期末总结

一.计算机网络架构
- 1.物理层：中继器、集线器；使用了光纤、同轴电缆、双绞线……
- 2.数据链路层：网卡、网桥、交换机
- 3.网络层：路由器、防火墙、多层交换机
- 4.运输层：进程和端口
- 5.应用层：应用程序，如FTP，SMTP ，HTTP)
二.课堂拓展问题
- 1.详述无线局域网为什么不能采用CSMA/CD协议？它所采用的CSMA/CA协议是如何避免冲突的？
- 2.查阅资料，说明普通市话、移动通讯（1G/2G/3G/4G/5G/6G）等采用了怎么样的信道共享技术？
- 3.查阅资料、分析现有的P2P软件可能采用的技术及原理，并探讨可能的改进方案。
- 4.选择云/雾/边缘计算中的其中一个讲它的关键技术，来讲讲这个技术对我们日常生活的影响。
- 5.从面向连接与无连接角度分析计算机网络与通信网技术上有何区别，通过生活中的例子来讲诉。
- 6.为什么有MAC地址还要有ip地址？
- 7.如何解决IP地址不够用的问题？
- 8.介绍一种路由算法
- 9.TCP是如何让进行可靠传输的？
- 10.流量控制和拥塞控制的区别是什么？分别可以用什么方案解决？
三.期末复习
- 1.TCP/IP需要解决什么问题？
- 2.怎样去设计TCP/IP协议
- 3.从五层（四层）、沙漏结构总结TCP/IP
- 4.从三个地址角度总结TCP/IP协议
- 5.从面向连接和无连接的角度总结TCP/IP协议
- 6.IP层有哪些协议及这些协议的功能是什么？
- 7.三要素分析路由协议
- 8.IP地址的结构问题
- 9.如何提供可靠的传输？
- 10.如何解决拥塞问题？

一.计算机网络架构

1.物理层：中继器、集线器；使用了光纤、同轴电缆、双绞线……

数据单元：数据位（bit）binary digit 二进制数据的缩写

中继器：中继器是局域网环境下用来延长网络距离的，中继器对在线路上的信号具有放大再生的功能，用于扩展局域网网段的长度(仅用于连接相同的局域网网段)。

集线器：（HUB）集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。采用CSMA/CD(即带冲突检测的载波监听多路访问技术)介质访问控制机制。集线器每个接口简单的收发比特，收到1就转发1，收到0就转发0，不进行碰撞检测。

无网络协议

2.数据链路层：网卡、网桥、交换机

数据单元：数据帧（Frame）

网桥：工作在数据链路层，连接两个LAN(局域网)，根据MAC地址来进行转发帧。网桥的功能在延长网络跨度上类似于中继器，然而它能提供智能化连接服务，即根据帧的终点地址处于哪一网段来进行转发和滤除。网桥对站点所处网段的了解是靠“自学习”实现的。

交换机：实质上是一个多接口的网桥。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。

网络协议：
（1）ARQ(自动重传请求Automatic Repeat-reQuest)是数据链路层的错误纠正协议之一。她包括停止等待ARQ协议和连续ARQ协议，错误侦测，正面确认、逾时重传与负面确认继以重传等机制。
（2）SW(停止等待协议 stop-and-wait)，停止等待就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组。用于通信系统中，两个相连的设备相互发送信息时使用，以确保信息不因丢包或包乱序而丢失，是最简单的自动重传请求方法。
（3）CSMA/CD(Carrrier Sense Multiple Access with Collision Detection)载波监听多点接入/碰撞检测协议。总线型网络，协议的实质是载波监听和碰撞检测。载波监听即发数据前先检测总线上是否有其他计算机在发送数据，如暂时不发数据，避免碰撞。碰撞检测为计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。
（4）PPP协议：PPP是为了在点对点物理链路(例如RS232串口链路、电话ISDN线路等)上传输OSI模型中的网络层报文而设计的，它改进了之前的一个点对点协议-SLIP协议–只能同时运行一个网络协议、无容错控制、无授权等许多缺陷，

