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配套教材：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第8版） 謝希仁
根據(jù)學(xué)習(xí)通要求“掌握”的部分總結(jié)的，有億點(diǎn)點(diǎn)長 ，時(shí)間來不及就掌握畫 ☆ 的就好啦
?? 1. 概述
?? 1.1 三種數(shù)據(jù)交換方式 ☆
| 交換方式 | 特點(diǎn) | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
|---|---|---|---|
| 電路交換 | 預(yù)先建立通信路徑 | 傳輸穩(wěn)定，延遲低 | 資源浪費(fèi)，不適用于并發(fā) |
| 報(bào)文交換 | 直接傳輸完整報(bào)文 | 靈活性高，傳輸不需要建立連接 | 延遲高，發(fā)送整個(gè)報(bào)文可能出現(xiàn)阻塞 |
| 分組交換 | 將數(shù)據(jù)分割為小的數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸 | 高效利用網(wǎng)絡(luò)資源，適用于并發(fā) | 隨機(jī)延遲，可能出現(xiàn)擁塞和丟包 |
- 若要連續(xù)傳送大量的數(shù)據(jù)，且其傳送時(shí)間遠(yuǎn)大于連接建立時(shí)間，則電路交換的傳輸速率較快。
- 報(bào)文交換和分組交換不需要預(yù)先分配傳輸帶寬，在傳送突發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。
- 由于一個(gè)分組的長度往往遠(yuǎn)小于整個(gè)報(bào)文的長度，因此分組交換比報(bào)文交換的時(shí)延小，同時(shí)也具有更好的靈活性。防止過長時(shí)間占用線路以及方便排錯(cuò)。
?? 1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類
按交換技術(shù)：①電路交換網(wǎng)絡(luò) ②報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò) ③分組交換網(wǎng)絡(luò)
按使用者：①公用網(wǎng) ②專用網(wǎng)
按傳輸介質(zhì)：①有線網(wǎng)絡(luò) ②無線網(wǎng)絡(luò)
按覆蓋范圍：①廣域網(wǎng)WAN（國家級） ②城域網(wǎng)MAN ③局域網(wǎng)LAN（如校園網(wǎng)） ④個(gè)域網(wǎng)PAN（如藍(lán)牙連接）
按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：①總線型網(wǎng)絡(luò) ②星型網(wǎng)絡(luò) ③環(huán)型網(wǎng)絡(luò) ④網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)（如廣域網(wǎng)）
※按傳輸方式：①點(diǎn)對點(diǎn)式 ②廣播式
※按服務(wù)方式：①主從式（C/S） ②對等式（P2P）
?? 1.3 時(shí)延計(jì)算 ☆
常用的數(shù)據(jù)量單位：
8
?bit?
=
1
?Byte?
K
B
=
2
10
B
M
B
=
K
?
K
B
=
2
10
?
2
10
B
=
2
20
B
G
B
=
K
?
M
B
=
2
10
?
2
20
B
=
2
30
B
T
B
=
K
?
G
B
=
2
10
?
2
30
B
=
2
40
B
\begin{array}{l} 8 \text { bit }=1 \text { Byte } \\ K B=2^{10} B \\ M B=K \cdot K B=2^{10} \cdot 2^{10} B=2^{20} B \\ G B=K \cdot M B=2^{10} \cdot 2^{20} B=2^{30} B \\ T B=K \cdot G B=2^{10} \cdot 2^{30} B=2^{40} B \end{array}
8?bit?=1?Byte?KB=210BMB=K?KB=210?210B=220BGB=K?MB=210?220B=230BTB=K?GB=210?230B=240B?
常用的數(shù)據(jù)率單位：
b
i
t
/
s
(
b
/
s
,
b
p
s
)
k
b
/
s
=
1
0
3
?
b
/
s
(
b
p
s
)
M
b
/
s
=
k
?
k
b
/
s
=
1
0
3
?
1
0
3
?
b
/
s
=
1
0
6
?
b
/
s
(
b
p
s
)
G
b
/
s
=
k
?
M
b
/
s
=
1
0
3
?
1
0
6
?
b
/
s
=
1
0
9
?
b
/
s
(
b
p
s
)
T
b
/
s
=
k
?
G
b
/
s
=
1
0
3
?
1
0
9
?
b
/
s
=
1
0
12
?
b
/
s
(
b
p
s
)
\begin{array}{l} \mathrm{bit} / \mathrm{s}(\mathrm / \mathrm{s}, \mathrm{bps}) \\ \mathrm{kb} / \mathrm{s}=10^{3} \mathrm{~b} / \mathrm{s}(\mathrm{bps}) \\ \mathrm{Mb} / \mathrm{s}=k \cdot \mathrm{kb} / \mathrm{s}=10^{3} \cdot 10^{3} \mathrm{~b} / \mathrm{s}=10^{6} \mathrm{~b} / \mathrm{s}(\mathrm{bps}) \\ \mathrm{G} b / \mathrm{s}=k \cdot \mathrm{Mb} / \mathrm{s}=10^{3} \cdot 10^{6} \mathrm{~b} / \mathrm{s}=10^{9} \mathrm{~b} / \mathrm{s}(\mathrm{bps}) \\ \mathrm{Tb} / \mathrm{s}=k \cdot \mathrm{Gb} / \mathrm{s}=10^{3} \cdot 10^{9} \mathrm{~b} / \mathrm{s}=10^{12} \mathrm{~b} / \mathrm{s}(\mathrm{bps}) \end{array}
bit/s(b/s,bps)kb/s=103?b/s(bps)Mb/s=k?kb/s=103?103?b/s=106?b/s(bps)Gb/s=k?Mb/s=103?106?b/s=109?b/s(bps)Tb/s=k?Gb/s=103?109?b/s=1012?b/s(bps)?
在處理過程中所需要的時(shí)間：
- 處理時(shí)延（一般不方便計(jì)算）
- 排隊(duì)時(shí)延（合并到處理時(shí)延）
- 發(fā)送時(shí)延 = 分組長度（ b ） 發(fā)送速率（ b / s ） 發(fā)送時(shí)延=\frac{分組長度（b）}{發(fā)送速率（b/s）} 發(fā)送時(shí)延=發(fā)送速率（b/s）分組長度（b）?
- 傳播時(shí)延 = 信道長度（ m ） 電磁波傳播速率（ m / s ） 傳播時(shí)延=\frac{信道長度（m）}{電磁波傳播速率（m/s）} 傳播時(shí)延=電磁波傳播速率（m/s）信道長度（m）?
光速：3.0×108 m/s
光纖、電磁波：2.0×108 m/s
在時(shí)延方面誰占主導(dǎo)要具體情況具體分析。
時(shí)延帶寬積 = 傳播時(shí)延 × 帶寬
?? 1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) ☆
Q：因特網(wǎng)采用TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的原因？
A：TCP/IP更符合市場，OSI缺乏商業(yè)驅(qū)動力，過于復(fù)雜，層次規(guī)劃不合理。
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議三要素為語法、語義和同步。
?? 2. 物理層
主要任務(wù)：
- 機(jī)械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置
- 電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓范圍
- 功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義
- 過程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序
?? 2.1 傳輸媒體
- 導(dǎo)引型：同軸電纜、雙絞線、光纖、電力線
- 非導(dǎo)引型：無線電波、微波、紅外線、可見光
| 同軸電纜 | 雙絞線 | 光纖 | |
|---|---|---|---|
| 傳輸速率 | 傳輸速率一般在百M(fèi)bps到Gbps之間 | 傳輸速率一般在Mbps到Gbps之間 | 傳輸速率高，可達(dá)數(shù)十Tbps |
| 抗干擾性 | 較強(qiáng) | 較強(qiáng) | 極強(qiáng) |
| 安裝成本 | 高 | 低 | 較高 |
| 數(shù)據(jù)安全性 | 由于同軸電纜使用共享傳輸，數(shù)據(jù)安全性差 | 雙絞線使用獨(dú)立傳輸，數(shù)據(jù)安全性相對較好 | 光纖使用光的傳輸，不容易被竊聽和干擾 |
?? 2.2 傳輸方式
串行傳輸：數(shù)據(jù)是1個(gè)比特1個(gè)比特依次發(fā)送的，發(fā)送端與接收端之間只用1條數(shù)據(jù)傳輸線即可
并行傳輸：一次發(fā)送n個(gè)比特而不是一個(gè)比特，在發(fā)送端和接收端之間要有n條傳輸線路
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)在傳輸線路上的傳輸時(shí)串行傳輸；而計(jì)算機(jī)內(nèi)部（如CPU和內(nèi)存）多使用并行傳輸。
同步傳輸：數(shù)據(jù)塊以穩(wěn)定的比特流形式傳輸，字節(jié)之間沒有間隔。接收端在每個(gè)比特信號的中間時(shí)刻（有區(qū)分0,1的標(biāo)志）進(jìn)行檢測，以判別接收到的是比特0還是1。
需要采取方法使雙方的時(shí)鐘保持同步，有外同步（額外加時(shí)鐘線）、內(nèi)同步（內(nèi)嵌同步信號編碼）
異步傳輸：以字節(jié)為獨(dú)立的傳輸單位，字節(jié)間的時(shí)間間隔不是固定的，接收端僅在每個(gè)字節(jié)的起始處對字節(jié)內(nèi)的比特實(shí)現(xiàn)同步，為此通常傳送前要在每個(gè)字節(jié)前后加上起始位和結(jié)束位。
- 異步是指字節(jié)之間異步（字節(jié)之間的時(shí)間間隔不固定）
- 字節(jié)中的每個(gè)比特仍然要同步（各比特的持續(xù)時(shí)間是相同的）
單工/半雙工/全雙工 ☆
- 單工通信：通信雙方只有一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸方向（無線電廣播）
- 半雙工通信：通信雙方可以相互傳輸數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)進(jìn)行（對講機(jī)）
- 全雙工通信：通信雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收消息（電話）
單工需要一條信道；其他的需要兩條（一個(gè)方向一條）
?? 2.3 編碼與調(diào)制
?? 2.4 奈氏準(zhǔn)則 ☆
在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元傳輸速率是有上限的。
理想低通信道的最高碼元傳輸速率 = 2W Baud = 2W（單位：碼元/秒）
理想低通信道下的極限數(shù)據(jù)傳輸率 = 2Wlog2V（單位：碼元/秒）
理想帶通信道的最高碼元傳輸速率 = W Baud = W（單位：碼元/秒）
- W：信道帶寬（單位為Hz)
- Baud：波特，即碼元/秒
- Log2V：有幾種碼元/碼元的離散電平數(shù)
碼元傳輸速率又稱為波特率、調(diào)制速率、波形速率或符號速率。它與比特率有一定關(guān)系：
- 當(dāng)1個(gè)碼元只攜帶1比特的信息量時(shí)，則波特率（碼元/秒）與比特率（比特/秒）在數(shù)值上是相等的；
- 當(dāng)1個(gè)碼元攜帶n比特的信息量時(shí)，則波特率轉(zhuǎn)換成比特率時(shí)，數(shù)值要乘以n。
?? 2.5 香農(nóng)公式
C = W × l o g 2 ( 1 + S N ) （單位： b i t / s ） \color{red}C=W \times log_2(1+\frac{S}{N}) （單位：bit/s） C=W×log2?(1+NS?)（單位：bit/s）
C：信道的極限信息傳輸速率（單位：b/s）
W：信道帶寬（單位：Hz）
S：信道內(nèi)所傳信號的平均功率
N：信道內(nèi)的高斯噪聲功率
S/N：信噪比（dB） =
10
×
l
o
g
10
(
S
N
)
\color{red}10 \times log_{10}(\frac{S}{N})
10×log10?(NS?)
