考试题型
理论上:
- 单项选择题(每题1分,共10分),有两道英文题。
- 填空题(每空1分,共20分)
- 计算题(每题5分,共10分)
- 筒答题(每题5分,共15分)
- 论述题(每题10分,共30分)
- 综合题(共15分)
分数不需要踩点,能写多少写多少,尽可能详细一些。可能会有“阅读材料”,但最多只会出现在选择填空里,知道就好。
名词缩写整理
缩写 | 中文 | 用途 | 所属层 |
P2P | 对等通信 | ㅤ | ㅤ |
PAN | 个域网 | PAN是一个私有网络,通常是指连接用户的主设备和它的周边设备的网络 | ㅤ |
LAN | 局域网 | 局域网是一个私有网络,是由一个组织投资、设计、维护、使用的网络 | ㅤ |
MAN | 城域网 | MAN的范围覆盖一个城市。典型的例子为有线电视网 | ㅤ |
WAN | 广域网 | WAN的范围覆盖一个国家、地区或大陆(例:欧盟) | ㅤ |
ISP | 服务提供商 | 面向公众提供Internet接入服务 | ㅤ |
NSP | 网络服务提供商 | 子网经营者,是一家拥有、运营和销售互联网骨干基础设施和服务访问的公司。NSP 的主要客户是其他服务提供商,包括 ISP,而 ISP 又向企业和消费者销售 Internet 访问。 | ㅤ |
FDM | 频分复用 | ㅤ | 物理层 |
WDM | 波分复用 | ㅤ | 物理层 |
TDM | 时分复用 | ㅤ | 物理层 |
CDMA | 码分复用 | CDMA中的用户根据自己分配到的特有的码片序列发送信息 | 物理层 |
PSTN | 公共电话交换网络 | 早期用户接入互联网的主要方式 | 物理层 |
ADSL | 非对称数字用户线 | ㅤ | 物理层 |
CRC | 循环冗余码 | ㅤ | 数据链路层 |
MAC | 介质访问控制 | ㅤ | 介质访问子层 |
ALOHA | ALOHA系统 | 解决信道分配问题,分为纯ALOHA和分槽ALOHA | 介质访问子层 |
CSMA | 载波侦听协议 | 在一个协议中,站监听是否存在载波(即是否有传输),并据此采取相应的动作;解决信道分配问题 | 介质访问子层 |
CSMA/CD | 带冲突检测的载波侦听多路访问(协议) | 经典以太局域网的基础,解决信道分配问题 | 介质访问子层 |
MACA | 冲突避免多路访问(协议) | MACA 的基本思想是发送方剌激接收方输出一个短帧,以便其附近的站能检测到该次传输,从而避免在接下去进行的(较大)数据帧传输中也发送数据。这项技术被用来替代载波侦听。无线LAN使用以解决隐藏终端问题和暴露终端问题。 | 介质访问子层 |
CSMA/CA | 带有冲突避免的CSMA | MACA仍然会有冲突 | 介质访问子层 |
RED | 随机早期检测协议(Random Early Detection) | 用于网络层中的拥塞控制 | 网络层 |
RSVP | 资源预留协议(Resource reSerVation Protocol) | ㅤ | 网络层 |
MTU | 最大传输单元 | ㅤ | 网络层 |
CIDR | 无类域间路由(Classless InterDomain Routing ) | 为了进一步减少路由表项,可以将地理位置相同的网络聚合成一个更大的网络。使得其它位置的路由器能够使用一个(或几个)路由表项为这些网络进行数据转发。 | 网络层 |
NAT | 网络地址转换 | ㅤ | 网络层 |
ICMP | Internet 控制消息协议 | 返回错误信息 | 网络层 |
ARP | 地址解析协议
Address Resolution Protocol | 支持转发数据时需要的链路层地址
IP地址与MAC地址之间的映射 | 网络层 |
DHCP | 动态主机配置协议 | 用于互联网协议(IP)网络上的主机的网络配置协议 | 网络层 |
OSPF | 一个基于链路状态的内部网关路由协议
Open Shortest Path First,OSPF | 在一个自治系统内部计算路由(域内路由) | 网络层 |
BGP | 外部网关路由协议
Border Gateway Protocol | 计算相互连接的自治系统之间的路由(域间路由) | 网络层 |
UDP | 用户数据协议(User Datagram Protocol) | 应用程序提供了一种无需建立连接就可发送封装的 IP 数据报的方法 | 传输层 |
TCP | 传输控制协议(Transmission Control Protocol) | 在不可靠的互联网上提供可靠的端到端字节流而专门设计的一个传输协议 | 传输层 |
RTP | 实时传输协议
Real-time Transport Protocol | ㅤ | ㅤ |
RTCP | 实时传输控制协议 | ㅤ | ㅤ |
DNS | 域名系统 | ㅤ | 应用层 |
HTTP | 超文本传输协议 | ㅤ | 应用层 |
POP | 电子邮件客户端从邮件服务器获取邮件的协议 | ㅤ | ㅤ |
SMTP | Simple Mail Transfer Protocol | ㅤ | ㅤ |
分类整合
选择题
- 计算机网络的目的是实现( C )。
A.传递信息 B.数据处理 C.资源共享 D.协同工作
- 传递分组时,每一个中间路由器都会完整地接收、保存,等到线路空闲时再转发出去的技术称为( C )。
A.虚电路 B. 数据报 C. 存储-转发 D. 交换
- TCP连接是面向( C )。
A、比特流 B、消息流 C、字节流 D、信息流
- 以太网卡(MAC)地址的长度是( B )。
A、32位 B、48位 C、64位 D、128位
- 下面给出的网络设备中,属于第三层的是( B )
A.中继器 B.路由器 C.交换机 D.集线器
应用层 | 应用网关 | |
传输层 | 传输网关 | 设在传输层的叫传输层网关。 |
网络层 | 路由器 | 用于连接多个逻辑上分开的网络。当一个分组进入到路由器中时,帧头和帧尾被剥掉,将IP分组传递给路由软件,路由软件根据分组的头信息来选择一条输出线路。 |
数据链路层 | 网桥
交换机 | 工作在数据链路层,将多个LAN连接起来,通过检查数据链路层地址来转发帧 |
物理层 | 中继器
集线器 |
- 将一个分组发送给所有机器的操作模式为( B )。
A、组播 B、广播 C、单播 D、任意播
- 传输层常见的提供非连接、不可靠传输服务的协议为( C )。
A、 DHCP B、FTP C、UDP D、SLIP
- 电子邮件中常用到的协议为( D )。
A、SMTP、RTSP B、SMTP、SNMP C、SMTP、HTML D、SMTP、POP
- IP协议提供的服务是( A )。
A、尽最大努力传递 B、可靠的 C、面向连接的 D、虚电路
- 网络中,用于报告错误和测试的协议为( C )。
A、NAT B、OSPF C、ICMP D、RIP
- 关于Internet的说法,下列正确的是(D) A. Internet属于美国 B. Interne属于联合国 C. Internet属于国际红十字会 D. Internet不属于某个国家或组织
- 在一个总线拓扑结构的以太网中,有A、B、C、D四台主机,若A向B发送数据,则(C) A.只有B可以收到数据 B.只有B、C、D可以收到数据 C.四台主机都能收到数据 D.四台主机都不能收到数据
- 属于网络层的协议的是(D) A. IP和TCP B. ARP和TELNET C. FTP和UDP D. ICMP和IP
- 给主机分配一个IP地址,下列可用的是(D) A.127.0.5.1 B.255.255.0.0 C.200.201.11.255 D.200.198.85.2
