计算机网络小黑指北-考试速通攻略（一）
第一章 概述
1.互联网的组成
边缘部分：由主机组成，用户使用，用于通信和资源共享
核心部分：由网络和连接网络的路由器组成，提供连通性和交换。
教育网：cernet
2.网络的概念：计算机网络主要是由一些通用的，可编辑的硬件互连而成，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（如传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。
3.计算机的分类：按照网络的作用范围分类：广域网WAN（几十~几千公里），城域网MAN（5~50公里），局域网LAN（1公里左右，采用高速通信线路），个人区域网PAN（10米）。
4.网络综合性能指标：速率，带宽，吞吐量，时延，时延带宽积，往返时间，利用率。
5.时延（计算）：千=k=210=1024 兆=M=220=1024k 吉=G=230=1024M 1字节=1byte=8比特=8bit
发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）
传播时延=信道长度（米）/信号在信道上的传播速率（米/秒）
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
时延带宽积=传播时延*带宽
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
D=D0/（1-U）
D0：网络空闲时的时延
D+网络当前的时延
U：网络当前的利用率，0~1
6.体系结构
国际标准（七层协议）：开放系统互连参考模型OSI/RM：物理层，数据链路层，网络层，运输层，会话层，表示层，应用层。
TCP/IP（五层协议）：物理层，数据链路层，网络层，运输层，应用层
7.实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
协议控制下，两个对等实体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。
第二章 物理层
- 基本概念
信道：向某一个方向传送信息的媒体。
单工通信：只能有一个方向的通信
半双工通信：双方都可发送信息但不能同时发送
全双工通信：通信双方可以同时发送和接收信息
2.信道的极限流量（计算）
曼彻斯特：1下0上
差分曼彻斯特：相加变化时向上向下变化，不变时保持
奈氏准则：码元传输的最高速率=2w（码元/秒）
信噪比（dB）=10lg（S/N）（dB）
香农公式：信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N）（bit/s）
结论：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息极限传输速率越高。
3.传输媒体：双绞线（无屏蔽双绞线UTP，屏蔽双绞线STP），抗干扰F/FTP最好
同轴电缆，光纤（多模光纤（近距离），单模光纤（贵）），光缆。
4.信道复用技术
频分复用：分带宽，一个用户一个频带。
时分复用：分时隙，周期性。
波分复用： 使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。
码分复用（计算）：用户同时同频不同码。
码分多址CDMA：码片：每比特时间划分为m个短的时间，每个站一个唯一的m bit码片序列。比特1：发送m bit码片序列。比特0：发送二进制反码。
例：S站8 bit码片序列：0001 1011
1->0001 1011
0->1110 0100
码片序列：（-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1）
5.ADSL技术（非对称数字用户线）
HFC（光纤同轴混合网）
FTTx技术（多种宽带光纤接入方式）
6.运输层及以上：网关；网络层：路由器；数据链路层：网桥或桥接器，交换机；物理层：转发器。
第三章 数据链路层
- 数据链路层作用范围：网络中的主机，路由器。功能：
- 三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测（计算）
封装成帧：SOH帧开始符；EOT帧结束符
透明传输：数据可按原样无差错地通过数据链路层（字节填充/字符填充ESC）
差错检测：误码率BER：传输错误的比特占所传输比特总数的比率。
循环冗余检验CRC原理：
发送端：把数据划分为组，每组k个比特。在每组M后再加n位冗余码，构成一个（k+n）位的帧。
待传送：数据M=101001，k=6
n：用2进制的模2运算进行2^n*M运算。（在M后加n个0）
得到的（k+n）位数除以事先选定好的长度为（n+1）位的除数P。得出商Q，余数R。余数R比除数P少1位，即R是n位。
例：k=6，M=101001，除数（已知）P= 1101（4位，n+1=4）
