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广外计算机网络期末复习

news 2025/6/29 20:09:56

考试题型：

一、计算机网络概述

1. 计算机网络的目标

实现资源共享与数据通信，使不同主机之间能够交换信息、共享硬件和软件资源。

2. 网络核心部分

组成元素：路由器、主机、网络链路。
路由器功能：连接不同网络，根据路由表转发分组，实现网络层的路径选择。

3. 五层协议的体系结构

层次	功能	关键协议 / 技术
应用层	为进程间通信提供服务	HTTP、SMTP、DNS、RTP
运输层	负责主机间进程通信	TCP、UDP
网络层	分组路由与转发，IP 地址管理	IP、ICMP、ARP
数据链路层	帧传输与差错检测	PPP、CSMA/CD、MAC 地址
物理层	比特流传输，定义电气 / 机械特性	双绞线、光纤、编码调制

4. 分层策略的好处

各层独立，便于设计与维护；
降低系统复杂度，层间通过接口交互；
支持标准化，便于不同系统互联。

5. TCP/IP 协议族结构

6、三种交换

电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。
报文交换——整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。
分组交换——单个分组传送到相邻节点，存储下来后查找转发表，转发到下一个节点

7.性能指标

二、物理层

1. 物理层的作用与任务

作用：透明传输比特流，定义物理连接的电气、机械、功能和规程特性。
主要任务：
- 传输介质选择（双绞线、光纤、无线）；
- 比特编码（如曼彻斯特编码）；
- 数据传输方式（并行 / 串行、异步 / 同步）。

2. 编码与调制

模拟信号调制：
- 调幅（AM）：改变信号振幅；
- 调频（FM）：改变信号频率；
- 调相（PM）：改变信号相位。
数字信号编码

3. 传输媒介

4.信道复用技术：频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、波分复用（WDM）、码分复用（CDMA）。

5.中继器、集线器

三、数据链路层

1. 基本概念

数据链路：物理链路 + 链路层协议（如 PPP、以太网）。
帧：数据链路层的传输单位，包含首部、数据、尾部（CRC 校验）。
透明传输：通过字节填充（PPP）或比特填充（HDLC）解决帧中特殊字符冲突。
差错检测：CRC 校验，但仅能检测错误，需结合 ARQ 协议实现可靠传输。

2. 可靠传输协议

停止等待协议：发送一帧后等待确认，出错则重传。
回退 N 步协议（GBN）：发送多个帧，出错时回退重传所有后续帧。
选择重传协议（SR）：仅重传出错的帧，效率更高。

3. PPP 协议

用途：点到点链路（如拨号上网），支持身份验证（PAP/CHAP）。
帧结构：标志字段 + 地址字段 + 控制字段 + 协议字段 + 数据 + FCS。

4. 以太网（Ethernet）

核心技术：CSMA/CD（载波监听多路访问 / 冲突检测
MAC 地址：48 位物理地址，全球唯一，用于链路层寻址。
帧结构：前导码 + 帧开始定界符 + 目的 MAC + 源 MAC + 类型 + 数据 + FCS。
碰撞检测与退避：检测到冲突后，按二进制指数退避算法延迟重传。

5.网桥

6.交换机

7. 虚拟局域网（VLAN）

优势：隔离广播域、增强安全性、灵活组网。
搭建方式：基于端口、MAC 地址、协议或 IP 子网划分。

8. 无线局域网（WLAN）

与有线差异：采用 CSMA/CA（冲突避免），因无线信道隐藏站问题无法实时检测冲突。
协议：CSMA/CA

四、网络层

1. 基本概念

虚电路与数据报：
- 虚电路：面向连接，通信前建立路径，所有分组沿同一路径传输；
- 数据报：无连接，每个分组独立路由，可能走不同路径。

2. 网络层主要任务

IP 分组路由与转发、IP 地址管理、拥塞控制、网络互联。

3. IP 地址与 MAC 地址关系

IP 地址是逻辑地址（网络层），MAC 地址是物理地址（数据链路层）。
ARP 协议：通过 IP 地址获取 MAC 地址，缓存表保存映射关系。

4、IP分组格式

5.子网掩码

5. IP 分组存储转发流程

（1）假设路由器接收到一个目的地址为142.150.71.132的IP分组，请确定该路由器为该IP分组选择的下一跳，并解释说明。
将目的地址142.150.71.132分别和这四个网络前缀匹配，

