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1 考查目标 1. 掌握计算机网络的基本概念 基本原理和基本方法 2. 掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议, 了解典型网络设备的组成和特点, 理解典型网络的工作原理 3. 能够运用计算机网络的基本概念 基本原理和基本方法进行网络系统的分析 设计和应用 参考教材 计算机历年真题名师详解及 100 知识点聚焦, 崔巍主编, 北京航空航天大学出版社 ; 2. 模拟题 崔巍主编, 原子能出版社 计算机网络体系结构 ( 一 ) 计算机网络概述 1. 计算机网络的概念 组成与功能 理解计算机网络的定义 ( 从 4 个层次理解 ) 计算机网络是把一定地理范围内的计算机通过通信线路互相连接起来, 在特定的通信协议和网络系统软件的支持下, 彼此互相通信并共享资源的系统 掌握计算机网络的硬件和软件组成计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成 其中, 硬件是网络运行的实体, 其性能的好坏对网络的性能具有决定性的作用, 而网络软件则是支持网络运行 开发网络资源使用效率 挖掘网络潜力的工具 掌握计算机网络的主要功能计算机网络的主要功能包括如下几个方面 : 数据通信 资源共享 提高可靠性 提高系统处理能力和分布式处理 2. 计算机网络的分类 熟悉计算机网络的分类, 重点是从网络的覆盖范围进行分类可以从不同的角度对计算机网络进行分类 从网络的覆盖范围进行分类, 计算机网络可分为局域网 广域网和城域网三类 从网络采用的交换方式进行分类, 计算机网络可分为电路交换网 报文交换网 分组交换网和信元交换网 从网络的使用用途进行分类, 计算机网络可分为公用网和专用网 从网络的连接范围进行分类, 计算机网络可分为互联网 内联网 (Intranet) 和外联网 (Extranet) 3. 计算机网络与互联网的发展历史 了解计算机网络的发展历史计算机网络的发展和演变过程, 大致上可分为如下三个阶段 : 面向终端的计算机网络系统 计算机网络 多机系统 互联网 多网络系统 4. 计算机网络的标准化工作及相关组织 了解网络界一些重要的标准化组织 ( 二 ) 计算机网络体系结构与参考模型 1. 计算机网络分层结构 理解计算机网络体系结构的概念 1

2 2. 计算机网络协议 接口 服务等概念 掌握计算机网络协议的定义和要素协议是指通信双方必须遵循的控制信息交换的规则集合, 其作用是控制并指导通信双方的对话过程, 发现对话过程中出现的差错并确定处理策略 一般来说, 一个网络协议由语法 语义和同步三个要素所组成 语法是指数据和控制信息的结构或格式, 确定通信时数据格式 编码 信号电平等 语义由通信过程的说明构成, 它规定了需要发出何种控制信息 完成何种控制动作以及作出何种响应 同步是对事件实现顺序的详细说明, 它用于确定事件的顺序以及速度匹配 理解功能层 协议 接口等概念为了减少计算机网络设计的复杂性, 人们往往按功能将计算机网络划分为多个不同的功能层 网络中同等层之间的通信规则就是该层使用的协议, 如有关第 N 层的通信规则的集合, 就是第 N 层的协议 而同一计算机的不同功能层之间的通信规则称为接口, 如在第 N 层和第 (N+1) 层之间的接口称为 N/(N+1) 层接口 3. ISO/OSI 参考模型和 TCP/IP 模型 掌握 OSI 参考模型及各层功能 OSI 层 控制类型 功能描述 通俗含义 信息单位 应用层 进程控制 提供电子邮件 文件传输等用户服务 做什么? 用户数据 表示层 表示控制 转换数据格式 数据加密和解密 对方看起来象什么? 表示报文 会话层 会话控制 通信同步 错误恢复和事务操作 轮到谁讲话? 会话报文 传输层 端 - 端确保端到端数据的正确发传输控制送 对方在何处? 报文 网络层 网络控制 决定传输路由, 处理信息传递 走哪条路可到达? 分组 数据链路层 链路控制 错误检测和校正, 组帧 每一步该怎么走? 帧 物理层 物理控制 数据的物理传输 对上一层的每一步该如何利用物理媒体? 比特 掌握 TCP/IP 模型及各层主要功能 TCP/IP 模型是一个 4 层结构, 从下往上分别是 : 网络接口层 网络互联层 传输层和应 2

3 用层 : 网络接口层 : 传输经网络互联层处理过的信息, 并提供主机与实际网络的接口 网络互联层 : 负责相邻节点之间的数据传送 传输层 : 在源节点和目的节点的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输 应用层 : 是 TCP/IP 系统的终端用户接口, 专门为用户提供应用服务 理解 TCP/IP 模型与 OSI 参考模型之间的关系 TCP/IP 模型与 OSI 参考模型各层次功能之间存在着一定的对应关系 OSI 参考模型中, 有 3 个基本概念 : 服务 接口和协议 TCP/IP 模型并不十分清晰 地区分这些概念 OSI 参考模型是在其协议被开发之前设计出来的, 而 TCP/IP 模型正好相反, 先有协 议, 模型只是对已有协议的描述 OSI 参考模型有 7 层, 而 TCP/IP 模型只有 4 层 OSI 模型的网络层提供面向连接和 无连接两种服务, 而传输层只提供面向连接的服务 ;TCP/IP 模型在网络互联层只提 供无连接服务, 但在传输层却提供面向连接和无连接两种服务 难点 : 分层网络体系结构的理解和计算 习题 : 1. 为网络层实体提供数据发送和接收功能和过程的是 ( ) A. 物理层 B. 数据链路层 C. 网络层 D. 传输层 2. 在 OSI 参考模型中, 物理层的功能是 ( ) A. 建立和释放连接 B. 透明地传输比特流 C. 在物理实体间传送数据帧 D. 发送和接收用户数据 3. 对等实体在一次交互作用中传送的信息单位称为 ( ) A. 接口数据单元 B. 服务数据单元 C. 协议数据单元 D. 交互数据单元 4. 协议数据单元包括 ( ) 两部分 A. 控制信息和用户数据 B. 接口信息和用户数据 C. 接口信息和控制信息 D. 控制信息和校验信息 5. 上下邻层实体之间的接口称为服务访问点 (SAP), 网络层的服务访问点也称为 ( ) A. 用户地址 B. 网络地址 C. 端口地址 D. 网卡地址 6. 网络协议是计算机网络和分布系统中互相通信的 ( ) 间交换信息时必须遵守的规则的 集合 A. 相邻层实体 B. 同等层实体 C. 同一层实体 D. 不同层实体 7 在 OSI 模型中, 第 N 层和其上的 N+1 层的关系是 ( ) A.N 层为 N+1 层服务 B.N+1 层将从 N 层接收的信息增加了一个头 C.N 层利用 N+1 层提供的服务 D.N 层对 N+1 层没有任何作用 8 下面对各相关协议层的叙述中 ( ) 是正确的 A. 应用层包括很多的协议, 在 Internet 上提供的每一种应用都定义了一个相应的应用层协议 B.Internet 的网络层 (IP 层 ) 采用的是 IP 协议,IP 包是用来封装传输层下来的数据报的, 即 TCP 或 UDP 数据报文, 当然不可能用来封装 IP 层的报文,IP 层的报文是用帧来封装的 C. 在以太网的数据链路层协议中, 其发送端的 CPU 将首先生成一个包括帧头标志 源地址 目的地址 帧类型 数据以及计算好的 CRC 校验码和帧尾标志的数据帧, 存放于缓冲区, 然后交物理层发送 D. 物理层协议是把数据链路层下来的数据帧进行封装差错检查, 然后进行传输 3

4 物理层 ( 一 ) 通信基础 1. 信道 信号 宽带 码元 波特 速率 信源和信宿等基本概念 掌握并理解如下基本概念 信道 : 用来表示向某一个方向传送信息的媒体, 一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道 信号 : 消息一般是用数据来表示的, 而表示消息的数据通常要转变为信号后才能进行传递 信号是消息 ( 或数据 ) 的一种电磁编码, 信号中包含了所要传递的消息 模拟信号 : 指信号的因变量完全随连续消息的变化而变化的信号 数字信号 : 指表示消息的因变量是离散的, 自变量时间的取值也是离散的信号 带宽 : 指在该信道上能够不失真地传送信号的频率范围, 通常取信道频率响应曲线上幅度频带中心处值的 倍的两个频率之间的宽度作为信道的带宽 码元 : 把一个数字脉冲称为一个码元 码元传输速率 ( 波特率 ): 表示单位时间内通过信道传输的码元个数 数据传输速率 : 单位时间内在信道上传送的信息量 进行简单计算无噪声有限带宽信道的最大码元传输速率的公式 ( 奈奎斯特定理 ): 若信道带宽为 B, 则最大码元传输速率为 :R B = 2B 一个码元携带的信息量 I 与码元所取离散值的个数 M 之间存在如下关系 :I = log 2 M 用 R b 表示数据传输速率,R b = R B log 2 M = 2Blog 2 M 2. 奈奎斯特定理与香农定理 理解两个定理带宽受限且有噪声干扰的信道的极限数据传输速率的计算公式 ( 香农定理 ):C = Blog 2 (1+S/N) 其中,C 为极限数据传输速率,B 为信道的带宽,S 为信道内所传信号的平均功率,N 为信道内部的噪声功率,S/N 叫做信噪比, 通常把信噪比表示成 10lg(S/N) 分贝 (db) 利用定理进行计算 3. 编码与调制 掌握数字数据的数字信号编码 理解数字数据的模拟信号编码 ( 调制技术 ) 4. 电路交换 报文交换与分组交换 掌握并理解三种交换方式, 各自的优缺点电路交换的过程类似于打电话, 当用户要求发送数据时, 在主叫用户终端与被叫用户终端之间接通一条固定的物理的数据传输线路 通信完毕后, 当其中一个需要拆线时, 交换机释放该链路 报文交换不要求在两个通信结点之间建立专用通路 当一个结点发送数据时, 它把要发送的数据组织成一个数据包 报文 (Message), 完整的报文在网络中经过多次的 存储 - 转发, 最后到达目标结点 分组交换同样采用 存储 - 转发 原理, 它把报文分割成若干较短的按一定格式组成的分组 (Packet) 进行交换和传输 4