3.网络层：路由器、防火墙、多层交换机

数据单元：数据包（Packet）

路由器：它能理解数据中的IP地址，如果它接收到一个数据包，就检查其中的IP地址，如果目标地址是本地网络的就不理会，如果是其他网络的，就将数据包转发出本地网络。它的作用在于连接相同或不同类型网络，并且能找到网络中数据传输最合适的路径即路由选择。

网络协议：
（1）IP (IPv4 · IPv6) (Internet Protocol) 网络之间互连的协议：IP定义了在TCP/IP互联网上数据传送的基本单元和数据格式。IP软件完成路由选择功能，选择数据传送的路径。IP包含了一组不可靠分组传送的规则，指明了分组处理、差错信息发生以及分组的规则。
（2）ARP（Address Resolution Protocol）：地址解析协议。是用来根据IP地址来查找对应的物理地址（mac地址），即以太网接口地址。
（3）PARP反向地址转换协议允许局域网的物理机器从网关服务器的 ARP 表或者缓存上请求其 IP地址。
（4）ICMP (Internet Control Message Protocol ）Internet 控制报文协议。它是TCP/IP 协议族的一个子协议，用于在IP 主机、路由器之间传递控制消息。
（5） IGMP (Internet Group Management Protocol) Internet 组管理协议,是因特网协议家族中的一个组播协议，用于 IP 主机向任一个直接相邻的路由器报告他们的组成员情况
（6）RIP (Router information protocol) 路由信息协议是一种在网关与主机之间交换路由选择信息的标准。
路由的算法;
（7）OSPF (Open Shortest Path Firs)开放式最短路径优先,分布式链路状态协议。
（8）BGP（Border Gateway Protocol ）边界网关协议，用来连接Internet 上独立系统的路由选择协议.采用路径向量路由选择协议

4.运输层：进程和端口

数据单元：数据段（Segment）

网关（Gateway）负责第三层（网络层）以上的数据中继，实现不同体系结构的网络协议转换，它通常采用软件的方法实现，并且与特定的应用服务一一对应。比如：OSI的文件传输服务FTAM和TCP/IP的文件传输服务FTP，尽管二者都是文件传输但是由于所执行的协议不同不能直接进行通信，而需要网关将两个文件传输系统互连，达到相互进行文件传输的目的。

网络协议：
（1）TCP （Transmission Control Protocol ）传输控制协议，提供可靠的面向连接的服务，传输数据前须先建立连接，结束后释放。可靠的全双工信道。可靠、有序、无丢失、不重复。
（2）UDP (User Datagram Protocol ）用户数据报协议，发送数据前无需建立连接，不使用拥塞控制，不保证可靠交付，最大努力交付。

5.应用层：应用程序，如FTP，SMTP ，HTTP)

数据单元：报文（message）

二.课堂拓展问题

1.详述无线局域网为什么不能采用CSMA/CD协议？它所采用的CSMA/CA协议是如何避免冲突的？

答：
首先，CSMA/CD协议（载波监听多点访问/碰撞检测）的原理是：
监听信道上其他站是否在发送数据的依据是：适配器可以检测信道上的信号电压的变化情况。
如果信道上没有其他站发送数据，即空闲，发送帧。否则等待一段时间，重新检测，如此反复。
数据发送后也有可能发生碰撞，为判断冲突，需要对数据边发送，边接收。若发生碰撞，则停止发送数据，同时发送人为干扰信号，进行强化碰撞，让所有用户都知道发生了碰撞。
发生碰撞后，重传的时机使用截断二进制指数退避算法来确定。