可以与142.150.71.128/28和 142.150.0.0/16 匹配成功

依据最长前缀匹配原则，142.150.71.128/28前缀更长，对应下一跳是B

（2）在上面的路由表中增加一条路由选项，该路由表项使以142.150.71.132为目的地址的IP分组选择A为下一跳，而不影响其他目的地址的IP分组转发。
即单独增加一条：142.150.71.132/32 的下一跳为 A。

（3）在上面的路由表中增加一条路由表项，使所有目的地址与该路由表中任何路由表项都不匹配的IP分组被转发到下一跳“E”。
即单独增加一条默认路由：0.0.0.0/0 的下一跳为 E。

（4）将142.150.64.0/24划分为四个规模尽可能大的等长子网，给出子网掩码及每个子网的主机IP地址范围。
根据分成4个子网，可知需要2个子网位（2^2=4）； 8-2=4，剩有6个主机位，地址块大小为2^6=64；子网掩码均为 255.255.255.11000000（2个子网位，6个主机位），即为192。根据地址块大小为64，可写出每个子网的网络地址。

6. ICMP 协议

作用：网络层差错报告与控制（如 ping 命令使用 ICMP Echo 请求 / 应答）。
常见报文：终点不可达、源点抑制、路由重定向、超时。

7. 路由协议

内部网关协议（IGP）：
- RIP：基于距离向量，最大跳数 15，定期广播路由表；
- OSPF：基于链路状态，划分区域，支持负载均衡与认证；
外部网关协议（EGP）：
- BGP：用于自治系统间路由，基于路径向量，避免环路。

8. 路由器与交换机差异

设备	工作层次	寻址依据	主要功能
路由器	网络层	IP 地址	网络互联、路由选择
交换机	数据链路层	MAC 地址	局域网内帧转发

9. 其他技术

VPN（虚拟专用网）：通过公网构建安全私有通道，使用隧道技术；
NAT（网络地址转换）：多个主机共享一个公网 IP，解决 IP 地址短缺；
IP 多播：一对多通信，节省带宽；
移动 IP：支持主机移动时保持连接，通过家乡代理与外地代理转发数据。

10. IPv6

升级原因：IPv4 地址耗尽、安全性与扩展性不足。
特点：128 位地址、简化首部、支持自动配置、内置安全性（IPsec）。
过渡技术：双协议栈、隧道技术、NAT-PT。

五、运输层

1. 基本概念

端口（Port）：标识主机中的进程（0~65535，1~1023 为知名端口）。
端到端通信：运输层为应用进程提供逻辑通信通道。
可能的风险：分组丢失、重复、失序，需通过协议保证可靠性。

2. UDP 协议

首部格式：源端口 + 目的端口 + 长度 + 校验和（8 字节）。
特点：无连接、不可靠、轻量级，适合实时应用（如语音、视频）。

3. TCP 协议

面向连接：三次握手建立连接，四次挥手释放连接。
可靠传输：序号与确认、滑动窗口（流量控制）、超时重传。
流量控制：通过窗口大小告知发送方接收能力，防止缓冲区溢出。
拥塞控制：
- 慢开始（慢启动）：初始拥塞窗口小，指数增长；
- 拥塞避免：达到阈值后线性增长；
- 快速重传：收到 3 次重复确认时重传；
- 快速恢复：重传后调整拥塞窗口，避免网络拥塞。

4. TCP 连接管理

三次握手：
1. 客户端发送 SYN=1，seq=x；
2. 服务器回复 SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1；
3. 客户端回复 ACK=1，seq=x+1，ack=y+1。
四次挥手：
1. 客户端发送 FIN=1，seq=u；
2. 服务器回复 ACK=1，seq=v，ack=u+1；
3. 服务器发送 FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1；
4. 客户端回复 ACK=1，seq=u+1，ack=w+1。

【例题】
5.19 用TCP传送512字节的数据。设窗口为100字节，而TCP报文段每次也是传送100字节的数据。再设发送方和接收方的起始序号分别选为100和200，试画出类似于图5-15的工作示意图。从连接建立阶段到连接释放都要画上。

5. UDP 与 TCP 对比

特性	UDP	TCP
连接	无连接	面向连接
可靠性	不可靠	可靠
首部开销	8 字节	20 字节（无选项）
适用场景	实时应用（语音、视频）	文件传输、HTTP