5 Msg Pkt1 Pkt2 Pkt1 Data Msg Pkt3 Pkt4 Pkt2 Pkt3 Pkt1 Pkt2 Pkt4 Pkt3 Msg Pkt4 A B C D A B C D A B C D (a) 电路交换 (b) 报文交换 三种交换方式的比较 (c) 分组交换 5. 数据报与虚电路 掌握概念分组交换中, 分组在网络中传播又有两种方式, 一种称为数据报 (Datagram), 另一种称为虚电路 (Virtual Circuit) 数据报方式类似于报文交换 每个分组在网络中的传播路径完全是根据网络当时的状况随机决定的, 到达目的地的顺序可能和发送的顺序不一致, 目标主机必须对收到的分组重新排序才能恢复原来的信息 虚电路方式类似于电路交换 它要求在发送端和接收端之间建立一条逻辑连接 逻辑连接建立后, 发送端发出的一系列分组都通过这条逻辑连接传输, 直到会话结束, 拆除连接 ( 二 ) 传输介质 1. 双绞线 同轴电缆 光纤与无线传输介质 2. 物理层接口的特性 3. ( 三 ) 物理层设备 1. 中继器中继器 (Repeater) 是局域网环境下用来延长网络距离的最简单 最廉价的互联设备, 工作在 OSI 模型的物理层, 其作用是接收传输媒体上传输的信号, 对其进行放大和整形后再发送到传输媒体上 2. 集线器集线器 (Hub) 也称为多端口中继器, 是一种特殊的中继器, 它与中继器的区别在于集线器能够提供多端口服务, 每个端口连接一条传输媒体 习题 : 1. 将数字信号转变成可以在电话线上传输的模拟信号的过程是 () A. 解调 B. 采样 C. 调制 D. 压缩 2. 在一条通信线路中可以同时双向传输数据的方法是 ( ) A. 单工通信 B. 半双工通信 C. 同步通信 D. 全双工通信 3. 数据传输速率是指每秒钟传输构成数据二进制代码的 ( ) 数 5

6 A. 帧 B. 信元 C. 伏特 D. 比特 4. 利用模拟通信信道传输数据信号的方法称为 ( ) A. 频带传输 B. 基带传输 C. 异步传输 D. 同步传输 5. 基带传输是指在数字通信信道上 ( ) 传输数字数据信号的方法 A. 调制 B. 脉冲编码 C. 直接 D. 间接 6. 在网络中, 计算机输出的信号是 ( ) A. 模拟信号 B. 数字信号 C. 广播信号 D. 脉冲编码信号 7. 带宽为 3KHz 的信道 (1) 不考虑噪声的情况下, 其最大数据传输速率为多少? (2) 若信号电平分为 16 级, 重做 (1) (3) 若信噪比 S/N 为 30dB, 其最大数据传输速率为多少? 解答 (1)Smax=2W=2*3=6000bps (2)Smax=2Wlog 2 L=2*3log 2 16=24Kbps (3)Smax=Wlog 2 (1+S/N) 10lgS/N=30 S/N=1000 Smax=3* log 2 (1+1000)<3* log 2 2^10=30Kbps 8 某通信协议规定每个分组用于头部和成帧的开销为 H(Bytes), 并用该协议来发送 T(Bytes) 的数据 假定数据在传输过程有一个 Byte 被破坏, 从而导致分组被丢失, 试求 : (1) 使无效数据 ( 开销和丢弃之和 ) 传输量最小的最优分组长度 L 是多少? (2)H=100,T=100M 时, 最优分组长度 L 应该是多少? 此时无效数据传输量是多少? 解答 : 数据部分长度 =L-H 分组的数目 =T/(L-H) 总开销 =H*T/(L-H) 丢弃了一个数据分组 =L 总无效数据 = 总开销 + 丢弃的数据部分 =H*T/(L-H)+L-H H*T/(L H)=L H L H=(H*T)1/2 9 考虑在具有 Q 段链路的路径上发送一个包含 Fbit 数据的分组, 每段链路以 Rbit/sec 速率传输 该网络负载轻, 因此没有排队延时 传输延时可以忽略不计 (1) 假定该网是一个分组交换虚电路网络 VC 建链时间为 t sec, 假定发送层对每个分组增加总计 h 比特的首部 从源到目的地发送该文件需要多长时间? (2) 假定该网络是一个分组交换数据报网络, 使用无连接服务 现在假定每个分组具有 2h 比特的首部 发送该分组需要多长时间? (3) 最后, 假定网络是电路交换网 进一步假定源和目的地之间的传输速率是 R bit/s 假定 t 是建链时间,h 比特的首部附加在整个文件上, 发送该分组需要多长时间? 解答 :(1)t+(F+h)/R (2)(F+2h)/R (3)t+(F+h)/R 习题 1 假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为 码元 / 秒 如果采用振幅调制, 把码元的振幅划分为 16 个不同等级来传送, 那么可以获得多高的数据率 (b/s)? 2 假定要用 3kHz 带宽的电话信道传送 64kb/s 的数据 ( 无差错传输 ), 试问这个信道应 6

7 具有多高的信噪比 ( 分别用比值和分贝来表示? 这个结果说明了什么问题?) 3 用香农公式计算一下, 假定信道带宽为 3100Hz, 最大信息传输速率为 35kb/s, 那么若想使最大信息传输速率增加 60%, 问信噪比 S/N 应增大到多少倍? 如果在刚才计算出的基础上将信噪比 S/N 再增大 10 倍, 问最大信息速率能否再增加 20%? 4 常用的传输媒体有哪几种? 各有何特点? 7

8 数据链路层 ( 一 ) 数据链路层的功能 ( 二 ) 组帧数据链路层 (Data Link Layer) 是 OSI 参考模型的第 2 层, 它的主要功能是实现无差错的传输服务 物理层只提供了传输能力, 但信号不可避免地会出现畸变和受到干扰, 造成传输错误 数据链路层的主要功能有建立 维持和拆除数据链路 ; 将信息按一定格式组装成帧 (Frame), 以便无差错地传送 此外为了保证数据帧的可靠传输, 数据链路层应具有差错控制功能, 在传送数据时, 若接收节点检测到所收数据中有差错, 就要求发送端重发, 直至该帧被正确接收 ; 同时, 数据链路层还应该具备简单的流量控制功能, 以防止接收缓存容量不够而产生溢出 ( 三 ) 差错控制 1. 检错编码 2. 纠错编码 了解差错控制的原理及方式 掌握几种常用的检纠错码 循环冗余校验码循环冗余校验码 (CRC:Cyclic Redundancy Check) 是这样一组代码, 其码集中任一有效码组经过循环移位后得到的码组仍然是该码集中另一有效码组, 不论是右移或左移, 也不论移多少位 ( 四 ) 流量控制与可靠传输机制 1. 流量控制 可靠传输与滑轮窗口机制 2. 单帧滑动窗口与停止 等待协议 3. 多帧滑动窗口与后退 N 帧协议 (GBN) 4. 多帧滑动窗口与选择重传协议 (SR) 掌握基本概念和机制流量控制 : 一种使目的端实体可以调节源端实体发出的 PDU 流量的机制, 它限制数据发送的数量或速率 停止 等待 : 一个源端实体发送一个帧, 目的端实体收到后就发回一个对收到帧的确认来表示它愿意接收另一帧, 源端在发送下一帧之前必须等待直到收到这一确认 目的端因此仅仅通过不发确认就可以让数据流停下来 滑动窗口机制 : 目的站分配了可容纳 n 个帧的缓存空间, 因此可以接受 n 个帧, 源站可以连续发送 n 个帧而不需要等待任何确认 为了记录下来到底哪些帧已经被确认过了, 每个帧都用一个序号做标记, 目的站确认一个帧的方式是发送一个包含它期望收到的下一帧的序号的确认 ( 隐含地宣布它准备接收下面的从指定的号码开始的 n 个帧 ) 源站维护着一张允许发送的序号表, 目的站维护着一张允许接收的序号表, 这种表可认为是一个帧的窗口, 故称为滑动窗流量控制 后退 N 帧协议 (GBN) 和选择重传协议 (SR) 能灵活运用 ( 五 ) 介质访问控制 1. 信道划分介质访问控制 掌握各种复用计算的概念和基本原理 2. 随机访问介质访问控制 8

