[网络协议]计算机网络重点协议

一、滑动窗口协议 ???[ 数据链路层 ]

发送窗口W_R + 接收窗口W_T ≤ 2ⁿ

例题：19年35.

分析：发送窗口W_R + 接收窗口W_T ≤ 2ⁿ

答案：B

1.停止-等待协议

• 发送窗口 = 1，接收窗口 = 1
• 求最大信道利用率：
  (1)发送时延 t：把数据上传到链路的时间，t = 帧长/数据传输速率
  (2)单向传播时延 τ：帧在链路上传播的时间
  (3)发送周期T = 数据帧的传输时延t₁ + 数据帧的传播时延τ₁ + 确认帧的传输时延t₂ + 确认帧的传播时延τ₂ ? ? ? ? ?τ₁ +τ₂=RTT

例题：20年36.

分析：
数据帧/确认帧的传输时延：t = 1000*8b/10kbps = 800ms
发送周期：T =t+τ+t+τ =800ms +200ms +800ms +200ms =2000ms
信道利用率： t / T×100% = 40%

答案：D，40%

2.后退N帧协议 GBN

• 发送窗口 =2ⁿ-1，接收窗口 = 1
• 后退N帧协议的信道利用率 = 传输N个帧的时间t / 传输第1个帧的周期T = Nt /T ? ≤1
• 帧序号比特数n：2ⁿ-1 ≥ N

后退N帧协议的名字由来：有一个滑动窗口，大小为k个帧。可以不用等待确认帧而一次性发送k个帧。中途若收到第几个帧的确认帧，滑动窗口就向前移动几格。GBN也有定时器，若超过了时间还没有收到确认帧的那n个帧，就要重发。所以叫后退N帧协议。

例题1：14年36.

分析：
后退N帧协议，发送窗口为1000帧，每个帧长1000B，∴可以一次性发送最多1000×1000B=1MB数据帧。RTT=2×50ms=100ms=0.1s。则实际最大传输速率=1MB/0.1s=10MB/s=80Mbps

∴最大数据传输率=min{信道带宽，实际传输速率}=min{100Mbps，80Mbps}=80Mbps

答案：C

例题2：12年36.

分析：
问的是帧序号至少需要多少比特，也就是问一个周期T内 发帧发的最多的情况下会有多少个数据帧。那就要以最短帧来求，在T内才有可能发更多的帧。即数据帧长度取128B。
t = l/v = (128×8)/16k=64ms
T=2t+RTT=(64+270)×2=668ms
GBN信道利用率= nt / T ≤ 1，取等号。n = T/t = 668/64=10.4帧
GBN协议 2ⁿ-1≥10.4帧，n≥4

答案：B

例题3：15年35.

分析：
t=1000×8/128k = 62.5ms
T=t+RTT=62.5+500=562.5ms

∵t×x/T≥0.8
∴x≥7.2帧
GBN协议，2ⁿ-1≥7.2帧，帧序号的比特数n≥4

答案：B

3.选择重传协议 SR

• 发送窗口+接收窗口 ？ 2ⁿ

二、MAC协议 ???[ 数据链路层 ]

MAC:介质访问控制(Medium Access Control)。
介质访问控制层是数据链路层的一个子层，任务是为使用介质的每个结点隔离来自同一信道上其他结点所传送的信号，以协调活动结点的传输。∴MAC协议是用来决定广播信道中信道分配的协议。

1.静态划分信道

4个信道划分协议，不会发生冲突：CDMA、FDMA、TDMA、WDMA

CDMA：码分多路复用。 ????见下面例题2

例题1：13年36.

分析：
静态划分信道的协议不会发生冲突，如CDMA、TDMA、FDMA。只有动态划分信道的协议，尤其是随机访问容易冲突，如CSMA/CA、CSMA/CD协议

答案：B

例题2：14年37.