六、网络应用

1. DNS（域名系统）

域名结构：层次化结构（如www.gdufs.edu.cn，顶级域为.cn）。
域名服务器：根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器。
解析过程：递归解析与迭代解析结合，缓存加速查询。

2. WWW 与 HTTP

URL 格式：协议:// 主机名：端口 / 路径（如Example Domain）。
HTTP 流程：
1. 浏览器解析 URL，获取主机名；
2. DNS 解析主机名到 IP 地址；
3. 建立 TCP 连接（80 端口）；
4. 发送 HTTP 请求，接收响应；
5. 解析 HTML，渲染页面。

3. FTP（文件传输协议）

特点：使用 TCP 双连接（控制连接 + 数据连接），支持文件上传与下载。
模式：主动模式（服务器主动连接客户端数据端口）、被动模式（客户端主动连接服务器数据端口）。

4. 电子邮件

协议：
- SMTP（简单邮件传输协议）：发送邮件，端口 25；
- POP3（邮局协议）：接收邮件，端口 110；
- IMAP（互联网邮件访问协议）：更灵活的邮件管理，端口 143。

5. P2P 文件共享

原理：无中心服务器，节点直接互联共享文件（如 BitTorrent，通过种子文件定位资源）。

6. 实时交互音频 / 视频

协议：RTP（实时传输协议）、RTCP（实时传输控制协议），基于 UDP 传输。

七、网络安全

1. 基本概念

安全威胁：窃听、篡改、伪造、拒绝服务（DoS）、中间人攻击等。
攻击形式：病毒、木马、钓鱼攻击、SQL 注入、DDoS（分布式拒绝服务）。

2. 加密技术

对称密钥加密：加密与解密使用同一密钥（如 AES、DES），效率高但密钥分发困难。
非对称密钥加密：公钥加密、私钥解密（如 RSA），安全性高但效率低。

3. 报文摘要与数字签名

报文摘要：通过哈希函数（如 MD5、SHA-256）生成固定长度摘要，用于验证数据完整性。
数字签名：发送方用私钥加密摘要，接收方用公钥解密，确保报文真实性与不可否认性。

4. 实体鉴别

通过密码、证书（如 SSL/TLS 中的数字证书）验证通信方身份。

八、Packet Tracer 实验配置

1. 设备连接与线缆

配置线：一端接电脑串口，另一端接设备 Console 口，用于初始配置。
直通线：连接不同类型设备（如电脑 - 交换机、路由器 - 交换机）。
交叉线：连接相同类型设备（如交换机 - 交换机、路由器 - 路由器以太网口）。
DCE 线：连接路由器串口，DCE 端需配置时钟频率（clock rate 64000 或 128000）。

2. DTE 与 DCE

DTE（数据终端设备）：如计算机、路由器（通常为针头接口）。
DCE（数据电路端接设备）：如 Modem、DCE 线缆（通常为孔头接口）。
判断方法：show controller <端口> 命令查看，用户侧通常为 DTE，运营商侧为 DCE。

3. 交换机配置命令示例

enable                # 进入特权模式
configure terminal      # 进入全局配置模式
vlan 30               # 创建VLAN 30
interface fa0/10       # 进入接口fa0/10
switchport access vlan 30  # 将接口加入VLAN 30
show vlan             # 查看VLAN配置
hostname Switch-1     # 修改交换机名称
show mac-address-table # 查看MAC地址表

4. 三层交换机配置示例

enable
conf t
vlan 30
exit
interface fa0/10
switchport access vlan 30
exit
interface vlan 30
ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
no shutdown
exit
router rip
version 2
network 192.168.2.0
no shutdown

5. 路由器配置命令

（1）接口配置

enable
configure terminal
interface fa0/0         # 配置以太网接口
ip address 192.168.1.254 255.255.255.0
no shutdown
interface s0/0/0       # 配置串口（若为DCE）
clock rate 128000
ip address 192.168.2.254 255.255.255.0
no shutdown

（2）静态路由配置

enable
configure terminal
ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.2.1  # 目标网络 掩码 下一跳
show ip route                                # 查看路由表

（3）RIP 动态路由配置

enable
configure terminal
router rip
version 2
network 192.168.2.0
network 192.168.3.0
end
show ip route

（4）OSPF 动态路由配置

enable
configure terminal
router ospf 1           # OSPF进程号（本地有效）
network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0  # 网络地址 反掩码 区域号
network 192.168.3.0 0.0.0.255 area 0
end
show ip route

6. 关键配置注意事项