无线局域网不能使用CSMA/CD协议的原因：
（1）接受信号的强度往往会小于发送信号的强度，且在无线介质上信号强度动态变化范围很广。因此若要实现碰撞检测，在硬件上的花费就会过大；
（2）在无线通信中，并非所有的站点都能够听见对方。而“所有站点都能够听见对方”正是实现CSMA/CD协议必备的基础。
隐藏站和暴露站问题？
其中B在C的无线电波范围内，但A不在C的无线电波范围内。此时C正在向B传送数据，而A也试图向B传送数据。此时，A不能够监听到B正在忙（因为A在监听信道的时候什么也听不到，所以它会错误的认为此时可以向B传送数据了）。如果A向B传送数据，则将导致错误。此即隐藏站问题。其中C是A的隐藏站。
暴露站问题
其中B在A的无线电波范围内，但C不在A的无线电波范围内。此时A正在传送数据（向除B以外的某通信站），而B希望给C发送数据，但是错误地认为该传送过程将会失败（因为B会监听到一次传输，所以它会错误地认为此时不能向C发送数据）。此即暴露站问题。其中A是B的暴露站。

最后，CSMA/CA协议（载波监听多点访问/避免冲突）的原理是：
监听信道是否空闲，若空闲，等待一个DIFS发送第1帧。等待一个SIFS，目的站向源站发送确认帧ACK帧。在发送消息帧至发送ACK帧这段时间，其他站监听信道是属于NAV(媒体忙)的状态。NAV(Network Allocation vector)指出了经过多少时间才能完成数据帧的这次传输。
SIFS（短帧间间隔）：长度为28us，SIFS是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的帧。
DIFS（分布协调功能帧间间隔）：比SIFS的帧间间隔长很多，长度为128us。
信道空闲时，为避免几个站同时发送数据，所有想发送数据的站需要执行退避算法。每个站都设置了自己的退避计时器，当退避时间减少至0，就发送数据。退避计时器在信道忙碌时冻结当前的时间，等到信道重新空闲时，继续倒计时。

2.查阅资料，说明普通市话、移动通讯（1G/2G/3G/4G/5G/6G）等采用了怎么样的信道共享技术？

答：
1G:模拟信号

2G:
时分多址技术(TDMA)：大家轮流给基站发消息，每个人轮流的时间很短，差不多万分之一秒。
码分多址(CDMA): 大家发送信号前，给自己的信号上贴个大头贴，基站接收到大家一起发来的信号后，通过大头贴就能分辨出谁是小红、谁是小黑。这个大头贴就是扩频码字，扩频的意思的大大增加了传送的数据量，需要扩展车道，这是因为大家发送数据时给每个数据都额外传送这个大头贴，所以要用更宽的车道来传。码分多址CDMA的“址”就是标识用户的大头贴。

3G：
W-CDMA是一种利用码分多址复用（或者CDMA 通用复用技术，不是指CDMA标准）方法的宽带扩频3G移动通信空中接口。
TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access（时分同步码分多址）

4G:
lte-advanced
主要包括CA：Carrier Aggregation，载波聚合，即将多个载波聚合成一个更宽的频谱，同时也可以把一些不连续的频谱碎片聚合到一起，能很好地满足LTE、LTE-Advanced系统频谱兼容性的要求，不仅能加速标准化进程，还能最大限度地利用现有LTE设备和频谱资源。得益于更宽的频谱，载波聚合后最直观的好处就是传输速度的大幅度提升，以及延迟的降低。同时，载波聚合还能有效改善网络质量，提升吞吐量，使网络负载更加均衡，尤其是在负载较重的时候效果会更明显。打个比方，载波聚合就好比“黏合剂”，将零散的频谱粘在一起，提供更快速率。CoMp：Coordinated Multiple Points，协作多点传输技术
是指协调的多点发射/接收技术，这里的多点是指地理上分离的多个天线接入点。CoMP技术的实质是在不同基站之间通过协同处理干扰、或者避免干扰、或者将干扰转化为有用信号，为用户提供更高速率，从而提高网络的利用率。本质上，CoMP技术是MIMO技术在多小区下的应用，利用空间信道上的差异来进行信号传输。 CoMP技术引入的主要目的是提升网络性能特别是对于小区边缘用户的速率。针对于下行链路需要通过CoMP动态协调eNode-B之间对某UE数据传输，实现用户速率提升。

