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计算机网络个人复习版
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一、随记
1.1 时延计算
电路交换总时延：建立时间 + 传播时延 + 发送时延
分组交换总时延：一组传播时间 × 组数 + (需传播的链路数 - 1) × 一组的传播时间
二、OSI七层模型
2.1 物理层
物理层的任务就是透明地传送比特流。物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
2.2 数据链路层
数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（frame）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。
2.3 网络层
网络层的任务就是要选择合适的路由，使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。
2.4 运输层
运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。
2.5 应用层
应用层直接为用户的应用进程提供服务。
三、数据链路层
3.1 物理地址
从数据链路层发送的帧要包含物理地址，该地址是 计算机从网卡的ROM中读出，并由软件放置到帧的首部的 (选项C)
3.2 网络适配器
网络适配器实现了体系结构中 物理层 和 数据链路层 的功能。
3.3 CSMA/CD最短帧长计算
题目：假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gbit/s。设信号在网络上的传播速率为200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。
计算：
- 发送时间 ≥ 争用期(2τ)
- N bit / (1×10⁹ bit/s) ≥ 2×1km / (2×10⁵ km/s)
- N ≥ 1×10⁴ bit = 1250 B
3.4 曼彻斯特编码
曼彻斯特编码，码元传输速率是比特率的2倍。
3.5 交换机相关
题目：下列关于交换机的叙述中，正确的是（）
- A. 以太网交换机本质上是一种多端口网桥
- B. 通过交换机互连的一组工作站构成一个冲突域
- C. 交换机的每个端口所连接的网络构成一个独立的广播域
- D. 以太网交换机可实现采用不同网络层协议的网络互联
答案：A
解析：
- 可以划分多个冲突域
- 交换机是数据链路层的，广播域和网络层协议不能实现
3.6 冲突域与广播域
| 概念 | 说明 |
|---|---|
| 冲突域 | 可能发生数据传输的碰撞 |
| 广播域 | 有路由器分开的就是广播域 |
隔离能力：
- 集线器：不能隔离冲突域
- 路由器和交换机：可以隔离冲突域
3.7 交换机转发延迟
题目：对于100Mbps的以太网交换机，当输出端口无排队，以直通交换（cut-through switching）方式转发一个以太网帧（不包括前导码）时，引入的转发延迟至少是（）
答案：0.48μs
四、网络层
4.1 路由协议
题目：有关路由协议，下列说法正确的是（）
答案：RIP存在”好消息传播的快，坏消息传播的慢”的问题。
解析：
- RIP使用TCP，OSPF使用IP，BGP使用UDP（错误）
- 内部网关协议和外部网关协议都是为了选择最佳路由（错误）
- RIP周期性的和所有站点交换路由表信息，而OSPF只有当网络拓扑改变时才采用洪泛法广播链路状态信息（正确）
五、计算题
5.1 发送时延传播时延计算
题目：在下图所示的采用”存储-转发”方式分组的交换网络中，所有链路的数据传输速度为100Mbps，分组大小为1000B，其中分组头大小20B，若主机H1向主机H2发送一个大小为980000B的文件，则在不考虑分组拆装时间和传播延迟的情况下，从H1发送到H2接收完为止，需要的时间至少是（）
答案：80.08ms
分组交换优点：
| 优点 | 所采用的手段 |
|---|---|
| 高效 | 在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用 |
| 灵活 | 为每一个分组独立地选择最合适的转发路由 |