信道帶寬或信道中信噪比越大，信息的極限傳輸速率越高。
Q：奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式，這兩個(gè)公式對數(shù)據(jù)通信的意義是什么？
A：奈氏準(zhǔn)則指出碼元傳輸?shù)乃俾蕰恍诺老拗疲戕r(nóng)公式給出了信息傳輸速率的極限
習(xí)題集：
例1：【2009年題34】在無噪聲情況下，若某通信鏈路的帶寬為3kHz，采用4個(gè)相位，每個(gè)相位具有4種振幅的QAM調(diào)制技術(shù)，則該通信鏈路的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是
A.12 kbps
B.24 kbps
C.48 kbps
D.96 kbps
【解析】（1）根據(jù)奈氏準(zhǔn)則可知，該通信鏈路的最高碼元傳輸速率= 2 x 3k = 6k （Baud） = 6k（碼元/秒）
（2）采用4個(gè)相位，每個(gè)相位4種振幅的QAM調(diào)制技術(shù)，可以調(diào)制出4x4=16個(gè)不同的基本波形（碼元）；
采用二進(jìn)制對這16個(gè)不同的碼元進(jìn)行編碼，需要使用4個(gè)比特（
l
o
g
2
16
log_216
log2?16 = 4）。換句話說，每個(gè)碼元可以攜帶的信息量為4比特；
綜合（1）和（2）可知，該通信鏈路的最大數(shù)據(jù)傳輸速率=6k（碼元/秒）x4（比特/碼元） = 24k（比特/秒）=24kbps
因此答案選B
例2：【2011年題34】若某通信鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率為2400bps，采用4相位調(diào)制，則該鏈路的波特率是
A.600波特
B.1200波特
C.4800波特
D.9600波特
【解析】（1）采用4相位調(diào)制，可以調(diào)制出4種相位不同的基本波形（碼元）。采用二進(jìn)制對這4個(gè)不同的碼元進(jìn)行編碼，需要使用2個(gè)比特（log24 = 2）。換句話說，每個(gè)碼元可以攜帶的信息量為2比特；
（2）數(shù)據(jù)傳輸速率 = 波特率（碼元傳輸速率） × 每個(gè)碼元所攜帶的信息量
2400（比特/秒） = 波特率 × 2 （比特/碼元）
解得：波特率=1200（碼元/秒）= 1200 baud/s
例3：【2016年題34】若連接R2和R3鏈路的頻率帶寬為8kHz，信噪比為30dB，該鏈路實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率約為理論最大數(shù)據(jù)傳輸速率的50%，則該鏈路的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率約是
A.8 kbps
B.20 kbps
C.40 kbps
D.80 kbps
【解析】理論最大數(shù)據(jù)傳輸速率
c
=
8
k
×
l
o
g
2
(
1
+
S
N
)
c=8k \times log_2(1+\frac{S}{N})
c=8k×log2?(1+NS?)，信噪比：
30
（
d
B
）
=
10
×
l
o
g
10
(
S
N
)
30（dB）= 10 \times log_{10}(\frac{S}{N})
30（dB）=10×log10?(NS?)，解得
S
N
\frac{S}{N}
NS?= 1000 代入上式
c
=
8
k
×
l
o
g
2
(
1
+
1000
)
≈
80
c= 8k \times log2(1 + 1000) \approx 80
c=8k×log2(1+1000)≈80 kbps
該鏈路的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率
c
×
50
%
=
40
k
b
p
s
c \times 50\%= 40 kbps
c×50%=40kbps
因此選C
例4：【2017年 題34】若信道在無噪聲情況下的極限數(shù)據(jù)傳輸速率不小于信噪比為30dB條件下的極限數(shù)據(jù)傳輸速率，則信號狀態(tài)數(shù)至少是
A.4
B.8
C.16
D.32
【解析】設(shè)信號狀態(tài)數(shù)（可調(diào)制出的不同基本波形或碼元數(shù)量）為X，則每個(gè)碼元可攜帶的比特?cái)?shù)量為
l
o
g
2
X
log_2X
log2?X
信道在無噪聲情況下的極限數(shù)據(jù)傳輸速率（用奈氏準(zhǔn)則計(jì)算）= 2W（碼元/秒）=
2
W
×
l
o
g
2
X
2W \times log_2X
2W×log2?X（比特/秒）
30（dB） =
10
×
l
o
g
10
(
S
N
)
10 \times log_{10}(\frac{S}{N})
10×log10?(NS?)，所以
S
N
=
1000
\frac{S}{N} = 1000
NS?=1000。
30dB信噪比條件下的極限數(shù)據(jù)傳輸速率（用香農(nóng)公式計(jì)算）=
W
×
l
o
g
2
(
1
+
1000
)
W \times log_2(1 + 1000)
W×log2?(1+1000)（比特/秒）
根據(jù)題意列出不等式：
2
W
×
l
o
g
2
X
≥
W
×
l
o
g
2
(
1
+
1000
)
2W \times log_2X ≥ W \times log_2(1 + 1000)
2W×log2?X≥W×log2?(1+1000)
解得
X
≥
32
X ≥ 32
X≥32，選D
?? 2017年 題34 視頻解析
?? 3. 數(shù)據(jù)鏈路層
?? 3.1 封裝成幀
定義：封裝成幀是指數(shù)據(jù)鏈路層給上層交付的協(xié)議數(shù)據(jù)單元添加幀頭和幀尾使之成為幀。
?? 3.2 差錯(cuò)檢測 ☆
奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC、海明碼、BCH碼、RS碼
例1：待發(fā)送的信息為101001，生成多項(xiàng)式為 G ( x ) = x 3 + x 2 + 1 G(x)= x^3+ x^2+ 1 G(x)=x3+x2+1，計(jì)算余數(shù)。
計(jì)算步驟：
- 構(gòu)造被除數(shù)：待發(fā)送信息后面添加生成多項(xiàng)式最高次數(shù)個(gè)0。
- 構(gòu)造除數(shù)：生成多項(xiàng)式各項(xiàng)系數(shù)構(gòu)成的比特串。
- 做“除法”，即異或運(yùn)算（相同為0，相異為1）
- 檢查余數(shù)：余數(shù)的位數(shù)應(yīng)與生成多項(xiàng)式最高次數(shù)相同，如果位數(shù)不夠，則在余數(shù)前補(bǔ)0來湊足位數(shù)。
得到的 101001001 就可以發(fā)送了。
例2：接收到的信息為101101001，生成多項(xiàng)式為
G
(
x
)
=
x
3
+
x
2
+
1
G(x)= x^3+ x^2+ 1
G(x)=x3+x2+1，判斷傳輸是否誤碼？
計(jì)算方法同上，最后檢查余數(shù)，余數(shù)不為0，表明傳輸過程產(chǎn)生誤碼！
?? 3.3 可靠傳輸
不可靠傳輸服務(wù)：僅僅丟棄有誤碼的幀，其他什么也不做
可靠傳輸：想辦法實(shí)現(xiàn)發(fā)送端發(fā)送什么，接收端就收到什么
?? 3.4 點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議PPP ☆
透明傳輸：數(shù)據(jù)鏈路層對上層交付的傳輸數(shù)據(jù)沒有任何限制，就好像數(shù)據(jù)鏈路層不存在一樣（即保證接收方接到的數(shù)據(jù)是完整的數(shù)據(jù)）
透明傳輸機(jī)制：
字節(jié)填充：面向字節(jié)的異步鏈路采用插入轉(zhuǎn)義字符的字節(jié)填充法。
發(fā)送方：
- 如PPP幀的標(biāo)志字段取值為7E（16進(jìn)制），如果數(shù)據(jù)中出現(xiàn)7E則需要在數(shù)據(jù)前插入轉(zhuǎn)義字符7D（16進(jìn)制），并將原來的7E減20（16進(jìn)制），所以7E在數(shù)據(jù)中最終會變成7D,5E
- 如果數(shù)據(jù)中有轉(zhuǎn)義字符7D怎么辦呢？可以在轉(zhuǎn)義字符7D前再加一個(gè)轉(zhuǎn)義字符7D，并將數(shù)據(jù)的7D減20（16進(jìn)制），于是轉(zhuǎn)義字符7D在數(shù)據(jù)中最終會變成7D,5D
- 數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的每一個(gè)ASCII碼控制字符（數(shù)值小于0x20的字符），則在該字符前面插入一個(gè)7D字節(jié)，同時(shí)將該字符的編碼加上0x20。
接收方：進(jìn)行反變換即可恢復(fù)出原來的幀的數(shù)據(jù)部分。
零填充：面向比特的同步鏈路采用插入比特0的比特填充法。
發(fā)送方：對幀的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行掃描（一般由硬件實(shí)現(xiàn)）。只要發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)的比特1，則立即填充1個(gè)比特0。
接收方：對幀的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行掃描（一般由硬件實(shí)現(xiàn)）。只要發(fā)現(xiàn)5個(gè)連續(xù)的比特1，就把其后的1個(gè)比特0刪除。
?? 3.5 媒體接入控制MAC
?? 3.5.1 靜態(tài)劃分信道
頻分復(fù)用FDM、時(shí)分復(fù)用TDM、波分復(fù)用WDM
?? 3.5.2 CSMA/CD協(xié)議（動態(tài)接入控制）
CSMA/CD協(xié)議曾經(jīng)用于各種總線結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)和雙絞線以太網(wǎng)的早期版本中。
現(xiàn)在的以太網(wǎng)基于交換機(jī)和全雙工連接，不會有碰撞，因此沒有必要使用CSMA/CD協(xié)議。
載波監(jiān)聽多址接入/碰撞檢測 CSMA/CD（ Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）【不用于無線網(wǎng)絡(luò)】
多址接入MA：多個(gè)站連接在一條總線上，競爭使用總線。
載波監(jiān)聽CS：每一個(gè)站在發(fā)送幀之前先要檢測一下總線上是否有其他站點(diǎn)在發(fā)送幀（先聽后說）
- 若檢測到總線空閑96比特時(shí)間，則發(fā)送這個(gè)幀；
- 若檢測到總線忙，則繼續(xù)檢測并等待總線轉(zhuǎn)為空閑96比特時(shí)間，然后發(fā)送這個(gè)幀。
96比特時(shí)間是指發(fā)送96比特所需要的時(shí)間，也稱為幀間最小間隔。其作用是是接收方可以檢測出一個(gè)幀的結(jié)束，同時(shí)也使得其他站點(diǎn)都能有機(jī)會平等競爭信道并發(fā)送幀
碰撞檢測CD：每一個(gè)正在發(fā)送幀的站邊發(fā)送邊檢測碰撞（邊說邊聽）
- 一旦發(fā)現(xiàn)總線上出現(xiàn)碰撞，則立即停止發(fā)送，退避一段隨機(jī)時(shí)間后再次發(fā)送（一旦沖突，立即停說，等待時(shí)機(jī)，重新再說）。
小結(jié)：先聽后發(fā)、邊發(fā)邊聽、沖突停發(fā)、延遲重發(fā)
?? 3.5.2.1 爭用期（碰撞窗口）
①為什么
τ
?
