[网络协议]计算机网络原理(04741)备考笔记

文章说明

本文是我参加电子科技大学 计算机科学与技术专业 自考本科中计算机网络原理科目的学习笔记，以章为单位，以考点，习题，课堂知识为内容。既是我自己学习的记录，也可以作为其他自考考生的复习的资料，还是快速构建计算机网络原理学科知识体系的手册。本次考试所用教材为机械工业出版社的计算机网络原理（2018年版），课程代号为04741。
考点与习题的答案是我自己参考教材和网络资料的回答，不代表自学考试的标准答案，如有错误，欢迎您在评论区留言指正。
另外，本文的写作进度和我的学习进度同步，不是一次性完成，而是不断更新的。所以随着时间推进，本文会越来越长。

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第一章 计算机网络概述

考核内容

计算机网络基本概念与网络结构

识记

计算机网络的概念（重点）

计算机网络是互联的、自治的计算机的集合。

网络协议的概念

网络通讯实体之间在数据交换过程中需要遵循的规则或约定，是计算机网络有序运行的保证。

计算机网络的分类

计算机网络可以根据不同标准进行分类，最典型的是按网络覆盖的范围分类，计算机网络可以为个域网，局域网，城域网和广域网。

计算机网络的结构

大规模现代计算机网络的机构包括网络边缘、接入网络和网络核心。

• 网络边缘是接入网络的所有端系统的集合。
• 接入网络是实现网络边缘的端系统与网络核心连接与接入的网络。
• 网络核心是由通讯链路互联的分组交换设备构成的网络。

领会

计算机网络的的功能与作用

计算机网络的功能是在不同的主机之间实现快速的信息交换。通过信息交换，计算机网络可以实现资源共享这一核心功能，包括硬件资源共享、软件资源共享和信息资源共享。

协议的三要素

语法：即实体之间交换信息格式与结构，或者定义之间传输信号的电平等；
语义：定义实体之间交换的信息中需要发送（或包含）哪些控制信息，这些信息的具体含义，以及针对不同含义的控制信息，接收消息端应该如何响应。定义彼此采用何种差错编码，以及采取何种差错处理机制等。
时序：时序也称为同步，定义实体之间交换信息的顺序以及如何匹配或适应彼此的速度。

数据交换技术与计算机网络性能指标

识记

数据交互的基本概念

数据交换是实现在大规模网络核心上进行数据传输的技术基础。常见的数据交换技术包含电路交换、报文交换和分组交换。

领会

电路交换、报文交换、分组交换（重点）的基本原理、特点

电路交换的基本原理：在电路交换网络中，首先需要通过中间交换结点为两台主机之间建立一条专用的通信线路，称为电路，然后再利用该电路进行通信，通信结束后再拆除电路。电路交换网络在建立电路时，为整个会话在沿线所有链路上都预留一个专用信道，传输速率恒定。在这个通信过程中，交换设备对通信双方的通信内容不做任何干预。

电路交换的特点：

• 电路交换的特点是有连接的，在通信时需要先建立电路连接
• 在通信过程中独占一个信道

电路交换的优点：实时性高，时延和时延抖动都较小；
电路交换的缺点：对于突发性数据传输，信道利用率低，且传输速率单一。

报文交换的基本原理：报文交换也称为消息交换，其工作过程为：发送方把要发送的信息附加上发送/接收主机的地址及其他控制信息，构成一个完整的报文（Message）。然后以报文为单位在交换网络的各结点之间以存储-转发的方式传送，直至送达目的主机。

报文交换的特点：

• 报文交换事先不需要建立连接。
• 交换结点收到整个报文需要暂时存储报文
• 转发需要排队。
• 只有当报文被转发时才占用相应的信道，通信双方空闲时信道被释放。

报文交换的优点：相对电路交换信道而言，报文交换的线路利用率高。
报文交换的缺点：

• 报文经过网络的延迟时间变长并且不固定，对于实时通信而言会容易出现不能满足速度要求的情况；
• 有时候结点收到的报文过多而存储空间不够或者输出链路被占用不能及时转发时，就不得不丢弃报文。

分组交换的基本原理：分组交换需要将待传输数据（即报文）分割成较小的数据块，每个数据块附加上地址、序号等控制信息构成数据分组（packet），每个分组独立传输到目的地，目的地将收到的分组重新组装，还原为报文。分组传输过程通常也采用存储－转发交换方式。

分组交换的优点：

1. 交换设备存储容量要求低；
2. 交换速度快；
3. 可靠传输率高；
4. 更加公平。

计算机网络的主要性能指标（重点）

• 速率：网络单位时间内传送的数据量。
• 带宽：链路或信道的最高速率。
• 时延：数据从网络中的一个结点到达另一结点所需要的时间。
• 时延带宽积：一段物理链路的传播时延与链路的带宽的乘积。表示一段链路可以容纳的数据位数，也成为单位的链路长度。
• 丢包率：当网络拥塞特别严重是，新到达的分组甚至已无空间缓存该分组，此时交换结点会对其分组，就会发生“丢包”现象。丢包率就是丢包的比率等于丢失分组总数与发送分组总数之比。
• 吞吐量：表示单位时间内源主句通过网络想目的主机实际送达的数据量。

分组交换网络的时延种类

如上图所示：

• 结点处时延：交换设备对分组进行操作处理所消耗时间的总和。
• 排队时延：分组在缓存中排队等待的时间。
• 传输时延：当一个分组在输出链路发送是，发送第一位开始，到发送完最后一位为止，所用的时间。
• 传播时延：分组从一个交换设备发送到下一个交换设备之间的耗时。

应用

报文交换与分组交换网络的传输时延、传播时延的计算（重点）（难点）

• 报文交换的传输时延：d t=L/R（其中，L为分组的长度，R为链路带宽）
  $$d_t=\frac{L}{R}$$
• 分组交换的传输时延：-d t=M/R（其中，M为报文的长度，R为链路带宽）
  $$d_t=\frac{M}{R}$$
• 报文、分组交换的传播时延：d p=D/V（其中，D为物理链路长度，V为信号传播速度）
  $$d_p=\frac{D}{V}$$

分组交换网络的吞吐量的计算（重点）（难点）

分组交换网络的时延带宽积的计算（重点）（难点）

G=d p×R（其中，d p为传播时延，R为链路带宽）
$$G=d_p?R$$

分组交换网络的丢包率的计算（重点）（难点）

η=N l/N s=(N s-N r)/N s （其中，N s为发送分组总数，N r为接受分组总数，N l为丢失分组总数）
$$\eta =\frac{N_l}{N_s}=\frac{N_s?N_r}{N_s}$$

计算机网络体系结构与参考模型

识记

计算机网络分层体系结构的基本概念（难点）

OSI参考模型的层次结构（重点）

TCP/IP参考模型的层次结构及主要协议（重点）

OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较

领会

服务、接口、SAP、协议、对等层、端到端层等概念

虚通讯与物理通讯过程

OSI参考模型各层功能

TCP/IP参考模型各层功能