第一章 计算机网络概述

1、什么是计算机网络
答：计算机网络是利用通信设备与通信链路或者通信网络，互连位置不同、功能自治的计算机系统，并遵循一定的规则实现计算机系统之间信息交换。更为简短、概括性的定义：计算机网络是互连、自治的计算的集合。

2、网络协议的三要素是什么？每个要素的含义是什么？
网络协议的三要素：语法、语义、时序
语法的含义：定义实体之间交换信息的格式与结构，或者定义实体之间传输信号的电平等
语义的含义：实体之间交换的信息，除了协议用户需要传输的数据之外，通常还包括其他控制信息，比如地址信息等。语义就是定义实体之间交换的信息中需要发送（或包含）那些控制信息，这些信息的具体含义。以及针对不同含义的控制信息，接受信息端应如何响应。另外，有的协议还需要进行差错检测，这类协议通常会在协议信息中附加差错编码等控制信息，语义还需要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。
时序的含义：时序也成为同步，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

3、计算网络的功能是什么？
资源共享
硬件资源共享、软件资源共享、信息资源共享

4、按网络覆盖范围划分，主要有哪几类计算机网络？各有什么特点？
个域网 1-10m 局域网 10m-1km 城域网5-35km 广域网 跨国

5、按网络拓扑结构划分，主要有哪几类计算机网络？各有什么特点？
星形拓扑结构 总线型拓扑结构 环形拓扑结构 树形拓扑结构 网状拓扑结构 混合型拓扑结构

星形拓扑结构：优点：易于维护、拓展。缺点：对中心节点的压力较大，一旦中心节点超负荷，容易导致大面积瘫痪
总线型拓扑结构：优点：易于拓展，物理资源占用较少 缺点：覆盖范围有限
环形拓扑结构：
树形拓扑结构
网状拓扑结构
混合行拓扑结构

6、计算机网络结构主要包括哪几部分？每部分的主要功能是什么？
主要包括网络边缘、接入网络、网络核心
网络边缘的功能：为网络用户提供了网络应用服务
接入网络的功能：是实现网络边缘的端系统与网络核心链接与接入的网路
网络核心的功能：网络核心是由通信链路互连的分组交换设备构成的网络，作用是实现网络边缘中主机之间的数据中继与转发。

7、简要描述你了解的接入网络，这些接入网络都有什么特点？经常使用的是哪类接入网络 ？
电话拨号接入网络、非对称数字用户线路ADSL、混合光缆接入网络

8、请简述电路交换工作过程以及电路交换的特点。
电路交换工作过程：建立电路、传输数据、拆除电路。
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，通信结束后拆除电路连接，电路交换的优点是实时性高，时延和时延抖动都较小，缺点是对于突发性数据传输，信道利用率低，且传输通道单一，电路交换主要适用于语音和视频这类实时性强的业务。