9 理解协议的工作原理和工作过程 ALOHA 协议 : 当一侦首次到达, 节点立刻将该帧完整地传输到广播信道, 如果该帧与其他传输发生了碰撞, 这个节点将立即以概率 p 传输该帧 否则, 该节点等待一帧传输时间, 在这个等待之后, 它以概率 p 传输该帧, 或以概率 1 p 等待另一个帧时间 CSMA 协议 : 所有站点在发送数据之前, 首先侦听信道的状态, 若侦听到当前信道的状态为空闲, 则可以发送数据 若站点侦听到信道的状态为忙, 则有两种处理方式 : 一种是坚持型侦听方式, 即侦听到信道的状态为忙仍不放弃, 一直坚持侦听, 直到信道空闲时发送数据 ; 另一种是非坚持型侦听方式, 即侦听到信道的状态为忙时先暂停侦听, 延迟一段时间后再侦听, 当侦听到信道空闲时则发送数据 CSMA/CD 协议 : ⑴ 发送数据前先侦听信道, 如果信道空闲, 则可进行发送, 否则转到步骤 ⑵; ⑵ 如果信道忙, 则继续侦听信道, 一旦发现信道空闲, 就进行发送 ; ⑶ 如果在发送过程中检测到冲突, 则立即停止正常发送, 转而发送一个短的干扰信号, 其目的是使网络上其他站点都知道出现了冲突 ; ⑷ 发送了干扰信号后, 退避一段随机时间, 重新尝试发送, 转到步骤 ⑴ CSMA/CA 协议 : ⑴ 如果初始时某站点侦听到信道空闲, 它将在 DIFS 的短时间段后发送该帧 ; ⑵ 否则, 该站点选取一个随机回退值并在侦听信道空闲时递减该值, 当侦听到信道忙时, 计数值保持不变 ; ⑶ 当计数值减为 0 时, 该站点发送整个数据帧并等待确认 ; ⑷ 如果收到确认, 发送站知道它的帧已被目的站正确接收了, 如果该站要发送另一帧, 它将从第二步开始 CSMA/CA; 如果未收到确认, 发送站将重新进入第二步中的回退阶段, 并从一个更大的范围内选取随机值 能灵活运用 3. 轮询访问介质访问控制 : 令牌传递协议使用一个称为令牌 (Token) 的特殊帧, 并规定只有获得令牌的站点才有权利发送数据, 数据发送完后立即释放令牌供其他站使用 ( 六 ) 局域网 1. 局域网的基本概念与体系结构 掌握局域网的概念 组成及主要特点 理解局域网的体系结构和 IEEE802 标准 OSI 参考模型应用层表示层 会话层传输层网络层数据链路层物理层 IEEE802 参考模型逻辑链路控制子层媒体访问控制子层物理层 局域网参考模型与 OSI 参考模型的关系以太网与 IEEE 了解以太网的起源 重点掌握以太网的 CSMA/CD 协议 9

10 熟悉以太网 MAC 帧格式 熟悉以太网物理层标准 以太网媒体访问控制以太网媒体接入控制 MAC 10Base 5 粗缆 10Base 2 细缆 10Base T 双绞线 10Base F 光缆 以太网的四种不同物理层标准 2. IEEE 了解 IEEE 标准 (802.11b,802.11a,802.11g) 掌握 IEEE 网络结构 理解 IEEE MAC 协议 (CSMA/CA 及信道预约 ) 熟悉 IEEE 帧格式 3. 令牌环网的基本原理令牌环网符合 IEEE802.5 标准, 它是一种典型的环型拓扑结构的网络, 使用屏蔽双绞线作为传输媒体, 传输速率为 1 Mbps 或 4 Mbps, 使用差分曼彻斯特编码 WS2 WS1 WS3 令牌 WS5 WS4 令牌环网的结构 令牌环网的工作原理 ( 七 ) 广域网 1. 广域网的基本概念 掌握广域网的概念 组成及主要特点 2. PPP 协议 掌握 PPP 协议的工作原理 熟悉 PPP 协议的帧格式 了解 PPP 协议的工作状态 3. HDLC 协议 掌握 HDLC 协议的工作原理 熟悉 HDLC 协议的帧结构 ( 八 ) 数据链路层设备 1. 网桥的概念及其基本原理网桥也称为桥接器, 是工作于 OSI 模型数据链路层的网络互连设备, 它可以互连网络层及以上层次协议相同的网络 一般用于互连两个相同类型或者不同类型的局域网 网桥在延长网络跨度上类似于中继器, 但它能提供智能化连接服务, 即根据帧的终点地址所处于的网段来进行转发和滤除 其工作原理如下 : 当网桥收到数据帧时, 它根据数据帧 10

11 中所带的目的 MAC 地址查找其内部 MAC 地址站点与端口连接关系表, 以确定该向哪个端口 转发数据 站点与端口连接关系表简称为站连表, 是网桥通过不断地 自学习 所获得的端 口与 MAC 地址站点的连接信息 若网桥收到数据帧时, 查得目的 MAC 地址与源 MAC 地址 在一个网段, 则不转发该数据帧 ; 若查得目的 MAC 地址与源 MAC 地址不在同一个网段, 则 将数据帧转向特定的目的段端口 2. 局域网交换机及其工作原理 局域网交换机就是一种多端口网桥 局域网交换机的每个端口都将连入其上的局域网划 分为一个网段, 交换机根据网络的 MAC 地址完成第 2 层的交换, 同时交换机利用其多端口 和高速背板为网桥技术的应用提高到更为高效的应用领域 对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网, 若共有 N 个用户, 则每个用户占有的平均带宽只 有总带宽 (10 Mb/s) 的 N 分之一 使用以太网交换机时, 虽然在每个端口到主机的带宽还是 10 Mb/s, 但由于一个用户在 通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽, 因此对于拥有 N 对端口的交换 机的总容量为 N 10 Mb/s 这正是交换机的最大优点 习题 1. 下列那一项是循环冗余检验特征的最好描述 ( ) A. 逐个的检查每一个字符 B. 查出 99% 以上的差错 C. 查不出有偶数个数出错的差错 D. 不如纵向冗余检查的可靠 2. 数据链路层的数据单位称为 ( ) A. 比特 B. 字节 C. 帧 D. 分组 3. 流量控制是为 ( ) 所需要的 A. 比特错误 B. 发送方缓冲区溢出 C. 接收方缓冲区溢出 D. 接收放与发送方之间冲突 4. 对于窗口大小为 n 的滑动窗口, 最多可以有 ( ) 帧已发送但没有确认 A.0 B.n 1 C.n D.n+1 5. 在滑动窗口流量控制 ( 窗口大小为 8) 中 ACK3 意味着接收方期待的下一帧是 ( ) 号帧 A.2 B.3 C.4 D.8 6. 有一数据电路, 速率为 64000bps, 帧长为 128bit, 两站距离 5000 公里, 电磁波在导线中 的传播速度为 米 / 秒 数据单向传输, 反向信道只传送确认信息,( 确认消息很短 ) 求使用滑动窗口协议, 并且窗口为 时的信道利用率 解答 (1) 窗口为 1 时, 发送延时 Tf=128/64000=2ms 传输延时 Tp= / =25ms a = tp/tf = 25/2 U=1/(2a+1)= 3.8 % (2) 窗口为 7 时, 2a+1 =26 W=7<(2a+1), U=7/(2a+1)=26.9% (3) 窗口为 32 时, W=32>(2a+1), U=100% 7 已知某以太网结构, 主机 H1.H2.H3.H4.H5 的物理地址已分别在图中标出 11

12 三个网段被两个网桥分隔 初始时网桥 1 和网桥 2 的桥接地址表是空的 假设开始的时候, 主机 H1 向主机 H4 发送了一个数据包, 主机 H4 向 H1 回送了一个包 ; 之后主机 H1 向 H2 发送了一个数据包,H2 向 H1 回送了一个包 ; 再之后主机 H5 向 H2 发送了一个数据包,H2 向 H5 回送了一个包 ; 习题 1 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 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? 换言之, 如果 A 在发送完毕之前并没有检测到碰撞, 那么能否肯定 A 所发送的帧不会和 B 发送的帧发生碰撞? 2 在上题中的站点 A 和 B 在 t=0 时同时发送了数据帧 当 t=255 比特时间,A 和 B 同时检测到发生了碰撞, 并且在 t=255+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 假定 A 和 B 选择的随机数分别是 ra=0 和 rb=1. 试问 A 和 B 各在什么时间开始重传其数据帧?A 重传的数据帧在时间到达 B?A 重传的数据会不会和 B 重传的数据再次发生碰撞?B 会不会在预定的时间停止发送数据? 3 假设地球和月球之间的距离为 Km, 现在地球和月球之间建立了一条 10Mbps 的链路, 信号传播速度为光速 (1) 计算链路上的最小 RTT (2) 基于上述 RTT, 计算该链路的延迟带宽积, 其具有什么实际意义? (3) 现有月球车不断拍摄照片, 通过该链路传回地球, 假设该照片采用 24 位真彩 BMP 格式, 分辨率为 1920*1080, 每分钟拍摄一张照片, 每小时传输一次数据, 请问每次数据传输的时 12