| 迅速 | 以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组 |
| 可靠 | 保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性 |
网络利用率公式：
- D = D₀/(1-U)
- U = 1 - D/D₀
其中：
- D：当前网络时延
- D₀：网络空闲时的时延，即最小时延
- U：网络利用率
5.2 奈氏准则计算
题目：在无噪声情况下，若某通信链路的带宽为3kHz，采用4个相位，每个相位具有4种振幅的QAM调制技术，则该通信链路的最大数据传输速率是（）
答案：24kbps
香农公式计算：
- C = W × log₂(1 + S/N) (b/s)
- 信噪比(dB) = 10 × log₁₀(S/N)
5.3 码分多址通信
题目：站点A、B、C通过CDMA共享链路，A、B、C的码片序列分别是(+1,+1,+1,+1)、(+1,-1,+1,-1)和(+1,+1,-1,-1)，若C从链路上收到的序列是(+2,0,+2,0,0,-2,0,-2,0,+2,0,+2)，则C收到A发送的数据是（）
答案：000
5.4 PPP透明传输
字符填充法和零比特填充法
题目：一个PPP的数据部分（用十六进制写出）是7D5EFE277D5D7D5D657D5E。试问真正的数据是？
HDLC协议：对0111110001111110组帧后对应的比特串为011111000011111010
5.5 CRC冗余码
题目：
- 数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？
- 若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？
- 采用CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？
5.6 CSMA/CD最短帧长计算
题目：假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gbit/s。设信号在网络上的传播速率为200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。
计算：
- 发送时间 ≥ 争用期(2τ)
- N bit / (1×10⁹ bit/s) ≥ 2×1km / (2×10⁵ km/s)
- N ≥ 1×10⁴ bit = 1250 B
5.7 传统以太网传输计算
题目：假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网网段上。这两个站点之间的传播时延为225比特时间。
问题：
- 现假定A开始发送一帧，并且在A发送结束之前B也发送一帧。如果A发送的是以太网所容许的最短的帧，那么A在检测到和B发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕？
- 假定站点A和B在t=0时同时发送了数据帧。当t=225比特时间，A和B同时检测到发生了碰撞，并且在t=225+48=273比特时间完成了干扰信号的传输。A和B在CSMA/CD算法中选择不同的r值退避。
5.8 转发表更新
题目：以太网交换机有6个端口，分别接到5台主机和一个路由器。在下面表中的”动作”一栏中，表示先后发送了4个帧。假定在开始时，以太网交换机的交换表是空的。
| 动作 | 交换表的状态 | 向哪些接口转发帧 | 说明 |
|---|---|---|---|
| A发送帧给D | |||
| D发送帧给A | |||
| E发送帧给A | |||
| A发送帧给E |
5.9 地址聚合
题目：网络222.15.64.0/20的地址范围是（）
答案：222.15.64.0 ~ 222.15.79.255
5.10 数据报分片
题目：一个3200bit长的TCP报文传到IP层，加上160bit的首部后成为数据报。下面的互联网由两个局域网通过路由器连接起来。但第二个局域网所能传送的最长数据帧中的数据部分只有1200bit。因此数据报在路由器必须进行分片。
问题：
- 需要分成几个片？
- 第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据？
题目：一个数据报长度为4000字节（固定首部长度）。现在经过一个网络传送，但此网络能够传送的最大数据长度为1500字节。