几个特殊的地址: 0.0.0.0 本机 网络号全0 本地网络 255.255.255.255 本地网络广播 网络号+主机号全1 向某个网络广播 127+任何内容 回环测试
- 下列哪一个是动态主机配置协议(A) A.DHCP B.ARP C.TCP D.DNS
- 在OSI四层模型中,集线器、交换器、路由器占据了哪几层(C) A.1,2,1 B.2,2,1 C.1,2,3 D.2,2,2
- 如果你想通过拨号上网,必须拥有特定的服务拨号,这些服务商的英文简称是( A) A. ISP B. IDP C. ISB D. USB
- 下列介质访问控制方法中,可能发生冲突的是(B)
A. CDMA B. CSMA C. TDMA D. FDMA
- 网络分为广域网、城域网、局域网、个域网等,是依据什么划分的(A)
A.作用范围 B.传输技术 C.拓扑结构 D.连接类型
- 以下和物理层相关的是(A)
A.bit by bit B.Byte by Byte
C.Host by Host D.Application by Application
- 光纤常用的多路复用方式是(C)
A.TDM 时分复用 B.FDM 频分复用 C.WDM 波分复用 D.CDM 码分
- TCP协议提供的是什么传输(A)
A.字节流 B.比特流 C.信息流 D.数据流
- UDP比IP多提供了什么服务(A)
A.端口 B.拥塞控制 C.流量控制 D.差错检测
- 以下不属于网络提供的基本功能的是(A)
A.控制检测 B.电子邮件 C.远程登录 D.数据传输
- 以下属于数据链路层连接网络的设备是(A)
A.网桥 B.中继器 C.路由器 D.网关
填空题
- 网络可以有多种分类标准,按照覆盖范围距离这个标准,网络可以分为个域网、局域网、城域网和广域网。
- 服务质量用来描述网络能够提供的服务能力或网络应用的要求,网络中经常使用的服务质量参数有带宽、延迟、延迟抖动与丢失率等。
- 无线局域网对应的IEEE标准为IEEE802.11,宽带无线网络对应的IEEE标准为IEEE802.16。
- 802.3:以太网介质访问控制协议(CSMA/CD)及物理层技术规范。
- 802.11:无线局域网的介质访问控制协议及物理层技术规范。
- 802.15:个域网协议(蓝牙、ZigBee)。
- 802.16:宽带无线网。
- 常用协议的端口号。
- HTTP:80
- FTP:21
- DNS:UDP 53
端口号 16bit,即范围0-65535;公认端口的范围,即0-1023;
- 网络中常见的调制方式有调频、调相与调幅。
- TCP协议中校验和校验的范围包括TCP头、数据和伪TCP头。
- 在以太网中发生冲突后,经常采用二进制指数后退算法来解决冲突。
- IP协议中有一个TTL字段,用于限制分组在网络上的存活时间,避免分组无休止的在网络上循环。
- 释放连接的两种方式分别为非对称释放和对称释放,其中非对称释放方式容易丢失数据。
- 能够根据传输的流量确定收费,是一种基于分组交换的网络。(因为分组有固定大小,可以通过传输分组的数量了解传输数据的大小从而收费)
- MAC地址长度为48位,IPv4地址长度为32位,IPv6地址长度 128位
- 有限带宽、无噪声信道的最大数据传输率(理想信道)可以通过奈奎斯特Nyquist定理得出;有噪声信道的最大数据传输率(非理想信道)可以通过香农定理得出。当噪声增大时,信道的最大数据传输率降低。
- ARP的功能是将IP 地址转换为MAC地址;DNS的功能是将域名解析为IP。
- 常用的静态多路复用方式包括时分多路复用、波分多路复用、频分多路复用。
- RED是网络层用于拥塞控制控制的协议,其中“R”的意思是random随机
- 释放连接的两种方式分别为非对称释放和对称释放,其中非对称释放方式容易丢失数据。
- 在IP的头部字段MF=1,DF=0表示后面还有分片
- 常见的有限传输介质有磁介质、双绞线、同轴电缆、电力线、光纤
- IP数据包载荷最大是多少,以太网帧最长和最短 受MTU限制1500字节,IP头20字节,所以载荷最大为1480字节 以太网帧最小帧长64字节,最长1518字节(载荷的话要再减18字节)
- 互联网中……域间路由的协议是BGP,它是距离矢量算法;域内路由是OSPF协议,它是链路状态算法。
- 物理层的协议数据单元(PDU)是二进制比特流,数据链路层的协议数据单元是数据帧,网络层的数据协议单元是分组/数据包,传输层的数据协议单元是数据段
- 某学校的网络为192.168.0.0/16,先对该网络进行子网划分,把第17位为0的分给CS学院,那么CS学院的网络为192.168.0.0/17,最多有2^15台主机。把17位为1,18位为0的网络分给EE学院,那么EE学院的网络为192.168.128.0/18,最多有2^14台主机。把17位为1 ,18位为1 ,19位为0的分给Art学院,那么Art学院的网络为192.168.192.0/19,最多有2^13台主机。剩余的分给教务处,那么教务处的网络为192.168.224.0/19,最多有2^13 台主机。
主机包含全0和1,ip不包含
- 邮件系统中常用的协议:SMTP、TLS/SSL……
- 层和协议的集合称为网络体系结构(network architecture)
- 协议(protocol)是指通信双方就如何进行通信的一种约定。
- 接口定义了下层向上层提供哪些原语操作和服务。
- 服务:是指下层为紧相邻的上层提供的功能调用,由一组原语(primitive)构成的正式说明,用户可以通过这些原语来访问该服务
- 数字调制:为了发送数字信息,必须用模拟信号来表示比特。比特与代表他们的信号的转换过程叫做数字调制。
- 数字信道:以数字脉冲形式(离散信号)传输数据的信道。
- 模拟信道:以连续模拟信号形式传输数据的信道。
- 中继线(干线)是电话系统中的骨干线路,用于连接不同层次的交换局,使用数字信号传输。
- 非对称用户数字线路,采用FDM将线路带宽划分为多个信道,其中大部分用于下行数据(下载数据),小部分用于上行数据(上传数据),保留单独的语音信道,并使用几个信道隔离数据信道和H,避免相互之间的干扰。
ADSL连接通常由两个设备组成:ADSL调制解调器和路由器。ADSL调制解调器连接到电话线路,将数据转换成适合在电话线上传输的信号,并且从电话线路接收数据,并将其转换回原始数据格式。路由器连接到ADSL调制解调器,并将数据分发给网络中的其他设备。
- DSL宽带(Broadband)通过本地回路向电话公司的端局发送数据
- Nagle算法避免TCP传输中发送端发送多个小数据包的情况(当数据每次以很少量方式进入到发送端时,发送端只是发送第一次到达的数据字节,然后将其余后面到达的字节缓冲起来,直到发送出去的那个数据包被确认;然后将所有缓冲的字节放在一个TCP段中发送出去,并且继续开始缓冲字节,直到下一个段被确认。)
- 低能窗口综合症(接收端被上层应用读取1字节数据)
当数据以大块形式被传递给发送端TCP实体,但是接收端的交互式应用每次仅读取一个字节数据的时候,这个问题就会发生。
解决方法为:禁止接收端发送只有 1 个字节的窗口更新段。
计算题
- 采样率,带宽 采用16种相位、8种振幅、8种频率信号调制技术,计算这个信道的数据传输速率。(2.1.2)
- 【2014,2017,2020,2022】给出一个比特串的调幅、调频、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。(2.5.1)
- 分组交换和报文交换延迟的计算。(2.6.5)
- 【2012,2014,2015,2017,2020,2022,2023】CRC校验:给出生成式,求传输校验和(3.2)
