1、電路交換與分組交換
- 電路交換特點：資源會被預留
- 電路交換分為：頻分多路複用以及時分多路複用
- 優點：可以為一個通話保證特定數量的端到端頻寬
- 缺點：效率低
- 分組交換特點：資源不會被預留
- 優點：效率高
今天的因特網就是分組交換的典範！
分組交換中的時延
處理時延、排隊時延、傳輸時延、傳播時延、傳輸時延
這其中要特別注意傳輸時延與傳播時延的區別!!!
傳輸時延:
R= 鏈路頻寬 (bps)
L= 分組長度 (位元)
傳送位元進入鏈路的時間= L/R
傳播時延:
d = 物理鏈路的長度
s = 在媒體中傳播的速度 (~2x108 m/sec)
傳播時延 = d/s
分組交換對比電路交換
電路交換
- 在資料傳輸前，必須建立端到端的連線
- 一旦某個節點故障，必須重新建立連線
- 連線建立後，資料的傳輸沒有額外的延時
- 資料中不必包含地址域，僅需較短的虛電路號
- 資料按序傳輸，但通道的使用率較低
- 適合長時間傳輸大批量的資料，如流資料
分組交換
- 在資料傳輸前，不必建立端到端的連線
- 只要下一個節點空閒，即可傳輸
- 通道的使用率較高
- 資料的傳輸採用儲存轉發，延時不可估計
- 資料中必須包含地址域
- 接收到的分組不一定按序，可能還需重組
- 適合傳輸文字型資料
2、因特網的分層模型：
應用層: 支援網路應用
FTP、HTTP、DNS、SMTP、DHCP、 RIP 等運輸層: 主機到主機資料傳輸
TCP, UDP網路層: 從源到目的地資料包的選路
ARP、IP、ICMP、OSPF、BGP等資料鏈路層: 在鄰近網元之間傳輸資料
ALOHA、CSMA或CSMA/CD、TDMA、FDMA、CDMA物理層: “線上上”的位元
任何一種調製解調體制
應用層報文： 應用層協議分佈在多個端系統上。一個端系統中的應用程式使用協議交換資訊分組。我們將這種位於應用層的資訊分組稱為報文。
運輸層報文段：運輸層的分組
網路層資料包：因特網中的網路層分組
資料鏈路層幀：鏈路層分組
物理層位元： 物理層分組
3、UDP和TCP詳解
UDP特點：是無連線的運輸層協議
優點：
- 應用層能夠更好地控制要傳送的資料和傳送時間
- 無需建立連線
- 無連線狀態
- 分組首部開銷小
應用：
- 常用於流式多媒體應用
- 丟包容忍
- 速率敏感
- 其他
- DNS
- SNMP
TCP特點：
- 點到點
- 可靠、有序
- 全雙工
- 面向連線
- 流量控制
- 擁塞控制
當TCP剛開始建立連線時，SYN=1，ACK=SEQ+1；中間傳輸資料時確認號只跟傳輸資料有關。
問題：TCP協議採用了哪些機制保證資料的可靠傳輸？
- 連線時的 三次握手以及斷開時的四次握手
- 確認機制（超時、稍帶確認）
- 擁塞控制、流量控制
TCP中擁塞控制的方法：
- 加性增，乘性減
- 慢啟動
- 對超時事件做出反應
加性增：沒有檢測到擁塞的情況下，收到一個確認後就把擁塞視窗值增大一點（線性）
乘性減：每發生一次丟包事件就將當前的擁塞視窗值減半
這裡要特別注意擁塞控制、流量控制的區別
擁塞控制：防止過多的資料注入到網路中，這樣可以使網路中的路由器不至於過載。擁塞控制的前提是：網路能夠承受現有的網路負荷。
流量控制：點對點通訊量的控制。控制傳送端的傳送資料的速率。
這裡要特別注意選擇重傳、回退N步的區別
選擇重傳：只重傳出現差錯的資料幀。但這時必須加大接收視窗，以便先收下傳送序列號不連續但仍在接收視窗中的資料幀。等到所缺序號的資料幀收到後再一併交給主機。