5G:
CCFD。CCFD无线通信设备使用相同的时间、相同的频率，同时发射和接收无线信号，使得无线通信链路的频谱效率提高了一倍。

6G：
MIMO技术是指能在不增加带宽的情况下，成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率。它可以定义为发送端和接收端之间存在多个独立信道，也就是说天线单元之间存在充分的间隔，因此，消除了天线间信号的相关性，提高了信号的链路性能，增加了数据吞吐量。研究表明，在瑞利衰落信道环境下。OFDM系统会使用MIMO技术来提高容量。

3.查阅资料、分析现有的P2P软件可能采用的技术及原理，并探讨可能的改进方案。

答：P2P技术属于覆盖层网络(Overlay Network)的范畴，是相对于客户机/服务器(C/S)模式来说的一种网络信息交换方式。在C/S模式中，数据的分发采用专门的服务器，多个客户端都从此服务器获取数据。这种模式的优点是：数据的一致性容易控制，系统也容易管理。但是此种模式的缺点是：因为服务器的个数只有一个(即便有多个也非常有限)，系统容易出现单一失效点；单一服务器面对众多的客户端，由于CPU能力、内存大小、网络带宽的限制，可同时服务的客户端非常有限，可扩展性差。P2P技术正是为了解决这些问题而提出来的一种对等网络结构。在P2P网络中，每个节点既可以从其他节点得到服务，也可以向其他节点提供服务。这样，庞大的终端资源被利用起来，一举解决了C/S模式中的两个弊端。

P2P网络有3种比较流行的组织结构，被应用在不同的P2P应用中。
(1)DHT结构
分布式哈希表(DHT)[1]是一种功能强大的工具，它的提出引起了学术界一股研究DHT的热潮。虽然DHT具有各种各样的实现方式，但是具有共同的特征，即都是一个环行拓扑结构，在这个结构里每个节点具有一个唯一的节点标识(ID)，节点ID是一个128位的哈希值。每个节点都在路由表里保存了其他前驱、后继节点的ID。如图1(a)所示。通过这些路由信息，可以方便地找到其他节点。这种结构多用于文件共享和作为底层结构用于流媒体传输[2]。
(2)树形结构
P2P网络树形结构如图1(b)所示。在这种结构中，所有的节点都被组织在一棵树中，树根只有子节点，树叶只有父节点，其他节点既有子节点也有父节点。信息的流向沿着树枝流动。最初的树形结构多用于P2P流媒体直播[3-4]。
(3)网状结构
网状结构如图1©所示，又叫无结构。顾名思义，这种结构中，所有的节点无规则地连在一起，没有稳定的关系，没有父子关系。网状结构[5]为P2P提供了最大的容忍性、动态适应性，在流媒体直播和点播应用中取得了极大的成功。当网络变得很大时，常常会引入超级节点的概念，超级节点可以和任何一种以上结构结合起来组成新的结构，如KaZaA[6]。

4.选择云/雾/边缘计算中的其中一个讲它的关键技术，来讲讲这个技术对我们日常生活的影响。

答：边缘计算指的是在网络边缘结点来处理、分析数据。这里，我们给出边缘结点的定义，边缘结点指的就是在数据产生源头和云中心之间任一具有计算资源和网络资源的结点。比如，手机就是人与云中心之间的边缘结点，网关是智能家居和云中心之间的边缘结点。在理想环境中，边缘计算指的就是在数据产生源附近分析、处理数据，没有数据的流转，进而减少网络流量和响应时间。
应用领域：视频分析，智能家居，智慧城市，隐私保护。