- 【2016,2017】数据链路层采用后退N帧(GBN)协议,发送方已经发送了编号的帧。当计时器超时时,若发送方只收到号帧的确认,则发送方需要重发的帧数是?(3.4)
- 【2017,2020】路由选择(传送分组)(5.2.4)
- 令牌桶算法计算。(5.4.2)
- 【2016】划分子网,通过子网掩码计算此网络与主机在同一网络中主机的IP地址范围(5.6.2)
- 【2017】分析使用了帧填充技术的一个帧片段哪里有问题。
5个1加一个1
- 最小帧长的计算。
最小帧长=总线传播时延 × 数据传输速率 ×2
- 【2023】标志字节法。 例:使用比特填充的数据填充法,给出10001011111111111101111100填充后的数据。
名词解释
- 【2011】计算机网络(1.1)
Computer network(计算机网络): a collection of autonomous computers interconnected by a single technology. (一些互相连接的、自治的计算机的集合)
把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来,在功能完善的网络软件和协议的管理下,以实现网络中资源共享为目标的系统。
一般不会让默写整个定义,需要重点关注加粗的内容
- 【2012】对等通信 (P2P)(1.1.2)
P2P(Peer to Peer network)对等网络:对等网络又称工作组,网上各台计算机有相同的功能,无主从之分,一台计算机都是既可作为服务器,设定共享资源供网络中其他计算机所使用,又可以作为工作站,没有专用的服务器,也没有专用的工作站。
每台设备既可以是服务器,也可以是客户机,关系对等(平等)
- 【2015,2015',2016,2019'】广播、组播(1.2)
广播(broadcasting):主机之间⼀对所有的通讯模式,网络对其中每⼀台主机发出的信号都进行无条件复制并转发,所有主机都可以接收到所有信息(不管你是否需要)。广播可以看成是一种特殊的组播形式。
多播/组播(multicasting):主机之间一对一组的通讯模式,也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据,网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。
单播(unicasting):主机之间一对一的通讯模式,网络中的交换机和路由器对数据只进行转发不进行复制。
- 【2014,2015,2015',2016,2017,2019,2019',2019"】协议(1.3.1)
协议(protocol):通信双方就如何进行通信的一种约定。网络协议由语法、语义和同步三部分组成。
- 【2012,2014,2015,2015',2016,2017,2019,2019"】带宽(2.1.2)
带宽(Bandwidth):在传输中不会明显减弱的频率的宽度,通常引用的带宽是指从0到使得接收能量保留一半的那个频率位置,是传输介质的一种物理属性。通常取决于介质的构成、厚度、电线或者光纤的长度。
- 【2011,2015,2016】多路复用(2.5)
多路复用:用单根线缆传送几个信号的信道共享形式叫做多路复用技术。
① 频分复用(FDM,Frequency Division Multiplexing)
原理:整个传输频带被划分为若干个频率通道,每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。
② 波分复用(WDM,Wave Division Multiplexing)
原理:整个波长频带被划分为若干个波长范围,每个用户占用一个波长范围来进行传输。
③ 时分复用(TDM,Time Division Multiplexing)
原理:把时间分割成小的时间片,每个时间片分为若干个通道(时隙) ,每个用户按照固定的安排,轮流占用一个通道传输数据。
- 【2014】ADSL(2.6.3)
ADSL(Asymmetric DSL)非对称数字用户线
非对称用户数字线路,采用FDM将线路带宽划分为多个信道,其中大部分用于下行数据(下载数据),小部分用于上行数据(上传数据),保留单独的语音信道,并使用几个信道隔离数据信道和语音信道,避免相互之间的干扰。
ADSL连接通常由两个设备组成:ADSL调制解调器和路由器。ADSL调制解调器连接到电话线路,将数据转换成适合在电话线上传输的信号,并且从电话线路接收数据,并将其转换回原始数据格式。路由器连接到ADSL调制解调器,并将数据分发给网络中的其他设备。
- 校验和checksum
通信双方为了对传输的数据进行检错和纠错而根据一定的规则添加的额外的位
- 生成树(4.8.3)
生成树是网络的一个子集,它包含所有的路由器,但是没有任何环路。
生成树网桥:为了提高可靠性,有人在LAN之间设置了并行的两个或多个网桥,但是,这种配置引起了另外一些问题,因为在拓扑结构中产生了回路,可能引发无限循环。
解决上面所说的无限循环问题的方法是让网桥相互通信,并用一棵到达每个LAN的生成树覆盖实际的拓扑结构。使用生成树,可以确保任两个LAN之间只有唯一一条路径。一旦网桥商定好生成树,LAN间的所有传送都遵从此生成树。由于从每个源到每个目的地只有唯一的路径,故不可能再有循环。
为了建造生成树,首先必须选出一个网桥作为生成树的根。实现的方法是每个网桥广播其序列号(该序列号由厂家设置并保证全球唯一),选序列号最小的网桥作为根。(经过足够的消息交换和扩散)接着,按根到每个网桥的最短路径来构造生成树。结果,从每个LAN到根建立了一条唯一的路径,因而从每一个LAN到其他任何一个LAN也建立了一条唯一的路径。如果某个网桥或LAN故障,则重新计算。
- 【2012,2015,2016,2017,2019】汇聚树 (Sink Tree)(5.2.1)
依照最优化原则,从所有源到指定目标的最优路径集合构成了⼀棵以目标节点为根的树。
- 【2019'】抖动(5.4)
延迟的变化(标准差)或者数据包到达时间的变化称为抖动
- 【2014,2015',2019'】隧道技术(5.5.3)
- 连接两个远程网络:通过将网络中的数据包封装在公共网络的数据包中,可以实现连接两个远程网络,使得它们看起来像是同一个网络。
- 安全传输数据:通过在原始数据包上加上加密和身份验证等安全机制,可以保证数据的机密性和完整性,避免数据泄露和篡改。
- 路由保护:可以将数据包封装在另一个网络的数据包中,以保护源和目的地址不被暴露,从而提高网络的安全性。
用于解决发送和接收网络属于同一类型网络,但是中间经过不同类型网络的情况。是一种封装技术,在中间网络传输时将整个数据包使用中间网络的协议类型封装。
隧道技术是一种将一个协议的数据包封装在另一个协议的数据包中传输的技术。它通常用于在公共网络上安全地传输数据,也可以用于连接两个远程网络。
隧道技术可以实现多种功能,例如:
- 【2015',2019,2019"】TTL(5.6.2)
生存期(time to live,8位):用于规定数据包在网络中存在的时间。可以取值为时间单位(秒),也可以取值为跳数。每经过一个时间单位或一跳减一,为0时丢弃该数据包。一个重要应用是避免数据包在网络上由于路由环路(5.2节提到路由环路不可避免)在网络上无休止地循环。也可用于探测网络路径。
- 【2014】NAT Network Address Translation(5.6.2)
网络地址转换协议(NAT):网络地址转换协议,在网络内部使用私有地址,在网络外部使用公有地址。当一个节点需要向外网发送数据时,将内网的私有IP地址转换为共有IP地址,并将私有的IP地址、传输层端口号映射为新的传输层口号。当接受一个数据时,通过映射关系查找对应的私有IP地址及传输层端口号,重新封装传递。