回退N步：當接收方檢測出失序的資料幀後，要求傳送方重發最後一個正確接收的資訊之後所有未確認的幀；或者當傳送方發了N個幀以後，發現N幀的前一幀在計時器超時後仍未返回其確認資訊，則該幀被判超時或者出錯，此時傳送方不得不重新傳送出錯幀以及其後的幀。
4、選路和轉發
轉發：當一個分組到達某路由器的一條輸入鏈路時，該路由器必須將該分組移動到適當的輸出鏈路。
選路：當分組從傳送方流向接收方時，網路層必須決定這些分組所採用的路由或路徑。
選路是指分組從源到目的地時，決定端到端路徑的網路範圍的程式。
轉發是指將分組從一個輸入鏈路介面轉移到適當的輸出鏈路介面的路由器本地動作。
5、IP
IP的報文格式如下圖所示：
因特網的地址分配策略被稱為無類別域間選路（CIRD）。在採用CIRD之前，IP地址被分為A,B,C,D,E五類，分別為：
不過在這之間，有幾個私有地址，是不能夠被使用的，包括：
- A類 10.0.0.0 --10.255.255.255
- B類 172.16.0.0--172.31.255.255
- C類 192.168.0.0--192.168.255.255
６、選路演算法
- 鏈路狀態選路演算法（LS演算法）
- 使用迪傑斯特拉演算法來計算
- 距離向量演算法（DV演算法）
- 分散式的，是因為每個節點都要從一個或多個直接相連的鄰居接收某些資訊，執行計算，然後將計算結果發回給鄰居；
- 迭代的，是因為此過程一直要持續到鄰居之間沒有更多的資訊要交換為止；
- 非同步的，是因為它不要求所有節點相互之間步伐一致地操作；
每個節點x以Dx(y)開始，對N中的所有節點估計從它自己到節點y的最低費用路徑的費用；當節點x從它的任何一個鄰居v接收到一個新距離向量時，它儲存v的距離向量，然後使用Bellman-Ford方程更新它自己的距離向量
$$D_x(y) ← min_v(c(x,v) + D_v(y))$$
只要所有的節點繼續以非同步方式交換它們的距離向量，每個費用估計Dx(y)就收斂到dx(y)，dx(y)是從節點x到節點y的實際最低費用路徑的費用。
兩者之間的比較：
- LS：
- 向網路上所有其它節點廣播訊息
- 訊息僅包括到鄰居節點的距離
- 收斂速度比較快
- 能夠廣播不正確的鏈路資訊
- 沒有無窮計數的問題
- DV：
- 僅與鄰居節點交換訊息
- 訊息包括到所有節點的最短距離
- 收斂速度比較慢
- 能夠廣播不正確的路徑資訊
- 有無窮計數的問題
其他選路演算法還包括層次選路。
7、多路訪問協議
1、通道劃分協議
通道劃分協議主要分為時分多路複用 (TDM)、頻分多路複用 (FDM)、分碼多重進接（CDMA ）。
設通道支援N個節點，傳輸速率是R b/s。
- 時分多路複用 (TDM)：
將時間劃分為時間幀，每個時間幀再劃分為N個時隙（長度保證傳送一個分組），分別分配給N個節點。每個節點只在固定分配的時隙中傳輸。
例：6個站點的LAN, 時隙1、3、4 有分組, 時隙2、5、6 空閒
特點：
1、避免衝突、公平：每個節點專用速率R/N b/s
2、節點速率有限：R/N b/s
3、效率不高：節點必須等待它的傳輸時隙
- 頻分多路複用 (FDM)：
例： 6個站點的LAN, 頻帶1、3、4 有分組, 頻帶2、5、6 空閒將總通道頻寬R b/s劃分為N個較小通道（頻段，頻寬為R/N），分別分配給N個節點。複製程式碼
特點：
1、避免衝突、公平：N個節點公平劃分頻寬；
2、節點頻寬有限、效率不高
3、節點頻寬為R/N
分碼多重進接（CDMA ）
- 給每個節點分配一個不同的程式碼（CDMA程式碼，碼片序列）；
- 每個節點用惟一的程式碼對要傳送的資料進行編碼；
不同節點可以同時傳送，並正確到達接收方（不會互相干擾）。