δ
2
\tau - \dfrac{\delta}{2}
τ?2δ?時(shí)刻發(fā)送碰撞？
當(dāng)D開始發(fā)送的時(shí)，A已經(jīng)走了
τ
?
δ
\tau - \delta
τ?δ時(shí)間，所以剩下路程所需要的時(shí)間是
δ
\delta
δ。
又因?yàn)?code>A和D發(fā)送速度是相同的，因此對于
δ
\delta
δ時(shí)間的路程，每人只需要走
δ
2
\dfrac{\delta}{2}
2δ?時(shí)間就會相遇，即碰撞。
碰撞時(shí)刻
=
τ
?
δ
+
δ
2
=
τ
?
δ
2
=\tau - \delta +\dfrac{\delta}{2}=\tau -\dfrac{\delta}{2}
=τ?δ+2δ?=τ?2δ?
②為什么 t = τ t=\tau t=τ時(shí)，D檢測到碰撞？
根據(jù)上邊推論，發(fā)現(xiàn)D走了
δ
2
\dfrac{\delta}{2}
2δ?的時(shí)間路程后就發(fā)送了碰撞，此時(shí)它開始返回，經(jīng)過同樣的時(shí)間可以回到D
檢測到碰撞時(shí)間 = δ 2 + δ 2 = δ =\dfrac{\delta}{2}+\dfrac{\delta}{2}=\delta =2δ?+2δ?=δ
③為什么 2 τ ? δ 2\tau - \delta 2τ?δ時(shí)，A檢測到碰撞？
與D檢測到碰撞同理，A走了
τ
?
δ
2
\tau -\dfrac{\delta}{2}
τ?2δ?時(shí)間，因此往回走也是這么多時(shí)間
A檢測到碰撞時(shí)間
=
τ
?
δ
2
+
τ
?
δ
2
=
2
τ
?
δ
=\tau -\dfrac{\delta}{2}+\tau -\dfrac{\delta}{2}=2\tau - \delta
=τ?2δ?+τ?2δ?=2τ?δ
得出結(jié)論：
- 主機(jī)最多經(jīng)過 2 τ 2\tau 2τ（即 δ → 0 \delta→0 δ→0）的時(shí)長就可以檢測到本次發(fā)送是否遭受了碰撞
- 因此，以太網(wǎng)的端到端往返傳播時(shí)延 2 τ 2\tau 2τ稱為爭用期或碰撞窗口期（或沖突檢測時(shí)間）
- 經(jīng)過爭用期這段時(shí)間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞
- 每一個(gè)主機(jī)在自己發(fā)送幀之后的一小段時(shí)間內(nèi)，存在著遭遇碰撞的可能性。這一小段時(shí)間是不確定的。它取決于另一個(gè)發(fā)送幀的主機(jī)到本主機(jī)的距離，但不會超過總線的端到端往返傳播時(shí)延，即一個(gè)爭用期時(shí)間
- 顯然，在以太網(wǎng)中發(fā)生幀的主機(jī)越多，端到端往返傳播時(shí)延越大，發(fā)生碰撞的可能性就越大。因此，共享式以太網(wǎng)不能連接太多的主機(jī)，使用的總線也不能太長
- 10 M b / s 10Mb/s 10Mb/s以太網(wǎng)把爭用期定為 512 b i t 512bit 512bit發(fā)送時(shí)間，即 51.2 μ s 51.2μs 51.2μs，因此其總線長度不能超過 5120 m 5120m 5120m，但考慮到其他一些因素，如信號衰減等，以太網(wǎng)規(guī)定總線長度不能超過 2500 m 2500m 2500m
?? 3.5.2.2 最小幀長
Q：為什么需要規(guī)定最小幀長？
A：假設(shè)A向D發(fā)送幀，如果幀很短的話，在
2
τ
2\tau
2τ內(nèi)就會將幀發(fā)送完畢，幀發(fā)送完畢后不會進(jìn)行碰撞檢測，而此時(shí)依然有發(fā)生碰撞的可能。所以必須保證在
2
τ
2\tau
2τ時(shí)間內(nèi)幀不會被發(fā)送完，在這段時(shí)間里能夠保持碰撞檢測
- 以太網(wǎng)規(guī)定最小幀長為64字節(jié)，即512比特（512比特即爭用期）
- 如果要發(fā)送的數(shù)據(jù)非常少，那么必須加入一些填充字節(jié)，使幀長不小于
64字節(jié)
- 如果要發(fā)送的數(shù)據(jù)非常少，那么必須加入一些填充字節(jié)，使幀長不小于
- 以太網(wǎng)的最小幀長保證了主機(jī)可在幀發(fā)送完成之前就檢測到該幀的發(fā)送過程中是否遭遇了碰撞
- 如果在爭用期沒有檢測到碰撞，那么后續(xù)發(fā)送的數(shù)據(jù)就一定不會發(fā)生碰撞
- 如果在爭用期檢測到碰撞就立即中止發(fā)送，這時(shí)已經(jīng)發(fā)送出去的數(shù)據(jù)一定小于
64字節(jié)，因此凡長度小于64字節(jié)的幀都是由于碰撞檢測而異常中止的無效幀
【單選題】長度為10km，數(shù)據(jù)傳輸率為10Mb/s的CSMA/CD以太網(wǎng)，信號傳播速率為200m/μs。那么該網(wǎng)絡(luò)的最小幀長是
A、20bit
B、200bit
C、100bit
D、1000bit
解析：爭用期
2
τ
=
10
k
m
200
m
/
μ
s
×
2
=
1
0
?
4
s
2\tau = \frac{10km}{200m/ \mu s} \times 2=10^{-4} s
2τ=200m/μs10km?×2=10?4s
最短幀長=數(shù)據(jù)傳輸速率×爭用期2
τ
\tau
τ =
10
M
b
/
s
×
1
0
?
4
s
=
1000
b
10Mb/s \times 10^{-4}s = 1000b
10Mb/s×10?4s=1000b
?? 3.5.2.3 最大幀長
當(dāng)幀過長時(shí)，其他線路會遲遲得不到資源，同時(shí)也可能導(dǎo)致接收方緩沖區(qū)溢出，因此幀的最大長度也有規(guī)定。
【2009年題37】在一個(gè)采用CSMA/CD協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，傳輸介質(zhì)是一根完整的電纜，傳輸速率為1Gbps，電纜中的信號傳播速度是200 000km/s。若最小數(shù)據(jù)幀長度減少800比特，則最遠(yuǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離至少需要（）
A.增加160m
B.增加80m
C.減少160m
D.減少80m
【解析】設(shè)最遠(yuǎn)兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離為d(m)，最小幀長為l(bit)；
最小幀長=爭用期×數(shù)據(jù)傳輸速率
l
=
(
d
200000
×
1
0
3
×
2
)
×
1
0
9
l=\left(\fracn5n3t3z{200000 \times 10^{3}} \times 2\right) \times 10^{9}
l=(200000×103d?×2)×109
得出
d
=
l
10
d=\frac{l}{10}
d=10l?
很顯然，若最小幀長減少800 bit，最遠(yuǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間的距離至少會減少80m
【2010年 題47】某局域網(wǎng)采用CSMA/CD協(xié)議實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問控制，數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps,主機(jī)甲和主機(jī)乙之間的距離為2km，信號傳播速度是200 000km/s。請回答下列問題，要求說明理由或?qū)懗鲇?jì)算過程。
(1）如主機(jī)甲和主機(jī)乙發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生沖突，則從開始發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)刻起，到兩臺主機(jī)均檢測到?jīng)_突時(shí)刻止，最短需經(jīng)過多長時(shí)間?最長需經(jīng)過多長時(shí)間（假設(shè)主機(jī)甲和主機(jī)乙發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，其他主機(jī)不發(fā)送數(shù)據(jù))?