5.从面向连接与无连接角度分析计算机网络与通信网技术上有何区别，通过生活中的例子来讲诉。

无连接协议中的分组被称为数据报（datagram），每个分组都是独立寻址，并由应用程序发送的。从协议的角度来看，每个数据报都是一个独立的实体，与在两个相同的对等实体之间传送的任何其他数据报都没有关系，这就意味着协议很可能是不可靠的。也就是说，网络会尽最大努力传送每一个数据报，但并不保证数据报不丢失、不延迟或者不错序传输。
另一方面，面向连接的协议则维护了分组之间的状态，使用这种协议的应用程序通常都会进行长期的对话。记住这些状态，协议就可以提供可靠的传输。比如，发送端可以记住哪些数据已经发送出去了但还未被确认，以及数据是什么时候发送的。如果在某段时间间隔内没有收到确认，发送端可以重传数据。接收端可以记住已经收到了哪些数据，并将重复的数据丢弃。如果分组不是按序到达的，接收端可以将其保存下来，直到逻辑上先于它的分组到达为止。
典型的面向连接协议有三个阶段。第一阶段，在对等实体间建立连接。接下来是数据传输阶段，在这个阶段中，数据在对等实体间传输。最后，当对等实体完成数据传输时，连接被拆除。
一种标准的类比是：使用无连接协议就像寄信，而使用面向连接的协议就像打电话。

6.为什么有MAC地址还要有ip地址？

答：（1）IP地址的分配是根据网络的拓朴结构，而不是根据谁制造了网络设置。若将高效的路由选择方案建立在设备制造商的基础上而不是网络所处的拓朴位置基础上，这种方案是不可行的。（2）当存在一个附加层的地址寻址时，设备更易于移动和维修。例如，如果一个以太网卡坏了，可以被更换，而无须取得一个新的IP地址。如果一个IP主机从一个网络移到另一个网络，可以给它一个新的IP地址，而无须换一个新的网卡。（3）无论是局域网，还是广域网中的计算机之间的通信，最终都表现为将数据包从某种形式的链路上的初始节点出发，从一个节点传递到另一个节点，最终传送到目的节点。数据包在这些节点之间的移动都是由ARP（Address Resolution Protocol：地址解析协议）负责将IP地址映射到MAC地址上来完成的。

7.如何解决IP地址不够用的问题？

答：减少ip地址的消耗：NAT全称网络地址转换（Network Address Translation），也叫做网络掩蔽、IP掩蔽。其主要的功能就是尽量使同个区域（同一栋楼、同个小区…）的设备使用尽可能少的公网IP，一起共用公网IP，这样就能减少公网IP的消耗。地址重用技术：回收废弃的IP地址，重新分配，重新使用。使用最新的IPv6协议，拓宽新的IP地址数量。

8.介绍一种路由算法

（1）路由器初始化(所有节点的)状态记录集参数，将它们的长度设为"无穷大"，标号设为"暂时"。
（2）路由器设置一个T节点。例如，如果设V1是源T节点，路由器将V1的标号更改为"永久"。当一个标号更改为"永久"后，它将不再改变。一个T节点仅仅是一个代理而已。
（3）路由器更新与源T节点直接相连的所有暂时性节点的状态记录集。
（4）路由器在所有的暂时性节点中选择距离V1的权值最低的节点。这个节点将是新的T节点。
（5）如果这个节点不是V2(目的节点)，路由器则返回到步骤5。
（6）如果节点是V2，路由器则向前回溯，将它的前序节点从状态记录集中提取出来，如此循环，直到提取到V1为止。这个节点列表便是从V1到V2的最佳路由。