最初：用於軍事通訊，抗干擾能力強；
目前：用於行動通訊、無線多路訪問通道等。
2、隨機接入協議
基本思想：
- 傳送節點以通道全部速率（R b/s）傳送；
- 發生衝突時，衝突的每個節點分別等待一個隨機時間，再重發，直到幀(分組)傳送成功。
典型的隨機接入協議：
1.ALOHA協議（要求所有的節點同步它們的傳輸）
2.載波監聽多路訪問CSMA協議
3.帶衝突檢測載波監聽多路訪問CSMA/CD
載波監聽：一個節點在傳輸前先聽通道。如果來自另一個節點的幀正在向通道上傳送，節點則等待一段隨機時間。再監聽通道。如果監聽到該通道是空閒的，則該節點進行幀傳輸。否則，該節點等待另一段隨機時間，繼續重複這個過程。
碰撞檢測：一個傳輸節點在傳輸時一直在監聽通道，如果它檢測到另一個節點正在傳輸干擾幀，它就停止傳輸，用某個協議來確定它應該在什麼時候再嘗試下一次傳輸。
CSMA
特點：
1、發前監聽，可減少衝突。
2、由於傳播時延的存在，仍有可能出現衝突，並造成通道浪費。
例子：一個廣播匯流排連線4個節點(A、B、C、D)傳輸的時空圖。
時間t0：節點B偵聽到通道空，開始傳輸幀，沿著媒體傳播位元。
時間t1（t1>t0）：節點D有幀要傳送。B的傳輸訊號未到D，D檢測到通道空，開始傳輸。很快，B的傳輸開始在D節點干擾D的傳輸（衝突）。
端到端通道傳播時延：訊號從一個節點到另一個節點所花費的傳播時間。
傳播時延越長，節點不能偵聽到另一個節點已經開始傳輸的可能性越大。
很顯然，這就帶來了一些問題：
節點沒有進行衝突檢測，既使發生了衝突，節點仍繼續傳輸它們的幀。但該幀已經被破壞、是無用的幀，通道傳輸時間被浪費。
CSMA/CD（乙太網即採用CSMA/CD協議）
兩個節點B、D在檢測到衝突之後很短的時間內都放棄傳輸。
3、輪流協議
- 輪詢協議
指定一個主節點，以迴圈的方式輪詢每個節點。並告訴節點能夠傳輸的最大幀數。輪詢順序： 1->2-> …… ->n 。
主節點通過觀察通道上是否有訊號來判斷節點何時完成了幀的傳送，再詢問下一節點。
特點
1、消除衝突和空時隙，效率高。
2、有輪詢時延：活動節點不能立即傳輸幀，等待被輪詢。
3、如果主節點失效，整個通道都不能用。
- 令牌傳遞協議
沒有主節點。設定一個令牌(token，小的專用幀)；令牌以固定順序迴圈傳遞，給節點傳輸機會。如：1->2-> …… ->n
節點收到令牌：
1.有幀要傳送，傳輸，傳完後將令牌轉發到下一節點；
- 否則，直接將令牌轉發到下一節點。
特點：
1、令牌傳遞是分散的，效率高。
2、一個節點的失效會使整個通道崩潰。
3、一個節點忘記釋放令牌，必須恢復令牌到環中。
8、地址解析協議------ARP
ARP協議的主要功能是將32位IP地址轉換為48位實體地址。
工作過程：首先每臺主機都會在緩衝區建立一個ARP列表，以表示IP與MAC的對應關係。當有資料包傳送時，會先檢查ARP列表中是否存在該IP對應的MAC地址，如果有，則直接將包傳送到這個MAC地址，如果沒有，就向本地網段發起一個ARP請求的廣播包，網路中所有主機收到這個ARP包後，會先檢查自己的IP是否與包中的IP地址一致，如果不一致則忽略，如果一致，則將傳送端的MAC地址和IP地址新增到自己的ARP列表中（已存在的則覆蓋），然後向傳送端傳送一個響應包，當傳送方收到該響應包後,將接收方的IP與MAC新增到自己的ARP列表中。然後開始資料的傳輸。
9、交換機與路由器的比較
| 交換機 | 路由器 |
|---|---|
| 即插即用 | 不是即插即用 |
| 較高的分組過濾和轉發率 | 網路定址是層次的 |
