南开大学软件学院2021年秋季学期研究生计算机网络课程（复习）

一、ARPANET核心解决的问题是什么/h2>

ARPANET研究的核心：通信网络方案的设计两个基本问题：

• 网络拓扑结构：分布式网络结构
• 数据传输方式：分组交换

二、不同的拓扑结构的特点/h2>

• 集中式网络结构（唯一中央交换节点）：所有节点都与中央交换节点相连，所有数据都要发给中央节点，再通过它发送到目的节点。如果中央节点受到损坏或工作不正常，所有通信就会完全中断。
• 非集中式网络结构（多个中央交换节点）：使用了若干个中央节点，相当于许多集中式网络连接起来，固有的缺点仍然无法避免。
• 分布式网络结构（无中央交换节点）：网络中每个节点都与若干个邻节点连接，从而形成网状结构。每个节点可以通过多条路由去发送和接收数据。这样，当网络中某一个或几个节点损坏时，还有其他路由可以使用。显然，这是一种高度分布和容错的网状结构设计方案。

三、分层模型和硬件之间的对应关系，想扩展需要修改哪些层次/h2>

如果计算不需要连入Ethernet网，那么这台PC可以在自身的操作系统控制下完成单机环境下的各种应用，这台PC不必配置网卡，单机操作系统不需要有执行传输层TCP/UDP协议的软件；不需要有执行网络层IP协议的软件，不需要分配IP地址；不需要有执行MAC协议的硬件和软件，不需要使用MAC地址。

如果计算机需要连入Ethernet网，那么这台PC的操作系统必须增加能够执行传输层TCP/UDP协议的软件，也需要增加执行网络层IP协议的软件，需要分配IP地址。同时，必须在这台PC的扩展槽中插上一块具有全球唯一MAC地址的Ethernet网卡，通过符合10BASE-T协议标准的RJ-45网卡接口与非屏蔽双绞线接入到Ethernet网交换机，连入Ethernet网中。当然，还需要在操作系统中配置相应的Ethernet网卡驱动程序。 

四、三网融合是什么/h2>

• 光以太网技术的发展促进了计算机网络的三网融合：广域网，城域网，局域网
• 互联网的应用促进了计算机网络，电信网，广播电视网的三网融合

五、IP协议的主要特点

• IP协议是一种无连接、不可靠的分组传送服务的协议
• IP协议时点到点的网络层通信协议
• IP协议需要屏蔽互联的网络在数据链路层、物理层协议与实现技术上的差异性

六、IPv6的主要特点

• 新的表头格式
• 巨大的地址空间
• 有效地分级寻址和路由结构
• 有状态和无状态的地址自动配置
• 内置的安全机制
• 更好地支持QoS服务

七、IPv4与IPv6报头结构的比较

 八、路由器对IPv4与IPv6报文转发过程的比较

IPv4：

1. 检查版本号是否为4；
2. 检查报头长度是否正确；
3. 检查头校验和是否正确；
4. 检查TTL生存时间是否为0；
5. 检查是否有选项字段，如果有则进行相应的处理；
6. 根据源地址和目标地址在路由表中进行查询，确认下一跳的IPv4的地址；
7. 确认转发路径后，根据下一个通过的网络的最大传输单元来决定是否拆分报文；
8. 拆分完成之后重新检查头校验和；
9. 转发报文；

IPv6：

1. 检查版本号是否为6；
2. 检查跳数限制HL是否为0；
3. 检查载荷长度是否正确；
4. 处理下一个报头字段；
5. 进行路由选择；
6. 确认转发路径之后，如果报文长度大于最大传输单元MTU，则丢弃报文，向源节点发送ICMPv6“报文过大”报文；

 九、IPv4地址类型

十、路由算法

路由算法参数：延时、带宽、跳数、负载、可靠性、开销

静态路由表特征：

1. 静态路由选择算法也叫做非自适应路由选择算法，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态（流量与网络拓扑）的变化来改变路由，而是按照原先设计好的路径传播。
2. 静态路由表是有人工方式建立的。更新工作必须由管理员手工修改。静态路由表一般只用在小型的、结构不会经常发生改变的局域网系统中。

