计算机网络与网络管理基础知识

计算机网络与网络管理

一、对下列各图进行说明（40题）

1、

答：图中主机A向主机F发生数据包时，通过中间链路及B和E路由器，路由器到路由器，路由器到主机之间是跳到跳的传输，而主机之间是端到端的传输。并且数据包在传输过程中通过物理层，数据链路层和网络层。

2、

答：主机A发送数据到主机P在IP包中包含源地址A目的地址P和源地址10和下一跳MAC地址20.当数据包到达路由器F时，由路由器对数据包进行解析并通过路由表得到下一跳的MAC地址，将其写入IP包的下一跳MAC地址中，同时将其发送端口的MAC地址写入99，IP包的源MAC地址。数据包以同样的方式经过令牌环网和总线型网并最后到达目的主机P。

3、

答：在学习计算机网络原理时，通常综合OSI和TCP/IP，采用一种只有五层协议的体系结构。该图说明了TCP/IP网络通信的五层结构及各个层的作用。应用层用来允许接入网络资源；传输层提供可靠的进程到进程之间的数据报通信并进行差错恢复；网络层允许讲数据包从源端发送到目的端并提供网络功能；数据链路层用来将比特流封装成帧并提供跳到跳的传输；物理层通过某种媒介传输比特流，提供电气特性及传输机制。

（1）应用层（application layer）应用层是体系结构的最高层。应用层确定进程之间的通信性质以满足用户的需要。提供应用进程所需要的信息交换和远地操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理，来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必须的功能。应用层直接为用户的应用进程服务。

（2）运输层（transport layer）运输层的作用就是负责主机中两个进程之间的通信。有两种不同的协议，即面向连接的传输控制协议TCP和无连接的用户数据包协议UDP。运输层传输的单位是报文段（segment）（当使用TCP）或用户数据报（当使用UDP）。

（3）网络层（network layer）网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信。在发送数据时，网络层讲运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，分组也叫做IP数据报。要选择合适的路由，使源主机传输层所传下来的分组能够交付到目的主机。

（4）数据链路层（data link layer）在发送数据时，数据链路层的任务是将在网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻点间的链路上传送以帧为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制、以及流量控制信息等）。

（5）物理层（physical layer）物理层的任务就是透明的传输比特流。在物理层上传输的单位是比特。传输信息所用的一些物理媒介并不在物理层之内而在物理层下面。

4、

答：上图说明的是应用进程的数据在各层之间的传递过程中所经历的变化。假定两个主机是直接相连的。

假定A的应用进程AP1向P的应用进程AP2传送数据。AP1先将数据交给应用层。应用层加上必要的控制信息jk就变成了下一层的数据单元。运输层收到这个数据单元后，加上本层的控制信息AP再交给网络层，成为网络层的数据单元，以此类推。不过到数据链路层后，控制信息分成两部分，分别加到本层数据单元的首部（H2）和尾部（T2），而物理层由于是比特流传输，所以不再加控制信息。

当这一串的比特流经网络的物理媒体传到目的站时，就从第一层上升到第五层。每一层根据控制信息进行必要的操作，然后将控制信息剥去，将剩下的数据单元上交给更高层。最后应用进程AP1将数据交给目的站的应用进程AP2

5、

答：一个用户需要与另一个用户建立连接，首先被连接到本地交换机，然后，直接连接到第一个POP或者通过一台中继交换机连接到POP。这时，呼叫从源LATA中用户选择的IXC的POP到达目的LATA中的同一IXC的POP。呼叫将会通过IXC的长途电话局，并且经过IXC提供的网络进行传输。

6、

答：上图为无差错的捎带示意图。站点A通过一个编号为0的I-帧和随后的编号为1的I-帧开始交换信息，站点B将对两个帧的确认放在一个I-帧上进行捎带。站点B的第一个I-帧也被编号为0，并且在他的N字段中是2 ，表示确认已经接收到站点A的帧1和帧0，同时换指出下一次希望到达的帧是2.当从站点A接收下面的帧之前，站点B传送它的第二个和第三个i-帧。因此，它的N信息没有变化：B的帧1和帧2指出它下一次希望从站点A接收的仍然是帧2。