问题：
- 应当划分为几个短些的数据报片？
- 各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志应为何数值？
5.11 路由器转发下一跳
题目：设某路由器建立了以下转发表：
| 网络前缀 | 下一跳 |
|---|---|
| 192.4.153.0/26 | R3 |
| 128.96.39.0/25 | 接口m0 |
| 128.96.39.128/25 | 接口m1 |
| 128.96.40.0/25 | R2 |
| * (默认) | R4 |
现共收到5个分组，其目的地址分别为：
- 128.96.39.10
- 128.96.40.12
- 128.96.40.151
- 192.4.153.17
- 192.4.153.90
问题：试分别计算其下一跳。
5.12 路由表更新
题目：假定网络中的路由器B的路由表有如下的项目：
| 目的网络 | 距离 | 下一跳路由器 |
|---|---|---|
| N1 | 7 | A |
| N2 | 2 | C |
| N6 | 8 | F |
| N8 | 4 | E |
| N9 | 4 | F |
现在B收到从C发来的路由信息：
| 目的网络 | 距离 |
|---|---|
| N2 | 4 |
| N3 | 8 |
| N6 | 4 |
| N8 | 3 |
| N9 | 5 |
问题：试求出路由器B更新后的路由表（详细说明每一个步骤）。
5.13 序号和确认号
题目：主机A向主机B连续发送了两个TCP报文段，其序号分别是70和100。
问题：
- 第一个报文段携带了多少字节的数据？
- 主机B收到第一个报文段后发回的确认中的确认号应当是多少？
- 如果B收到第二个报文段后发回的确认中的确认号是180，试问A发送的第二个报文段中的数据有多少字节？
- 如果A发送的第一个报文段丢失了，但第二个报文段到达了B。B在第二个报文段到达后向A发送确认。试问这个确认号应为多少？
5.14 HTTP版本与RTT计算
题目：当使用鼠标点击一个万维网文档时，若该文档除了有文本外，还有3个.gif图像。设从本地主机到服务器的往返时延是RTTw，文本和图像的传输时延忽略不计。
问题：
- 若使用HTTP/1.0，需建立几次TCP连接，将文本和图像下载到本地需要几个RTTw？
- 若使用HTTP/1.1非流水线方式，需建立几次TCP连接，将文本和图像下载到本地需要几个RTTw？
- 若使用HTTP/1.1流水线方式，需建立几次TCP连接，将文本和图像下载到本地需要几个RTTw？
答案：
- HTTP/1.0：4次TCP连接，8个RTTw
- HTTP/1.1非流水线：1次TCP连接，5个RTTw
- HTTP/1.1流水线：1次TCP连接，3个RTTw
5.15 子网划分
题目：一个C类网段193.160.80.0，要将其划分为6个子网，请问如何指定子网掩码？每个子网的网络地址、广播地址分别是多少？可分配的主机地址范围是多少？
题目：某单位分配到一个起始地址为14.24.74.0/24的地址块。该单位需要用到三个子网，他们的三个子地址块的具体要求是：子网N1需要120个地址，子网N2需要60个地址，子网N3需要10个地址。请给出地址块的分配方案。
答案：
- 子网N1需要120个地址。N1首地址：14.24.74.0/25
- 子网N2需要60个地址。N2首地址：14.24.74.128/26
- 子网N3需要10个地址。N3首地址：14.24.74.192/28
5.16 拥塞避免
题目：TCP的拥塞窗口cwnd大小与传输轮次n的关系如下所示。
问题：
- 试画出拥塞窗口与传输轮次的关系曲线。
- 指明TCP工作在慢开始阶段的时间间隔。
- 指明TCP工作在拥塞避免阶段的时间间隔。
- 在第16轮次和第22轮次之后发送方是通过收到三个重复的确认还是通过超时检测到丢失了报文段？
- 在第1轮次，第18轮次和第24轮次发送时，门限ssthresh分别被设置为多大？
- 在第几轮次发送出第70个报文段？
- 假定在第26轮次之后收到了三个重复的确认，因而检测出了报文段的丢失，那么拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为多大？
答案：
- 慢开始时间间隔：[1,6]和[23,26]
- 拥塞避免时间间隔：[6,16]和[17,22]