动态路由表特征：

1. 动态路由选择算法也成为自适应路由选择算法，其特点是能较好地适应网络状态地变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。
2. 大型互联网络通常采用动态路由表。在网络系统运行时，系统将自动运行动态网关协议，建立路由表。动态网关协议自动更新所有路由器中的路由表。

十一、路由表生成

十二、路由表汇聚：最长前缀匹配原则

十三、路由选择算法和路由协议

路由选择算法和路由协议时有区别的。设计路由选择算法的目标是生成路由表，为路由器转发IP分组找出合适的下一跳路由器；设计网关协议的目标时实现路由表中路由信息的动态更新。

十四、路由协议/网关协议

内部网关协议

RIP路由信息协议

• 路由信息协议是基于距离-矢量（Vector-Distance，V-D）路由选择算法的内部路由协议，是目前主要的内部网关协议。
• 运行RIPng的路由器维护一个到所有目的网络的路由表，路由器每隔30s在相邻路由器之间交换一次路由更新协议。
• 根据距离-矢量路由选择算法，只有当一个开销小的路径出现时才修改路由表中的一项路由记录，否则就要一直保持下去。如果某条路径已经出现故障，而对应这条路径的记录可能还在一直保留在路由表中，由于出现路径环路而使路由表中的距离值不断增大。这种现象在RIP协议中称为“慢收敛”。
• RIP的优点是配置和部署比较简单，缺点是不适用于大型或路由变化剧烈的网络环境。

OSPF开放最短路径优先协议

• OSPF使用的是链路-状态（Link-State，L-S）。
• 划分区域：主干区域与区域。主干路由器构成主干区域。区域要通过区域边界路由器与主干路由器连接，以接入主干区域。自治系统之间通过AS边界主干路由器实现互联。
• 采用OSPF协议的路由器每隔30分钟，采用洪泛法向所有路由器广播链路状态信息，建立并维护一个区域内同步的链路状态数据库。
• 每个路由器中的路由表从这个链路状态数据库出发，计算出以本路由器为“根”的最短路径树。
• 划分区域的好处是：将洪泛法交换的链路状态信息限制在一个区域范围内，而不是整个自治系统。
• 在一个区域中的路由器只知道本区域的完整网络拓扑，而不知道其他区域的网络拓扑的情况。
• OSPF的优点是支持大型网络、路由路径的选择跟会更加准确，缺点是要求路由器具有较强的计算能力，广播路由信息要占用一定的带宽资源。

外部网关协议

BGP外部网关协议

• 基于路径-向量（Path-Vector，P-V）。
• 在配置BGP时，每个自治系统的管理员要选择至少一个路由器（通常是BGP边界路由器）作为该自治系统的“BGP”发言人。一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息。
• 与RIP、OSPF协议不同，RIP、OSPF协议报文是封装在IP分组中的，而BGP4+协议使用TCP协议来传输BGP报文。

十五、LS、VD、PV的对比

十六、IPv4向IPv6过渡

双协议层和双协议栈

 隧道技术

• 路由器-路由器隧道
• 主机-路由器隧道
• 主机-主机隧道
• 6cover4
• 6to4
• ISATAP

十七、SDN软件定义网络

• SDN是一种新的网络体系结构，核心技术是OpenFlow
• 分层：应用层、控制层、基础设施层
• 三大核心机制：
  • 基于流的数据分组转发机制
  • 基于中心控制的路由机制
  • 面向应用的网络编程机制

十八、TCP协议的特点

1. 支持可靠性的面向连接的服务：面向连接对可靠性的保证首先是它在进行实际数据传输前，必须在源进程与目的进程之间建立一条传输连接。
2. 支持字节流传输：流stream是一个无报文丢失、重复和失序的正确的数据序列。为了进行流报文交付，发送TCP和接收TCP都要使用缓存。
3. 支持全双工服务：TCP支持数据可以在同一时间双向流动的全双工服务。客户端与服务器进程之间可以同时发送和接收数据。
4. 支持可靠性服务；TCP使用确认机制来检查数据是否安全和完整地到达。