- 【2012,2017,2019,2019"】DNS
DNS(Domain Name System)域名系统是因特网使用的命名系统,用来把便于人们记忆的含有特定含义的主机名转换为便于机器处理的IP地址。
DNS系统采用客户/服务器模型,其协议运行在UDP之上,使用53端口。
DNS分为3部分:层次域名空间、域名服务器、解析器。
域名解析有两种方式:递归和迭代。
- 【2011,2023】ARP Address Resolution Protocol 地址解析协议(5.6.4)
当主机需要发送数据包到另一台主机时,需要将目标IP地址转换成目标MAC地址才能进行通信。此时,主机会发送一个ARP请求广播消息到本地网络上,询问拥有目标IP地址的主机的MAC地址。拥有该IP地址的主机会回复一个包含自己MAC地址的ARP响应消息,将其发送给请求主机,从而完成地址的解析。
简答题
- 比较面向连接和非面向连接,它们是否可靠(1.3.3)
- 面向连接的服务(connection-oriented service)是按照电话系统建模的,服务用户首先必须建立一个连接,然后使用连接传输数据,最后释放连接,本质上像一个管道
- 无连接的服务(connectionless service)是按照邮政系统建模的,每一个报文都携带者完整的目的地址,每个报文都由系统中的中间节点路由,并且独立于后续的报文。
- 面向连接的要求建立连接,因而没有传输的数据没有必要再标明传输的目的地址;而无连接的则对每个报文都由独立的目标地址。
- 一般来说,面向连接的可靠性较高,协议相对复杂,传输的数据按照发送顺序到达;而无连接的可靠性较差,协议相对简单,常出现乱序,重复和丢失现象。
在计算机网络中,面向连接和无连接是两种不同的通信服务模式。
二者的区别在于:
- 服务与协议的关系(1.3.5)
服务是指某一层向他上一层提供的一组原语。服务定义了该层准备代表其用户执行哪些操作,但是它并不涉及如何实现这些操作。服务与两层之间的接口有关,低层是服务提供者,而上层是服务用户。
与此不同的是,协议是一组规则,规定了同一层上对等实体之间所交换的数据包或者报文的格式和含义。对等实体利用协议来实现它们的服务定义,它们可以自由地改变协议,只要不改变呈现给它们用户的服务即可。
服务提供了一组功能,协议提供了实现这些功能的机制。协议是服务的实现方式,服务是协议的设计目标。
- 【2016,2017,2020】计算机网络中使用两种主要的交换技术:(虚)电路交换和分组交换。简述这两种交换技术的工作原理。(2.6.5)
电路(虚电路)交换 circuit switching:电路交换是一种面向连接的工作方式。分为三步:使用前建立一条从发送方到接收方的路径;使用这条路径传输;传输完毕释放路径。
数据包交换(分组交换) packet switching:包(分组)交换是一种非连接的工作方式。数据被分为多个包(分组),每个包包含完整的目的地址。每个包经过交换节点时,交换节点按照当前网络状况(交换表)为其选择一条输出线路。此过程一直持续直到包被传送到目的地。
- 【2016,2017,2020】简述数据链路层使用的一种滑动窗口协议的工作过程,并具体说明其如何实现差错控制和流量控制来达到可靠的数据传输的目的。(3.4)
一位滑动窗口协议。
发送窗口大小为1,接收窗口大小也为1。
一般来说,两个数据链路层一个先开始,发送第一帧。初始启动的机器从它的网络层获取第一个分组,然后根据分组创建第一帧,并将它发送出去。
当这一帧到达时,接收方的数据链路层检查该帧,看它是否为重复帧。如果它正是所期望的那一帧,就将它传递给网络层。然后接收窗口向前滑动,并发送一个确认帧。
确认域包含了最后收到的无错误的帧序列号,如果该序列号和正在发送的帧序列号一致,则发送方知道存储在 buffer 中的帧已经处理完毕。于是它从网络层获取下一帧。
无论什么时候,只要发出一帧就要返回一帧。
差错控制:
① 接受方发送反馈信息来确保可靠;
② 引入计时器防止丢失某一帧导致发送方持续等待;
③ 通过序号保证每一帧顺序和防止重复接收。
流量控制:基于反馈的流量控制,返回确认,才可以发送下一帧。
- 【2011】CSMA/CD协议的工作原理(4.2.2)
CSMA/CD 协议即载波监听,多点接入,碰撞检测。
首先,每个站点发送数据之前必须侦听信道的忙、闲状态。如果信道空闲,立即发送数据,同时进行冲突检测;如果信道忙,站点继续侦听总线,直到信道变成空闲。
如果在数据发送过程中检测到冲突,将立即停止发送数据并等待一段随机长的时间,然后重复上述过程。
即:先听后发,边听边发;冲突检测,延时重发
- CSMA/CA协议的工作原理(4.4.3)
CSMA/CA。发送方发送RTS,听到这个信号的所有设备置位自己的NAV(网络分配向量);接收方如果同意,发送CTS,听到这个信号的所有站点置位自己的NAV。当一个站点想要发送数据时,检查自己的NAV,如果置值则不发送,否则发送。
- 【2014,2023】二进制指数后退算法思想。(在以太网发生冲突后,经常采用二进制指数后退算法来分解冲突,请陈述该算法以及其在何时能够有效分解冲突。)(4.3.3)
在经典以太网上使用CSMA/CD算法,当发送数据的时候检测到了冲突,则会立即停止发送数据,并等待一段随机长的时间。二进制指数后退指的是每次冲突后随机后退的时间槽翻倍,直到1024(0~1023)个时间槽,此时运行了16次依然解决不了冲突,则认为网络坏了。
在适度的网络负载条件下有效分解冲突;
- 最小帧长
为了确保发送站在发送数据的同时能检测到可能存在的碰撞,需要在发送完帧之前就能收到自发送出去的数据,即帧的传输时延至少要两倍于信号在总线中的传播时延,所以 CSMA / CD 总线网中的所有数据帧都必须要大于一个最小帧长。
- 【2016,2017,2020】简述网桥(交换机)的工作原理。(4.8)
【2019】网桥流量过滤原理,以及查找表的建立过程
网桥工作在数据链路层,将多个LAN连接起来,通过检查数据链路层地址来转发帧。
① 当一帧到达时,网桥必须决定是将该帧转发还是丢弃
② 如果决定转发,还必须要决定在哪个端口传输帧
③ 网桥通过在其内部配备一个大的表(MAC地址表),该表中列出了每一个可能的目的地址以及它隶属的输出端口
④ 当网桥第一次被接入网络时,所有的哈希表都是空的,网桥使用泛洪算法(对于每个发向未知目的地址的入境帧,网桥将他输送到所有的端口,除了它到来的那个端口,慢慢的网桥学习到目标地址在哪里)和向后学习法(通过检查每个端口上发送的所有帧的源地址,网桥就可获知通过那个端口能访问到哪些机器)完善哈希表。
⑤ 其具体转发过程为(以下就是网桥流量过滤原理):当一帧到达时,网桥对目的地址进行查询,如果
a. 目的地址的端口与源端口相同,则丢弃该帧
b. 目的地址的端口与源端口不同,则转发该帧到目的端口
c. 目标地址端口未知,则使用泛洪算法,将帧发送到所有的端口,除了他入境的那个。
- (5.4.2)【2015,2020,2022】漏桶和令牌桶是网络中用于流量整形的主要方法。根据所学知识,回答下面问题:
1)漏桶的工作原理是什么?
① 在每个主机连接到网络的接口处都包含一个漏桶,即一个有限长度的内部队列。
② 如果当队列满的时候,又有一个分组到来,则该分组被抛弃。
③ 每经过一个常数时间才允许把一个分组放到网络上。
④ 这种机制可以将主机内用户进程发送出来的一个不均匀分组流变成网络上的一个均匀分组流,他把突发的分组流变得很平滑,从而降低了拥塞的几率。
⑤ 无论负载突发性如何,漏桶算法都强迫输出按平均速率进行。
2)令牌桶的工作原理是什么?