13 间长度? 解答 :(1)2*38.5/30=2.57s (2)2.57s*10Mbps=25.7Mb (3) *1080*24*60/ = 13

14 网络层 ( 一 ) 网络层的功能 1. 异构网络互联 例. 网络层的主要目的是() A. 在邻接节点间进行数据包传输 B. 在邻接节点间进行数据包可靠传输 C. 在任意节点间进行数据包传输 D. 在任意节点间进行数据包可靠传输 答案 C 分析 考察网络层的主要功能, 注意概念上不要混淆 2. 路由与转发 转发 (forwarding) 就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去 路由选择 (routing) 则是按照分布式算法, 根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况, 动态地改变所选择的路由 路由表是根据路由选择算法得出的 而转发表是从路由表得出的 在讨论路由选择的原理时, 往往不去区分转发表和路由表的区别 3. 拥塞控制 ( 二 ) 路由算法 1. 静态路由与动态路由静态路由 (Static Routing): 路由器启动时计算和设置路由, 此后路由不再改变 动态路由 (Dynamic Routing): 路由器启动时建立初始路由, 当网络发生变化时随时更新 2. 距离 向量路由算法 :Bellman Ford 算法 3. 链路状态路由算法 :Dijkstra 算法 4. 层次路由 见 ( 五 ) 路由协议 ( 三 ) IPv4 1. IPv4 分组 熟悉 IPv4 分组各字段含义 掌握 IPv4 数据报的分片 版本报头长度服务类型总长度 标识标志片偏移量 生存时间 协议 报头校验和 源 IP 地址 目的 IP 地址 IP 选项 填充 数据 IP 数据报的结构 网络首部长度 (IHL): 以 32 bit 字为单位 14

15 总长度 : 以字节为单位的数据报总长度 片偏移 : 指出在原来的数据报中这个数据报片开始于何处 ( 以 64 bit 为度量单位 ) 2. IPv4 地址与 NAT IP 地址及其表示方法 IP 地址的分类 保留 IP 地址 IP 地址的分配和管理 NAT 的工作原理需要在专用网连接到因特网的路由器上安装 NAT 软件 装有 NAT 软件的路由器叫做 NAT 路由器, 它至少有一个有效的外部全球地址 IP G 3. 子网划分与子网掩码 CIDR 划分子网 子网掩码的概念和作用 可变长度子网掩码 无分类编址 CIDR CIDR 消除了传统的 A 类 B 类和 C 类地址以及划分子网的概念, 因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间 CIDR 使用各种长度的 网络前缀 (network prefix) 来代替分类地址中的网络号和子网号 CIDR 还使用 斜线记法 (slash notation), 它又称为 CIDR 记法, 即在 IP 地址后面加上一个斜线 /, 然后写上网络前缀所占的比特数 ( 这个数值对应于三级编址中子网掩码中比特 1 的个数 ) 例: /20 表示的地址块共有 212 个地址 ( 因为斜线后面的 20 是网络前缀的比特数, 所以主机号的比特数是 12) 4. ARP 协议 DHCP 协议与 ICMP 协议 掌握三个协议的功能 熟悉三个协议的工作过程 ARP 协议采用广播的方法来获取网上 IP 地址对应的 MAC 地址, 对于使用低层介质访问机制的 IP 地址来说 ARP 协议是非常通用的 当一台主机要发送数据时, 首先通过 ARP 获取 MAC 地址, 并把结果存储在 ARP 缓存的 IP 地址和 MAC 地址表中, 下次该节点需要发送数据时, 就不用再发送 ARP 请求, 只要在 ARP 缓存中查找就可以了 因为 IP 协议不能提供可靠的服务, 所以必须使用 ICMP 协议来报告错误, 并将因特网中发生的最新情况报告给路由器 动态主机配置协议 DHCP 提供了即插即用连网 (plug and play networking) 的机制, 这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取 IP 地址而不用手工参与 DHCP 使用客户服务器方式 : 需要 IP 地址的主机在启动时就向 DHCP 服务器广播发送发现报文 (DHCPDISCOVER), 这时该主机就成为 DHCP 客户 本地网络上所有主机都能收到此广播报文, 但只有 DHCP 服务器才回答此广播报文 DHCP 服务器先在其数据库中查找该计算机的配置信息 若找到, 则返回找到的信息 若找不到, 则从服务器的 IP 地址池 (address pool) 中取一个地址分配给该计算机 DHCP 服务器的回答报文叫做提供报文 (DHCPOFFER) ( 四 ) IPv6 1. IPv6 的主要特点 更大的地址空间 IPv6 将地址从 IPv4 的 32 bit 增大到了 128 bit 15

16 扩展的地址层次结构 灵活的首部格式 改进的选项 允许协议继续扩充 支持即插即用 ( 即自动配置 ) 支持资源的预分配 2. IPv6 地址 IPv6 地址的类型 IPv6 地址的记法 IPv6 地址空间的分配 IPv6 数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一 : (1) 单播 (unicast): 单播就是传统的点对点通信 (2) 多播 (multicast): 多播是一点对多点的通信 (3) 任播 (anycast): 这是 IPv6 增加的一种类型 任播的目的站是一组计算机, 但数据报在交付时只交付给其中的一个, 通常是距离最近的一个 冒号十六进制记法 : 每个 16 bit 的值用十六进制值表示, 各值之间用冒号分隔 如 : 68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF 零压缩 (zero compression), 即一连串连续的零可以为一对冒号所取代 如 : FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成 :FF05::B3 点分十进制记法的后缀 :0:0:0:0:0:0: 再使用零压缩即可得出 ::: CIDR 的斜线表示法仍然可用 如 :60 bit 的前缀 12AB CD3 可记为 : 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60 或 12AB::CD30:0:0:0:0/60 或 12AB:0:0:CD30::/60 ( 五 ) 路由协议 1. 自治系统 2. 域内路由与域间路由由于因特网的规模非常大, 要让所有的路由器都知道整个网络的拓扑结构, 路由表将会非常庞大, 而且路由表查询也会非常费时 为了便于路由选择, 将整个因特网划分为许多较小的单位, 称为自治系统 (AS:Autonomous System) 一个自治系统也是一个互联网络, 它通常由单个实体管理 根据自治系统的划分可以将因特网的路由选择协议分为两大类 : 内部网关协议 (IGP: Interior Gateway Protocol) 和外部网关协议 (EGP:External Gateway Protocol) 内部网关协议也称为域内路由选择协议 (Intra domain Routing Protocol), 是自治系统内部使用的路由选择协议, 外部网关协议也称为域间路由选择协议 (Inter domain Routing Protocol), 它工作在不同自治系统之间的路由器上 3. RIP 路由协议 掌握 RIP 协议的工作原理和运行过程 熟悉 RIP 协议的报文格式 4. OSPF 路由协议 了解 OSPF 协议的特点 熟悉 OSPF 报文格式 5. BGP 路由协议 了解 BGP 协议的特点 16

17 RIP 协议与 OSPF 协议的不同点 : ⑴ OSPF 中路由器向本自治系统中的所有路由器发送信息, 而 RIP 协议中仅仅向自己相邻的几个路由器发送信息 ⑵ RIP 协议中, 路由器发送的是 距离向量 ( 即到所有网络的距离和下一跳路由器 ), 而 OSPF 中发送是信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态 ⑶ OSPF 中只有当链路状态发生变化时, 路由器才使用洪泛法向所有路由器发送此信息, 而在 RIP 中不管网络拓扑是否发生变化, 路由器之间都要定期交换路由表的信息 ⑷ OSPF 中由于各路由器之间频繁交换链路状态信息, 因此所有路由器最终都能建立一个链路状态数据库, 该数据库实际上就是全网的拓扑结构图, 根据全网的拓扑结构图, 每个路由器可以构造出自己的路由表 而在 RIP 中每个路由器虽然知道到所有网络的距离以及下一跳路由器, 但却不知道全网的拓扑结构, 只有到了下一跳路由器, 才能知道再下一跳应该怎么走 ( 六 ) IP 组播 1. 组播的概念 2. IP 组播地址多播使用组地址 IP 使用 D 类地址支持多播 多播地址只能用于目的地址, 而不能用于源地址 永久组地址 由因特网号码指派管理局 IANA 负责指派 ( 七 ) 移动 IP 1. 移动 IP 的概念 2. 移动 IP 的通信过程 ( 八 ) 网络层设备 1. 路由器的组成和功能 2. 路由表与路由转发路由器是工作在 OSI 模型网络层的网络互连设备, 它实现网络层及以下各层的协议转换 路由器通常用来实现局域网和广域网的互连或实现在同一点两个以上的局域网的互连 路由器的作用类似于网桥, 但是它的功能比网桥强得多 路由器根据网络层地址进行信息的转发, 其功能主要有两个 : 路由选择和信息转发, 除此之外, 还有负载均衡 流量控制 网络和用户管理等功能, 能够隔离广播域, 阻止 广播风暴 传递到整个网络, 具有更强得异种局域网互连能力 路由器进行路由选择的原理 : 路由器在收到数据分组时, 首先要取出数据分组中的目的 IP 地址和源 IP 地址, 查找路由表判断端口所连接的是否是目的子网, 如果是目的子网, 就直接把分组通过端口送到网络上 ; 如果不是目的子网, 则通过下一路由器来转发 如果路由表中查找不到目的 IP 地址, 路由器会将数据分组送向它的缺省网关处理, 即路由表将不知转向何处的数据分组都送往缺省网关 ( 使用缺省路由 ) 对于无法转发的数据分组, 路由器将丢弃它 习题 : 1.ICMP 协议属于 TCP/IP 网络中的 ( ) 协议 A. 数据链路层 B. 网络层 C. 传输层 D. 会话层 2.ICMP 报文封装在 ( ) 协议数据单元中传送, 在网络中起着差错和拥塞控制的作用 A.IP B.TCP C.UDP D.PPP 3.ICMP 有 13 种报文, 常用的 ping 程序中使用了 ( ) 报文, 以探测目标主机是否可以到 17