兩主機(jī)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，才能使得它們從開始發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)刻起，到它們都檢測到?jīng)_突時(shí)刻止，所經(jīng)過的時(shí)間最短。
這段時(shí)間包括主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號傳播到距離中點(diǎn)處所耗費(fèi)的傳播時(shí)延，以及發(fā)生碰撞后的碰撞信號傳播回主機(jī)所耗費(fèi)的時(shí)間（與之前的傳播時(shí)延相等）。即兩主機(jī)間單程的傳播時(shí)延2km÷200 000km/s = 0.01ms
甲發(fā)送的幀信號傳播到無限接近乙的某個(gè)時(shí)刻，乙也要發(fā)送幀，它檢測到信道空閑(但信道此時(shí)并不空閑)，就立刻開始發(fā)送幀，這必然會導(dǎo)致碰撞。乙會首先檢測到碰撞，一段時(shí)間后甲也會檢測到碰撞。
從開始發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)刻起，到兩臺主機(jī)均檢測到碰撞時(shí)刻止，最長需要經(jīng)過的
時(shí)間為兩臺主機(jī)間信號傳播的往返時(shí)延（爭用期）（2km÷200 000km/s ) × 2= 0.02ms
?? 3.6 MAC地址
單播地址、廣播地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF）與多播地址：
MAC地址中第一字節(jié)后4比特（即第2位）十六進(jìn)制數(shù)不能整除2（即為1,3,5,7,9,B,D,F）時(shí)，MAC地址是多播地址。將此地址填入幀的目的地址欄中，接收到該幀的主機(jī)將此多播地址與自己多播組列表中的地址進(jìn)行逐一配對，如果有匹配的項(xiàng)，則接收，否則丟棄。舉例：A發(fā)送多播幀給多播地址是07-E0-12-F6-2A-D8，則07中的7（二進(jìn)制為0111）不能整除2，符合條件。
?? 3.7 集線器與交換機(jī)
集線器HUB：
- 早期以太網(wǎng)的互連設(shè)備；
- 工作在OSI體系結(jié)構(gòu)的物理層對接收到的信號進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)發(fā)；
- 使用集線器作為互連設(shè)備的以太網(wǎng)仍然屬于共享總線式以太網(wǎng)。集線器互連起來的所有主機(jī)共享總線帶寬，屬于同一個(gè)碰撞域和廣播域。
交換機(jī)SWITCH：
- 目前以太網(wǎng)中使用最廣泛的互連設(shè)備；
- 工作在OSI體系結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)鏈路層（也包括物理層）根據(jù)MAC地址對幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；
- 使用交換機(jī)作為互連設(shè)備的以太網(wǎng)，稱為交換式以太網(wǎng)。交換機(jī)可以根據(jù)MAC地址過濾幀，即隔離碰撞域；
- 交換機(jī)的每個(gè)接口是一個(gè)獨(dú)立的碰撞域；
- 交換機(jī)隔離碰撞域但不隔離廣播域（VLAN除外）。
以太網(wǎng)交換機(jī)自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的流程：
這部分覺得太長可以跳過看后面的小結(jié)
假設(shè)各主機(jī)知道網(wǎng)絡(luò)中其他各主機(jī)的MAC地址（無需進(jìn)行ARP）
初始交換機(jī)1和2的MAC地址表都為空
此時(shí)有以下任務(wù)：①A-->B ②B-->A
-
A發(fā)送給B的數(shù)據(jù)通過端口1進(jìn)入交換機(jī)，因此交換機(jī)先將MAC地址A接口1（表示如果要去MAC地址A，可以走接口1）記錄到MAC表中，同時(shí)掃描MAC表查看是否有MAC地址B對應(yīng)的接口，發(fā)現(xiàn)沒有。因此將這個(gè)幀從除來源外的所有端口發(fā)送出去【泛洪】。
- 交換機(jī)
1的端口2發(fā)送此幀到主機(jī)C，主機(jī)C對比MAC地址后發(fā)現(xiàn)不是給自己的幀，因此丟棄 - 交換機(jī)
1的3端口發(fā)送此幀到主機(jī)B，主機(jī)B對比MAC地址后發(fā)現(xiàn)是給自己的幀，因此收下該幀，交付給高層【注意：此時(shí)交換機(jī)MAC地址表并沒有學(xué)習(xí)新的條目】 - 交換機(jī)
1的4端口發(fā)送此幀到交換機(jī)2的端口2，交換機(jī)2首先將MAC地址A接口2記錄到MAC地址表中，接著掃描MAC表，發(fā)現(xiàn)沒有找到MAC地址B對應(yīng)的接口，因此將這個(gè)幀從除來源外的所有端口發(fā)送出去【泛洪】。 - 同理，接口
1，3，4發(fā)送出去給主機(jī)后經(jīng)過比對發(fā)現(xiàn)不是自己的幀，因此丟棄
-
B–>A時(shí)，交換機(jī)1的MAC地址表已經(jīng)有了MAC地址A接口1這個(gè)條目
-
B發(fā)送給A的幀從接口3進(jìn)入交換機(jī)，交換機(jī)首先將MAC地址B接口3記錄到MAC地址表中，接著查詢MAC地址表是否有MAC地址A對應(yīng)的接口，發(fā)現(xiàn)接口1對應(yīng)的就是MAC地址A，因此從接口1轉(zhuǎn)發(fā)出去 - 幀通過接口
1到達(dá)主機(jī)A，主機(jī)A經(jīng)過比對后發(fā)現(xiàn)這是自己的幀，因此將其接收交付給高層
- 此時(shí)若有一個(gè)與
A連接在同一總線上的主機(jī)G向A發(fā)送幀，過程如何？
- G向
A發(fā)送幀時(shí)，由于A與G處在同一總線上，因此G發(fā)送的幀會直接傳送到A處，A進(jìn)行比對發(fā)現(xiàn)這是發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)，因此將數(shù)據(jù)接收 - 同時(shí)數(shù)據(jù)會跑向交換機(jī)
1的端口1，所以交換機(jī)1會將MAC地址G 接口1記錄到MAC表中，同時(shí)掃描MAC地址表看看是否有MAC地址A對應(yīng)的接口，發(fā)現(xiàn)接口1就是。但是剛剛學(xué)習(xí)到的MAC地址G也是來自接口1，因此交換機(jī)知道接口1是來源，沒有必要將數(shù)據(jù)再從這個(gè)接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。
以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)時(shí)使用的PDU（Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）地址是源物理地址，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策時(shí)使用的PDU地址是目的物理地址
小結(jié)：
- 以太網(wǎng)交換機(jī)自學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)幀的流程：
- 收到幀后進(jìn)行登記。登記的內(nèi)容為幀的源MAC地址及進(jìn)入交換機(jī)的接口號；
- 根據(jù)幀的目的MAC地址和交換機(jī)的幀交換表對幀進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，有以下三種情況：
- 明確轉(zhuǎn)發(fā)：交換機(jī)知道應(yīng)當(dāng)從哪個(gè)（或哪些）接口轉(zhuǎn)發(fā)該幀（單播、多播、廣播）
- 盲目轉(zhuǎn)發(fā)：交換機(jī)不知道應(yīng)當(dāng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)幀（或轉(zhuǎn)發(fā)表是空的），只能將其通過除進(jìn)入交換機(jī)的接口外的其他所有接口轉(zhuǎn)發(fā)（也稱為泛洪）。
- 明確丟棄：交換機(jī)知道不應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)該幀，將其丟棄。
- 幀交換表中的每條記錄都有自己的有效時(shí)間，到期刪除。原因如下：
- 交換機(jī)的接口改接了另一臺主機(jī)；
- 主機(jī)更換了網(wǎng)卡。
?? 4. 網(wǎng)絡(luò)層
| 對比方面 | 虛電路服務(wù) | 數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù) |
|---|---|---|
| 思路 | 可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來保證 | 可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)來保證 |
| 連接的建立 | 必須建立網(wǎng)絡(luò)層連接 | 不需要建立網(wǎng)絡(luò)層連接 |
| 終點(diǎn)地址 | 僅在連接建立階段使用（需要進(jìn)行路由選擇），每個(gè)分組使用短的虛電路號（VCID），不需要為每條虛電路預(yù)分配帶寬。 | 每個(gè)分組都有終點(diǎn)的完整地址 |
| 分組的轉(zhuǎn)發(fā) | 屬于同一條虛電路的分組均按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā) | 每個(gè)分組可走不同的路由 |
| 當(dāng)結(jié)點(diǎn)出故障時(shí) | 所有通過出故障的結(jié)點(diǎn)的虛電路均不能工作 | 出故障的結(jié)點(diǎn)可能會丟失分組，一些路由可能會發(fā)生變化 |
| 分組的順序 | 總是按發(fā)送順序到達(dá)終點(diǎn) | 到達(dá)終點(diǎn)時(shí)不一定按發(fā)送順序 |
| 服務(wù)質(zhì)量保證 | 可以將通信資源提前分配給每一個(gè)虛電路，容易實(shí)現(xiàn) | 很難實(shí)現(xiàn) |
TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)的網(wǎng)際層提供的是簡單靈活、無連接的，不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。
?? 4.1 IPv4
lPv4地址的編址方法經(jīng)歷了如下三個(gè)歷史階段：分類編址（1981年）、劃分子網(wǎng)（1985年）、無分類編址（1993年）
32比特的IPv4地址常用點(diǎn)分十進(jìn)制的表示方法
?? 4.1.1 分類編址
- A類、B類和C類地址都是單播地址，只有單播地址可分配給網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)或路由器的各接口
- 主機(jī)號為“全0”的地址是網(wǎng)絡(luò)地址，不能分配給主機(jī)或路由器的各接口
- 主機(jī)號為“全1”的地址是廣播地址，不能分配給主機(jī)或路由器的各接口
| 網(wǎng)絡(luò)類型 | 第一個(gè)可指派的網(wǎng)絡(luò)號 | 最后一個(gè)可指派的網(wǎng)絡(luò)號 | 不能指派的網(wǎng)絡(luò)號 | 占總地址空間 | IP地址范圍 | 網(wǎng)絡(luò)數(shù)量及主機(jī)數(shù)量 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A類地址 | 1 | 126 | 0和127 | 1/2 | 1.0.0.1~126.255.255.254 | 126（28-1 -2）個(gè)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)能容納16,777,214（224 -2）個(gè)主機(jī) |