① 漏桶中保存的是令牌,这些令牌由时钟产生,每隔T产生一个。
② 要使一个分组被传送出去它就必须要抓住并销毁一个令牌。
③ 令牌桶允许将令牌(即许可权)保存起来,直至达到桶的最大尺寸n
④ 当令牌桶满后,令牌桶丢弃令牌,不丢弃分组。
⑤ 从本质上讲,令牌桶所做的事情是:允许突发流量但是不得超过一个预定的最大值
3)区别
① 流量整形策略不同:漏桶法不允许将空闲的主机许可权保存起来以便将来发送更大的突发数据,而令牌法则允许将许可权保存起来,直至达到桶的最大尺寸。
② 丢弃对象不同:当令牌桶满了之后,丢弃令牌,但是不丢弃分组;相反的,在漏桶算法中丢弃分组。
- 【2017,2020,2023】简述NAT的工作原理(5.6.2) Network Address Translation
网络地址转换协议,在网络内部使用私有地址,在网络外部使用公有地址。当一个节点需要向外网发送数据时,将内网的私有IP地址转换为共有IP地址,并将私有的IP地址、传输层端口号映射为新的传输层口号。当接受一个数据时,通过映射关系查找对应的私有IP地址及传输层端口号,重新封装传递。
- 【2019】分组进入路由器后,如何根据路由表项进行转发。若有多个匹配,应该怎么处理,为什么?(5.6.3)
- 计算每个prefix对应的子网掩码
- 每个子网掩码和数据包ip地址进行与操作对比prefix
- 多个match选择子prefix长的选项
//CIDR: Classless InterDomain Routing 无类域间路由
//CIDR通过变长子网掩码(VLSM)可以更灵活地分配IP地址,从而减少了IP地址的浪费。
//CIDR的工作原理:
当一个数据包(分组)到达时,路由器扫描路由表以确定目的地是否在前缀的地址块内。有可能多个具有不同前缀的表项得到匹配,在这种情况下,使用具有最长前缀的表项,具体方法
- 试述TCP建立连接的三次握手的具体过程(必须会!!)(6.2.2)
三次握手的过程如下:
1)客户端向服务端发送SYN包,其中SYN标志位被置为1,表示客户端请求建立连接。序列号Seq=x
2)服务端接收到SYN包后,向客户端发送一个SYN/ACK包,其中SYN和ACK标志位都被置为1,表示服务端已经接收到客户端的连接请求,并准备好建立连接。序列号Seq=y, 确认号Ack=x+1(表示收到客户端的序号
Seq
并将其值加1
作为自己确认号Ack
的值)3)客户端接收到服务端的SYN/ACK包后,向服务端发送一个ACK包,其中ACK标志位被置为1,表示客户端确认服务端的SYN/ACK包已收到。序列号Seq=x+1(表示收到服务器端的确认号
Ack
,并将其值作为自己的序号值), 确认号Ack=y+1(表示收到服务器端序号seq
,并将其值加1
作为自己的确认号Ack
的值)通过三次握手协议,客户端和服务端都确认了彼此的身份,并同意建立连接,从而可以开始传输数据。
- 【2024】试述TCP释放连接的具体过程(6.2.2)
释放连接的三次握手(四次挥手)过程:
1)客户端(主动关闭连接的一方)向服务端(被动方)发送一个FIN包,其中FIN标志位被置为1,表示客户端不再发送数据。序列号Seq=u
2)服务端接收到FIN包后,向客户端发送一个ACK包,其中ACK标志位被置为1,表示服务端已经接收到客户端的FIN包。序列号Seq=v,确认号Ack=u+1
3)当服务端不再发送数据时,服务端向客户端发送一个FIN包,其中FIN标志位被置为1,表示服务端不再发送数据。序列号Seq=w,确认号Ack=u+1
4)客户端接收到FIN包后,向服务端发送一个ACK包,其中ACK标志位被置为1,表示客户端已经接收到服务端的FIN包。序列号Seq=u+1,确认号Ack=w+1
通过四次挥手协议,客户端和服务端都确认了彼此的关闭请求,并释放了TCP连接。
如何尽最大努力避免数据丢失 ?
① 在第一次挥手后,客户端停止发送数据,但仍可以接收数据;在第三次挥手后,服务器停止发送数据,但仍然可以接受数据,保证双方的数据都能完整传输。
② 在发送FIN或ACK报文后,双方都会启动计时器,如计时超时没有收到确认,则会重传该报文。
③ 在第四次挥手后,客户端会进入TIME-WAIT状态,确保服务器端收到ACK包后才会关闭连接,避免服务器重传FIN包导致连接无法正常关闭。
- 【2016,2022】简述DNS(域名服务器)的工作原理。
为了将一个域名映射成IP地址,应用程序调用一个名为解析器(resolver)的库程序,并将名字作为参数传递给此程序。
① 解析器向本地DNS服务器发送一个包含该名字的请求报文;
② 本地DNS服务器查询该名字,并且返回一个包含该名字对应IP地址的响应报文给解析器,然后解析器再将IP地址返回给调用方。
查询报文和响应报文都作为UDP 数据包发送。有了IP地址以后,应用程序就可以与目标主机建立一个TCP连接,或者给它发送UDP数据包。
- 【2022】什么是DNS?本地域名服务器、根域名服务器、顶级域名服务器?(7.1)
DNS(Domain Name System)是一种分布式的命名系统,用于将域名转换为 IP 地址以及其他与域名相关的信息。
例如,www.bing.com是一个域名,其中“com”是顶级域名,“bing”是二级域名,“www”是三级域名。
① 根域名服务器:最高层次,知道所有顶级域名服务器的IP地址,管辖顶级域,当本地域名服务器无法自己解析时,就会求助根域名服务器,根域名服务器不直接告诉它IP地址,而是告诉本地域名服务器下一步应该去找哪个顶级域名服务器
没有根域名服务器,就无法进行域外的名字解析。建立根域名服务器是战略高点。
② 顶级域名服务器:负责管理在该顶级域名服务器下注册的所有二级域名,包含一个行业或一个国家所有子域的有关信息,给出子域的域名服务器的权威记录。包含通用和国家、地区两类。
③ 本地域名服务器:每个ISP都拥有一个本地域名服务器,当一台主机发出DNS请求时,这个查询请求报文就发送给本地DNS。
工作原理:当用户输入域名访问网络资源时,客户端会向本地 DNS 服务器发起查询请求,本地 DNS 服务器会先在自己的缓存中查找域名的解析结果,如果没有,则向 DNS 根域名服务器发送请求。根域名服务器并不直接返回结果,而是告诉本地 DNS 服务器应该向哪个顶级域名服务器查询。本地 DNS 服务器再向顶级域名服务器查询,获得下一步应该查询的权威 DNS 服务器(负责管理某个具体域名(如www.bing.com)的DNS服务器)的地址。最后,本地 DNS 服务器向权威 DNS 服务器查询域名的解析结果,并将结果返回给客户端,同时将结果缓存起来以便下次查询时使用。
本地域名服务器是用户所在局域网中的 DNS 服务器,通常由网络服务提供商(ISP)提供。根域名服务器是整个 DNS 系统的顶级节点,它负责管理顶级域名服务器的域名解析。顶级域名服务器是每个顶级域名的 DNS 服务器,负责管理该顶级域名下的所有域名解析。例如,“.com”域名的顶级域名服务器负责管理所有以“.com”结尾的域名的解析。
- 【2022】主机A与主机B通过中间路由器相连,问:在主机A给主机B发送消息的过程中,使用了哪些协议?
- 应用层:HTTP、FTP、DNS、SMTP等(取决于具体应用场景)。
- 传输层:TCP或UDP。
- 网络层:IP、ICMP。
- 数据链路层:以太网协议或Wi-Fi协议。
- 辅助协议:ARP、DHCP等。
论述题
- (2.6)【2013,2019】典型的电话系统是一个分层系统,主要包括本地回路、交换局和主干线。根据所学知识,回答下面问题:
1)本地回路使用到的主要技术是什么?有哪些实现方式?
数字信号:不归零、不归零逆转、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。
模拟信号:幅移键控、频移键控、相移键控、相对调相。
2)主干线上使用到的主要技术是什么?有哪些实现方式?
多路复用:时分复用、频分复用、波分复用。
3)交换局使用的主要技术是什么?有哪些实现方式?
交换局:电路交换、包交换。
4)电话系统为什么不使用平面系统,而是使用分层系统?
因为将每台电话和其他所有电话都连接起来的模式是不现实的,使用平面系统,电话难以管理,浪费人力物力。
- 帧的边界需要包装,用于标识帧的开始和结束。
(1)写出一种帧的边界的组合方式。
① 字节填充的标志字节法,使用一些特定的字符来界定一帧的开始与结束。
② 比特填充的标志比特法,使用一个特定的比特模式,即
01111110
来标志一帧的开始和结束(2)写出当这种组合方式的帧出现在接受方时会出现什么情况。
① 信息位中如果出现该特定的字符可能会被误判为帧的首尾标志。
② 信息位中如果出现
01111110
可能会被误判为帧的首尾标志。(3)写出如何进行处理这种情况。
① 发送方的数据链路层在数据中出现的每个标识字节的前面插入一个转义字符,接收方的数据链路层在将数据传递给网络层之前必须删除转义字节
② 发送方的数据链路层在信息位中遇到5个连续的
1
时,将自动在其后插入一个0
;而接收方做该过程的逆操作,即收到5个连续的1
时,则自动删除后面紧跟的0
,以恢复原信息。- (3.4)【2015,2023,2024】数据链路层的滑动窗口协议提供了双工的数据传输,通过序列号、确认号等方式来实现数据的传输,回答以下问题:
1)对等实体对于即将要发送的帧的序列号和确认号是怎么确定的?
