计算机网络期末考试复习——全知识点总结

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第一章 计算机网络概述

一、计算机网络的定义与组成

• 定义：计算机网络是通过通信链路连接的若干自治计算机的集合，实现资源共享和数据通信。

• 组成部分

  1. 硬件：主机、路由器、交换机、通信链路等
  2. 软件：操作系统、通信协议、应用程序
  3. 协议：完成网络通信必须遵循的规则，规定格式、时序、控制、差错处理等

二、计算机网络的分类

• 按覆盖范围

  • LAN 局域网（小范围，高速，常用以太网）
  • MAN 城域网
  • WAN 广域网（跨城市，跨国家）

• 按拓扑结构：总线型、星形、环形、网状

三、计算机网络的性能指标

考试高频，常考计算题。

1. 速率（bit/s）

信道或设备的传输速度，如 10 Gbps。

2. 带宽

• 指链路可通过的最高数据速率
• 单位与速率相同（bit/s）

3. 吞吐量

单位时间内真正通过的有效数据量。

4. 时延（Delay）

重点：四种时延 + 总时延计算

1. 发送时延（传输时延）
   

2. 传播时延
   

3. 排队时延

4. 处理时延

总时延 = 四者之和

5. 往返时延 RTT

数据从源到目的再返回的时间，是 TCP 超时重传计算基础。

6. 利用率

• 信道利用率 = 有效工作时间 / 总时间
• 过高可能导致排队时延变大甚至拥塞

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第二章 物理层

一、物理层的功能

• 定义机械特性（接口形状、引脚数等）
• 电气特性（电压、阻抗）
• 功能特性（代表 0/1）
• 规程特性（事件顺序）

二、数据通信模型

• 源点 → 发送器 → 信道 → 接收器 → 终点

三、码型（数字基带信号编码）

常考：优缺点、是否具有直流分量、是否易于同步

• NRZ（不归零）：简单，存在直流分量，无自同步
• 曼彻斯特编码：位中间跳变，用于同步，频带宽度大
• 差分曼彻斯特：同曼彻斯特但抗干扰更强

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四、调制技术（数字数据→模拟信号）

• ASK：振幅变化
• FSK：频率变化
• PSK：相位变化（如 QPSK）

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五、信道容量（公式常考）

1. 奈奎斯特（无噪声）

M 为编码电平数

2. 香农公式（有噪声）

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第三章 数据链路层

一、数据链路层的主要功能

• 成帧（加首部尾部）
• 差错检测（CRC）
• 流量控制（滑动窗口）
• 可靠传输（ARQ 协议）
• 介质访问控制

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二、成帧方法

• 字符计数法：靠字节计数，容易出错
• 字符填充法：使用特殊字符（如 Flag）
• 比特填充法（最常考）
  HDLC/PPP 采用 01111110 标志位，连续 5 个 1 后插入 0