9、什么是报文交换？什么是分组交换？试比较两者的优劣。
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/接受主机的地址及其他控制信息，构成一个完整的报文。然后以报文为单位在交换网络的各节点之间以存储-转发的方式传送，直至送达目的主机。一个报文在每个结点的延迟时间，等于接收报文所需的时间加上向下一个节点转发所需的排队延迟时间之和。
分组交换是报文交换的一种改进，他将一个完整报文拆分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。分组交换是计算机网络使用最广泛的一种数据交换技术，现在计算机网络几乎都是分组交换网络。
分组交换与报文交换相比，两者都采用存储-转发交换方式，最主要的区别在于是否将报文拆分为更小的分组。分组交换在拆分与组装分组过程中，一方面会消耗一定的计算机资源，另一方面还需要附加更多的控制信息，会在一定程度上降低有效数据传输效率。因此表面上看，似乎报文交换更优于分组交换。单实质上，这个表面上的微小变化却大大地改善了交换网络的性能。与报文交换相比，分组交换主要有如下优点。
（1）交换设备存储容量要求低
作为存储-转发交换方式，报文交换需要缓存整个报文，当报文很大时，要求报文交换设备具有很大的存储容量；分组交换将大报文拆分为较短的分组进行传输。理论上讲，分组交换设备只要能缓存一个小分组，网络就可以工作。因此分组交换可以大大降低对网络交换节点的存储容量要求。
（2）交换速度快
报文交换在缓存大报文时，有可能需要将报文存储到速度较慢的外存储设备上，使得报文交换设备完成报文转发需要较长时间；分组交换设备由于只需要缓存一定数量的较短的分组，因此可以利用主存储器进行存储-转发处理，不需要访问外存，处理转发速度加快。另外，在分组交换网络中，多个分组可以在网络中的不同链路上进行并发传送，大大提高传输效率和线路利用率，大幅缩短整个报文通过网络的时间。
（3）可靠传输效率高
网络通信通常需要确保可靠、无差错地实现数据从源主机向目的主机的传输。实际通信链路不可能实现100%无差错，对于传输过程出错的数据，纠正错误的最常见措施是请求发送方重新发送出错的数据，知道接收端接收到正确的数据位置。对于报文交换网络，一个报文出现差错（哪怕1位出错），需要重传整个报文；对于分组交换网络，一个分组出现差错，只需重传出错的分组，并不需要重传所有由同一报文拆分出来的分组。报文长度通常远大于分组长度，在差错概率相同的条件下，报文交换网络中的一个报文出现差错的概率，大于分组交换网络中一个分组出现差错的概率，而重传一个报文的代价要远远大于重传一个分组的代价。因此，在存在拆错可能的情况下，分组交换实现可靠传输的效率要高于报文交换。
（4）更加公平
报文交换网络中，数据是以报文为单位进行存储-转发的，如果两个大小差异很大的报文沿相同路径向相同的目的传输，且打包问在缓存队列中排在前面，小报文排在后面，按照最常见的转发调度规则，即先到先服务，大报文在每个交换节点上总是在小报文之前转发，小报文只有等待大报文转发结束后才能转发。在这种场景下，小报文将经历根长的时间通过网络送达目的地。显然，报文交换不能确保小报文用更短的时间通过网络，是不公平的。同样的场景，对于分组交换，如果分组大小相同，那么大报文将拆分出更多的分组，小报文将炒粉出较少的分组，不同报文的分组在交换节点上可能交替排队，每个分组通过网络的时间相当，总体上，小报文将用较短时间哦通过网络到达目的。因此，分组交换更加公平。

10、OSI参考模型包括几层？每层的主要功能是什么？
OSI参考模型采用分层结构化技术，将整个计算机网络的通信功能分为七层，由底层到高层分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，每一层都有特定的功能，并且上一层利用下一层的功能所提供的服务，完成本层功能。
（1）物理层：物理层的主要功能是在传输介质上实现无结构比特流传输。
（2）数据链路层：数据链路层的主要功能是实现在相邻结点之间数据可靠而有效的传输。
（3）网络层：网络层解决的核心问题是如何将分组通过交换网络传送至目的主机，因此网络层的主要功能是数据转发与路由。
（4）传输层：传输层的功能主要包括复用/分解（区分发送和接受主机上的进程）、端到端的可靠数据传输、连接控制、流量控制和拥塞控制机制等。
（5）会话层：会话层是指用户与用户的连接，通过在两台计算机间建立、管理和终止通信来完成对话。会话层的主要功能：在建立会话时核实双方身份是否有权参加会话；确定双方支付通信 费用；双方在各种选择功能方面（如双全工还是半双工通信）取得一致：在会话建立以后，需要对进程间的对话进行管理与控制，例如，对话过程中某个环节出了故障，会话层在可能条件下必须保存这个对话的数据，使数据不丢失，如不能保留，那么终止这个对话，并重新开始。在实际的网络中，会话层的功能已经被应用层所覆盖，很少单独存在。
（6）表示层：表示层主要勇于处理应用实体间交换数据的语法，其目的是解决格式和数据表示的差别，从而为应用层提供一个一致的数据格式，使字符、格式等有差异的设备之间相互通信。除此之外，表示层还可以实现文本压缩/解压缩、数据加密/解密、字符编码的转换等功能。这一层的功能在某些实际数据通信网络中是由应用层来实现的，而且表示层不独立存在。
（7）应用层：应用层与提供给用户的网络服务相关，这些服务非常丰富，包括文件传送、电子邮件，P2P应用等。应用层为用户提供了一个使用网络应用的“接口”。
OSI参考模型的七层中，1-3层主要是完成数据交换和数据传输，称之为网络低层；5—7层主要是完成信息处理服务的功能，称之为网络高层：底层与高层之间由第四层衔接。