发送方维护一个发送窗口,表示已发送但尚未被接收方确认的数据帧;接收方维护一个接收窗口,表示可以接受的数据帧。
发送方每发送一个数据帧(数据帧包含序列号),将数据帧的序号加入到发送窗口中,并启动一个计时器。在计时结束之前接收到确认帧,如果确认帧的序号是发送窗口的第一个序列号,那么发送窗口就可以向右滑动,并将该序号从发送窗口中移除;如果计时结束仍未收到确认帧,则重传该数据帧。
2)对等实体接收一个通过校验的帧时,如何根据序列号和确定号来滑动自己的发送窗口和接收窗口。
接收方每收到一个数据帧,就检查其序列号是否在接收窗口内。如果是,就将其缓存起来。如果该数据帧是接收窗口的第一个序列号,发送一个以该序列号为确认号的确认帧,并可以将数据帧交付给上层,并向右滑动窗口,直到遇到未收到的序列号为止。如果不是,就丢弃该数据帧,并重复发送上一个确认帧。
发送窗口=1,接收窗口=1:一位滑动窗口协议 发送窗口>1,接收窗口=1:回退N帧协议 Go Back-N 发送窗口>1,接收窗口>1:选择重传协议
- (4.2)【2016,2017,2020,2022,2023】介质访问控制是共享式局域网必须解决的关键问题之一。根据所学知识,回答下述问题:
1)什么是介质访问控制问题?
用于在多路访问信道问题上确定下一个使用者的问题。
2)简述CSMA协议的工作原理
CSMA协议分为1-坚持CSMA、非坚持CSMA、p-坚持CSMA(适用于分时间槽的信道)
1-Persistence CSMA
① 当一个站有数据要发送时先侦听信道
② 若信道空闲,立即发送数据
③ 若信道忙,持续监听等待直至信道变为空闲
④ 若发生冲突,等待随机时间,返回步骤 1
Non-Persistence CSMA
① 当一个站有数据要发送时先侦听信道
② 若信道空闲,立即发送数据
③ 若信道忙,不持续监听,等待一个随机时间返回步骤 1
④ 若发生冲突,等待随机时间,返回步骤 1
P-Persistence CSMA
p-Persistence 适用于分时间槽的信道
① 当一个站有数据要发送时先侦听信道
② 若发现信道空闲,在下一个时间槽到达时,以 p 的概率发送数据,有 q=1-p 的概率,将发送推迟到下一个时间槽
③ 在新的时间槽如果还是空闲,依然以 p 的概率发送数据,q 的概率推迟。
④ 以上过程一直重复直到发出,或有其他站发送数据,随即等待一段时间,重复以上步骤
p-Persistence 的 p 越小,信道利用率越高,但带来的延迟也越大;p=1 时与 1-Persistence CSMA 等价,但是 p=0 时不与 Non-Persistence CSMA 等价
3)经典以太网是如何解决介质访问控制问题的?简述其工作原理。
CSMA/CD 协议即带冲突检测的载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
首先,每个站点发送数据之前必须侦听信道的忙、闲状态。如果信道空闲,立即发送数据,同时进行冲突检测;如果信道忙,站点继续侦听总线,直到信道变成空闲。
如果在数据发送过程中检测到冲突,将立即停止发送数据并等待一段随机长的时间,然后重复上述过程。
即:先听后发,边听边发;冲突检测,延时重发
4)无线局域网是如何解决介质访问控制问题的?简述其工作原理。
CSMA/CA即带冲突避免的载波侦听多路访问。
发送方发送RTS(request to send),听到这个信号的所有设备置位自己的NAV(网络分配向量);接收方如果同意,发送CTS(clear to send),听到这个信号的所有站点置位自己的NAV。当一个站点想要发送数据时,检查自己的NAV,如果置值则不发送,否则发送。
5)3、4小问这两种协议监听信道是否空闲时有什么区别?
经典以太网使用有线信道,因此可以通过硬件直接检测信道是否空闲以及是否发生冲突;
而无线局域网使用无线信道,由于无线信号的特性和干扰,无法直接检测到碰撞,只能通过避免机制(如退避时间和RTS/CTS)间接减少冲突发生的概率。
6)CSMA/CD协议可以直接应用到无线局域网中吗?为什么?
以太网与无线局域网的差别主要在:
①两者的传输介质有着本质区别,也正是这种区别,导致WLAN存在新的问题:隐藏站问题和暴露站问题。
②两者传输范围有区别:WLAN中,无线电传输范围有限,一个站不能给所有其他站发送帧,也无法接收来自所有其他站的帧;在有线局域网中一个站发出一帧,所有其他站都能接收到。
③信道检测方式不同:WLAN采用能量检测、载波检测和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式;以太网通过电缆中电压的变化来检测。
④在WLAN中,对某个节点来说,其刚刚发出的信号强度要远高于来自其他节点的信号强度,也就是说它自己的信号会把其他的信号给覆盖掉,但在本节点处有冲突并不意味着在接收节点处就有冲突。
因此,在采用IEEE802.3标准以太网的MAC子层中使用CSMA/CD协议,而在采用IEEE 802.11标准无线局域网的MAC子层使用CSMA/CA协议,这两种协议都是针对网络中共享信道如何分配的问题,但它们的工作原理却有不同:
a.CSMA/CD:带有冲突检测的载波侦听多路访问,是在冲突发生后进行冲突处理,发送包的同时可以检测到信道上有无冲突;
b.CSMA/CA:带有冲突避免的载波侦听多路访问,是在冲突发生前进行冲突处理,发送包的同时不能检测到信道上有无冲突,只能尽量避免。
综上,在WLAN中实现CSMA/CD是比较困难的。
- (5.2.4)【2016,2017,2020】路由器是网络层的一种主要设备,依赖其中维护的路由表进行数据转发。路由表由路由协议(算法)来建立和维护。根据所学知识,回答下述问题:
1)列举所学主要的动态路由协议(算法),并说明其工作过程。
距离矢量路由:每台路由器周期性地将自己的距离矢量发送给所有邻居。每台路由器根据邻居的路由矢量计算自己新的路由表。
链路状态路由:每台路由器周期或触发地将自己的邻接信息发送给网络上所有其他路由器。每台路由器根据来自所有节点的邻接信息形成一张完整的网络拓扑图,求取自己到所有节点的最短路径,完成自己的路由表。
2)链路状态路由协议采用了什么方法来提供较少代价、可靠的信息扩散?
① 接受方发送反馈信息来确保可靠;(每个节点保留的数据结构中都有转发和确认两个字段)
② 引入计时器防止丢失某一帧导致发送方持续等待;(每个邻接信息只能存活一定的时间(年龄字段))
③ 通过序号保证每一帧顺序和防止重复接收。(邻接信息使用编号)
3)解释距离矢量路由中的无穷计算问题
当一个链路断开时,距离矢量路由器可能会错误地通过相邻路由器的更新信息计算出更长的路径,错误的距离信息在网络中传播和反复更新,导致路由器之间陷入“无穷循环”的状态。
4)说明一个IP分组到达一台路由器后,其主要的转发过程。
当新的消息进入路由器时,首先进入等待队列,通过一定的调度策略进行调度。调度到这个消息时,获取其目的地址,将目的地址分别与路由表中的每一项网络号的子网掩码进行比对,选取最长匹配的网络表项进行转发。当然,没有查询到匹配的时候,转发到缺省表项,也就是上一层路由,继续寻找。
5)分布于路由器的路由表中可能存在环路,IP协议是如何应对这一问题的?