十九、TCP的可靠性机制

1. 应用数据被分割成TCP协议认为最适合发送的数据块。TCP协议传递给IP的信息单位称为报文段或段segment。
2. 当TCP发出一个报文段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段，如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。
3. 当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。
4. TCP将保持它头部和数据的校验和。
5. TCP需要对接收到的数据进行重新排序，然后将正确的数据传送给应用层。
6. 由于IP数据报发生重复，那么接收方的TCP必须检查并丢弃重复的数据。
7. TCP采取可变窗口方法进行流量控制，根据接收方缓冲区的大小来协调发送方的发送速度，以防止接收缓冲区溢出，造成数据丢失。

二十、TCP流量控制/滑动窗口

• 用滑动窗口协议来完成流控制的目的，是网络中使用的一种基本办法，TCP协议也使用了这种办法。TCP发送数据的多少是由这个窗口定义的。
• 目的进程在每一个确认报文段中都可以定义窗口大小。通知的窗口大小是与确认号有关的。
• 窗口可增大也可减小，却决于目的进程的通知。
• TCP协议的滑动窗口是面向字节的。
• 发送方的窗口大小取决于接收方，并在ACK报文段中宣布。

二十一、TCP拥塞控制

 

 二十二、TCP连接的建立与释放

1. 建立：
   1. 客户端?服务器：SYN；
   2. 服务器?客户端：ACK+SYN；
   3. 客户端?服务器：SYN；
2. 释放：
   1. 客户端?服务器：FIN1；
   2. 服务器?客户端：ACK1；
   3. 服务器?客户端：FIN2；
   4. 客户端?服务器：ACK2；

二十三、UDP协议的主要特点

• UDP协议提供的是”尽力而为“的传输服务。
• UDP是一种无连接的、不可靠的传输层协议。
• UDP协议在传输报文之前不需要在通信双方之间建立连接，因此减少了协议开销与传输延迟。
• UDP对报文除了一种可选的校验和之外，几乎没有提供其他的保证数据传输可靠性的措施。
• 如果UDP检测在收到的分组出错，它就丢弃这个分组，既不确认，也不通知发送端和要求重传。

二十四、UDP协议是一种适用于实时语音与视频传输的传输层协议

二十五、远程登录协议与Telnet协议

• 异构计算机之间的互联问题。
• Telnet协议引入了网络虚拟终端的概念，它提供了一种专门的键盘定义，用来屏蔽不同计算机系统对键盘输入的差异性，同时定义客户与远程服务器之间的交互过程。
• 远程登陆服务采用典型的客户/服务器模式。
• Telnet已经称为TCP/IP协议集中的一个最基本的协议，同时也是最重要的协议。

二十六、电子邮件服务与SMTP协议

• 一般而言，邮件服务器分为两类：
  • 发送邮件的服务器：称为SMTP服务器；
  • 接收邮件的服务器：
    • POP3服务器：收取到的邮件一般存储在本地主机上；
    • IMAP服务器：邮件存储在服务器上；
    • HTTP：在基于Web的电子邮件应用中，客户代理就是Web浏览器，客户与远程邮箱之间的通信使用的是HTTP协议。
• SMTP协议的局限性表现在只能发送ASCII码格式的报文。MIME使用网络虚拟终端标准，允许非ASCII码数据通过SMTP传输。

二十七、文件传输服务与FTP、TFTP协议

• FTP协议在传输层采用面向连接、可靠的FTP协议，而TFTP从协议简洁的角度，采用UTP协议。
• FTP协议可以发送多种格式的文件，而TFTP只允许发送ASCII码的文本文件或二进制文本文件。
• FTP协议提供登录等用户鉴别功能，而TFTP不提供用户鉴别功能。