发送：n=3，2^n*M=101001000（后面加n个0）；101001000/1101，余数=1
接收：101001001/1101，余数R=0则无错，接受。若R！=0，则有错，丢弃。
进阶：P（x）=x^4+x+1 -> p=10011,5位，n+1=5，n=4
3.点对点协议PPP：
特点：对于点对点链路，使用最广泛的数据链路层协议。面向字节。
帧格式：
标志字段 F： 0x7E 。连续两帧之间只需要用一个标志字段。
地址字段 A：只置为 0xFF。实际上不起作用。
控制字段 C：通常置为 0x03。
协议字段：若为 0x0021，则信息字段就是 IP 数据报。
若为 0x8021，则信息字段是网络控制数据。
若为 0xC021，则信息字段是 PPP 链路控制数据。
若为 0xC023，则信息字段是鉴别数据。
4.广播信道CSMA/CD协议（载波监听多点接入/碰撞检测）：
工作原理：将接收站的硬件地址写入帧首部的目的地址字段，当数据帧的目的地址与适配器硬件地址一致时接收这个数据帧，实现一对一通信。
争用期：以太网的端到端往返时延2t。10 Mbit/s 以太网争用期的长度= 51.2 μs，对于 10 Mbit/s 以太网，在争用期内可发送 512 bit，即 64 字节（最短有效帧长）。
MTU1500：网络上传送的最大数据包大小是1500字节。
5.物理地址：
长度：48位
组成：3字节（24位）组织唯一标识符+3字节（24位）扩展唯一标识符
6.MAC帧格式：以太网V2的格式。（64~1518字节）
7.扩展的以太网
集线器：范围大，不同碰撞域可通信；易碰撞，不能同时发送信息。
交换机（全双工）：并行性，传输信道独享，无冲突。
虚拟局域网：限制接收广播信息的工作站数，使得网络不会因传播过多的广播信息而引起性能恶化。
8.高速以太网：全双工
第四章 网络层
- IP协议：
Ip地址：32位二进制代码，8位为一组，点分十进制记法。网络号+主机号。
分类的IP地址：A类：0，1~126；B类：10，128.1~191.255；C类：110，192.0.1~223.255.255
2.IP地址和MAC地址的区别：
所处位置不同。IP：IP地址报首部。MAC：数据帧首部。
IP：逻辑地址。MAC：物理地址。
IP：网络层及以上。MAC：数据链路层。
路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择，在具体的物理网络的链路层，只能看见MAC帧而看不到IP数据报。
3.地址解析协议ARP：
工作原理：每一个主机都有一个ARP高速缓存，是所在局域网上各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。
4.IP数据报的格式：首部固定部分：20字节
版本：4位，IPv4；首部长度：4位，最大60字节；总长度：16位，最大为65535字节；标识：16位，产生IP数据报的标识；标志：3位，MF（MF=1还有分片，MF=0最后一个分片），DF（DF=0才允许分片）；片偏移：13位；生存时间：8位，TTL，数据报在网络中可通过的路由器数的最大值；协议：8位；首部检验和：16位；源地址，目的地址：32位。
5.分组转发的流程
H1 首先检查 128.1.2.132 是否连接在本网络上。
如果是，则直接交付；否则，就送交路由器 R1。
路由器 R1 收到分组后查找转发表。先检查第 1 行。接着检查第 2 行。
匹配!进行分组的直接交付。
6.构造超网
无分类编址CIDR：网络前缀+主机号，32位。
斜线记法（CIDR记法）：220.78.168.0/24（24：掩码中1的个数）
超网：子网合并技术与子网分割技术
7.网际控制报文协议ICMP：
功能：允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
命令：PING：测试连通性。Traceroute：跟踪一个分组从源点到终点的路径。
8.路由选择协议：
内部网关协议RIP：（基于UDP协议传输）分布式的，基于距离向量的路由选择协议。距离=经过路由器个数+1，最多只能包含15个路由器。
算法：
内部网关协议OSPF：采用分布式的链路状态协议。
外部网关协议BGP：不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。
9.路由器构成：路由选择部分（控制部分），分组转发部分（交换结构-转发表，输入端口，输出端口-硬件接口）。
10.IPv6：
长度：128位
形式：基本首部（40字节，8字段）+有效载荷（<65535字节）
IPv4->IPv6：逐步演进，向后兼容。双协议栈，隧道技术。
11.虚拟专用网VPN：隧道技术
网络地址转换NAT：虚在路由器上安装NAT软件。
转换过程：离开专用网时：替换源地址，将内部地址替换为全球地址。进入专用网时：替换目的地址，将全球地址替换为内部地址。
当 NAT 路由器具有 n 个全球 IP 地址时，专用网内最多可以同时有 n 台主机接入到互联网。