设置一个最大跳数,使得跳数减为0时,数据包丢弃,防止陷入环路。
- 【2017,2023】为了减少路由表项,现代路由器中经常采用地址聚合技术。根据所学知识,
1) 计算下面给定路由器聚合后的路由表。
目的网络 | 转发端口 | 子网掩码 |
192.24.0.0/21 | E0 | 255.255.248.0 |
192.24.16.0/20 | E0 | 255.255.240.0 |
192.24.8.0/22 | E0 | 255.255.252.0 |
192.24.12.0/22 | E1 | 255.255.252.0 |
192.24.00000000.0
192.24.00010000.0
192.24.00001000.0
192.24.00001100.0
将各子网地址的网段以二进制写出;比较,从第1位比特开始进行比较,将从开始不相同的比特到末尾位填充为0。由此得到的地址为汇总后的网段的网络地址,其网络位为连续的相同的比特的位数。
2)根据聚合后的路由表,描述一个目的地为192.24.13.80的分组在本路由器中的查表匹配及转发过程。
- 【2015,2022,2023】拥塞控制是网络一个重要的研究课题,当网络负载过重时,网络会执行相应的协议来避免处理拥塞的发生。这些协议包括网络层的RED协议和传输层的TCP慢启动协设根据所学协议知识,回答下面问题
1)RED协议的工作原理是什么
随机早期检测协议(RED,Random Early Detection):当某条链路上的平均队列长度超过某个阈值时,该链路就被认为即将拥塞,因此路由器随机丢弃一小部分数据包。
2)TCP慢启动协议的工作原理是什么?
一开始将拥塞窗口大小设为1,然后成倍增加(指数级)拥塞窗口的大小(来试探网络连接状况,主要过程为发送一个数据段停下来等待应答,每收到一个应答,拥塞窗口大小就增大一倍)直到到达所设定的阈值或发生网络拥塞。当达到阈值时,慢启动结束,TCP进入拥塞避免阶段,此时拥塞窗口大小变为线性增长;当网络出现拥塞时,TCP慢启动会减缓发送速度,从而避免网络过载和拥塞的发生。
3)为什么两者的配合能够在一定程度上解决拥塞
当网络中路由器的被使用缓冲区大小到达路由器的阈值的时候,路由器开始执行 RED 协议,随意丢弃一些分组,被丢弃的分组的发送方会因此超时,这时通过TCP慢启动会降低发送方速率。
- 【2016,2017,2020,2022】TCP协议实现端到端的可靠的数据传输,其数据发送速率取决于两个方面:网络传输能力,通信双方的处理和缓存能力。这两种能力分别使用拥塞窗口、流量控制窗口来描述。根据所学知识,回答下面问题:
1) 流量控制窗口大小的取值是如何实现的?
接收端可以缓冲的字节数。
2) 拥塞窗口大小的取值是如何实现的?
发送端可以往网络发送的字节数。
3) 如何使用这两个窗口的取值来确定当前数据的发送速率的?
取两者之间最小值然后除以连接的往返时间。
4)TCP建立连接的机制,说明这种机制如何解决重复发来数据的问题
TCP使用三步握手协议建立连接://三次握手的过程
连接请求方选择一个合法的序列号,连接应方选择一个合法的序列号并确认连接请求方的序列号,连接请求方确认应答方的序列号根据序列号、确认号等判断重复分组。
// 建立连接时,双方可以通过seq序列号和ack确认号,能判断出收到的数据包是否重复,若重复,直接丢弃。
5) TCP流量如何控制,从网络状态和接受者缓存两个角度(就是拥塞窗口和流量窗口两个角度)
流量控制包括两个窗口:反映接收方接受能力的WINDOW SIZE,以及反映网络传输能力的拥塞窗口,依据慢启动等方法赋值。最终发送的最大速率取两个窗口值的最小值。
6)TCP的校验内容
TCP的头部,数据,伪头部
- 【2015,2017,2020,2023】ARP协议建立IP地址与MAC(物理)地址的映射,支持数据在网络内的传输。根据所学知识,回答下述问题:(5.6.4)
1) 简述通信双方在同一个网络内的ARP工作过程。
假设主机A给主机B发消息
主机A广播,该广播包携带B的IP地址,一旦B发现自己的IP地址与其一致,它就会用自己的 MAC 地址作为应答,使A得到自己的MAC地址。
2) 简述通信双方不在同一个网络时的ARP工作过程。
主机A广播,但是发现目的IP地址和自己不在一个子网。于是它转而请求路由器的 MAC地址,把数据传送过去,再由路由器与子网外的主机进行交互。在路由表找到对方所属的子网后,在该子网内广播找到B的MAC地址。
3)ARP协议的目的是什么?
地址解析协议,用于将IP地址解析为MAC 地址的网络协议。
4)依据给定内容,完成表格各项,并简述ARP协议的工作过程
ARP协议工作过程:发送方发送一个ARP广播帧,传递到网络上所有节点,询问IP地址对应的MAC地址。如果接收方在同一个网络内,则接收方回一个ARP应答帧;如果网络连接的路由器端口通过发送方和接收方的IP地址判断接收方不在同一个网络,则使用自己的MAC地址应答,作为接收方的代理。
综合题
一、主机H通过以太网连接Internet,IP地址为170.0.10,服务器S的IP地址为210.32.70.80。 H与S使用TCP通信时,在H上捕获的其中5个IP分组如表所示。其中,校验和使用xx xx表示在本题中不关心其取值。根据给定的IP头和TCP头,回答下述问题。
编号 | IP分组的前40字节内容(十六进制) |
1
| 45 00 00 30 01 9b 40 00 80 06 xx xx c2 aa 00 0a d2 20 46 50
0b d9 13 88 84 6b 41 c5 00 00 00 00 70 02 43 80 xx xx 00 00 |
2 | 45 00 00 30 00 00 40 00 31 06 xx xx d2 20 46 50 c2 aa 00 0a
13 88 0b d9 e0 59 9f ef 84 6d 41 c6 70 12 16 d0 xx xx 00 00 |
3 | 45 00 00 28 01 9c 40 00 80 06 xx xx c2 aa 00 0a d2 20 46 50
0b d9 13 88 84 6b 41 c6 e0 59 9f f0 50 10 43 80 xx xx 00 00 |
4 | 45 00 00 38 01 9d 40 00 80 06 xx xx c2 aa 00 0a d2 20 46 50
0b d9 13 88 84 6b 41 c6 e0 59 9f f0 50 18 43 80 xx xx 00 00 |
5 | 45 00 00 28 68 11 40 00 31 06 xx xx d2 20 46 50 c2 aa 00 0a
13 88 0b d9 e0 59 9f f0 84 6b 41 d6 50 10 16 d0 xx xx 00 00 |
- 表中的IP分组中,哪些是由主机H发送的?哪些是由服务器S发送的?
- 计算每个分组所携带的TCP段长是多少?
- 这些分组中,哪些TCP段携带了数据?如果携带数据,则计算数据的编号范围。
- 这些IP分组在以太网传输过程中,哪些需要进行填充?
- 这些分组中,哪些用于TCP的连接?并依据给定内容说明其连接建立过程。
- 在分组4中,主机H给服务器S发送了一组数据,请说明这组数据的标号范围。
- 主机H发送给服务器s的数据都被接收了吗?为什么?
- 主机H和服务器S为本次TCP连接预留的资源各是多少? (使用 Window size说明)
答案:
- 分组1,3.4是由主机H发送,分组2,5是由服务器S发送。
- 所有分组头长都为20字节。分组1.2的TCP头长为28字节,3,4.5头长为20字节。
- 分组4携带了数据。分组4携带了16B字节数据
- 分组3,5需要填充,不够最小帧长(数据最小为46字节)。
- 分组1,2,3.