| 可能產生“廣播風暴” | 冗餘路徑分組不會在路由器中迴圈 |
總結：小網路採用交換機，大網路採用路由器
10、簡答題部分：
RIP工作原理：
RIP協議是基於距離向量演算法的一種動態路由協議，路由實現時，RIP作為一個系統長駐程式（daemon）而存在於路由器中，負責從網路系統的其它路由器接收路由資訊，從而對本地IP層路由表作動態的維護，保證IP層傳送報文時選擇正確的路由。同時負責廣播本路由器的路由資訊，通知相鄰路由器作相應的修改。RIP協議處於UDP協議的上層，RIP所接收的路由資訊都封裝在UDP協議的資料包中，所以它是種應用層協議。
說明區域網的介質訪問控制協議的主要目的，並概述CSMA/CD協議的工作過程。
主要目的是：提供定址及媒體存取的控制方式，使得不同裝置或網路上的節點可以在多點的網路上通訊而不互相沖突
工作過程：CSMA/CD（載波偵聽多路訪問/衝突檢測）在傳送幀的同時對通道進行偵聽，以確定是否發生衝突，若在傳送資料過程中檢測到了衝突，則傳送阻塞資訊並立即停止傳送資料，然後等待隨機時間再次傳送。
MAC地址和IP地址有什麼本質區別？
MAC地址是資料鏈路層地址，IP地址是網路層地址；
MAC地址沒有結構性涵義，IP地址有結構性涵義，表示計算機與網路之間的連線關係。
IP地址就是給每個連線在因特網上的主機（或路由器）分配一個在全世界範圍內是唯一的32位的識別符號，從而把整個因特網看成是一個單一的，抽象的網路；在實際網路的鏈路上傳輸資料幀時，最終還是要用到實體地址；
MAC地址在一定程度屬於硬體一致，基於物理層。能標識具體的鏈路通訊物件，IP地址給予邏輯域的劃分，不受硬體控制；
作為中間系統。轉發器、網橋、路由器和閘道器有何區別？
轉發器：是物理層中間裝置。主要作用是在物理層中實現透明的二進位制位元複製，以補償訊號衰減。
網橋：是資料鏈路層的中間裝置。主要作用是根據MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發。網橋具有過濾幀的功能。
路由器：網路層的中間裝置。作用是在互連網中完成路由選擇的功能。
閘道器：網路層以上的中間系統。作用是在高層進行協議的轉換以連線兩個不相容的系統。
試簡單說明下列協議的作用：IP、ARP、RARP和ICMP。
IP協議：實現網路互連。使參與互連的效能各異的網路從使用者看起來好像是一個統一的網路。
ARP協議：完成IP地址到MAC地址的對映。
RARP：使只知道自己硬體地址的主機能夠知道其IP地址。
ICMP：允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關異常情況的報告。從而提高IP資料包交付成功的機會。
C/S模式和P2P模式的區別
①：C/S結構是一種客戶端/伺服器結構，客戶端與伺服器之間是主從關係，是一種一對多的模式。它的資訊和資料需要儲存在伺服器上，若使用者要瀏覽和下載資訊，必須先訪問伺服器，才能瀏覽和下載資訊，而且客戶機之間沒有互動的能力。相反，P2P模式不分提供資訊伺服器和索取資訊的客戶端，每一臺電腦都是資訊的釋出者和索取者，對等點之間能互動，無需使用伺服器。
②：C/S模式中資訊的儲存和管理比較集中、穩定，伺服器只公佈使用者想公佈的資訊，並且會在伺服器中穩定地儲存一段時間，該伺服器通常也不間斷的執行在網路間。而P2P缺乏安全機制，P2P是能給使用者帶來方便，但也會帶來大量垃圾資訊，而且各個對等點可以隨便進入或者退出網路，會造成網路的不穩定。
③：從安全的角度來說，因為系統會出現漏洞，而C/S模式採用集中管理模式，客戶端只能被動地從伺服器獲取資訊，所以一旦客戶端出了差錯，並不會影響整個系統。