分析：
CDMA码分多路复用：把C从链路上收到的12位序列分三段，分别与A进行内积运算，再除4。-1表示0。
还好，A是(1,1,1,1)，非常好内积。本题没有难为我们做个线代题…
①第一段：(2+2)/4= 1
②第二段：(-2-2)/4= -1，表示0
③第三段：(2+2)/4 = 1
∴C收到A发送的数据是101

答案：B

2. 动态划分信道——随机访问介质访问控制

1.CSMA/CD协议 [ 有线网络 ]

• CSMD/CD的工作流程：“先听后发”、“边听边发”、“冲突停发”、“随机重发”
  ①先听后发：先监测，信道空闲再发
  ②边听边发：发数据的过程中继续检测。边发送数据帧，边检测是否冲突
  ③冲突停发：若发现在发送过程中信道冲突，则立刻停发
  ④随机重发：在冲突过后的随机一个时刻，开始重新发送数据帧
• 最小帧长=2×单向传播时延×数据传输率
  规定最小帧长是为了碰撞检测。要求帧的发送时延必须大于RTT，即大于两倍的单向传播时延。否则对面的站检测碰撞，在去的过程中发现信道是空的，返程的时候这边的站把信号发出去了，那对面的站在检测信号返回后也会立刻把信号发出去，这样两个信号就在这同一条信道上相撞了。所以规定最小帧长就是为了避免碰撞。

例题：19年36.

分析：
传输时延t = 最小帧长/数据传输速率 = 128×8/100Mbps =10.24μs
单向传播时延τ_max = t/2 =5.12μs

答案：B

2.CSMA/CA协议 [ 无线网络 ]

IFS：帧间间隔，InterFrame Space

• DIFS：长
• PIFS：中
• SIFS：短
  
  AP：无线接入点，Wireless Access Point。是无线和有线的中间媒介。手机先通过无线连接到AP，AP再和有线网络连到一起。

例题：20年37.

解析：

IFS1为DIFS，时间最长。IFS234均为SIFS很短。

答案：A

3.动态划分信道——轮询访问介质访问控制
轮询协议、令牌传递协议

三、局域网、广域网协议???[ 数据链路层 ]

1. 局域网 IEEE 802.3协议

有线局域网，AP到路由器。以太网帧，MAC帧，有2个地址，源MAC，目的MAC

2. 局域网 IEEE 802.11协议

无线局域网，手机到AP。帧有3个地址。目的mac、源mac、路由器端口mac

例题：17年35.

分析：
地址123分别为：目的mac、源mac、路由器端口mac。即，b,a,c

答案：B

3. 广域网 PPP协议

4. 广域网 HDLC协议（2022大纲已删除HDLC协议）

5“1”1“0”：HDLC协议的发送端，在组帧时，每碰到连续的五个1，就要立刻在后面添加一个0。同样接收端拆分帧时，若碰到连续五个1，就要去掉后面的一个0

例题：13年37.

分析：5“1”1“0”
对011111 000 11111 10进行HDLC协议五一一零操作，每5个1添一个0，变为011111 0000 11111 010

答案：A

四、IPv4协议???[ 网络层 ]

1.ARP协议

ARP协议：IP地址转换为MAC地址，从高层网络层转向低层数据链路层
RARP协议：把MAC地址转换为IP地址

例题：12年38.

答案：A

2.DHCP协议

3.ICMP协议

例题：12年33.

分析：ICMP报文会封装成IP数据报。这里问“直接”为ICMP提供服务的，自然是网络层本层最基本的IP协议，而不要选了数据链路层的PPP协议。
虽然原则依然是“下层为上层提供服务”，但这里可理解为网络层有网络层上层和网络层下层(基层)。IP协议属于网络层基层，ICMP属于网络层上层。∴IP协议直接为ICMP协议提供服务。

答案：B

五、路由协议、网关协议???[ 网络层 ]

1.RIP

RIP是分布式的基于距离向量的路由选择协议，通过广播UDP报文来交换路由信息

2.OSPF

OSPF是内部网关协议，要交换的信息量较大，应使报文的长度尽量短。所以不使用传输层协议的UDP或TCP，而是直接使用IP报文。

3.BGP

BGP是外部网关协议，在不同的自治系统之间交换路由信息。为使得在外部网络上稳定(保证可靠传输)，使用TCP协议。

例题：16年37.RIP坏消息传得慢

分析：
RIP坏消息传得慢，路由之间交换信息时，若到达某网络有多个路径，总相信最近便的那个路由，即使是实际已经不可达了(不可达，跳数=16)。

RIP很乐观，永远只相信最小的路径

答案：B

六、TCP/IP协议???[ 传输层 ]

1.TCP拥塞机制

1.1慢开始，拥塞避免。
1.2快恢复，快重传。

1.1 两种拥塞避免

拥塞避免，分两种：①指数增大 ②加法增大
慢开始，指数增大，是拥塞窗口每次翻倍
拥塞避免，加法增大，是拥塞窗口每次加一个MSS

例题：20年38.