二十八、支持Web服务的三个关键技术

• HTTP超文本传输协议；
• HTML超文本标记语言；
• URL统一资源定位符；

二十九、DNS域名服务系统

• DNS的作用是：将主机域名转换成IP地址，使得用户能够方便地访问各种Internet资源与服务，它是Internet各种应用协议实现的基础。
• DNS的本质是：提出一种分层次、基于域的命名方案，并且通过一个分布式数据库系统以及维护与查询机制来实现域名服务功能。
• DNS实现的功能：
  • 域名空间：定义一个包括所有可能出现的主机名字的域名空间；
  • 域名注册：保证每台主机域名的唯一性；
  • 域名解析：提供一种有效的域名与IP地址转换机制；
• DNS组成部分：域名空间、域名服务器、域名解析程序；

三十、DNS解析过程

1. 递归解析：如果本地域名服务器没有要解析的域名信息，那么本地域名服务器将接管向其他域名服务器请求解析的责任，再将最终结果返回给客户。
2. 反复解析也称为迭代解析：本地域名服务器如果不能返回最终的解析结果，那么它只能返回它认为可以解析的域名服务器的IP地址，客户端程序向下一个域名服务器发出解析请求，直至最终获得需要的解析结果。

三十一、DHCP协议是基于UDP协议

三十二、SNMP协议是基于TCP/IP协议

三十三、集中式P2P网络

集中式P2P网络的特点：

1. P2P网站中所有的节点都与中心目录服务器建立连接关系，形成星型拓扑结构。
2. 所有节点的资源索引信息保存在中心目录服务器的资源索引表中，使得中心目录服务器拥有全网的资源索引信息。
3. 资源索引信息包括。
4. Napster

集中式P2P网络的优缺点

优点：

• 快速完整的查找：查询速度快
• 中央管理/认证授权
• 易于引导接入网络：扩展性好

缺点：

• 单点故障容易引起瓶颈，易于被攻击
• 中央服务器控制所有对等方

三十四、非结构化P2P网络

• 无中心节点的纯P2P网络
• 洪泛式搜索与随机转发
• 分布式文件查询与内容路由
• Gnutella

特点：

去中心化：

• 没有中央控制管理
• 可以移去任何节点而不影响系统功能

非结构化

• 覆盖网络随机生成，没有任何结构
• 不可靠的查询（不保证有查询结果）
• 系统面临的安全性问题较多

三十五、结构化P2P网络

• 网络节点拓扑相对稳定
• 逻辑地址通过hash函数获得
• 通过分布式散列表DTH路由
• Chord

三十六、混合式P2P网络

• 集中式P2P网络与结构化P2P网络
• 用户节点、搜索节点、索引节点
  • 用户节点只能为普通用户提供查询共享信息服务；
  • 搜索节点管理所属节点用户的文件列表；
  • 索引节点只提供查询文件所在位置的搜索服务，不提供文件以及版权信息的下载服务。

三十七、P2P文件传输原则

最稀缺优先：

• 最稀缺块就是那些在下载方的邻居中副本数量最少的块；
• 最稀缺块得到更为迅速的重新转发，其目标是大致地均衡每个块在洪流中的副本数量；

最高速率优先：

• 效果是对等方能够以趋向于找到彼此的协调的速率上载。

三十八、移动IP的设计目标与主要目标

移动IP的设计目标

• 移动节点在改变接入点时，无论是在不同的网络之间，还是在不同的物理传输介质之间移动时，都不必改变其IP地址。
• 移动节点可以通过一个永久的IP地址连接到任何链路上。
• 移动节点在切换到新的链路上时，仍然能够保持与通信对端主机的正常通信。