| B類地址 | 128.0 | 191.255 | 無 | 1/4 | 128.0.0.1~191.255.255.254 | 16384（216-2 ）個(gè)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)能容納65534（216 -2）個(gè)主機(jī) |
| C類地址 | 192.0.0 | 223.255.255 | 無 | 1/8 | 192.0.0.1~223.255.255.254 | 2097152（224-3 ）個(gè)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)能容納254（28 -2）個(gè)主機(jī) |
| D類地址 | 多播地址 | 1/16 | 224.0.0.1~239.255.255.254 | |||
| E類地址 | 保留為今后使用 | 1/16 | 240.0.0.1~255.255.255.254 | |||
- A類地址網(wǎng)絡(luò)號第1位固定為0，網(wǎng)絡(luò)號后面部分不能全0（保留不指派），也不能全1（作為本地環(huán)回測試地址），其中最小的本地環(huán)回測試地址為
127.0.0.1，最大的本地環(huán)回測試地址為127.255.255.254。所以網(wǎng)絡(luò)號范圍是1~126 - B類地址網(wǎng)絡(luò)號前2位固定為10，網(wǎng)絡(luò)號后面部分可以全取0（即128.0）或1（即191.255），所以網(wǎng)絡(luò)號范圍是128.0~191.255
- C類地址網(wǎng)絡(luò)號前3位固定為110，網(wǎng)絡(luò)號后面部分可以全取0（即192.0.0）或1（即223.255.255），所以網(wǎng)絡(luò)號范圍是192.0.0~223.255.255
- D類地址為多播地址，IP地址為224.0.0.0~239.255.255.255
注：
- 地址
0.0.0.0是一個(gè)特殊的IPv4地址，只能作為源地址使用，表示“在本網(wǎng)絡(luò)上的本主機(jī)”。封裝有DHCP Discovery報(bào)文的IP分組的源地址使用0.0.0.0； - 以127開頭且后面三個(gè)字節(jié)非“全0”或“全1”的IP地址是一類特殊的IPv4地址，既可以作為源地址使用，也可以作為目的地址使用，用于本地軟件環(huán)回測試，例如常用的環(huán)回測試地址
127.0.0.1； - 地址
255.255.255.255是一個(gè)特殊的IPv4地址，只能作為目的地址使用，表示“只在本網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行廣播（各路由器均不轉(zhuǎn)發(fā)）”。
【練習(xí)】請給出下圖各網(wǎng)絡(luò)的IPv4地址分配方案，要求盡量節(jié)約IP地址。
解析：1. 找出圖中有哪些網(wǎng)絡(luò)；2. 根據(jù)各網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)和路由器的接口總數(shù)量給各網(wǎng)絡(luò)分配相應(yīng)類別的網(wǎng)絡(luò)號。3.依據(jù)所確定的網(wǎng)絡(luò)號類別，為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)挑選一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號。
?? 4.1.2 劃分子網(wǎng)
【習(xí)題】已知某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的地址為218.75.230.0，使用子網(wǎng)掩碼255.255.255.128對其進(jìn)行子網(wǎng)劃分，請給出劃分細(xì)節(jié)。
解析：根據(jù)所給網(wǎng)絡(luò)地址可知其為C類網(wǎng)絡(luò)地址，網(wǎng)絡(luò)號占3字節(jié)，主機(jī)號占1字節(jié)；根據(jù)所給子網(wǎng)掩碼可知，從1字節(jié)主機(jī)號中借用1比特作為子網(wǎng)號。
劃分出的子網(wǎng)數(shù)量：21 = 2
每個(gè)子網(wǎng)可分配的地址數(shù)量：2(8-1) – 2 = 126 （減2是去掉主機(jī)號為全0的網(wǎng)絡(luò)地址和全1的廣播地址）
默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼：是指在未劃分子網(wǎng)的情況下使用的子網(wǎng)掩碼。
?? 4.1.3 無分類編址 ☆
例1：請給出CIDR地址塊128.14.35.7/20的全部細(xì)節(jié)（最小地址，最大地址，地址數(shù)量，聚合C類網(wǎng)數(shù)量，地址掩碼）。
解析：
使用無分類編址方法，可以根據(jù)客戶的需要分配適當(dāng)大小的CIDR地址塊，因此可以更加有效地分配IPv4的地址空間。
使用無分類編址方法的另一個(gè)好處是路由聚合（也稱為構(gòu)造超網(wǎng)）。
路由聚合（構(gòu)造超網(wǎng)）
【舉例】
- 網(wǎng)絡(luò)前綴越長，地址塊越小，路由越具體；
- 若路由器查表轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)發(fā)現(xiàn)有多條路由可選，則選擇網(wǎng)絡(luò)前綴最長的那條，這稱為最長前綴匹配，因?yàn)檫@樣的路由更具體。
【2011年題38】在子網(wǎng)192.168.4.0/30中，能接收目的地址為192.168.4.3的IP分組的最大主機(jī)數(shù)是（ ）
A.0
B.1
C.2
D.4
解析：
因此選C。
【2018年題38】某路由表中有轉(zhuǎn)發(fā)接口相同的4條路由表項(xiàng)，其目的網(wǎng)絡(luò)地址分別為35.230.32.0/21、35.230.40.0/21、35.230.48.0/21和35.230.56.0/21，將該4條路由聚合后的目的網(wǎng)絡(luò)地址為（）
A.35.230.0.0/19
B.35.230.0.0/20
C.35.230.32.0/19
D.35.230.32.0/20
解析：路由聚合的方法：找共同前綴
?? 4.1.4 應(yīng)用規(guī)劃 ☆
定長的子網(wǎng)掩碼FLSM：
【舉例】假設(shè)申請到的C類網(wǎng)絡(luò)為218.75.230.0，請使用定長的子網(wǎng)掩碼給下圖所示的小型互聯(lián)網(wǎng)中的各設(shè)備分配IP地址。
應(yīng)用需求：將C類網(wǎng)絡(luò)218.75.230.0劃分成5個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)上可分配的IP地址數(shù)量不得少于各自的需求。即網(wǎng)絡(luò)1需要IP地址數(shù)量為9，網(wǎng)絡(luò)2需要IP地址數(shù)量為28，網(wǎng)絡(luò)3需要IP地址數(shù)量為15，網(wǎng)絡(luò)4需要IP地址數(shù)量為13，網(wǎng)絡(luò)5需要IP地址數(shù)量為4。
變長的子網(wǎng)掩碼VLSM：
【舉例】假設(shè)申請到的地址塊為218.75.230.0/24，請使用變長的子網(wǎng)掩碼給下圖所示的小型互聯(lián)網(wǎng)中的各設(shè)備分配IP地址。
應(yīng)用需求：從地址塊218.75.230.0/24中取出5個(gè)地址塊（1個(gè)“/27”地址塊，3個(gè)“/28”地址塊，1個(gè)“/30"地址塊），按需分配給上圖所示的5個(gè)網(wǎng)絡(luò)。
在218.75.230.0/24地址塊中給上圖所示的網(wǎng)絡(luò)N1~N5分配子塊，分配原則是“每個(gè)子塊的起點(diǎn)位置不能隨意選取，只能選取塊大小整數(shù)倍的地址作為起點(diǎn)”。建議先給大的子塊分配。
如果從小的開始分配：
【2018 大題】某公司的網(wǎng)絡(luò)如下圖所示。IP地址空間192.168.1.0/24被均分給銷售部和技術(shù)部兩個(gè)子網(wǎng)，并已分別為部分主機(jī)和路由器接口分配了IP地址，銷售部子網(wǎng)的MTU =1500B，技術(shù)部子網(wǎng)的MTU= 800B。
(1）銷售部子網(wǎng)的廣播地址是什么？技術(shù)部子網(wǎng)的子網(wǎng)地址是什么？若每個(gè)主機(jī)僅分配一個(gè)IP地址，則技術(shù)部子網(wǎng)還可以連接多少臺主機(jī)？
(2）假設(shè)主機(jī)192.168.1.1向主機(jī)192.168.1.208發(fā)送一個(gè)總長度為1500B的IP分組，IP分組的頭部長度為20B，路由器在通過接口F1轉(zhuǎn)發(fā)該IP分組時(shí)進(jìn)行了分片。若分片時(shí)盡可能分為最大片，則一個(gè)最大IP分片封裝數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)是多少？至少需要分為幾個(gè)分片？每個(gè)分片的片偏移量是多少？
解析：
（1）廣播地址是網(wǎng)絡(luò)地址中主機(jī)號全1的地址（主機(jī)號全0的地址代表 網(wǎng)絡(luò)本身）。 銷售部和技術(shù)部均分配了192.168.1.0/24的IP地址空間，IP地址的前24位為子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號。于是在后8位中劃分部門的子網(wǎng)，選擇前1位作為部門子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號。令銷售部子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號為 0，技術(shù)部子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號為1，則技術(shù)部子網(wǎng)的完整地址為192.168.1.128；令銷售部子網(wǎng)的主機(jī)號全1，可以得到該部門的廣播地址為192.168.1.127。
每個(gè)主機(jī)僅分配1個(gè)IP地址，計(jì)算目前還可以分配的主機(jī)數(shù)， 用技術(shù)部可以分配的主機(jī)數(shù)減去已分配的主機(jī)數(shù)，技術(shù)部總共可以分配給計(jì)算機(jī)的主機(jī)數(shù)為27 -2=126 (減去全0和全1的主機(jī)號）。已經(jīng)分配了208-129+ 1 =80個(gè)，此外還有1個(gè)IP地址 分配給了路由器的端口（192.168.1.254），因此還可以分配 126-80 -1 = 45臺。
（2）判斷分片的大小，需要考慮各個(gè)網(wǎng)段的MTU，而且注意分片的數(shù)據(jù)長度必須是8B的整數(shù)倍。 由題可知， 在技術(shù)部子網(wǎng)內(nèi)， MTU= 800B，IP分組頭部長20B，最大IP分片封裝數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)為
?
(
800
?
20
)
/
8
?
×
8
=
776
\lfloor(800-20) / 8\rfloor \times 8=776
?(800?20)/8?×8=776。 至少需要的分片數(shù)為
?
(
1500
?
20
)
/
776
?
