知识点库

计算机网络是将地理上分散的计算机通过通信线路互连，实现资源共享和信息传递的系统。

分层模型将网络功能划分为若干层次，每层只与相邻层交互，通过接口提供服务。

协议由语法、语义和时序三要素组成；服务分为面向连接和无连接两种。

网络性能指标包括带宽、时延(发送+传播+排队+处理)、吞吐量、时延带宽积和利用率。

计算机网络按覆盖范围分为LAN/MAN/WAN，按拓扑分为星形/总线/环形/网状。

OSI七层模型是理论标准，TCP/IP四层模型是实际使用的Internet协议体系。

信道复用技术让多个信号共享同一信道，有频分(FDM)、时分(TDM)、波分(WDM)和码分(CDM)。

数字数据的编码方式有NRZ、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码，各有自同步特性。

物理层定义了机械、电气、功能和过程特性，负责在物理介质上传输原始比特流。

数据通信基础包括信号、信道、带宽等概念，通信方式分为单工、半双工和全双工。

数字数据可编码为数字信号或调制为模拟信号(ASK/FSK/PSK/QAM)进行传输。

传输介质分为有线(双绞线/同轴电缆/光纤)和无线(无线电/微波/红外)两大类。

物理层设备有中继器(放大信号延长距离)和集线器(多端口中继器，共享带宽)。

奈奎斯特定理给出无噪声信道容量C=2W·log₂V，香农定理给出有噪声信道极限C=W·log₂(1+S/N)。

电路交换建立专用通路延迟小但利用率低，分组交换存储转发利用率高但有延迟。

数据报方式每个分组独立路由可能乱序，虚电路方式先建立逻辑连接保证有序。

CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测，用于以太网，最小帧长=2×传播时延×数据速率。

数据链路层负责相邻节点间的可靠帧传输，功能包括组帧、差错控制、流量控制和访问控制。

组帧方法有字符计数法、字节填充法、比特填充法和违规编码法，确定帧的边界。

差错控制通过检错码(奇偶校验/CRC)发现错误，通过纠错码(海明码)纠正错误。

流量控制防止发送方过快，滑动窗口机制同时实现流量控制和可靠传输。

介质访问控制解决多个节点共享信道的问题，分为信道划分、随机访问和轮询三类。

以太网是最广泛使用的局域网技术，使用CSMA/CD，MAC地址48位，帧长64-1518字节。

广域网使用点对点链路，PPP协议是最常用的广域网数据链路层协议。

链路层设备有网桥和交换机，交换机通过学习MAC地址表实现按端口转发，隔离冲突域。

SR只重传出错的帧，接收方缓存失序帧，发送窗口和接收窗口都≤2^(n-1)。

CRC是最常用的检错码，海明码可以纠正1位错误，检错能力由海明距离决定。

停止等待协议发一帧等一个ACK，简单但信道利用率低，利用率=Tframe/(Tframe+2Tprop+Tack)。

GBN允许连续发送多帧，出错时从出错帧开始全部重传，发送窗口≤2^n-1。

信道划分将共享信道按频率/时间/波长/码字分为多个子信道，各用户独占子信道无冲突。

随机访问协议允许站点随时发送，可能冲突，包括ALOHA、CSMA及其变体。

令牌传递协议中令牌在环上循环，持有令牌的站才能发送数据，无冲突但有等待延迟。

IEEE 802.11无线局域网使用CSMA/CA避免冲突，用RTS/CTS解决隐藏终端问题。

VLAN通过交换机端口或802.1Q标签将物理LAN划分为多个逻辑LAN，隔离广播域。

32 位分网络号和主机号，掩码划分子网；网络地址 = IP AND 掩码。

网络层负责不同网络间的分组转发和路由选择，核心协议是IP。

路由算法分为距离向量(Bellman-Ford)和链路状态(Dijkstra)两大类，各有优缺点。

层次路由将Internet划分为自治系统(AS)，AS内用域内路由协议，AS间用域间路由协议。

IPv4地址32位，分为网络号和主机号，有A/B/C/D/E五类，私有地址不在Internet上路由。