④：C/S模式的管理軟體更新的較快，要跟上技術，必須花費大量精力和金錢在軟體的更新換代上，而且工作人員要維護伺服器和資料庫，也要耗費大量資金。相反的P2P不需要伺服器，也就不必耗費大量資金，而且每個對等點都可以在網路上釋出和分享資訊，這使得閒散資源得以充分的利用。
在一個網際網路中，能否使用一個很大的交換機(switch)來代替網際網路中很多的路由器？
不行。交換機和路由器的功能是很不一樣的。
交換機可在一個單個的網路中和若干個計算機相連，並且可以將一個計算機傳送過來的幀轉發給另一個計算機。從這一點上看，交換機具有集線器的轉發幀的功能。
但交換機比集線器的功能強很多。集線器在同一時間只允許一個計算機和其他計算機進行通訊，但交換機允許多個計算機同時進行通訊。
路由器連線兩個或好幾個網路。路由器可在網路之間轉發分組（即IP資料包）。特別是，這些互連的網路可以是異構的。
因此，如果是許多相同型別的網路互連在一起，那麼用一個很大的交換機（如果能夠找得到）代替原來的一些路由器是可以的。但若這些互連的網路是異構的網路，那麼就必須使用路由器來進行互連。
路由表中只給出到目的網路的下一跳路由器的IP地址，然後在下一個路由器的路由表中再給出再下一跳的路由器的IP地址，最後才能到達目的網路進行直接交付。採用這樣的方法有什麼好處？
這樣做的最大好處就是使得路由選擇成為動態的，十分靈活。當IP資料包傳送到半途時，若網路的情況發生了變化（如網路拓撲變化或出現了擁塞），那麼中途的路由器就可以改變其下一跳路由，從而實現了動態路由選擇。
IP協議有分片的功能，但廣域網中的分組則不必分片。這是為什麼？
IP資料包可能要經過許多個網路，而源主機事先並不知道資料包後面要經過的這些網路所能通過的分組的最大長度是多少。等到IP資料包轉發到某個網路時可能才發現資料包太長了，因此在這時就必須進行分片。
重點內容但廣域網能夠通過的分組的最大長度是該廣域網中所有主機都事先知道的。源主機不可能傳送網路不支援的過長分組。因此廣域網就沒有必要將已經傳送出的分組再進行分片。
TCP三次握手
在TCP/IP協議中，TCP協議提供可靠的連線服務，採用三次握手建立一個連線。
第一次握手：建立連線時，客戶端傳送SYN包(SYN=j)到伺服器，並進入SYN_SEND狀態，等待伺服器確認；
第二次握手：伺服器收到SYN包，必須確認客戶的SYN（ACK=j+1），同時自己也傳送一個SYN包（SYN=k），即SYN+ACK包，此時伺服器進入SYN_RECV狀態；
三次握手協議第三次握手：客戶端收到伺服器的SYN＋ACK包，向伺服器傳送確認包ACK(ACK=k+1)，此包傳送完畢，客戶端和伺服器進入ESTABLISHED狀態，完成三次握手。
通過這樣的三次握手，客戶端與服務端建立起可靠的雙工的連線，開始傳送資料。
三次握手的最主要目的是保證連線是雙工的，可靠更多的是通過重傳機制來保證的。
但是為什麼一定要進行三次握手來保證連線是雙工的呢，一次不行麼？兩次不行麼？
“三次握手”的目的是“為了防止已失效的連線請求報文段突然又傳送到了服務端，因而產生錯誤”。
簡述IPv4到IPv6的過渡技術
1、雙協議棧技術
2、隧道技術
3、網路地址轉換技術
LAN：是區域性地區網路的簡稱，是一種通用普及的區域網路，其主要特點是：
（1）地理範圍小；
（2）具有較高的通頻頻寬；
（3）資料傳輸可靠，誤位元速率低；
（4）結構簡單，容易實現；
（5）網路的控制趨向於分散式；
（6）通常歸單一組織所有，更容易進行裝置的更新和新技術的引用。