分析：最长时间，显然加法增大的斜率较缓，时间较长，因此让整个过程全属于加法增大的阶段。

(拥塞窗口最终大小-初始大小) / MSS大小×往返时延ETT = (32-8)/1×2ms=48ms

答案：D

1.2 TCP快速重传

TCP快速重传，收到第三个催促帧直接重传，不必等待计时器超时。

例题：19年38.

分析：
当客户机收到第三个催促序号为100的帧时，立刻快速重传，即在t3时刻重传，不必等到计时器超时。

答案：C

1.3 TCP拥塞控制

• 发送窗口的上限值 = min{ 接收窗口，拥塞窗口 }
• 接收缓存≥接收窗口≥接收未确认字节
• 若发生超时，则拥塞窗口上限值立刻减半

例题1：14年38.

分析：
TCP拥塞机制：发送窗口 = min{拥塞窗口，接收窗口}
本题接收窗口固定为10KB，就看一下拥塞窗口和接收窗口谁更小
t时刻发生超时，此时拥塞窗口门限值立刻减半，为4KB。重新慢开始，指数增大到4KB，然后加法增大。10个RTT后为12KB。
甲的发送窗口=min{12KB,10KB}=10KB

答案：A

例题2：15年39.

分析：
4个RTT后，拥塞窗口增长到16KB。
接收缓存只剩下16-1-2-4-8=1KB≥接收窗口。
发送窗口 = min {拥塞窗口，接收窗口} = min {16KB，1KB}=1KB

答案：A

2. TCP建立连接（三次握手）

seq：序列号，本次发送数据的(排头兵)第一个字节
ack：期待对方下次发的数据的第一个字节 [ack期待下一个]

例题1：13年39.

分析：乙给甲的seq是1913，ack是2046，有效载荷100字节。即，乙给甲的这波数据是1913-2012，期待甲发送2046-2145
∴甲给乙的seq应该是2046，ack应该是2013

答案：B

例题2：19年39.

分析：
第一次，甲发乙，seq=2018
第二次，乙发甲，seq=2046，ack=2019
第三次，甲发乙，seq=2019，ack=2047

答案：D

3. TCP断开连接（四次挥手）

七、应用层协议

1. DNS

• 查找域名。
• DNS使用UDP，快，不稳定。经常404
• 递归查询和迭代查询域名
  

例题1：16年40.

分析：
最少：本地高速缓存中有域名，不用发出DNS请求。0次DNS查询
最多：四个都查了一遍，最后一个才查到域名。4次DNS查询

答案：C

例题2：18年33.

分析：FTP传文件，SMTP传邮件，HTTP传网页，都对稳定性要求较高，在传输层都使用TCP封装。只有域名DNS要求快，不要求稳，DNS使用无连接的UDP服务。

2. FTP

• 传输文件
• 传输层使用TCP封装
• FTP使用控制连接和数据连接：
  ①控制连接存在于整个FTP会话过程中。控制连接一定使用TCP21端口。
  ②数据连接在每次文件传输时才建立，传输结束就关闭。
  (1)数据连接主动方式 PORT：客户端主动要数据，服务器收到Port命令后用TCP20端口连客户端。
  (2)数据连接被动方式 PASV：客户端被动接收数据，客户端发送Pasv命令到服务器，服务器在本地随机开发一个端口，客户端去连服务器的这个随机端口(>1024)。

例题：17年40.

分析：

答案：C

3. SMTP

• 发送邮件
• TCP

• SMTP：①支持用户代理向邮件服务器发送邮件 ②支持邮件服务器直接发送邮件 ③只支持传输7比特ASCII码内容
• POP3：用户代理从邮件服务器读取邮件

例题：13年40.

分析：IV.邮件服务器只能接收用户代理发来的邮件，然后服务器直接发送邮件。服务器不能主动和用户代理联系，服务器只能被动收邮件，或者被读取邮件。

答案：A

4. HTTP

• 传网页
• TCP
• HTTP报文中有Cookie报头表示曾经访问过