9.TCP是如何让进行可靠传输的？

答：
保证数据发送的的可靠性：
校验和：发送方计算校验和并进行填充，接收方通过同样的方式进行计算校验和进行对比。
序列号：TCP将每个字节进行编号。
确认应答：接收方收到数据后，对传输方进行发送ACK报文进行应答，这个报文中带有相应的序列号，通知其从哪里发送数据。
超时重传：发送方在等待一定时间后，没有接收到接收方的确认报文，则对数据进行重新发送。
保证数据传输的可靠性：
流量控制： TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。（TCP 利用滑动窗口实现流量控制）
拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据的发送。拥塞窗口的增长是指数级别的。慢启动的机制只是说明在开始的时候发送的少，发送的慢，但是增长的速度是非常快的。为了控制拥塞窗口的增长，不能使拥塞窗口单纯的加倍，设置一个拥塞窗口的阈值，当拥塞窗口大小超过阈值时，不能再按照指数来增长，而是线性的增长。在慢启动开始的时候，慢启动的阈值等于窗口的最大值，一旦造成网络拥塞，发生超时重传时，慢启动的阈值会为原来的一半（这里的原来指的是发生网络拥塞时拥塞窗口的大小），同时拥塞窗口重置为 1。
停止等待协议: 也是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是每发完一个分组就- 停止发送，等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。超时重传：当 TCP 发出一个段后，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。

10.流量控制和拥塞控制的区别是什么？分别可以用什么方案解决？

流量控制是局部端到端
拥塞控制是全局几个端到端
流量控制关键：接收窗口>=发送窗口
拥塞控制关键：当前流量<=系统流量
拥塞控制改进的方法，书上的拥塞控制的图曲线就是在限的接近系统容量，是不受一个更好的函数能够更加的接近系统容量，并且比原曲线的各种性能要好呢？这是一个改进的思路。

三.期末复习

1.TCP/IP需要解决什么问题？

答：TCP/IP需要确保传输信息的正确性：传输过程中数据不会出现为位差错，也就是0变成1,1变成0的问题。
TCP/IP需要确保传输信息的完整性：在传输过程中，不会发生数据丢失的问题。
TCP/IP需要确保传输信息的有序性：传输的过程中，发送方发送的数据段在接受方一侧不会出现顺序颠倒，信息错位的问题。
TCP/IP需要确保传输信息的及时性：接收方需要在规定时间内接收到发送方传输的报文字段，超过时间规定收到的信息没有意义。

2.怎样去设计TCP/IP协议

3.从五层（四层）、沙漏结构总结TCP/IP

TCP/IP是一个协议集，为的是确保一台主机的某个应用软件通过应用层-传输层-网络层-数据链路层-物理层-数据链路层-网络层-传输层-应用层的方式发送数据信息到另一台主机的应用上。
根据五层架构模型，计算机网络分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。
其中，在应用层，不同的应用程序提供的服务是不同的，为了更好地为用户提供应用服务和区分不同地应用服务，TCP/IP协议提供了诸如Telent、Http、FTP等协议。在传输层，数据以数据段的方式进行点对点传输，从发送端传输到接收端。但是有些数据隐私性要求较低，但是传输速度要求高例如电视台传送的视频数据，有些数据隐私性要求较高，但是传输速度要求低例如邮件信息。这个时候，如果对这些数据进行相同的传送，必定不利于网络资源的合理利用。因此使用TCP协议进行面向连接的服务，UDP协议进行无连接的服务，更高效地利用传输信道。在网络层，数据以数据包的形式被路由器分发到不同的类型的网络，最终找到目的地址。路由器执行网络分发的功能，就需要在路由器中设置相应的协议进行路由选择，其中包括网络互联的IP协议、根据IP地址得知其物理地址的ARP（地址解析）协议、用于IP主机和路由器传递消息的ICMP（控制报文）协议等。数据链路层是消息在本地网络及一跳以内的网络进行传递，数据的形式是数据帧。此时，数据在传输过程中会遇到传输错误、丢失的问题，因此，TCP/IP为其提供了ARQ(自动重传请求)协议，负责错误侦测、逾时重传的作用，停止等待协议确保信息不因丢包和乱序而丢失。最终，数据信息通过光纤、双绞线等物理层设备最终实现两台主机的通信。