IPv6地址128位，简化了头部，取消校验和和分片字段，支持即插即用。

ARP将IP地址解析为MAC地址，通过广播请求单播应答，ARP缓存加速后续查询。

ICMP用于报告网络错误和提供诊断信息，ping用回送请求/应答，traceroute用TTL超时。

NAT将私有IP地址转换为公有IP地址，NAPT还转换端口号，解决IPv4地址不足问题。

VPN利用公共网络建立加密隧道实现安全的私有通信，常用IPsec协议保护数据。

SDN将网络控制平面与数据平面分离，由集中式控制器统一管理网络转发策略。

网络层拥塞控制防止网络过载，分为开环(预防)和闭环(检测+恢复)两种策略。

子网划分借用主机位作为子网号，CIDR取消分类用前缀长度表示网络，支持路由聚合。

RIP使用距离向量算法，以跳数为度量(最大15)，每30秒交换路由表，适合小型网络。

OSPF使用链路状态算法和Dijkstra，支持区域划分和多种度量，收敛快适合大型网络。

BGP是域间路由协议，基于路径向量算法，使用TCP连接，考虑策略而非最短路径。

IP组播使用D类地址(224.0.0.0-239.255.255.255)，IGMP管理组成员，组播路由实现高效分发。

移动IP允许移动节点在切换网络时保持IP地址不变，通过家乡代理和外地代理实现。

路由器由输入端口、交换结构、输出端口和路由处理器组成，用最长前缀匹配转发分组。

UDP是无连接不可靠的传输协议，头部仅8字节，适合实时应用如DNS、视频流。

拥塞控制防止过多数据注入网络导致性能下降，TCP通过慢开始、拥塞避免等机制实现。

传输层提供端到端的逻辑通信，通过端口号实现进程间的复用和分用。

UDP数据报由8字节头部和数据组成，头部包含源端口、目的端口、长度和校验和。

面向连接的可靠传输，三次握手四次挥手，序号 32 位，有拥塞控制和流量控制。

TCP报文段头部最小20字节，包含序号、确认号、窗口大小、标志位等关键字段。

TCP三次握手建立连接(SYN→SYN+ACK→ACK)，四次挥手释放连接(FIN→ACK→FIN→ACK)。

TCP通过序号、确认、超时重传和快速重传机制实现可靠传输，保证数据无差错有序不丢失。

TCP流量控制通过滑动窗口机制实现，接收方通过rwnd字段告知发送方可接收的数据量。

TCP拥塞控制经历慢开始(指数增)→拥塞避免(线性增)→快重传→快恢复四个阶段。

端口号16位(0-65535)，分为知名端口(0-1023)、注册端口(1024-49151)和动态端口(49152-65535)。

无连接服务(UDP)不需要建立连接直接发送，面向连接服务(TCP)需要三次握手建立连接。

UDP校验和通过伪首部+UDP头部+数据计算反码求和，IPv4中可选，IPv6中必须。

HTTP是无状态的请求-响应协议，基于TCP，定义了GET/POST等方法和状态码。

网络应用模型有客户端-服务器(C/S)模式和对等(P2P)模式两种基本架构。

DNS将域名解析为IP地址，采用分层命名和分布式数据库，支持递归和迭代查询。

FTP使用两个TCP连接：控制连接(端口21)持久保持，数据连接(端口20)按需建立。

电子邮件系统由MUA、MTA、MDA组成，发送用SMTP协议，接收用POP3或IMAP协议。

WWW由URL(定位)、HTML(表示)和HTTP(传输)三大技术组成，是Internet最重要的应用。

HTTP从1.0(非持久)到1.1(持久+管线化)到2.0(多路复用)到3.0(基于QUIC/UDP)不断演进。

DHCP动态分配IP地址，通过discover→offer→request→ack四步完成，使用UDP端口67/68。

Telnet提供远程终端登录功能使用端口23明文传输，SSH是其加密替代品使用端口22。

P2P模型中每个节点既是客户端又是服务器，具有自扩展性，典型应用有BitTorrent。

SMTP用于发送邮件(端口25)是推协议，POP3用于接收邮件(端口110)是拉协议。