18 达 A. 地址掩码请求 / 响应 B. 回送请求应答 C. 信息请求 / 响应 D. 时间戳请求 / 响应 4. 如果在 IP 数据报传送过程中, 发现生命期 (TTL) 字段为零, 则路由器发出 ( ) 报文 A. 超时 B. 路由重定向 C. 源端抑制 D. 目标不可到达 5. 如果网络中出现拥塞, 则路由器产生一个 _(5)_ 报文 A, 超时 B. 路由重定向 C. 源端抑制 D. 目标不可到达 6. 给定的 IP 地址为 , 子网掩码是 : , 那么子网号是 ( ) A B C D 给定的 IP 地址为 , 子网掩码是 : , 主机号是 ( ) A B C D 给定的 IP 地址为 , 子网掩码是 : , 直接的广播地址是 () A B C D 如果主机地址的头十位用于子网, 那么 的子网掩码是 ( ) A B C D 如果子网掩码是 , 那么下面主机 ( ) 必须通过路由器才能与主机 通信 A B C D 采用可变长子网掩码技术可以把大的网络分成小的子网, 例如把子网掩码为 的网络 分为两个子网, 假设第一个子网为 /17, 则第二个子网为 ( ) A /17 B /17 C /17 D / 假设用户 Xl 有 2000 台主机, 则至少应给他分配 ( ) 个 C 类网络, A.4 B.8 C.10 D 如果分配给用户 Xl 的网络号为 , 则指定给 Xl 的子网掩码为 ( ) ; A B C D 假设给用户 X2 分配的 C 类网络号为 ~ , 则 X2 的子网 掩码应为 ( ): A B C D IPv6 是下一代 IP 协议 IPv6 的基本报头包含 ( ) 个字节, 此外还可以包含多今扩 展报头 A.16 B.32 C.40 D 假设主机 A 被连接到一台路由器 R1 上,R1 又连接到另一台路由器 R2 上,R2 又被连接 到主机 B 假定一条 TCP 消息包含 900 字节的数据和 20 字节的 TCP 头, 现在该消息被传递 给主机 A 的 IP 代码, 请它递交给主机 B 请写出在三条链路上传输的每个分组中 IP 头部的 Total lenghth Identification DF MF 和 Fragment offset 域 假定链路 A-R1 可以支持的最 大帧长度为 1024 字节, 其中包括 14 字节的帧头 ; 链路 R1 R2 可以支持的最大帧长度为 512 字节, 其中包括 8 字节的帧头 ; 链路 R2-B 可以支持的最大帧长度为 512 字节, 其中包括 12 字节的帧头 解答 本题考察网络的体系结构运行模式以及对分片的理解 18

19 (1) 先分析网络的体系结构 : 这是一个典型的应用层 ->TCP 传输层 ->IP 网络层 -> 数据链路层 -> 物理层的模型, 其中在应用层和物理层不需要考虑头部的开销, 其他层都需要 通过数据链路层给出的条件, 例如 : A R1 的链路 : 最大帧长度 =1024 字节, 去掉头部 14 字节, 则可得出净荷部分 =IP 的数据包最大长度 = =1010 字节 ; 同理 : R1-R2 净荷部分 =IP 的数据包最大长度 =512-8=504 字节 ; R2-B 净荷部分 =IP 的数据包最大长度 =512-12=500 字节 ; 上面得到的各个链路的最大 IP 数据包长度, 是进行分片的重要依据 另外, 用户数据在传输层的数据包长度 = 净荷 + 头部 =900+20=920; 交给 IP 网络层后,IP 数据包长度 =IP 头部 + 净荷 (TCP 数据包长度 )=20+920=940 字节 这就是将要分片的原始数据包 (2) 进行分片处理在 A-R1 上, 主机将 IP 数据包, 长度 =940 字节交给路由器, 而路由器能接收的 IP 数据包最大长度 =1010, 所以这个 940 字节的 IP 数据包是不需要分片的 ; Length = 940, ID= x, DF=0, MF=0, Offset=0; 在 R1-R2 上, 只能支持 504 字节的数据包, 而用户数据包为 940 字节, 所以必须分片 ; 在 IP 中规定, 除了最后一片外, 其他的分片的净荷长度必须是 8 的整数倍数, 所以对于只能支持 504 字节的 IP 包, 净荷部分为 =484, 取整为 480(8 的倍数 ), 第一片的净荷长度为 480, 则剩下的净荷为 =440<484, 不必再分 ; Length = 500, ID= x, DF=0, MF=1, Offset=0; Length = 460, ID= x, DF=0, MF=0, Offset=60; 同理在 R2-B 上, 上述的两片也要通过比较判断是否要进一步被分片经过比较, 都不需要进行分片了 13 考虑如下图的网络, 对于标明的链路费用, 用 Dijkstra 的最短路径算法计算出从 X 到所有网络节点的最短路径 解答 : 19

20 从而 X S T U V W Y Z 6T 5U 3V 2W 1X 3V 7T 14. 假设由两个路由器组成某网络中使用了 RIP 协议 ( 如下图所示 ), 请根据图中给出的 IP 地址信息分别写出 :(1) 路由器 A 和路由器 B 刚启动时的路由表 ;(2) 路由器间完成路由信息交换后的路由器 A 和路由器 B 的路由表 解答 (1) 路由器 A 刚启动时的路由表如下表所示 : 目的网络 下一跳地址 距离 / / 路由器 B 刚启动时的路由表如下表所示 :(2 分 ) 目的网络 下一跳地址 距离 / / (2) 路由器间完成路由信息交换后的路由器 A 的路由表如下表所示 : 目的网络 下一跳地址 距离 / / /

21 路由器间完成路由信息交换后的路由器 B 的路由表如下表所示 : 目的网络 下一跳地址 距离 / / / 请根据图所示的网络, 描述使用 RIP 协议时路由表的建立过程 ( 注 : 只要给出各路由器 在建立路由表的过程中使用的路由表 ) 路由表样板 : 目的地址下一站路由器地址距离 16 请根据如图所示的网络, 说明 ARP 协议的工作原理 习题 1 设 IP 数据报使用固定首部, 其各字段的具体数值如下图所示 ( 除 IP 地址外, 均为十进制表示 ) 试用二进制运算方法计算应当写入到首部检验和字段中的 数值 ( 用二进制表示 ) 21

22 首部检验和 ( 待计算后写入 ) 一个 3200 bit 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 但第二个局域同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 试问第二个局域网向其上层要传送多少比特的数据 ( 这里的 数据 当然指的是局域同看见的数据 )? 3 (1) 有人认为 : ARP 协议向网络层提供了转换地址的服务, 因此 ARP 应当属于数 据链路层 这种说法为什么是错误的? (2) 试解释为什么 ARP 高速缓存每存入一个项目就要设置 10~20 分钟的超时计时器 这个时 间设置的太大或太小会出现什么问题? (3) 至少举出两种不需要发送 ARP 请求分组的情况 ( 即不需要请求将某个目的 IP 地址解析 为相应的硬件地址 ) 4 已知路由器 R1 的路由表如下表所示 路由器 R1 的路由表 地址掩码 目的网络地址 下一跳地址 路由器接口 / m2 / m1 / m0 / m2 / m1 默认 默认 m0 22

23 试画出各网络和必要的路由器的连接拓扑, 标注出必要的 IP 地址和接口 对不能确定的情 况应当指明 23

24 传输层 ( 一 ) 传输层提供的服务 1. 传输层的功能传输层位于 TCP/IP 模型的第三层, 它的主要功能是在源节点和目的节点的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输 为保证数据传输的可靠性, 传输层协议规定接收端必须发回确认, 并且报文丢失后必须重新发送 另外, 传输层还要解决不同应用程序的标识问题 2. 传输层寻址与端口端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给传输层, 以及让传输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程 从这个意义上讲, 端口是用来标志应用层的进程 端口用一个 16 bit 端口号进行标志 两类端口 : 一类是熟知端口, 其数值一般为 0~1023 当一种新的应用程序出现时, 必须为它指派一个熟知端口 另一类则是一般端口, 用来随时分配给请求通信的客户进程 3. 无连接服务与面向连接服务 TCP/IP 的传输层有两个不同的协议 : (1) 用户数据报协议 UDP UDP 在传送数据之前不需要先建立连接 但在某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式 (2) 传输控制协议 TCP TCP 则提供面向连接的服务 由于 TCP 要提供可靠的 面向连接的传输服务, 因此不可避免地增加了许多的开销 ( 二 ) UDP 协议 1. UDP 数据报 源端口 报文长度 目的端口 校验和 数据 UDP 数据报的结构 UDP 校验在计算检验和时, 临时把 伪首部 和 UDP 用户数据报连接在一起 伪首部仅仅是为了计算检验和 24