4.从三个地址角度总结TCP/IP协议

TCP/IP是一个协议集，目的是从源MAC地址的主机的特定网络程序发送数据信息到目的MAC地址的主机的特定网络程序，其寻找目的
MAC地址也称物理地址，是计算机网卡进行唯一区别的地址，每个MAC地址都是独一无二的，很难被更改。
IP 地址，也称网际协议地址，确保每台主机在接入网络的时候，能够被唯一识别，是服务商提供的。
端口号是同一台设备进行区分不同网络程序分配的，每个网络程序对应一个自己的端口号。
在计算机的通信过程中，原则上是一台主机的一个特定的网络程序与另外一台主机的一个网络程序进行通信。因此，TCP首先应该解决区分端口号并为每个端口提供特定的服务协议，例如Telent、Http、FTP等协议。其次，TCP/IP 还要解决信息传输到特定主机即特定MAC地址上，TCP/IP协议是通过ARP（地址解析）协议来使用IP地址查询MAC地址的。现在，只需要解决数据信息怎样根据IP地址进行传输的问题，传输过程中需要确保信息完整，正确，因此使用ARP协议、SW协议等。

5.从面向连接和无连接的角度总结TCP/IP协议

面向连接的角度，信息的传递是建立在IP地址之上的，源目双方在传输层通过TCP协议的三次握手建立连接，数据通过应用层协议下放到传输层，在根据ICMP和IGMP协议找到固定的网络，再经过ARP协议找到目的地址，至此，一条完整的路线已经构成，数据只需要根据TCP协议要求，继续校验和、ARQ协议、SW协议等，进行数据储传输。
无连接的过程中，每个数据段独立的根据应用层协议，再根据ICMP和IGMP协议找到固定的网络，再经过ARP协议找到目的地址，进行数据传输，不保证数据传输的可靠性。

6.IP层有哪些协议及这些协议的功能是什么？

IP协议（网际协议）：网络之间互联的协议（1）IP定义了在TCP/IP互联网上数据传送的基本单元和数据格式。（2）IP软件完成路由选择功能，选择数据传送的路径。（3）IP包含了一组不可靠分组传送的规则，指明了分组处理、差错信息发生以及分组的规则。
ICMP协议（控制报文协议）：用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。侦测远端主机是否存在，建立及维护路由资料。重导资料传送路径(ICMP重定向)。资料流量控制。
IGMP协议（Internet组管理协议）：是因特网协议家族中的一个组播协议，用于IP 主机向任一个直接相邻的路由器报告他们的组成员情况。
ARP (Address Resolution Protocol) 即地址解析协议，实现通过IP 地址得知其物理地址。

7.三要素分析路由协议

语法：用来规定信息格式;数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。
语义：用来说明通信双方应当怎么做;用于协调与差错处理的控制信息。
规则：(时序)定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等。比如是采用同步传输还是异步传输。
以路由信息协议(RIP)为例，
语法上：信息的格式是数据包
语义上：在路由器上开启RIP协议，并将路由器的直连网段宣告进RIP后，RIP会将这些直连网段信息封装成RIP协议报文，路由器每30秒把自己的路由表发送给邻居路由器。路由器用邻居发来的路由表根据距离向量算法修改自己的路由表。这样邻居路由器间就可以相互学习对方的网段信息，实现网络互通。初始时每个路由器只有到直连网距离为1的路由。
规则：异步更新

8.IP地址的结构问题

(1)IP地址层次化：IP地址分为网络IP和主机IP。
(2)第一个字节：
A类地址第一字节为网络ID，后三个字节为主机ID，范围是1.0.0.1—126.155.255.254；
B类地址第一二字节为网络ID，后两个字节为主机ID，范围是128.0.0.1—191.255.255.254；
C类地址前三个字节为网络ID，最后一个字节为主机ID，范围是192.0.0.1—223.255.255.254
D类地址用于组播，前四位为1110，范围是224.0.0.1—239.255.255.254；
E类地址用于研究，前五位为11110，范围是240.0.0.1—255.255.255.254。
注：主机ID不能全为0或全为1，全为0用于网络地址，全为1用于广播。D、E类IP不分网络ID和主机ID。
(3)默认子网掩码
A类：255.0.0.0
B类：255.255.0.0
C类：255.255.255.0
子网掩码的作用：将IP地址与子网掩码做与运算，用来识别网络部分与主机部分，判断源IP与目标IP 是否为同一网段，若不是，得到网络ID进行路由转发。