- 在第16轮次之后发送方通过收到三个重复的确认检测到丢失的报文段。在第22轮次之后发送方是通过超时检测到丢失的报文段。
- 在第1轮次发送时，门限ssthresh被设置为32；在第18轮次发送时，门限ssthresh是在第16轮次收到三个重复确认时设置的，即21；在第24轮次发送时，门限ssthresh是在第22轮次发生超时拥塞时设置的，即13。
- 第70报文段在第7轮次发送出。
- 拥塞窗口cwnd和门限ssthresh应设置为8的一半，即4。
六、填空题
6.1 第一章
- 互联网的两个重要特点：连通性 和 共享
- 互联网的组成部分：边缘部分 和 核心部分
- 分组交换采用 存储转发 的方式
- 端系统的两种通信方式：客户/服务器（C/S）模式 和 对等方式（P2P）模式
- 网络协议，简称为 协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定
- 网络协议的三要素：语法，语义，同步
- 带宽 用来表示网络中某通道传送数据的能力；吞吐量 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量；时延 是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间；往返时间 表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间
- 利用率分为 信道利用率 和 网络利用率
- 计算机网络的 体系结构 是计算机网络的各层及其协议的集合
- OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元 PDU
五层模型：物理层，数据链路层，网络层，运输层，应用层
TCP/IP模型：网络接口层，网际层，运输层，应用层
OSI体系结构多了两个：表示层，会话层
首部长度：
- UDP：8字节首部
- TCP：20字节首部
- IP：固定首部20字节
- MAC帧：首部加尾部18字节
6.2 第二章
- 物理层接口特性：机械特性，电气特性，功能特性，过程特性
- 物理传输介质分类：导引型传输媒体 和 非导引型传输媒体
- 导引型传输媒体：双绞线，同轴电缆，光纤
- 非导引型传输媒体：短波通信，微波
- 信道复用技术：频分复用FDM，时分复用TDM，统计时分复用STDM，波分复用WDM，码分复用CDM（在相同的时间使用整个空间）
6.3 第三章
- 数据链路层三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测
- 两种信道：点对点信道，广播信道
- PPP协议透明传输：同步：比特填充；异步：字符填充
- 局域网拓扑类型：星型，环形，总线型
- CSMA/CD协议：载波监听多点接入/差错检测协议，先听后发，边听边发，冲突停发，等待重发
- 争用期：2倍端到端的往返时延
- 10Mbit/s的以太网：争用期为51.2μs，帧间最小间隔9.6μs，最短有效帧长64B
- 星形以太网：10BASE-T（BASE基带，T是双绞线，星型拓扑结构）
- MAC地址：48bit
- IPv4：32bit
- IPv6：128bit
- 以太网MAC帧：6字节目的地址，6字节源地址，2字节类型，4字节FCS差错检测，MTU数据字段最大长度（1500）
6.4 第四章
中继系统层次：
| 层次 | 中继系统 | 功能 |
|---|---|---|
| 物理层 | 转发器(repeater)、集线器 | 连接扩展，洪泛出去，不能够划分 |
| 数据链路层 | 网桥(bridge)、交换机 | 分割冲突域/碰撞域，不能划分广播域 |
| 网络层 | 路由器(router) | 根据IP数据包转发分组，对于广播IP不转发，可以划分广播域 |
| 网络层以上 | 网关(gateway) | - |
VLAN 也可以划分广播域
IP配套协议：
- ARP：地址解析协议
- ICMP：网络控制报文协议
- IGMP：网际组管理协议
ICMP 分为：ICMP差错报告报文 和 询问报文
IGMP：组管理，IP多播
互联网两大路由选择协议：内部网关协议，外部网关协议
IPv6：将首部长度变为固定的40字节，称为基本首部，IPv6 128bit
IP多播需要两种协议：IGMP，多播路由选择协议
三次隧道技术：多播跨越到单播，IPv4跨越到IPv6，专用网跨越到全球网