=
2
\lfloor(1500-20) / 776\rfloor =2
?(1500?20)/776?=2。 第1個(gè)分片的偏移量為0；第2個(gè)分片的偏移量為776/8= 97。
【2019 大題】某網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙缦聢D所示，其中 R 為路由器，主機(jī) H1～H4 的 IP 地址配置以及 R 的各接口 IP 地址配置如圖中所示?，F(xiàn)有若干以太網(wǎng)交換機(jī)（無 VLAN 功能）和路由器兩類網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備可供選擇。
（1）設(shè)備 1、設(shè)備 2 和設(shè)備 3 分別應(yīng)選擇什么類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備？
（2）設(shè)備 1、設(shè)備 2 和設(shè)備 3 中，哪幾個(gè)設(shè)備的接口需要配置 IP 地址？為對應(yīng)的接口配置正確的 IP 地址。
（3）為確保主機(jī) H1～H4 能夠訪問 Internet，R 需要提供什么服務(wù)？
（4）若主機(jī) H3 發(fā)送一個(gè)目的地址為 192.168.1.127 的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)，網(wǎng)絡(luò)中哪幾個(gè)主機(jī)會接收該數(shù)據(jù)報(bào)？
解析：
（1）以太網(wǎng)交換機(jī)（無 VLAN功能）連接的若干LAN仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（同一個(gè)廣播域），路由器可以連接不同的LAN、不同的WAN或把 WAN和 LAN互連起來，隔離了廣播域。IP地址192.168.1.2/26與192.168.1.3/26 的網(wǎng)絡(luò)前綴均為192.168.1.0，視為 LAN1。IP地址192.168.1.66/26與192.168.1.67/26的網(wǎng)絡(luò)前綴均為192.168.1.64，視為LAN2。所以設(shè)備1為路由器，設(shè)備2、3為以太網(wǎng)交換機(jī)。
（2）設(shè)備1為路由器，其接口應(yīng)配置IP地址。IF1接口與路由器R相連，其相連接口的IP地址為192.168.1.253/30，253的二進(jìn)制數(shù)表示形式為11111101，故IF1接口的網(wǎng)絡(luò)前綴也應(yīng)為192.168,1.111111，已分配192.168.1.253，去除全0全1，IF1接口的P地址應(yīng)為192.168.1.254。LAN1的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)為192.168.1.1，LAN2的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)為192.168.1.65，網(wǎng)關(guān)的IP地址是具有路由功能的設(shè)備的IP地址，通常默認(rèn)網(wǎng)關(guān)地址就是路由器中的LAN端口地址，設(shè)備1的IF2、IF3接口的IP地址分別設(shè)置為192.168.1.1和192.168.1.65。
（3）私有地址段：C類192.168.0.0 ~ 192.168.255.255，即 H1 ~ H4均為私有IP地址，若要能夠訪問Internet，R需要提供NAT服務(wù)，即網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換服務(wù)。
（4）主機(jī)H3發(fā)送一個(gè)目的地址為192.168.1.127的IP數(shù)據(jù)報(bào)，主機(jī)號全為1，為本網(wǎng)絡(luò)的廣播地址，由于路由器可以隔離廣播域，只有主機(jī)H4會接收到數(shù)據(jù)報(bào)。
?? 4.1.5 IP數(shù)據(jù)報(bào)分片 ☆
以下三個(gè)字段共同用于IP數(shù)據(jù)報(bào)分片：
-
標(biāo)識
- 占
16比特，屬于同一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的各分片數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)該具有相同的標(biāo)識（可理解為ID） - IP軟件維持一個(gè)計(jì)數(shù)器，每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，計(jì)數(shù)器值
+1，并將此值賦給標(biāo)識字段
- 占
-
標(biāo)志
- 占
3比特，各比特含義如下-
DF位：1表示不允許分片，0表示允許分片 -
MF位：1表示"后面還有分片"，0表示"這是最后一個(gè)分片" - 保留位：必須為
0
-
- 占
-
片偏移（必須是8的整數(shù)倍）
- 占
13比特，指出分片數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)載荷部分偏移其在原數(shù)據(jù)報(bào)的位置有多少單位 - 片偏移以
8個(gè)字節(jié)為單位
- 占
【舉例】某個(gè)IPv4數(shù)據(jù)報(bào)總長度為3820字節(jié)，采用20字節(jié)固定首部，根據(jù)數(shù)據(jù)鏈路層要求，需要將該IPv4數(shù)據(jù)報(bào)分片為長度不超過1420字節(jié)的數(shù)據(jù)報(bào)片。
| 總長度 | 標(biāo)識 | MF | DF | 片偏移 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 原始數(shù)據(jù)報(bào) | 3800+20 | 12345 | 0 | 0 | 0 / 8 = 0 |
| 分片1的數(shù)據(jù)報(bào) | 1400+20 | 12345 | 1 | 0 | 0 / 8 = 0 |
| 分片2的數(shù)據(jù)報(bào) | 1400+20 | 12345 | 1 | 0 | 1400 / 8 = 175 |
| 分片3的數(shù)據(jù)報(bào) | 1000+20 | 12345 | 0 | 0 | 2800 / 8 = 350 |
?? 4.2 實(shí)驗(yàn)：IP組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì) ☆
實(shí)驗(yàn)背景：假設(shè)你是某高校的網(wǎng)絡(luò)管理員。該高校申請到了一個(gè)公網(wǎng)地址102.3.1.1/30?，F(xiàn)在要為該高校進(jìn)行IP組網(wǎng)規(guī)劃。假設(shè)使用172.16.0.0/16地址塊。應(yīng)如何規(guī)劃才能盡量不浪費(fèi)IP地址？請給出IP地址規(guī)劃方案，并用下圖實(shí)驗(yàn)拓?fù)溥M(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。
該校區(qū)有教學(xué)辦公樓、圖書館、南區(qū)學(xué)生宿舍、英東樓北區(qū)學(xué)生宿舍公有5個(gè)區(qū)域需要分配IP地址。其中南區(qū)學(xué)生宿舍有1500臺主機(jī)，英東樓中有700臺主機(jī)，北區(qū)學(xué)生宿舍有500臺主機(jī)，教學(xué)辦公樓有100臺主機(jī)，圖書館有50臺主機(jī)。
根據(jù)學(xué)校需求分配IP網(wǎng)段（理論方案）
| 區(qū)域 | 主機(jī)數(shù) | 網(wǎng)段 | 子網(wǎng)掩碼（前綴） | 網(wǎng)關(guān) |
|---|---|---|---|---|
| 南區(qū)學(xué)生宿舍 | 1500 | 172.16.0.0/21 | 255.255.248.0 | 172.16.7.254 |
| 英東樓 | 700 | 172.16.8.0/22 | 255.255.252.0 | 172.16.11.254 |
| 北區(qū)學(xué)生宿舍 | 500 | 172.16.12.0/23 | 255.255.254.0 | 172.16.13.254 |
| 教學(xué)辦公樓 | 100 | 172.16.14.0/25 | 255.255.255.128 | 172.16.14.126 |
| 圖書館 | 50 | 172.16.14.128/26 | 255.255.255.192 | 172.16.14.190 |
| 外網(wǎng)網(wǎng)段 | 2 | 102.3.1.0/30 | 255.255.255.252 | 102.3.1.2 |
注：網(wǎng)關(guān)為網(wǎng)段內(nèi)可用的最大主機(jī)地址。
?? 4.3 路由器與路由表 ☆
【教材 4-18】設(shè)某路由器建立里如下轉(zhuǎn)發(fā)表：
?前綴匹配? ?下一跳? 192.4.153.0 / 26 R 3 128.96.39.0 / 25 ?接口? m 0 128.96.39.128 / 25 ?接口? m 1 128.96.40.0 / 25 R 2 192.4.153.0 / 26 R 3 ?*?(默認(rèn))? R 4 \begin{array}{lc} \text { 前綴匹配 } & \text { 下一跳 } \\ \hline 192.4 .153 .0 / 26 & \mathrm{R}_{3} \\ 128.96 .39 .0 / 25 & \text { 接口 } \mathrm{m0} \\ 128.96 .39 .128 / 25 & \text { 接口 } \mathrm{m1} \\ 128.96 .40 .0 / 25 & \mathrm{R}_{2} \\ 192.4 .153 .0 / 26 & \mathrm{R}_{3} \\ \text { * (默認(rèn)) } & \mathrm{R}_{4} \end{array} ?前綴匹配?192.4.153.0/26128.96.39.0/25128.96.39.128/25128.96.40.0/25192.4.153.0/26?*?(默認(rèn))???下一跳?R3??接口?m0?接口?m1R2?R3?R4???
現(xiàn)共收到5個(gè)分組，其目的地址分別為：
（1）128.96.39.10
（2）128.96.40.12
（3）128.96.40.151
（4）192.4.153.17
（5）192.4.153.90
試分別計(jì)算其下一跳。
解析：
（1）看轉(zhuǎn)發(fā)表的第二行：128.96.39.0/25，可以看到目的地址128.96.39.10與其前24位都匹配，因此只需關(guān)注第25位是否匹配。對于目的地址的第四字節(jié)，10即00000010，其最高位0與第25位0是匹配的，因此下一跳為接口m0。
（2）看轉(zhuǎn)發(fā)表的第四行：128.96.40.0/25，可以看到目的地址128.96.40.12與其前24位都匹配，同理，目的地址中的25是00011001，其最高位0與第25位0是匹配的，因此下一跳為R2。
（3）看轉(zhuǎn)發(fā)表的第四行：128.96.40.0/25，可以看到目的地址128.96.40.151與其前24位都匹配，同理，目的地址中的151是10010111，其最高位1與第25位0是不匹配的，因此下一跳不為R2。再看其他路由條目也沒有匹配的，只能去默認(rèn)路由，下一跳為R4。
（4）看轉(zhuǎn)發(fā)表的第一行：192.4.153.0/26，可以看到目的地址192.4.153.17與其前24位都匹配，同理，目的地址中的17是00010001，其高位00與第25、26位00是匹配的，因此下一跳為R3。
（5）看轉(zhuǎn)發(fā)表的第一行：192.4.153.0/26，可以看到目的地址192.4.153.90與其前24位都匹配，同理，目的地址中的90是01011010，其高位01與第25、26位00是不匹配的，因此下一跳不為R3。再看其他路由條目也沒有匹配的，只能去默認(rèn)路由，下一跳為R4。
【教材 4-37】假定網(wǎng)絡(luò)中的路由器B的路由表有如下的項(xiàng)目：
?目的網(wǎng)絡(luò)?
?距離?
?下一跳路由器?
N
1
7
A
N
2
2
C
N
6
8
F
N
8
4
E
N
9
4
F
\begin{array}{ccc} \text { 目的網(wǎng)絡(luò) } & \text { 距離 } & \text { 下一跳路由器 } \\ \hline N_1 & 7 & A \\ N_2 & 2 & C \\ N_6 & 8 & F \\ N_8 & 4 & E \\ N_9 & 4 & F \end{array}
?目的網(wǎng)絡(luò)?N1?N2?N6?N8?N9???距離?72844??下一跳路由器?ACFEF??
現(xiàn)在B收到從C發(fā)來的路由信息：
?目的網(wǎng)絡(luò)?
?距離?
N
2
4
N
3
8
N
6
4
N
8
3
N
9
5
\begin{array}{cc} \text { 目的網(wǎng)絡(luò) } & \text { 距離 } \\ \hline N_2 & 4 \\ N_3 & 8 \\ N_6 & 4 \\ N_8 & 3 \\ N_9 & 5 \\ \end{array}
?目的網(wǎng)絡(luò)?N2?N3?N6?N8?N9???距離?48435??