7、

答：媒体共享技术可以分为三大类：

（1）随机接入随机接入的特点是所有的用户可以随机的发送消息。但恰巧有两个或多个用户在同一时刻发送消息，那么在共享媒体上就产生碰撞，使得这些用户发送都失败。典型的有多点接入MA、载波监听多点接入CSMA、载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD、载波监听多点接入/碰撞避免CSMA/CA。

（2）受控接入受控接入的特点是用户不能随机的发送消息而必须服从一定的控制。典型代表有带宽预留、分散控制的令牌环局域网和集中控制的多点线路探询成为轮询。

（3）信道共享协议频分复用媒体接入FDMA、时分复用媒体接入TDMA、码分复用媒体接入CDMA。

8、

答：第一副图是CDMA多路混合器：

1）多路混合器从每个站点接受一个编码数（-1，-1，0，+1）

2）由站点1 发送的编码数被序列A的每个芯片相乘。结果是一个新的序列（-1，-1，-1，-1）。同样，由站点2发送的编码被序列B的么个芯片相乘，其余也是一样。结果形成四个新的序列。

3）所有第一第二第三第四个芯片分别相加，结果又是一个新的序列

4）该序列通过链路传送。

第二附图为CDMA多路分离器

1）多路分离器接收由链路发送过来的序列

2）在每个接收方，该序列与代码相乘，乘法是个逐个芯片进行的

3）每个序列的芯片相加结果始终是+4，-4 0；

4）第三步的结果被4除得到-1，+1，0；

5）第四步的数值由接收方解码为0，1或空闲。

9、

答：上图所示为三代以太网。上面三层对于所有的LAN是共同的。数据链路层可分为逻辑链路控制（LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层。LLC子层开始设计的是对于所有LAN的互操作是相同的。但是目前却不常用。目前的互操作由公共网络层协议所提供。这就意味着局域网之间的区别仅在于它们的MAC子层和它们的物理层。

10、

答：该图为CSMA/CA的流程图：该过程避免了冲突，站点使用一种持续性策略。在它发现线路空闲之后，等待一个JFG的时间。然后它等待一个随机时间，随后发送帧并设置一个定时器。站点等待接收的确认，如果在定时器到时之前接收到确认，则认为传输成功；如果没有收到确认，那么它就认为出现了问题。这时站点将补偿参数值加1，等待一个补偿时间再重新检测线路。

11、

答：根据轨道的位置，卫星可以分为三类：GEO卫星，LEO卫星和MEO卫星。对GEO来说，只有一个在35786km高度的轨道。MEO定位在高度介于5000km和15000km之间。LEO通常低于2000km。拥有不同轨道的一个原因，是由于有两个Van Allen辐射带的存在。Van Allen辐射带是包含带电粒子的层。在这两个带中环绕的卫星将被充满能量的带电粒子完全破坏。MEO的轨道定位在这两个带之间。

12、

答：上图所示为低地球轨道卫星系统。LEO卫星系统由像网络一样协同工作的一群卫星构成，每颗卫星担当交换机的角色。相互临近的卫星通过卫星链路（ISL）连接起来。移动系统通过用户移动链路（UML）和卫星通信。卫星也可以通过网关链路（GWL）和地面站（网关）通信。