25 ( 三 ) TCP 协议 1. TCP 段 源端口 目的端口 序号 确认号 段头长度保留未用标志窗口 校验和 紧急指针 选项 填充 数据 TCP 报文段的结构 标志比特 该比特置 1 时的含义 URG 紧急指针字段有效 ACK 确认号字段有效 PSH 本报文段请求推操作 RST 连接复位 ( 中断连接 ) SYN 同步初始序号 FIN 发送方字节流结束 2. TCP 连接管理 25

26 主机 A 主机 B 主动打开 被动打开 连接请求 SYN,SEQ=x SYN,ACK,SEQ=y,ACK=x+1 确认 确认 ACK,SEQ=x+1,ACK=y+1 TCP 连接的建立 主机 A 1 应用进程 FIN,SEQ=x 通知主机释放连接应用进程 2 ACK,SEQ=y,ACK=x+1 A 不再发送报文 FIN,ACK,SEQ=y,ACK=x+1 应用进程释放连接 ACK,SEQ=x+1,ACK=y+1 确认 B 不再发送报文 TCP 连接释放过程 3. TCP 可靠传输 TCP 的数据编号与确认 : TCP 协议是面向字节的 TCP 将所要传送的报文看成是字节组成的数据流, 并使每一个字节对应于一个序号 在连接建立时, 双方要商定初始序号 TCP 每次发送的报文段的首部中的序号字段数值表示该报文段中的数据部分的第一个字节的序号 TCP 的确认是对接收到的数据的最高序号表示确认 接收端返回的确认号是已收到的数据的最高序号加 1 因此确认号表示接收端期望下次收到的数据中的第一个数据字节的序号 TCP 的重传机制 TCP 每发送一个报文段, 就对这个报文段设置一次计时器 只要计时器设置的重传时间到但还没有收到确认, 就要重传这一报文段 定时器的管理 : 往返时延 (RTT) 的自适应算法 超时重传时间 RTT 方差估计 指数 RTO 退避 Karn 算法 4. TCP 流量控制与拥塞控制 TCP 滑动窗口机制 慢启动和拥塞避免 26

27 快速重传和快速恢复 例 TCP 是 TCP/IP 协议簇中的一个协议, 它提供的服务是 () A. 面向连接的报文通信 B. 面向无连接的字节流通信 C. 不可靠的 D. 无连接的 答案 A 分析 TCP 的基本概念, 面向连接和可靠 例 下面的关于传输控制协议表述不正确的是() A. 主机寻址 B. 进程寻址 C. 流量控制 D. 差错控制 答案 A 分析 考察 TCP 基本原理, 主机寻址采用的是网络层的 ARP 协议, 故选择 A 例 如果 TCP 协议使用的最大窗口尺寸为 64KB, 即 64*1024 字节,TCP 报文在网络上的平均往返时间为 20ms, 问 TCP 协议所能得到的最大吞吐量是多少?( 假设传输信道的带宽不受限的 ) 答案 Mbps 分析 最大吞吐量 =64*1024*8bit/20ms= Mbps 例 一个 TCP 连接总是以 1KB 的最大段发送 TCP 段, 发送方有足够多的数据要发送 当拥塞窗口为 16KB 时发生了超时, 如果接下来的 4 个 RTT( 往返时间 ) 内的 TCP 段传输大都是成功的, 那么当第 4 个 RTT 时间内发送的所有 TCP 段都得到肯定应答时, 拥塞窗口的大小为 () A. 7KB B.8 KB C.9 KB D.16 KB 答案 C 分析 考查 TCP 流量控制和拥塞控制 ( 慢启动 ), 从第一个 MSS 开始, 每次发送成功, 拥塞窗口值翻倍, 四次以后, 应该为 16, 但是由于拥塞阀值变为 16/2=8, 故三次成功后为 8, 以后为线性增长, 故为 8+1, 为 9 例 主机甲和主机乙之间建立了 TCP 连接, 主机甲向主机乙发送了两个连续的 TCP 段, 分别包含 300 字节和 500 字节的有效载荷, 第一个段的序列号为 200, 主机乙正确收到两个段后, 发送给主机甲的确认序列号是 () A.500 B.700 C.800 D.1000 答案 D 分析 窗口是按照字节进行计算, 因而答案为 =1000 习题 1.TCP 协议采用滑动窗口协议解决了 ( ) A. 端到端的流量控制 B. 整个网络的拥塞控制 27

28 C. 端到端的流量控制和网络的拥塞控制 D. 整个网络的差错控制 2.TCP 是互联网中的 ( ) 协议 A. 传输层 B. 网络层 C. 会话层 D. 应用层 3.TCP 使用 ( ) 次握手协议建立连接 A.1 B.2 C.3 D.4 4. 当主动方发出 SYN 连接请求后, 等待对方回答 ( ) A.SYN,ACK B.FIN,ACK C.PSH,ACK D.RST,ACK 5.TCP 建立连接的方法可以防止 ( ) A. 出现半连接 B. 无法连接 C. 假冒的连接 D. 产生错误的连接 6.TCP 使用的流量控制协议是 ( ) A. 固定大小的滑动窗口协议 B. 可变大小的滑动窗口协议 C. 后退 N 帧 ARQ 协议 D. 选择重发 ARQ 协议 7.TCP 协议通过建立连接为用户提供可靠传输, 与数据链路层的连接建立不同,TCP 要 经过 ( ) 才能确定一个连接 A. 三次握手 B. 请求信息 C. 接收到信息 D. 得到应答 8.TCP 连接机制的原因 ( ) A.IP 层不可靠 B.IP 层的传输延迟不定 C.TCP 协议是可靠协议 D.TCP 要提供可靠服 务 9.TCP 采用的差错控制也是超时重发技术, 超时时间的设置采用 ( ) 策略, 以便适 应互联网的特性 A. 固定时间 B. 协商时间 C. 动态调整 D. 定期变化 10.TCP 超时时间设置根据是 ( ) A. 初始设置时间 B. 协商的时间 C. 历史延迟和最新获得的延迟 D. 随机产生 11. 一台主机在一条线路上发送 1500 字节的 TCP 净荷, 其中最大分组生存期为 120s, 要想 不让序号回绕, 该线路的最快速度为多少? 将 TCP IP 和以太网的开销都考虑进去, 假设以 太网帧可以被连续发送 分析 需要考虑的问题有重复 TCP 数据报文 : 由于 TCP 中, 是面向字节流的传送, 即编号也是按照字节分发的, 所以对于 32 位的序 列号空间, 有 2 32 个字节可以在一轮中被编号 如果在 120s 的生存期内, 由于发送速度太快使得需要回绕, 则就会有相同编号的两个 字节出现在网络中, 继而引发网络问题 所以, 在 120s 内, 最大只能出现 2 32 个字节 开销问题 : 在传输层,TCP 固定头部 =20 字节 ; 在网络层,IP 头部 =20 字节 ; 在数据 链路层, 以太网开销 =26 个字节 ; 因而总开销 =66 字节 解答 在 120s 内, 最多只能出现 2 32 个字节 ; 在 1s 内, 最多只能出现 (2 32 字节 )/120= 个字节 ; 本题中, 一个 TCP 净荷长度为 1500 个字节, 所以上述字节可以被分成 个 TCP 净 荷 考虑到开销, 则在 1s 内, 共有 个数据帧, 而每个帧的长度为 1566 个字节 ; 所以, 速度 = = 299Mbps 允许的最大速度是 299Mbps, 比这个速度快, 就要有在同一时间里出现两个序号相同 的 TCP 报文的危险 12.TCP 协议使用慢启动算法, 最大数据段的长度为 1K 字节 ; 当前 TCP 的拥塞窗口被设置 为 60K 字节, 并且出现了一个超时, 如果接下来的 4 次突发传输全部成功的话, 则拥塞窗口 28

29 的尺寸为多少? 12. 解答 超时后, 拥赛窗口变为 1K, 门限值变为 30K 突发发送 1K, 窗口变为 2K; 突发发送 2K, 窗口变为 4K, 突发发送 4K, 窗口变为 8K; 突发发送 8K, 窗口变为 16K; 所以, 拥塞窗口为 16K 字节 习题 1 主机 A 向主机 B 发送一个很长的文件, 其长度为 L 字节 假定 TCP 使用的 MSS 为 1460 字节 (1) 在 TCP 的序号不重复使用的条件下,L 的最大值是多少? (2) 假定使用上面计算出的文件长度, 而运输层 网络层和数据链路层所用的首部开销共 66 字节, 链路的数据率为 10Mb/s, 试求这个文件所需的最短发送时间 2 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, 试问 : (1) 第一个报文携带了多少字节的数据? (2) 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? (3) 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? (4) 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? 29