試求出路由器B更新后的路由表（詳細(xì)說明每一個(gè)步驟)。
解析：對于N2，距離更改，路由條目更新為 N2 ?5? C
對于N3，原路由表沒有，需要新增，即插入 N3 ?9? C
對于N6，新收到的C距離短于F，路由條目更新為 N6 ?5? C
對于N8，新收到的C距離等于E，路由條目不更新，等價(jià)負(fù)載均衡
對于N9，新收到的C距離長于F，路由條目不更新。
小結(jié)：
?? 5. 運(yùn)輸層
熟知端口號的范圍：0~1023
登記端口號的范圍：·1024~49151
客戶端使用的端口號范圍：49152~65535
?? 5.1 UDP與TCP ☆
| 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP （User Datagram Protocol） |
傳輸控制協(xié)議TCP （Transmission Control Protocol） |
|---|---|
| 無連接，隨時(shí)可向目的主機(jī)發(fā)送報(bào)文 | 面向連接，發(fā)送數(shù)據(jù)前需要"三報(bào)文握手"建立連接，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后需要"四報(bào)文揮手"釋放連接 |
| 支持單播、多播和廣播 | 僅支持單播 |
收到應(yīng)用層報(bào)文后直接為報(bào)文添加UDP首部就進(jìn)行發(fā)送，即面向應(yīng)用報(bào)文
|
面向字節(jié)流，其將應(yīng)用進(jìn)程交付下來的數(shù)據(jù)塊僅僅看作是一連串的字節(jié)流，TCP將這些字節(jié)流編號并存儲在緩沖中；接收方一邊接收數(shù)據(jù)，一邊將緩沖中的數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程。 |
| UDP向上層提供無連接不可靠傳輸服務(wù)（適用于IP電話、視頻會議等實(shí)時(shí)應(yīng)用），使用復(fù)用和分用、差錯(cuò)檢測功能 | TCP向上層提供面向連接的可靠傳輸服務(wù)（適用于要求可靠傳輸?shù)膽?yīng)用，例如文件傳輸），使用流量控制和擁塞控制，不會出現(xiàn)傳輸差錯(cuò)（誤碼、丟失、亂序、重復(fù)） |
首部僅8字節(jié)
|
最小20字節(jié)，最大60字節(jié)
|
?? 5.2 TCP的流量控制
流量控制定義：讓發(fā)送方的發(fā)送速率不要太快，要讓接收方來得及接收。
利用滑動窗口實(shí)現(xiàn)流量控制工作流程：
【2010年題39】主機(jī)甲和主機(jī)乙之間建立了一個(gè)TCP連接，TCP最大段長度為1000字節(jié)。若主機(jī)甲的當(dāng)前擁塞窗口為4000字節(jié)，在主機(jī)甲向主機(jī)乙連續(xù)發(fā)送兩個(gè)最大段后，成功收到主機(jī)乙發(fā)送的第一個(gè)段的確認(rèn)段，確認(rèn)段中通告的接收窗口大小為2000字節(jié)，則此時(shí)主機(jī)甲還可以向主機(jī)乙發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)是（ ）
A.1000
B.2000
C.3000
D.4000
【解析】TCP發(fā)送方的發(fā)送窗口= min[ 自身擁塞窗口，TCP接收方的接收窗口 ]
題目未給出TCP發(fā)送方的發(fā)送窗口的初始值，則取擁塞窗口值作為發(fā)送窗口值
?? 5.3 TCP的擁塞控制 ☆
擁塞控制主要是四個(gè)算法：慢啟動（慢開始slow-start）、擁塞避免（congestion avoidance）、快速重傳（快重傳fast retransmit）、快速恢復(fù)（快恢復(fù)fast recovery）
下面介紹這四種擁塞控制算法的基本原理，假定如下條件：
- 數(shù)據(jù)是單方向傳送，而另一個(gè)方向只傳送確認(rèn)。
- 接收方總是有足夠大的緩存空間，因而發(fā)送方發(fā)送窗口的大小由網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度來決定。
- 以最大報(bào)文段MSS的個(gè)數(shù)為討論問題的單位，而不是以字節(jié)為單位。
發(fā)送方維護(hù)一個(gè)叫做擁塞窗口cwnd的狀態(tài)變量，其值取決于網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，并且動態(tài)變化。
- 擁塞窗口cwnd的維護(hù)原則：只要網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就再增大；但只要網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，擁塞窗口就減少一些。
- 判斷出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的依據(jù)：沒有按時(shí)收到應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)的確認(rèn)報(bào)文（即發(fā)生超時(shí)重傳）。
發(fā)送方將擁塞窗口作為發(fā)送窗口swnd，即swnd = cwnd。
維護(hù)一個(gè)叫慢啟動門限 ssthresh （slow start threshold）狀態(tài)變量
- 當(dāng)
cwnd < ssthresh時(shí)，使用慢啟動算法。 - 當(dāng)
cwnd > ssthresh時(shí)，就會使用擁塞避免算法。 - 當(dāng)
cwnd = ssthresh時(shí)，既可使用慢啟動算法，也可使用擁塞避免算法。
?? 5.3.1 慢啟動
TCP 在剛建立連接完成后，首先是有個(gè)慢啟動的過程，這個(gè)慢啟動的意思就是一點(diǎn)一點(diǎn)的提高發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量。
慢啟動的算法記住一個(gè)規(guī)則就行：當(dāng)發(fā)送方每收到一個(gè) ACK，擁塞窗口 cwnd 的大小就會加 1。
這里假定擁塞窗口 cwnd 和發(fā)送窗口 swnd 相等，下面舉個(gè)例子：
- 連接建立完成后，一開始初始化 cwnd = 1，表示可以傳一個(gè) MSS 大小的數(shù)據(jù)。
- 當(dāng)收到一個(gè) ACK 確認(rèn)應(yīng)答后，cwnd 增加 1，于是一次能夠發(fā)送 2 個(gè)
- 當(dāng)收到 2 個(gè)的 ACK 確認(rèn)應(yīng)答后， cwnd 增加 2，于是就可以比之前多發(fā)2 個(gè)，所以這一次能夠發(fā)送 4 個(gè)
- 當(dāng)這 4 個(gè)的 ACK 確認(rèn)到來的時(shí)候，每個(gè)確認(rèn) cwnd 增加 1， 4 個(gè)確認(rèn) cwnd 增加 4，于是就可以比之前多發(fā) 4 個(gè)，所以這一次能夠發(fā)送 8 個(gè)。
可以看出慢啟動算法，發(fā)包的個(gè)數(shù)是指數(shù)性的增長。
假定 ssthresh = 8，此時(shí)改用擁塞避免算法。
?? 5.3.2 擁塞避免
規(guī)則：每當(dāng)收到一個(gè) ACK 時(shí)，cwnd 線性+1。
當(dāng)重傳計(jì)時(shí)器超時(shí)，判斷網(wǎng)絡(luò)很可能出現(xiàn)了擁塞，觸發(fā)超時(shí)重傳
當(dāng)發(fā)生了超時(shí)重傳，則就會使用擁塞發(fā)生算法
此時(shí)sshresh 和 cwnd 的值會發(fā)生變化：
-
ssthresh設(shè)為發(fā)生擁塞時(shí)cwnd值的一半 -
cwnd重置為1，并重新開始慢開始算法
接著，就重新開始慢啟動，慢啟動是會突然減少數(shù)據(jù)流的，這種方式太激進(jìn)了，反應(yīng)也很強(qiáng)烈，會造成網(wǎng)絡(luò)卡頓。
參考鏈接：?? TCP 重傳、滑動窗口、流量控制、擁塞控制
?? 5.3.3 快速重傳
- 采用快重傳算法可以讓發(fā)送方盡早知道發(fā)生了個(gè)別報(bào)文段的丟失。
- 所謂快重傳，就是使發(fā)送方盡快進(jìn)行重傳，而不是等超時(shí)重傳計(jì)時(shí)器超時(shí)再重傳。
- 要求接收方不要等待自己發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才進(jìn)行捎帶確認(rèn)，而是要立即發(fā)送確認(rèn)；
- 即使收到了失序的報(bào)文段也要立即發(fā)出對已收到的報(bào)文段的重復(fù)確認(rèn)。
- 發(fā)送方一旦收到3個(gè)連續(xù)的重復(fù)確認(rèn)，就將相應(yīng)的報(bào)文段立即重傳，而不是等該報(bào)文段的超時(shí)重傳計(jì)時(shí)器超時(shí)再重傳。
- 對于個(gè)別丟失的報(bào)文段，發(fā)送方不會出現(xiàn)超時(shí)重傳，也就不會誤認(rèn)為出現(xiàn)了擁塞（進(jìn)而降低擁塞窗口cwnd為1）。使用快重傳可以使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量提高約20%。
?? 5.3.4 快速恢復(fù)
后來的“快速恢復(fù)”算法是在上述的“快速重傳”算法后添加的，當(dāng)收到3個(gè)重復(fù)ACK時(shí)，TCP最后進(jìn)入的不是擁塞避免階段，而是快速恢復(fù)階段。
當(dāng)收到3個(gè)連續(xù)重復(fù)的ACK，則進(jìn)入快速恢復(fù)算法，如下：
-
cwnd = cwnd/2； -
ssthresh = cwnd； -
cwnd = ssthresh（有的版本是cwnd = ssthresh + 3，+ 3的意思是確認(rèn)有 3 個(gè)數(shù)據(jù)包被收到了） - 重傳丟失的數(shù)據(jù)包
- 如果再收到重復(fù)的 ACK，那么
cwnd + 1； - 如果收到新數(shù)據(jù)的 ACK 后，設(shè)置
cwnd = ssthresh，接著就進(jìn)入了擁塞避免算法
注：
- “慢開始”是指一開始向網(wǎng)絡(luò)注入的報(bào)文段少，并不是指擁塞窗口cwnd增長速度慢；
- “擁塞避免”并非指完全能夠避免擁塞，而是指在擁塞避免階段將擁塞窗口控制為按線性規(guī)律增長，使網(wǎng)絡(luò)比較不容易。
【2009年題39】一個(gè)TCP連接總是以1KB的最大段長發(fā)送TCP段，發(fā)送方有足夠多的數(shù)據(jù)要發(fā)送。當(dāng)擁塞窗口為16KB時(shí)發(fā)生了超時(shí)，如果接下來的4個(gè)RTT（往返時(shí)間）內(nèi)的TCP段的傳輸都是成功的，那么當(dāng)?shù)?個(gè)RTT時(shí)間內(nèi)發(fā)送的所有TCP段都得到肯定應(yīng)答時(shí)，擁塞窗口大小是（）
A.7KB
B.8KB
C.9KB
D.16KB
解析：
TCP超時(shí)重傳時(shí)間RTO應(yīng)略大于TCP端到端加權(quán)平均往返時(shí)間RTTs。
?? 5.4 TCP可靠傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)
TCP基于以字節(jié)為單位的滑動窗口來實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。
?? 5.5 TCP的運(yùn)輸管理 ☆
- TCP是面向連接的協(xié)議，它基于運(yùn)輸連接來傳送TCP報(bào)文段。
- TCP運(yùn)輸連接的建立和釋放是每一次面向連接的通信中必不可少的過程。
