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计算机网络考研复习指导

小声吐槽

如果不是为了应付《计算机网络》课程的考试，这种书我是碰都不想碰的。《计算机网络》课程的考试极其死板，不想评价。

仅阅读第 1、2、3 章。

注意

  • b 与 B 的区别

第一章：计算机网络体系结构

  • 三种交换方式：
    • 电路交换：需要建立连接
    • 报文（message）交换：存储转发
    • 分组（packet）交换：解决报文过长问题
  • 拓扑结构：总线、星、环、网
  • 性能指标：速率、带宽（最高速率）、吞吐量（实际通过数据量）
    • 时延：发送时延、传播时延、处理时延、排队时延
    • 时延带宽积：发送的第一个比特到达时，发送方已经发送了多少比特
    • 往返时延（RTT）
    • 信道利用率
  • 网络结构相关术语：
    • 协议数据单元（PDU）：在不同层中的数据单元，包含服务数据单元（SDU）和协议控制信息（PCI）
    • 协议的组成：语法、语义、同步（时序）
    • 服务分类：连接/无连接、可靠/不可靠、应答/无应答
    • OSI 七层：
      • 应用层：FTP、HTTP、SMTP、DNS
      • 表示层
      • 会话层
      • 传输层：可靠传输，端到端，复用分用；TCP、UDP
      • 网络层：数据报（datagram），点对点，路由选择；IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP
      • 数据链路层：帧（frame）；SDLC、HDL、PPP、STP、帧中继
      • 物理层：比特流
    • TCP/IP 四层：
      • 应用层：FTP、HTTP、SMTP、DNS
      • 传输层：TCP、UDP
      • 网际层：IP
      • 网络接口层

第二章：物理层

  • 一些概念：
    • 码元
    • 基带（数字信道）、宽带（基带调制后频分复用模拟信道传输）
    • 单向、半双工、全双工
    • 波特率（码元）、比特率

  • 奈奎斯特定理：理想低通信道中，为避免码间串扰，极限码元传输速率为 \(2W\)，\(W\) 为信道带宽。用 \(V\) 表示码元离散电平数量，则极限数据率为

    \[ 2W \log_2 V \mathrm{(b/s)} \]

    结论：码元传输速率受限，必须使每个码元携带更多比特信息，采用多元制调制方法。

  • 香农定理：带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限传输速率（无差错传输）

    \[ W \log_2 (1 + \frac{S}{N}) \mathrm{(b/s)} \]

    \(10\log_{10}(S/N)\) 为信噪比，单位为 \(\mathrm{dB}\)。

    结论：信噪比越大速率越高；低于极限速率就有方法无差错传输。

  • 调制与编码：

    • 编码为数字信号：
      • 非归零编码 NRZ：有同步问题，需要带时钟线。
      • 归零编码 RZ：每个时钟周期中间跳变到 0 以同步时钟。
      • 反向归零编码 NRZI：信号的翻转代表 1，不变代表 0。
      • 曼彻斯特编码：每个码元中间跳变。前高后低代表 1，前低后高代表 0。占频段宽度是原始基带的两倍。标准以太网使用。
    • 调制为模拟信号：
      • 调幅 AM/ASK：振幅不同代表不同的二进制码。
      • 调频 FM/FSK：频率不同代表不同的二进制码。
      • 调相 PM/PSK：相位不同代表不同的二进制码。
      • 正交振幅调制 QAM：振幅和相位不同代表不同的二进制码。数据传输速率 \(R=B\log_2 (mn)\)，\(m\) 为相位数，\(n\) 为振幅数，\(B\) 为波特率。

  • 传输介质：

    • 模拟传输 - 放大器；数字传输 - 中继器
    • 双绞减少电磁干扰

第三章：数据链路层

  • 基本概念：

    • 点对点信道、广播信道（CSMA/CD、CSMA/CA）
    • 三种服务：
      • 无确认无连接：以太网
      • 有确认无连接：无线通信
      • 有确认有连接
    • 三种功能：封装成帧、透明传输、差错检测

  • 帧封装：

    • 解决问题：帧定界、帧同步、透明传输
    • 方法：字符计数、字节填充（数据中出现特殊字符时填充转义字符）、零比特填充（数据中出现定界符即连续 5 个 1 时添加 0，以避免出现连续 6 个 0，接收方逆操作）
  • 差错控制：
    • 自动重传请求 ARQ、前向纠错 FEC
    • 奇偶校验：\(n-1\) 位数据和 1 位校验位。使整个检验码中 1 的个数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验）。无法知道出错的位置。
    • 循环冗余码 CRC
    • 海明码
  • 流量控制与可靠传输
    • 停止 - 等待：应答后发送下一帧
    • 滑动窗口：
      • 停止 - 等待：窗口大小为 1
      • 后退 N 帧：发送窗口 \(>1\)，接收窗口 \(=1\)
      • 选择重传：发送窗口 \(>1\)，接收窗口 \(>1\)
    • 可靠传输：
      • 单帧滑动窗口协议 S-W
      • 多帧滑动与后退 N（GBN）
      • 多帧滑动与选择重传 SR
    • 信道利用率：发送周期内有效发送数据时间与总时间之比
  • 介质访问控制：
    • 信道划分：时分多路复用 TDM、频分多路复用 FDM、波分多路复用 WDM（光）
      • 码分多址 CDMA（Code-division multiple access）
    • 随机访问：
      • ALOHA：无需检测发送，等待随机时间重传
      • 时隙 ALOHA：只能在时隙开始时发送
      • CSMA（Carrier Sense Multiple Access）：p-坚持，监听到信道空闲后以概率 \(p\) 发送
      • CSMA/CD：先听后发、边听边发、冲突停发、随机重发
        • 最多经过 \(2\tau\) 时间后能知道冲突，称为争用期；争用期内发送的数据若无冲突，则后续数据也不会冲突
        • 最短帧长 \(2\tau\times v\)，\(v\) 为传输速率；对于以太网，最短帧为 64B（512bits），依此计算争用期
        • 截断二进制指数退避算法：从 \(2^k-1\) 内选择一个数 \(r\)，推迟 \(r\times 2\tau\) 时间后重传
      • CSMA/CA：无线网络，避免冲突
        • IFS：发送后监听帧间间隔再发送
        • RTS/CTS：请求发送/允许发送
    • 轮询访问：令牌传递协议，发送帧时必须等待令牌，同一时刻只有一个站点能发送