30 迭代查询应用层 ( 一 ) 网络应用模型 1. 客户 / 服务器模型 2. P2P 模型 ( 二 ) DNS 系统 1. 层次域名空间 因特网的域名结构 因特网的名字空间 2. 域名服务器 3. 域名解析过程 sina 本地域名服务器.com 域名服务器 根域名服务器 Cernetnews.sina.com.cn 返回 sina 域名 返回.com 域名 服务器地址 5 服务器地址 3 2 查询 7 应答 6 查询 4 查询 本地域名服务器 递归查询 ip( 8 ( ) 1ip( 本地主机 ( 三 ) FTP 1. FTP 协议的工作原理 2. 控制连接与数据连接 FTP 基于 TCP/IP 协议, 采用客户 / 服务器模式 (C/S 模式 ) 工作 在进行文件传输时, 客户端和服务器之间要建立两个连接 : 控制连接和数据连接 控制连接用来发送和接收控制信息, 保持在整个会话期间 ; 数据连接用来发送和接收文件数据, 在文件传送时建立, 传送结束时关闭 30

31 客户机 在终端上的 用户 用户接口 服务器 用户协议解 控制连接 服务器协议 释器 FTP 命令 接口 FTP 应答 文件系统 用户数据传输功能 数据连接 服务器数据传输功能 文件系统 ( 四 ) 电子邮件 1. 电子邮件系统的组成结构 2. 电子邮件格式与 MIME 电子邮件地址的格式 邮箱所在主机的域名 电子邮件的信息格式 一个电子邮件分为信封和内容两大部分 邮件内容的首部 通用因特网邮件扩充 MIME MIME 并没有改动 SMTP 或取代它 MIME 的意图是继续使用目前的 [RFC 822] 格式, 但增加了邮件主体的结构, 并定义了传送非 ASCII 码的编码规则 3. SMTP 协议与 POP3 协议 简单邮件传送协议 SMTP SMTP 所规定的就是在两个相互通信的 SMTP 进程之间应如何交换信息 由于 SMTP 使用客户服务器方式, 因此负责发送邮件的 SMTP 进程就是 SMTP 客户, 而负责接收邮件的 SMTP 进程就是 SMTP 服务器 SMTP 规定了 14 条命令和 21 种应答信息 每条命令用 4 个字母组成, 而每一种应答信息一般只有一行信息, 由一个 3 位数字的代码开始, 后面附上 ( 也可不附上 ) 很简单的文字说明 SMTP 通信的三个阶段 1. 连接建立 : 连接是在发送主机的 SMTP 客户和接收主机的 SMTP 服务器之间建立的 SMTP 不使用中间的邮件服务器 2. 邮件传送 3. 连接释放 : 邮件发送完毕后,SMTP 应释放 TCP 连接 邮件读取协议 POP3 31

32 IDC ( 五 ) WWW 1. WWW 的概念与组成结构 掌握 WWW 相关概念 WWW 服务 网页 HTML HTTP URL 2. HTTP 协议 HTTP 的主要特点 HTTP 是面向事务的客户服务器协议 HTTP 1.0 协议是无状态的 (stateless) HTTP 协议本身也是无连接的, 虽然它使用了面向连接的 TCP 向上提供的服务 万维网浏览器就是一个 HTTP 客户, 而在万维网服务器等待 HTTP 请求的进程常称为 HTTP daemon, 有的文献将它缩写为 HTTPD HTTP daemon 在收到 HTTP 客户的请求后, 把所需的文件返回给 HTTP 客户 HTTP 的报文结构 请求报文 从客户向服务器发送请求报文 响应报文 从服务器到客户的回答 HTTP 请求 HTTP 应答 Internet 客户端浏览器 Web Server 习题 1.FTP 服务方的 TCP 协议固定端口号为 ( ) A.21 B.8080 C.80 D 将数据从 FTP 客户程序传输到 FTP 服务器, 称之为 ( ) A. 数据下载 B. 数据上载 C. 数据传输 D.FTP 服务 3. 不使用面向连接传输服务的应用层协议是 ( ) A.SMTP B.FTP C.HTTP D.P2P 4. 用来在计算机之间进行文件传输 利用该服务不仅可以从远程计算机获取文件, 而且可以将文件从本地机器传送到远程计算机的是 ( ) A.DNS B.Wiki C.WWW D.FTP 5 目前 Internet 上非常丰富多彩的应用服务, 其客户端软件称为浏览器 目前较为流行的 Browser/Server 网络应用模式就以该类服务作为基础, 它是 ( ) A.BBS B.Wiki C.WWW D.RSS 6. FTP 协议是 Internet 常用的应用层协议, 它通过 ( ) 协议提供服务 A.TCP B.UDP C.IP D.DHCP 32

33 模拟题 网络协议的三要素是 A. 数据格式 编码 信号电平 B. 数据格式 控制信息 速度匹配 C. 语法 语义 同步 D. 编码 控制信息 同步 34. RS232-C 接口规范所处的层次是 A. 物理层 B. 数据链路层 C. 网络层 D. 传输层 35. 一个广域网信道的比特率是 4Kbps, 传播延迟为 20 毫秒, 若确保停 - 等协议才至少 50 % 的效率, 那么帧的大小在至少是 A. 大于 160bit B. 大于 150bit C. 大于 140bit D. 大于 130bit 36. 在 Internet 上有许多协议, 下面的选项中能够正确表示协议层次关系的是 37. IP 数据报的报文格式如下图所示 在没有选项和填充的情况下, 报头长度域的值为 版本 报头长度 服务类型 总长度 标识 标志 片偏移 生存周期 协议 头部校验和 源 IP 地址目的地 IP 地址选项 + 填充 A.3 B.5 C.10 D 对地址转换协议 (ARP) 描述正确的是 A.ARP 封装在 IP 数据报的数据部分 B.ARP 是采用广播方式发送的 C.ARP 是用于 IP 地址到域名的转换 D. 发送 ARP 包需要知道对方的 MAC 地址 39. 下列关于 TCP 和 UDP 的说法正确的是 A. 两者都是面向无连接的 B. 两者都是面向连接的 C.TCP 是面向连接而 UDP 是面向无连接的 D.TCP 无连接而 UDP 是面向连接的 40. 当一台计算机从 FTP 服务器下载文件时, 在该 FTP 服务器上对数据进行封装的五个转换 步骤是 A. 比特, 数据帧, 数据包, 数据段, 数据 B. 数据, 数据段, 数据包, 数据帧, 比特 C. 数据包, 数据段, 数据, 比特, 数据帧 D. 数据段, 数据包, 数据帧, 比特, 数据 47.(9 分 ) 如图所示一台路由器连接 3 个以太网 请根据图中给出的参数回答如下问题 : (1) 该 TCP/IP 网络使用的是哪一类 IP 地址 (2) 写出该网络划分子网后所采用的子网掩码 (3) 系统管理员将计算机 D 和 E 按照图中所示结构连入网络并使用所分配的地址对 TCP/IP 软件进行常规配置后, 发现这两台机器上的网络应用程序不能够正常通信 这是为什么? 33

34 (4) 如果你在主机 C 上要发送一个 IP 分组, 使得主机 D 和主机 E 都会接收它, 而子网 3 和子网 4 上的主机都不会接收它, 那么该 IP 分组应该填写什么样的目标 IP 地址? 47. 分析 本题考查 IP 地址的概念, 子网划分和路由原理, 首先明确该路由器连接着四个 子网, 即 /12.0/16.0/20.0, 要注意 19.0 和 20.0 在物理上是在一个链路上的, 问题 1 考查 IP 地址的分类, 用于单播地址的是 A 类到 C 类, 其中 A 类地址 ( ),B 类地址 ( ) 和 C 类地址 ( ), 因此这四个子网均属于 B 类地址 问题 2 给出子网划分 的子网掩码, 从比较这四个子网可以看出, 不同之处在于第三个字节, 因此可以知道掩码是 24 位, 或者从 出发, 这代表一个网络, 前三个字节是网络号, 因此掩码是 24 位 问题 3 主要考查主机基本陆游的过程, 即使两台主机处于同一个物理链路, 在通信之前 要判断是否是同一个网段, 如果是就直接通信, 否则把数据报发送给该主机的网关, 由于该 拓扑图中只有 的网关,19.1, 因此不能完成 D 和 E 的通信 问题 4 主要考查 对广播报的认识, 广播报是同一个链路上主机都必须接收, 不管其是属于哪个网络, 其次考 查路由器一个功能, 就是隔断广播报, 因此只有广播保能够满足题目的要求 解答 (1) 该 TCP/IP 网络使用的是 B 类 IP 地址 (2) 该网络划分子网后所采用的子网掩码是 (3) 这两台机器上的网络应用程序不能够正常通信, 那是因为在一个以太网上不能使用不同的子网号 在这种配置情况下,IP 软件会试图将 IP 分组送往网关, 而不会直接投递 最终 IP 分组将会被该网关丢弃 (4)