- 84 6b 41 c6 ~ 84 6b 41 d5
- 都接收到了。因为确认制为(期望确认) 84 6b 41 d6,为接到的最后数据编号加1
- 主机H预留资源为0X4380;服务器预留资源为0X16d0。
二、在山大校园网内输入http://www.cl.cam.ac.uk/来访问剑桥大学计算机系的网站。根据所学知识,回答下面问题:
- 指出通信过程中各个层次使用到的几个重要的地址,以及这些地址之间的转换
IP,MAC地址;
ARP:在任何时候,一台主机有IP数据报文发送给另一台主机,它都要知道接收方的逻辑(IP)地址。但是IP地址必须封装成帧才能通过物理网络。这就意味着发送方必须有接收方的物理(MAC)地址,因此需要完成逻辑地址到物理地址的映射。而ARP协议可以接收来自IP协议的逻辑地址,将其映射为相应的物理地址,然后把物理地址递交给数据链路层。
- 根据网络参考模型,描述数据在各个层次的封装过程;
在应用层,数据转化为二进制语言。
在传输层,上层数据被分割成小的数据段,并为每个分段后的数据封装 TCP 报文头部。 在 TCP 头部有一个关键的字段信息——端口号,它用于标识上层的协议或应用程序,确保上层应用数据的正常通信。
在网络层,上层数据被封装上新的报文头部——IP 头部。 在 IP 头部中有一个关键的字段信息——IP 地址,它是由一组 32 位的二进制数组成的, 用于标识网络的逻辑地址。
在数据链路层,上层数据被封装一个 MAC 头部,其内部有一个关键的字段信息 ——MAC 地址,它由一组 48 位的二进制数组成。在 MAC 头部也同时封装着目标 MAC 地址和源 MAC 地址。
在物理层,将这些二进制数字组成的比特流转换成电信号在网络中传输。
- 指出通信过程中各个层次使用到的主要网络协议,并解释这些协议在通信中完成的功能。
应用层协议:HTTP(超文本传输协议), FTP(文件传送), SMTP(邮件),MIME,POP3(邮局协议),IMAP、 Telnet (远程控制协议)、RIP(路由信息协议)、 DNS(域名解析协议)、SNMP(简单网络管理协议)、DHCP(动态主机配置协议)
传输层协议:TCP:报文段,UDP:用户数据报
网络层协议:IP协议、ICMP协议(网际控制报文协议)、IGMP协议(组管理协议)、ARP协议(地址解析协议)、RARP协议、OSPF(开放的最短路径优先协议)
数据链路层协议:点对点协议(PPP),高级链路控制协议(HDLC)
物理层:无。
三、假设Internet的两个自治系统构成的网络如题47图所示,自治系统AS1由路由器R1 连接两个子网构成;自治系统AS2由路由器R2、R3互联并连接3个子网构成。各子网地址、R2的接口名、R1与R3的部分接口IP地址如题47图所示。
答案:
四、图和下面一模一样,主要考察同一局域网ARP的工作过程和不同局域网之间ARP的工作过程,写出数据的流动方向等等。(5.6.4)
1、给出路由器的路由表。
2、主机1向主机2发送数据:
1)这个过程中使用的协议是什么?简述工作过程。
ARP协议。主机1发送的数据包中包含目的ip地址,即主机2的ip地址,通过ip地址的网络号可以判断出主机1和主机2位于同一个子网内(即CS子网)。
主机1发送一个广播帧至到达 cs 网络上的每一台主机,询问ip为192.32.65.5的主机的MAC地址,主机2在接收到该广播帧后会发送一个包含自己MAC地址的ARP应答帧告诉主机1自己的MAC地址。
2)简述这个过程中CS网络的交换机内部的转发和表项的建立过程。
初始时,CS网络的交换机内部的MAC地址表为空,当主机1发送数据包时,交换机接收到数据,并将主机1的MAC地址和端口E1的映射关系加入其MAC地址表中;主机2发送ARP应答帧至交换机,交换机会记录下主机2的MAC地址与端口E2的映射关系。
3)主机1向主机2发送数据,简述CS网络的交换机的转发过程。
初始,主机1发送ARP广播帧,经过交换机会从所有除E1的端口转发出去。主机2发送ARP应答帧经过交换机,交换机会查询该应答帧的目标MAC地址对应的端口号,并转发至E1端口。后续主机1发送数据帧经过交换机,交换机查询MAC地址表中目标地址对应的端口号并转发至E2端口。
3、主机1向主机4发送数据:
1)简述这个过程中使用的协议的工作过程以及CS网络的交换机的表项的建立过程。
ARP协议。由于主机1和主机4的ip不属于同一个子网,因此需要通过路由器来发送数据,主机1发送ARP广播帧至子网所有的节点,请求获取默认网关192.32.65.1的MAC地址,路由器发送包含自己MAC地址的ARP应答帧至交换机,交换机会记录下E3接口和对应的MAC地址的映射关系;
2)简述这个过程中数据在CS网络内的流动过程。
主机1发送ARP广播帧至交换器,交换器将其从除E1外的所有端口转发,路由器发送ARP应答帧经由交换器转发到主机1,主机1得知默认网关的MAC地址后发送数据帧经交换机转发至路由器,路由器接受数据帧。
3)简述路由表对于数据的处理过程。
路由器检查数据包的目标IP地址(192.32.63.8),发现目标网络是EE网络,根据路由表,路由器选择接口E4将数据包发送到EE网络。路由器将数据包重新封装,将目标MAC地址修改为主机4的MAC地址(通过ARP获得),源MAC地址修改为路由器E4接口的MAC地址。
4)简述数据在EE网络内的流动过程。
数据从路由器的端口E4发送到EE网络的交换机,交换机会根据数据的MAC地址搜索MAC地址表中是否与存储了对应的端口号,如果找到了,则直接将帧转发到主机4所连接的端口(E6)。如果没有记录主机4的MAC地址,通泛洪算法,向除E4外的所有端口发送数据,主机4响应后更新MAC地址表,并完成数据转发。
五、(6.5)tcp头:
以太网帧:
一)假设TCP IP头选项部分均为空。
(1) TCP滑动窗口协议中,接收方窗口大小怎么定的,根据协议,说明其工作原理。
接收方窗口大小由接收端可以缓冲的字节数决定,并通过TCP首部的窗口字段通知发送方。
接收方为 TCP 连接分配一个缓冲区,用来存储接收到但尚未被上层应用读取的数据。接收方窗口用于流量控制,接收方计算当前缓冲区的剩余空间,并将此值作为接收窗口大小发送给发送方。
(2) TCP滑动窗口协议中,拥塞窗口的大小怎么定的,根据协议,说明其工作原理。
拥塞窗口的大小由发送方所能发送给网络的字节数决定,用于解决拥塞控制。慢启动、拥塞避免、快重传【如果接收方多次发送重复 ACK(通常为 3 次),发送方认为发生了丢包,立即重传丢失的数据段】、快恢复【在快重传后,拥塞窗口大小减半,而不是直接归零,避免大幅降低发送速率】等,来动态调整拥塞窗口的大小。
(3) TCP滑动窗口协议中, 如何确定最终的发送速率。
最终的发送速率为min{接收方窗口大小,拥塞窗口大小}/往返时延
(二)数据要经过,TCP,IP,以太网帧层层封装
(4) 画出TCP、IP、以太网帧的封装模式图。
数据链路层 | 网络层 | 传输层 | 应用层 | 数据链路层 |
以太网头部 | IP首部 | TCP头部 | 数据 | 以太网尾部 |
ㅤ | 20B | 20B | ㅤ | ㅤ |
- 应用层产生的数据由TCP协议负责处理,加入TCP头部。
- TCP数据段再由IP协议封装进IP头部,变为IP数据报。
- IP数据报由以太网协议封装成以太网帧(包含以太网头和尾),在物理链路上传输。
(5) TCP协议需要将数据分段,计算TCP数据每段的最大长度。
MTU = 1500 字节(以太网标准)。
IP首部长度 = 20 字节(无选项)。
因此,TCP数据每段的最大长度=1500−20=1480 字节
(6) 什么情况下以太网帧的选项部分为空。/填充部分为空
以太帧最短长度为64字节,帧中数据不得少于46字节,帧头有18字节
以太网帧的总长度已经满足最小长度,则无需使用填充字段。
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