN的划分（按端口划分，加TAG标签），划分VLAN后怎么通讯
3.无线局域网（了解CSMA/CA协议，主要看带信道预约的CSMA/CA协议的工作原理）

IEEE 802

以太网

总线型以太网

概述

特点

共享式以太网MAC子层协议【CSMA/CD】

核心思想

CSMA/CD：载波帧听、多路访问/冲突检测

工作原理

冲突检测方法

冲突发生时机

冲突窗口计算

强化冲突

二进制指数类型退避算法 (truncated binary exponential type)

CSMA/CD的帧发送流程

CSMA/CD的帧接收流程

传统以太网主要参数（10BASE5）

交换式以太网

数据链路层交换原理

冲突域：定义：同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。
分层：基于OSI的第一层物理层
设备：第二层设备能隔离冲突域，比如Switch。交换机能缩小冲突域的范围，交换接的每一个端口就是一个冲突域。

广播域：定义：如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围称为一个广播域。
分层：基于OSI的第二层数据链路层
设备：第三层设备才能隔离广播域，比如Router。路由器能隔离广播域，其每一个端口就是一个广播域。

交换设备

关键技术

如何自主建立MAC地址转发表【向后学习机制】

VLAN技术

为什么需要VLAN

解决方法：

通过路由器将网络分段
通过交换机划分VLAN

例子：

定义

划分方法

VLAN帧格式

工作原理（数据帧转发）

交换机接口划分
- access类型，连接计算机（主机）
- trunk类型，连接交换机
任何主机不支持有Tag域的以太数据帧,只能发送和接收标准的以太数据帧.-ACESS链路一样！
同一交换机VLAN内直接转发
同一交换机VLAN间直接丢弃
不同交换机VLAN内需加标签转发，接收端交换机去除标签再转发给主机
不同交换机VLAN间会先加标签转发，接收端交换机解包后发现不在同一VLAN，会将此帧丢弃
应该如何通信？
- 使用路由器，通过三级路由将报文在VLAN间转发
- 使用L3/L2交换机

优势

无线局域网

无线局域网(Wireless LAN)是指覆盖范围在有限区域的无线网络。

802.11标准MAC子层协议

WLAN中无线信道访问控制如何解决？

介质访问控制解决方法：

点协调模式（PCF）
分布协调模式（DCF）
- CSMA/CA
802.11MAC实现时必须支持基本DCF，而PCF则是可选的

CSMA/CA协议（基本DCF）

工作原理

讨论

必须注意，现在的技术中，对于通信质量良好的有线线路，不进行差错控制。以下所介绍的协议，往往在传输层实现。
然而，无线通信的质量较差，因此协议在数据链路层使用确认和重传机制，以向上一层提供可靠传输的服务。
这一区别在CSMA/CD、CSMA/CA协议有明显的体现

改进1：网络分配向量NAV

改进2：信道预约

CSMA/CA协议存在的问题

隐藏终端问题
暴露终端问题

信道预约RTS/CTS机制工作原理

隐藏发送终端问题得以解决

隐藏接收终端问题无法解决

暴露接收终端问题无法解决

暴露发送终端问题无法解决

基于信道预约DCF总结

信道预约机制的讨论

网络层

1.如何划分子网
2.如何构建超网
3.距离矢量路由算法（DVR）工作原理
4.链路状态路由算法（LSR）工作原理
5.两种路由算法（DVR和LSR）的特点

网络层（IP网络）向上层（传输层）只提供简单的、灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

互联网中，数据链路层+物理层可能为不同物理网络，传输不同类型数据帧，但网络层传输的PDU统一为：IP分组。

IPv4地址

Why IP？

有类IPv4地址

例题：

划分子网

概念

子网掩码

例题：

如何划分子网

工作原理：

例题：

变长子网掩码（VLSM）

例题：

构建超网

Why 超网 & How

例题：

构建超网的条件

例题：

无分类编制（CIDR）

例题：

IP分组存储转发机制

如何构建路由表？

路由算法（构建路由表）

算法分类

静态路由算法
小规模网络可由网络管理员通过预先设计，获得网络拓扑结构，计算本节点到其他网络的路径，建立路由表。
- 最短路径路由算法 (SP ：Shortest Path)
- 基于流量的路由算法 (FR ：Flow-based Routing）
动态路由算法
随着网络拓扑结构和通信量（网络拥塞现象发生）的动态变化(如路由器的加入或退出，链路断开与重新连通，网络发生拥塞等),路由器能够及时感知,自动获得这些网络动态变化信息，通过相互交换路由表信息（或邻居关系），以此作为依据重新计算路由表,无需人工干预；称为自适应路由选择算法。
- 距离矢量路由算法 (DVR ：Distance Vector Routing)
- 链路状态路由算法(LSR ：Line State Routing)