35 模拟题 TCP/IP 网络协议主要在 OSI 模型中进行操作的层次是 A. 数据链路层 传输层 物理层 B. 物理层 传输层 会话层 C. 网络层 传输层 应用层 D. 网络层 传输层 会话层 34. 设待传送数据总长度为 L 位, 分组长度为 P 位, 其中头部开销长度为 H 位, 源节点到目的节点之间的链路数为 h, 每个链路上的延迟时间为 D 秒, 数据传输率为 B bps, 虚电路建立连接的时间都为 S 秒, 在分组交换方式下每个中间节点产生 d 位的延迟时间, 则传送所有数据, 虚电路分组交换所需时间是 ([X] 表示对 X 向上取整 ) A.S+(hd/B+P/B) [L/(P-H)] 秒 B.S+(hD+P/B) [L/(P-H)] 秒 C.S+[(h-1)D+P/B] [L/(P-H)] 秒 D.S+[(h-1)d/B+hD+P/B] [L/(P-H)] 秒 35. 在 IP 数据报报头中有两个有关长度的字段, 一个为报头长度 (IHL) 字段, 一个为总长度 (total length) 字段, 下面说法正确的是 A. 报头长度字段和总长度字段都以 8 比特为计数单位 B. 报头长度字段以 8 比特为计数单位, 总长度字段以 32 比特为计数单位 C. 报头长度字段以 32 比特为计数单位, 总长度字段以 8 比特为计数单位 D. 报头长度字段和总长度字段都以 32 比特为计数单位 36. 如果一台主机的 IP 地址为 , 子网掩码为 , 那么主机所在网络的网络号占 IP 地址的位数是 A.24 B.25 C.27 D 关于 DHCP 的工作过程, 下面那种说法错误的是 A. 新入网的计算机一般可以从 DHCP 服务器取得 IP 地址, 获得租约 B. 若新入网的计算机找不到 DHCP 服务器, 则该计算机无法取得 IP 地址 C. 在租期内计算机重新启动, 而且没有改变与网络的连接, 允许该计算机维持原租约 D. 当租约执行到 50% 时, 允许该计算机申请续约 38. 路由器中发现 TTL 值为 0 的分组将进行的处理是 A. 返回发送方 B. 丢弃 C. 继续转发 D. 本地提交 39. 关于 TCP 和 UDP 端口, 下列说法正确的是 A.TCP 和 UDP 分别拥有自己的端口号, 它们互不干扰, 可以共存于同一台主机 B.TCP 和 UDP 分别拥有自己的端口号, 但它们不能共享于同一台主机 C.TCP 和 UDP 的端口没有本质区别, 它们可以共存于同一台主机 D.TCP 和 UDP 的端口没有本质区别, 它们互不干扰, 不能共存于同一台主机 40. 下列 Internet 应用中, 基于 C/S 计算模式的是 A.FTP B.BT C.MSN D.Skype 47.(9 分 ) 假定 A 和 B 是试图在一个以太网上发送的两个站 每个站都有一个稳定的帧的队列准备发送,A 的帧编号是 A1,A2 和 A3 等,B 的帧编号是 B1,B2 和 B3 等 再假定指数后退的基本单元时间是 T=51.2 微妙 现在 A 和 B 同时尝试发送 1 号帧, 碰撞, 并且刚好分别选择了 0 T 和 1 T 的退避时间, 也就是说,A 赢得了这一次竞争, 发送 A1,B 需要等待 在这次传送结束时,B 尝试再发送 B1, 而 A 则尝试发送 A2 这一轮的首次尝试产生碰撞, 此时,A 的退避时间从 0 T 和 1 T 中选择, 而 B 则从 0 T,,3 T 中选择 (1) 给出 A 赢得第 2 次退避竞争的概率 (2) 假定 A 已赢得了第 2 次退避竞争 A 在成功发送 A2 后, 接着尝试发送 A3 当 B 再次尝试发送 B1 时,A 和 B 再次碰撞 给出 A 赢得这第 3 次退避竞争的概率 35

36 (3) 给出 A 赢得所有其余后退竞争的概率的合理下限值 47. 分析 本题考查 CSMA/CD 协议的退避算法, 注意概率知识的运用, 具体见解答 解答 (1) A 可以选择 KA=0 或 1;B 可以选择 KB=0,1,2,3 如果(KA,KB) 选择 (0,1),(0, 2),(0,3),(1,2),(1,3) 中的一个组合, 那么将是 A 赢得这第 2 次竞争, 其概率是 5/8 (2) 现在 A 是在一次成功发送之后, 可以选择 KA=0 或 1;KB 是在它的第 3 次碰撞之后, 可能的选择是 0,1,2,,7 如果 KA=0, 那么 KB 中有 7 种选择使得 A 赢 ; 如果 KA=1, 那么 KB 中有 6 种选择使得 A 赢 所以 A 赢得这第 3 次竞争的概率是 13/16 (3)A 赢得第 2 次竞争的概率 = 5/8 1/2 A 赢得第 3 次竞争的概率 = 13/16 3/4 类似地,A 赢得第 4 次竞争的概率 7/8 一般地,A 赢得第 i 次竞争的概率 (1 1/2i 1) 因此, 假定 A 已经赢得第 1 至第 3 次竞争, 那么 A 赢得所有其余的后退竞争的概率将不低于 : (1 1/8) (1 1/16) (1 1/32) (1 1/64) 1 1/8 1/16 1/32 1/64 = 6/8 = 3/4 36

37 模拟题 OSI 模型中完成路径选择功能的层次是 A. 物理层 B. 数据链路层 C. 网络层 D. 传输层 34. 现采用调相与调幅相结合的调制方式, 载波有四种相位变化和两种振幅变化, 调制速率是 600 波特, 那么数据速率是 A.1200bps B.1800bps C.2400bps D bps 35. 在 CSMA/CD 协议中, 下列指标与冲突时间没有关系的是 A. 检测一次冲突所需的最长时间 B. 最小帧长度 C. 最大帧长度 D. 最大帧碎片长度 36. CSMA/CD 以太网中, 发生冲突后, 重发前的退避时间最大是 A 个时间片 B 个时间片 C.1024 个时间片 D.1023 个时间片 37. 对计算机网络按照信号频带占用方式来划分, 可以划分的网络是 A. 双绞线网和光纤网 B. 局域网和广域网 C. 基带网和宽带网 D. 环形网和总线形网 38. 局域网交换机首先完整地接收数据帧, 并进行差错检测 如果正确, 则根据帧目的, 则根据目的地址确定输出端口号再转发出去 这种交换方式是 A. 直接交换 B. 改进直接交换 C. 存储转发交换 D. 查询交换 39. 在 TCP 协议中, 建立连接时被置为 1 的标志位和所处的字段是 A. 保留,ACK B. 保留,SYN C. 偏移,ACK D. 控制,SYN 40. 浏览器与 Web 服务器之间使用的协议是 A. DNS B. SNMP C. HTTP D. SMTP 47.(9 分 ) 网络如图所示 链路旁边注明的数字代表链路的长度 ( 假想单位 ) 试利用 Dijkstra 算法求出从结点 A 到所有其他结点的最短路由 J 3 B 3 C K I 1 A D H G F E 分析 Dijkstra 算法是一种求单源最短路径树的算法, 是 OSPF 路由协议的核心算法, 该算法基本原理是 : 每次新扩展一个距离最短的点, 更新与其相邻的点的距离 当所有边权都为正时, 由于不会存在一个距离更短的没扩展过的点, 所以这个点的距离永远不会再被改变, 因而保证了算法的正确性 在以下算法中,s 为源,w[u,v] 为点 u 和 v 之间的边的长度, 结果保存在 dist[] (1) 初始化 : 源的距离 dist[s] 设为 0, 其他的点距离设为无穷大, 同时把所有的点的状态设为没有扩展过 (2) 循环 n 1 次 : 在没有扩展过的点中取一距离最小的点 u, 并将其状态设为已扩展 对于每个与 u 相邻的点 v, 执行 Relax(u,v), 也就是说, 如果 dist[u]+w[u,v]<dist[v], 那么把 dist[v] 更新成更短的距离 dist[u]+w[u,v] 此时到点 v 的最短路径上, 前一个节点即为 u (3) 结束 此时对于任意的 u,dist[u] 就是 s 到 u 的距离 解答 本题利用 Dijkstra 算法求出最短路径树, 从而得到结点 A 路由表 计算过程如下 : 步骤 N S(B) S(C) S(D) S(E) S(F) S(G) S(H) S(I) S(G) S(K) 37

38 初始化 {A} {A,B} {A,B,G} {A,B,G,,I} {A,B,G,,I,F} {A,B,G,,I,F,C} {A,B,G,,I,F,C,E} {A,B,G,,I,F,C,E,H} {A,B,G,,I,F,C,E,H,J} {A,B,G,,I,F,C,E,H,J,D} {A,B,G,,I,F,C,E,H,J,D,K} K 1 J H 2 2 I G B A 1 F 3 D 1 C 1 E 最短路径树 结点 A 的路由表 目标结点 B C D E F G H I J K 后继结点 B C C G G G G I I I 38