移动IP协议满足的要求

• 保持通信
• IP不变
• 与非移动节点通信
• 减少协议开销，提高协议效率
• 安全

移动IP协议的基本特征

• 与现有的Internet协议兼容
• 屏蔽底层采用的物理传输介质
• 对传输层及以上的高层协议透明
• 具有良好的扩展性、可靠性和安全性

三十九、移动IPv4的基本工作过程

代理发现

• 移动代理周期性地发送代理通告报文，或为响应移动节点地代理请求而发送代理通告报文。
• 移动节点在接收到代理通告报文后，判断它是否从一个网络切换到另一个网络，是在家乡网络还是在外地网络。
• 在切换到外地网络时，可以选择使用外地代理提供的转交地址。

注册

目的

• 使移动节点获得外地代理的转发服务
• 使家乡代理知道移动节点当前的转发地址
• 家乡代理更新即将过期的移动节点的注册，或者注销回到家乡的移动节点

过程

通过外地代理注册的流程：

1. 移动节点发送注册请求报文到外地代理；
2. 外地代理处理注册请求报文，转发到家乡代理；
3. 家乡代理向外地代理发送注册应答报文，同意或拒绝；
4. 外地代理接收注册应答报文，将处理结果告知移动节点；

移动节点直接到家乡代理注册的过程：

1. 移动节点向家乡代理发送注册请求报文；
2. 家乡代理向移动节点发送一个注册应答，同意或拒绝；

分组路由

单播

1. 移动节点在外地网络上接收单播分组：首先会被传送到家乡代理；
2. 移动节点在外地网络上发送单播分组：通过外地代理或家乡代理转发都可以；

多播

1. 移动节点接收多播数据分组：通过外地代理和家乡代理都行；
2. 移动节点发送多播数据分组：通过外地代理和家乡代理都行；

注销

如果移动节点已经回到家乡网络，那么它需要向家乡代理进行注销。

四十、移动IP的服务质量QoS问题

• 考虑TCP
  • TCP timer
  • TCP拥塞控制
• 切换引起的中断时间与分组传输路径的变化；
• 新的传输路径不一定能够满足分组传输的要求；
• 区分服务机制不能适合于移动环境；
• 基于资源预留协议RSVP在切换完成后及时释放已分配资源；

四十一、QoSR与RSVP、DiffServ与MPLS

QoSR

QoSR涵盖的问题：

• 用于网络节点之间交换信息和收集网络状态信息的QoSR协议；
• 用于根据已知的网络状态信息计算满足QoS要求的QoSR算法；
• 配合QoSR实现的支撑技术在，RSVP、DiffServ、MPLS；

与流量工程的关系：

• 流量工程研究的主要目标是如何通过平衡负荷来降低分组通过传输网络时出现拥塞的概率，而QoSR是在流量工程中用于平衡负荷的一个重要手段；
• 通过平衡负荷来提高传输网络吞吐率也是QoSR研究的一个重要内容。

目的

为每个接收的QoS业务流提供服务质量保证，使网络的全局资源得到最佳利用。

RSVP

• 流flow定义为具有相同源IP地址、源端口号、目的IP地址、目的端口号、协议标识符与服务质量要求的分组序列。
• RSVP资源预留协议的设计思想是：源主机和目的主机在会话之前建立一个连接，路径上的所有路由器都要预留出此次会话所需要的带宽和缓冲区资源。

DiffServ

• RSVP是基于某个会话，DiffServ是基于某类应用
• RSVP要求所有路由器支持，DiffServ仅需一组路由器支持
• 协议简单、有效与可扩展

MPLS

• ”路由“是网络层的问题，是指路由器根据进入IP分组的目的地址、源地址，在路由表中找出下一跳路由器的输出端口的过程。
• ”交换“只需使用第二层的地址，如Ethernet的MAC地址或者是虚通路号。
• MPLS工作的核心机制是：路由仍使用第三层的路由协议来解决，而交换则是用第二层的硬件去完成，这样就可以将第三层成熟的路由技术与第二层的硬件快速结相结合在，达到提高主机性能和QoS服务质量的目的。

文章知识点与官方知识档案匹配，可进一步学习相关知识网络技能树首页概览22469 人正在系统学习中

来源：Ritannn