9.如何提供可靠的传输？

TCP通过序列号、检验和、确认应答信号、重发控制、连接管理、窗口控制、流量控制、拥塞控制实现可靠性。
保证数据发送的的可靠性：
校验和：发送方计算校验和并进行填充，接收方通过同样的方式进行计算校验和进行对比。
序列号：TCP将每个字节进行编号。
确认应答：接收方收到数据后，对传输方进行发送ACK报文进行应答，这个报文中带有相应的序列号，通知其从哪里发送数据。
超时重传：发送方在等待一定时间后，没有接收到接收方的确认报文，则对数据进行重新发送。
保证数据传输的可靠性：
流量控制： TCP 连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP 使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。（TCP 利用滑动窗口实现流量控制）
拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据的发送。拥塞窗口的增长是指数级别的。慢启动的机制只是说明在开始的时候发送的少，发送的慢，但是增长的速度是非常快的。为了控制拥塞窗口的增长，不能使拥塞窗口单纯的加倍，设置一个拥塞窗口的阈值，当拥塞窗口大小超过阈值时，不能再按照指数来增长，而是线性的增长。在慢启动开始的时候，慢启动的阈值等于窗口的最大值，一旦造成网络拥塞，发生超时重传时，慢启动的阈值会为原来的一半（这里的原来指的是发生网络拥塞时拥塞窗口的大小），同时拥塞窗口重置为 1。
停止等待协议: 也是为了实现可靠传输的，它的基本原理就是每发完一个分组就- 停止发送，等待对方确认。在收到确认后再发下一个分组。超时重传：当 TCP 发出一个段后，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。

10.如何解决拥塞问题？

为了进行拥塞控制，TCP 发送方要维持一个拥塞窗口(cwnd) 的状态变量。拥塞控制窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。发送方让自己的发送窗口取为拥塞窗口和接收方的接受窗口中较小的一个。
TCP的拥塞控制采用了四种算法，即慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复。在网络层也可以使路由器采用适当的分组丢弃策略（如主动队列管理 AQM），以减少网络拥塞的发生。
慢开始：慢开始算法的思路是当主机开始发送数据时，如果立即把大量数据字节注入到网络，那么可能会引起网络阻塞，因为现在还不知道网络的符合情况。经验表明，较好的方法是先探测一下，即由小到大逐渐增大发送窗口，也就是由小到大逐渐增大拥塞窗口数值。cwnd初始值为1，每经过一个传播轮次，cwnd加倍。
拥塞避免：拥塞避免算法的思路是让拥塞窗口cwnd缓慢增大，即每经过一个往返时间RTT就把发送放的cwnd加1.
快重传与快恢复：
在 TCP/IP 中，快速重传和恢复（fast retransmit and recovery，FRR）是一种拥塞控制算法，它能快速恢复丢失的数据包。没有 FRR，如果数据包丢失了，TCP 将会使用定时器来要求传输暂停。在暂停的这段时间内，没有新的或复制的数据包被发送。有了 FRR，如果接收机接收到一个不按顺序的数据段，它会立即给发送机发送一个重复确认。如果发送机接收到三个重复确认，它会假定确认件指出的数据段丢失了，并立即重传这些丢失的数据段。有了 FRR，就不会因为重传时要求的暂停被耽误。当有单独的数据包丢失时，快速重传和恢复（FRR）能最有效地工作。当有多个数据信息包在某一段很短的时间内丢失时，它则不能很有效地工作。

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