6.5 第五章
运输层两个协议：用户数据报协议 UDP，传输控制协议 TCP
6.6 第六章
- FTP的两个连接：数据连接，控制连接
- 万维网是一个大规模的、联机式的信息储藏所
- 电子邮件：SMTP，TCP，POP3，IMAP
- DHCP(动态主机配置协议)：因特网上的主机需要配置的项目
- IP地址
- 子网掩码
- 默认路由器的IP地址
- 域名服务器的IP地址
- 广播，即插即用
6.7 易错点
- 内部网关协议和外部网关协议都是为了选择最佳路由（×）
- 电路交换是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端间的通信资源（√）
- 传统以太网的10BASE-F标准中使用的传输媒体是光纤
- 登录万维网客户端发送电子邮件时，使用到的主要协议有HTTP、SMTP
- IP电话使用的数据交换技术是分组交换
- 要从某个已知的URL获得一个万维网文档时，若该万维网服务器的IP地址开始并不知道，需要用到得应用层协议有DNS和HTTP
- 拥塞控制是用来防止防止过多的数据注入网络
- 流量控制是为了避免接收方缓冲区溢出
- 若一台主机从一个网络转移到另一网络，必须改变它的IP地址，但不需改动MAC地址
- TCP连接建立过程中的最后一次确认是为了防止连接请求报文段突然又到达服务器端而产生错误
- 对于滑动窗口协议，当使用3比特进行分组编号时，如果接收窗口等于1，则发送窗口最大为 2ⁿ-1 个分组
七、2016年真题解析
7.1 OSI参考模型层次
题目：在OSI参考模型中，R1、Switch、Hub实现的最高功能层分别是（）
答案：C（网络层、数据链路层、物理层）
7.2 香农公式应用
题目：若连接R2和R3链路的频率带宽为8kHz，信噪比为30dB，该链路实际数据传输速率约为理论最大数据传输速率的50%，则该链路的实际数据传输速率约是（）
计算：
- 30(dB) = 10×log₁₀(S/N)，解得S/N = 1000
- 理论最大数据传输速率 C = W×log₂(1+S/N) = 8k × log₂(1+1000) ≈ 80kbps
- 实际数据传输速率 = C × 50% = 40kbps
答案：C（40kbps）
7.3 交换机自学习
题目：若主机H2向主机H4发送1个数据帧，主机H4向主机H2立即发送一个确认帧，则除H4外，从物理层上能够收到该确认帧的主机还有（）
答案：D（仅H2、H3）
7.4 Hub再生比特流延时
题目：若Hub再生比特流过程中，会产生1.535μs延时，信号传播速度为200m/μs，不考虑以太网帧的前导码，则H3与H4之间理论上可以相距的最远距离是（）
计算：
- 以太网规定争用期为512比特时间
- 本题中采用100Base-T的Hub，则传输速率为100Mb/s
- 因此，本题中以太网争用期为 100Mb/s × 512b = 5.12μs
- 争用期包含信号端到端的传播时延和Hub双向再生比特流的时间
- 该以太网端到端的单程信号传播时延为 5.12μs - 1.535μs = 1.025μs
- 因此，H3到H4的最远距离为 200m/μs × 1.025μs = 205m
7.5 RIP协议更新
题目：假设R1、R2、R3采用RIP协议交换路由信息，且均已收敛。若R3检测到网络201.1.2.0/25不可达，并向R2通告一次新的距离向量，则R2更新后，其到达该网络的距离是（）
答案：B（3）
7.6 NAT与IP分组
题目：假设连接R1、R2和R3之间的点对点链路使用201.1.3.X/30地址，当H3访问Web服务器S时，R2转发出去的封装HTTP请求报文的IP分组的源IP地址和目的IP地址分别是（）
答案：D（201.1.3.10, 130.18.10.1）
7.7 子网划分与通信
题目：假设H1与H2的默认网关和子网掩码均分别配置为192.168.3.1和255.255.255.128，H3与H4的默认网关和子网掩码均分别配置为192.168.3.254和255.255.255.128，则下列现象中可能发生的是（）
答案：C（H1不能与H3进行正常IP通信）
7.8 DNS迭代查询
题目：假设所有域名服务器均采用迭代查询方式进行域名解析。当H4访问规范域名为www.abc.xyz.com的网站时，域名服务器201.1.1.1在完成该域名解析过程中，可能发出DNS查询的最少和最多次数分别是（）
答案：C（0, 4）