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三、差错控制

1. 检错

• 奇偶校验
• CRC 循环冗余校验（最常考）
  使用生成多项式 G(x)，发送方取模补齐余数。

2. 纠错

• 海明码：通过冗余位定位错误

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四、可靠传输：ARQ 协议

1. 停止-等待协议

• 发送一帧 → 等 ACK → 超时重传
• 信道利用率低

2. 后退 N 帧（GBN）

• 累积确认
• 出错后重传窗口内所有帧
• 实现简单但低效

3. 选择重传（SR）

• 选择性确认
• 出错只重传丢失帧

考试区分重点：GBN 的 ACK 是累计确认，而 SR 是选择确认。

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五、PPP 协议

• 点对点链路协议
• 框架：Flag | Address | Control | Protocol | Payload | FCS

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六、MAC 子层（重要）

1. CSMA/CD（以太网使用）

• 监听 → 检测冲突 → 退避重传
• 最短帧长保证冲突能被检测到

最短帧长：

2. 随机退避 Binary Exponential Backoff

冲突次数 k：

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第四章 网络层（最重要章节之一）

一、核心功能

• 路由选择
• 分组转发
• 拥塞控制
• IP 编址
• 分片与重组

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二、IP 地址与 CIDR

1. IPv4 编址

• A 类：0.x.x.x
• B 类：10.x.x.x
• C 类：110.x.x.x

2. 无类域间路由 CIDR

斜线记法：192.168.1.0/24
网络号 = 前 24 位

计算子网范围常考：

例：192.168.1.0/26 → 子网大小 = 64

• 第一个：0–63
• 第二个：64–127
• 第三个：128–191
• 第四个：192–255

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三、路由器转发流程

重点记忆：最长前缀匹配

路由表查找 → 找到与目的 IP 前缀最长的项 → 转发

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四、IP 分片（常考）

• MF=1 表示后面还有分片
• MF=0 表示最后一片
• 分片偏移单位 = 8 字节

例题常问：给出 MTU、数据长度，计算分片个数和偏移。

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五、ICMP 协议

用于差错报告与诊断：

• 目的不可达
• 超时
• 重定向
• ping 使用 ICMP 回显请求与应答

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六、路由协议

1. RIP

• 距离向量
• 跳数（最大 15）
• 易形成环路（用 split horizon）

2. OSPF

• 链路状态
• 使用 Dijkstra
• 收敛快，适合大型网络

3. BGP

• 实现自治系统间路由
• 使用路径向量

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第五章 传输层（最重要章节）

一、UDP 特点

• 无连接
• 不可靠
• 不拥塞控制
• 适用于实时应用（视频、语音）

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二、TCP

1. 特点

• 面向连接
• 可靠
• 字节流
• 拥塞控制
• 流量控制

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二、TCP 连接管理

三次握手

1. C→S：SYN
2. S→C：SYN + ACK
3. C→S：ACK

四次挥手

1. FIN
2. ACK
3. FIN
4. ACK

TIME_WAIT = 2MSL
作用：防止旧报文混入；保证最后 ACK 被收到。

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三、TCP 流量控制

使用 滑动窗口
发送窗口 = min{rwnd, cwnd}

rwnd 来自接收方，用于避免接收方缓存溢出。

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四、TCP 拥塞控制（必考）

四个阶段：

1. 慢开始
   cwnd = 1 MSS 开始，每个 RTT 翻倍

2. 拥塞避免
   cwnd 每 RTT 加 1 MSS

3. 快重传
   3 个重复 ACK 立即重传

4. 快恢复
   丢包后：

   • ssthresh = cwnd/2
   • cwnd = ssthresh
   • 进入拥塞避免

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五、TCP 超时重传

RTO 基于 RTT 平滑估计：

EstimatedRTT
DevRTT
Timeout = EstimatedRTT + 4 × DevRTT

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第六章 应用层（考试简单但常出填空简答）

一、DNS

• 层次结构：根 → 顶级域 TLD → 权威服务器

• 查询方式

  • 递归查询
  • 迭代查询

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二、HTTP

1. HTTP 特点

• 无状态
• 可持久连接（HTTP 1.1 默认 Keep-Alive）

2. 请求报文

请求行、请求头、空行、实体

3. 状态码

• 200 OK
• 301 重定向
• 403 禁止
• 404 未找到
• 500 服务器错误

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三、电子邮件

• SMTP：发送
• POP3：拉取
• IMAP：同步

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四、FTP

• 控制连接（21 端口）
• 数据连接（20 端口）

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第七章 网络安全（基础）

一、基本威胁

• DOS 攻击
• 中间人攻击
• IP 欺骗
• ARP 欺骗

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二、密码学

• 对称加密（AES）
• 非对称加密（RSA）
• 数字签名
• 数字证书（CA）

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全书重点总结（考点方向）

1. 网络层与传输层是考试重心

2. 必考计算：

   • 时延、吞吐量
   • IP 子网划分
   • IP 分片
   • TCP 拥塞控制过程

3. 必考概念：

   • 三次握手为何三次
   • 四次挥手与 TIME_WAIT 说明
   • CSMA/CD 与退避算法

4. 协议特性：

   • RIP/OSPF 区别
   • UDP vs TCP
   • HTTP、DNS 机制

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