- TCP運(yùn)輸連接有以下三個(gè)階段：
- 建立TCP連接（三報(bào)文握手）
- 數(shù)據(jù)傳送
- 釋放TCP連接（四報(bào)文揮手）
- TCP的運(yùn)輸連接管理就是使運(yùn)輸連接的建立和釋放都能正常地進(jìn)行。
?? 5.5.1 連接建立（握手）
TCP的連接建立要解決以下三個(gè)問題：
- 使TCP雙方能夠確知對方的存在；
- 使TCP雙方能夠協(xié)商一些參數(shù)（如最大窗口值、是否使用窗口擴(kuò)大選項(xiàng)和時(shí)間戳選項(xiàng)以及服務(wù)質(zhì)量等）；
- 使TCP雙方能夠?qū)\(yùn)輸實(shí)體資源（(如緩存大小、連接表中的項(xiàng)目等）進(jìn)行分配。
一開始。TCP服務(wù)器進(jìn)程與客戶進(jìn)程都首先創(chuàng)建傳輸控制塊，用來存儲TCP連接中的一些重要信息。例如TCP連接表、指向發(fā)送和接收緩存的指針、指向重傳隊(duì)列的指針、當(dāng)前的發(fā)送和接收序號等。
- 一握手（TCP連接請求報(bào)文）
同步位SYN=1：表明這是一個(gè)TCP連接請求報(bào)文段。seq=x：TCP客戶進(jìn)程所選擇的初始序號。 - 二握手（TCP連接請求確認(rèn)報(bào)文）
SYN=1，ACK=1：表明這是一個(gè)TCP連接請求確認(rèn)報(bào)文段。seq=y：作為TCP服務(wù)器進(jìn)程選擇的初始序號。
確認(rèn)號字段ack=x+1：這是對TCP客戶進(jìn)程選擇的初始序號的確認(rèn)。 - 三握手（普通的TCP確認(rèn)報(bào)文）
確認(rèn)位ACK=1：表明這是一個(gè)普通的TCP確認(rèn)報(bào)文段。seq=x+1，這是因?yàn)門CP客戶進(jìn)程發(fā)送的第一個(gè)TCP報(bào)文段的序號為x。（發(fā)送的下一份TCP報(bào)文序號仍然是x+1）ack=y，這是對TCP服務(wù)器進(jìn)程選擇的初始序號的確認(rèn)。
注意：
- TCP規(guī)定
SYN=1的報(bào)文段不能攜帶數(shù)據(jù)，但要消耗掉一個(gè)序號。 - TCP規(guī)定普通的TCP確認(rèn)報(bào)文段回以攜帶數(shù)據(jù)，但如果不攜帶數(shù)據(jù)。則不消耗序號。
Q：為什么TCP客戶進(jìn)程最后還要發(fā)送普通的TCP確認(rèn)報(bào)文段呢？是否多余？
A：不多余，這是為了防止已失效的連接請求報(bào)文段突然又傳送到了TCP服務(wù)器，因而導(dǎo)致錯(cuò)誤。
?? 5.5.2 連接釋放（揮手）
- 一揮手（TCP連接釋放報(bào)文）
- 終止位
FIN、確認(rèn)位ACK設(shè)置為1：表明這是一個(gè)TCP連接釋放報(bào)文段，同時(shí)也是對之前接收數(shù)據(jù)的確認(rèn)。 - 序號
seq=u：等于TCP客戶進(jìn)程之前已傳送過的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號加1。 - 確認(rèn)號
ack=v：等于TCP客戶進(jìn)程之前已收到的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號加1。
- 終止位
- 二揮手（普通的TCP確認(rèn)報(bào)文）
-
ACK=1：表明這是一個(gè)普通的TCP確認(rèn)報(bào)文段。 -
seq=v，等于TCP客戶進(jìn)程之前已收到的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號加1。（發(fā)送的下一份TCP報(bào)文序號仍然是v） -
ack=u+1，這是對TCP連接釋放報(bào)文段的確認(rèn)。
-
- 三揮手（TCP連接釋放報(bào)文段，最后確認(rèn)狀態(tài)）
-
FIN=1，ACK=1：表明這是—個(gè)TCP連接釋放報(bào)文段，同時(shí)也對之前收到的報(bào)文段進(jìn)行確認(rèn)。 -
seq=w：在半關(guān)閉狀態(tài)下，TCP進(jìn)程可能發(fā)送一些數(shù)據(jù)，導(dǎo)致序列號增加；如果沒有發(fā)送數(shù)據(jù)則w=v -
ack=u+1：這是對之前收到的TCP連接釋放報(bào)文段的重復(fù)確認(rèn)。
-
- 四揮手（普通的TCP確認(rèn)報(bào)文）
-
ACK=1：表明這是一個(gè)普通的TCP確認(rèn)報(bào)文段。 -
seq=u+1，等于TCP客戶進(jìn)程之前已收到的數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號加1。 -
ack=w+1，這是對TCP連接釋放報(bào)文段的確認(rèn)。
-
注意：TCP規(guī)定終止位FIN=1的報(bào)文段即使不攜帶數(shù)據(jù)，也要消耗掉一個(gè)序號。
習(xí)題：
-
【2017 題39】若甲向乙發(fā)起一個(gè)TCP連接，最大段長MSS=1KB，RTT=5ms，乙開辟的接收緩存為64KB，則甲從連接建立成功至發(fā)送窗口達(dá)到32KB，需經(jīng)過的時(shí)間至少是
A、25ms
B、30ms
C、160ms
D、165ms -
【2020年 題38】若主機(jī)甲與主機(jī)乙已建立一條TCP連接，最大段長MSS為1KB，往返時(shí)間RTT為2ms，則在不出現(xiàn)擁塞的前提下，擁塞窗口從8KB增長到20KB所需的最長時(shí)間是
A、4ms
B、8ms
C、24ms
D、48ms -
【單選題】在一個(gè)TCP連接中，MSS為1KB，當(dāng)擁塞窗口為28KB時(shí)發(fā)生了超時(shí)事件。如果在接下來的3個(gè)RTT內(nèi)報(bào)文段傳輸都是成功的，那么當(dāng)這些報(bào)文段均得到確認(rèn)后，擁塞窗口的大小是
A、4
B、8
C、9
D、16 -
【單選題】A和B之間建立了TCP連接，A向B發(fā)送了一個(gè)報(bào)文段，其中序號字段seq=200，確認(rèn)號字段ack=201，數(shù)據(jù)部分有2個(gè)字節(jié)，那么在B對該報(bào)文段的確認(rèn)段中（ ）
A、seq=202, ack=200
B、seq=201, ack=201
C、seq=201, ack=202
D、seq=202, ack=201
答案：
1.A（解析：?? 視頻講解） 2.C（解析：視頻講解）
3.B（解析：當(dāng)發(fā)生超時(shí)事件時(shí)，TCP擁塞算法變成慢開始，并且發(fā)送窗口swnd更新為1，慢開始門限ssthresh更新為28KB/2=14KB。
第1個(gè)RTT結(jié)束后，發(fā)送窗口swnd增長到2；
第2個(gè)RTT結(jié)束后，發(fā)送窗口swnd增長到4；
第3個(gè)RTT結(jié)束后，發(fā)送窗口swnd增長到8。）
4.C（解析：seqB = ackA ackB = ackA + 1）
?? 6. 應(yīng)用層
?? 6.1 動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP
動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP可以幫助各主機(jī)自動獲取網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)配置，而不需要手工配置。
工作過程：
-
DHCP客戶機(jī)首先進(jìn)行廣播尋找DHCP服務(wù)器（
DHCP DISCOVER），源地址為本機(jī)0.0.0.0，目的地址為廣播地址255.255.255.255 -
DHCP服務(wù)器收到后，返回
DHCP OFFER消息，其中包含提供給DHCP客戶機(jī)的IP地址（使用ARP確保所選IP地址未被網(wǎng)絡(luò)中其他主機(jī)占用）和相關(guān)配置信息。源地址為DHCP服務(wù)器地址，目的地址為廣播地址（因?yàn)榇藭r(shí)目的客戶機(jī)還沒有IP地址） -
客戶機(jī)可能會收到多個(gè)DHCP提供消息，一般以收到的第一個(gè)為準(zhǔn)。此時(shí)客戶機(jī)知道DHCP服務(wù)器可以給它分配地址，因此發(fā)送
DHCP REQUEST報(bào)文來請求分配IP地址，報(bào)文的源地址為0.0.0.0，目的地址為255.255.255.255 -
DHCP收到請求信息后，查看其中事務(wù)ID是否相符，若不符則丟棄；符合則從地址池中取得一個(gè)IP地址，并通過ARP協(xié)議確認(rèn)此地址未被使用后，將其封裝進(jìn)
DHCP ACK信息中，報(bào)文源地址為DHCP服務(wù)器地址，目的地址為廣播地址 -
客戶機(jī)收到DHCP確認(rèn)信息后，查看其中事務(wù)ID是否相符，不符則丟棄；符合則再次使用ARP確認(rèn)IP地址沒有被使用
- 若被占用：給DHCP服務(wù)器發(fā)送
DHCP DECLINE報(bào)文撤銷IP地址租約，并重新發(fā)送DHCP DISCOVER報(bào)文； - 若未被占用：可以使用租約中的IP地址與網(wǎng)絡(luò)中其他主機(jī)通信了。
- 若被占用：給DHCP服務(wù)器發(fā)送
-
當(dāng)IP地址租約達(dá)到
0.5倍時(shí)間時(shí)，客戶機(jī)會再次向DHCP服務(wù)器發(fā)送請求信息更新租用期。源地址為租用的IP地址，目的地址為DHCP服務(wù)器地址。此時(shí)DHCP服務(wù)器會出現(xiàn)以下三種情況：- 收到請求后，返回確認(rèn)報(bào)文（
DHCP ACK），其中有新的IP地址租期，重新設(shè)置計(jì)時(shí)器。 - 收到請求后，返回否認(rèn)報(bào)文（
DHCP NACK），則客戶機(jī)收到后立刻停止使用IP地址并重新發(fā)送DHCP DISCOVER報(bào)文 -
不響應(yīng)。則在租期達(dá)到0.875倍時(shí)，DHCP客戶必須重新發(fā)送
DHCP REQUEST報(bào)文，繼續(xù)等待DHCP服務(wù)器可能做出的反應(yīng)。若依然無反應(yīng)，則租用期到后，客戶機(jī)必須立刻停止使用當(dāng)前IP地址，并重新發(fā)送DHCP DISCOVER報(bào)文來重新申請IP地址。
- 收到請求后，返回確認(rèn)報(bào)文（
-
客戶端可隨時(shí)終止DHCP服務(wù)器提供的租用期，這時(shí)只需要向DHCP服務(wù)器發(fā)送
DHCP RELEASE即可。源地址0.0.0.0，目的地址255.255.255.255
?? 6.2 域名系統(tǒng)DNS
域名解析的過程：
遞歸查詢（較少使用）：
迭代查詢：
由于遞歸查詢對于被查詢的域名服務(wù)器負(fù)擔(dān)太大，通常采用以下模式：文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-497858.html
- 從請求主機(jī)到本地域名服務(wù)器的查詢是遞歸查詢；
- 而其余的查詢是迭代查詢。
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作者：HinsCoder
博客鏈接：?? 作者博客主頁文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-497858.html
到了這里，關(guān)于【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)詳解】——知識點(diǎn)復(fù)習(xí)（期末不掛科版）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