11、TCP/IP参考模型包括几层？每层主要包括哪些协议？
TCP/IP参考模型包括四层，通常每一层封装的数据包采用不同的名称，如图所示。

（1）应用层
TCP/IP参考模型将OSI参考模型中会话层和表示层的功能合并到了应用层来实现。在internet上常见的一些网络应用大多在这一层，用户通过应用层来使用Internet提供的各种服务，例如，www服务、文件传输、电子邮件等。每一种应用都使用了相应的协议来讲用户的数据（网页、文件、电子邮件等）按照协议定义的格式进行封装，以便达到对应的控制功能，然后再利用下一层即传输层的协议进行传输，例如，www服务的应用层协议为HTTP、文件传输的应用层协议是FTP、电子邮件应用层协议包括SMTP和POP3等。每一个应用层协议一般都会使用到两个传输岑该协议之一进行数据传输：面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据报协议UDP。
（2）传输层
当应用层的程序将用户数据按照特定应用层协议封装好后，接下来就是由传输层的协议负责把这些数据传输到接收方主机上对等的应用层程序。传输层协议为运行在不同主机上的进程提供了一种逻辑通信机制，之所以叫做逻辑通信，是因为两个进程之间的通信就像所在的两个主机存在直接连接一样。七十，两个主机可能相距很远，两者的物理连接可能经过了多个交换机/路由器，传输路径可能由不同类型的物理链路组成。利用这种逻辑通信机制，两个进程可以不用考虑两者之间的物理连接方式而实现发送/接受消息。传输层协议可以解决（如果需要）注入端到端可靠性，保证数据按照正确的顺序到达等问题。实际上，传输层负责在网络层和应用层之间传递消息，丝毫不会涉及消息如何再网络中传输，这个任务交给下面的网络互联层去解决。TCP/IP参考模型的传输层主要包括面向连接、提供可靠数据流传输的传输控制协议TCP和无连接不提供可靠数据传输的用户协议报协议UDP。
（3）网络互联层
网络互联层是整个TCP /IP参考模型的核心，主要解决把数据分组发往目的网络或主机的问题。在这个过程中，要为分组的传输选择相应的路径（路由选择），完成分组的转发，提供网络层寻址-IP地址。网络互连层除了需要完成路由的功能外，也可以完成将不同类型的网络（异构网）互连的任务。再TCP/IP参考模型中，网络互联曾的核心协议是IP，负责定义分组的格式和传输。IP是无连接不可靠网络协议，因此，IP分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，并且可能存在分组丢失现象。网络互联曾还包括互联网控制报文协议ICMP、互联网多播组管理协议IGMP以及路由协议，如BGP\OSPF和RIP等。
（4）网络接口层
实际上，TCP/IP参考模型没有真整描述这一层的实现，只是要求能够提供给其上层—网络互联层一个访问接口，以便在其上传递IP分组。由于这一层未被定义，所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。实际上，这一层对应OSI参考模型中的数据链路层和物理层，网络层IP分组在这一层被封装到底层网络的链路层数据帧中，并最终以比特流的形式在物理介质上进行传输。

12、考虑两台主机A和主机B由一条带宽为R，长度为D的链路互连，信号传播速率为V，假设主机A从t=0时刻开始向主机B发送分组，分组长度为L位，失球