13、

答：上图显示为交换虚电路：

1）信源A向交换机I发送一个建立连接帧。

2）交换机I接收这个建立连接请求帧。他知道从A到B的帧经过端口3发出。

3）交换机II接收这个建立请求帧。和在交换机I中发生的情况一样，完成表的三列

4）交换机III接收这个建立连接请求帧。同样完成了三列

信宿B接收这个建立请求帧，如果它准备好接收从A发来的帧，它就分配一个VCI给从A来的输入帧。这个VCI让信宿知道帧是从A发出的，而不是其他信源发出的。

14、

答：该图为包交换示意图，信源A有四个包要发送，这四个包通过不同的自主选择的路径到达信宿X，完成一个交换。可见包交换是面向无连接的，各个包通过不同的路径到达信宿。

15、

答：IP地址：：={<网络号>,<主机号>}

上图给出了各种IP地址的网络号字段和主机号字段。A类、B类、C类地址的网络号字段Netid分别为1、2和3字节长，而网络号字段的最前面有1~3bit的类别比特，其数值分别规定为0、10和110。D类为多播地址。E类地址预留待以后使用。

16、

说明:在分类寻址中，无论是否进行子网划分，一个路由选择表最少需要四列:掩码，信宿网络地址，下一跳地址和接口。

17、

答：网际协议IP是TCP/ IP体系中最主要的协议之一，与其配套使用的还有四个协议：

地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）

逆地址解析协议RARP（Reverse Address Resolution Protocol）

因特网控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）

因特网组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）

这个图画出了四个协议和网际协议IP的关系。在这一层中，ARP和RARP画在最下面，因为IP经常使用这两个协议。ICMP和IGMP画在这一层的上部，因为他们要使用IP协议。TCP/IP体系中的网络层常常称为IP层。

18、

答：上图中地址为220.3.6.0的局域网通过路由器R1连接到地址为200.78.6.0的交换网，在通过路由器R2连接到网络134.18.0.0的网络，该网络通过R3路由器经过一个点到点的广域网连接到网段为124.0.0.0的子网中。

19、

答：上如所示为地址解析协议ARP协议的工作过程，主机A想获得IP地址为130.23.43.25的主机的MAC地址，此时主机A广播一条消息，网内的主机接收到该消息以后对比其中的IP是否使自己的，若不是则忽略该消息，否则将自己的MAC地址发送给主机A。

20、

答：因特网把路由协议分为两大类：

（1）内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol）即在一个自治域内部使用的路由选择协议，使用比较多的有路由信息协议RIP（Routing Information Protocol）和开放最短路径优先协议OSPF（Open Shortest Path First）。

（2）外部网关协议EGP（External Gateway Protocol）若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传输到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议EGP。用的最多就是边界网关协议BGP。

21、

答：多媒体和实时通信是因特网上多播路由选择的需求增大了，然而，只有一小部分因特网路由器是多播路由器。即一台多播路由器可能在其附近找不到另一台多播路由器来转发多播分组。虽然在几年内通过增加越来越多的多播路由器就可以解决此问题，但可以使用隧道技术。多播路由器在物理上可能没连接在一起，在它们在逻辑上是连在一起的。

22、

答：上图所示为多播路由选择协议结构图：它包括以信源为基础的树和组共享树；它们又包含DVMRP MOSPF PIM-DM PIM-SM CBT等协议。

23、

答：上图说明了修剪和嫁接的思想，修剪是终止从一个接口发送报文的过程。而嫁接则是恢复从一个接口发送报文的工程，修剪和嫁接都是由IGMP来实施的。

24、

答：传输层负责进程到进程之间的传递，即进程之间的分组传递以及部分消息传递。两个进程以客户服务器方式通信；网络层负责主机到主机之间的通信；而数据链路层负责节点到节点之间的通信。

25、

说明：上图所示为发送和接受缓冲区：因为发送和接收进程可能以不同的速度产生和消费数据，所以TCP需要用于存储的缓冲区。每一个方向都存在两种缓冲区：发送缓冲区和接收缓冲区。实现缓冲的一种方法是使用一个字节存储单元的循环数组。

26、

答：上图所示为通信量描述符，它是描述数据流的定性值。有图可见在大多数时间里数据流保持在平均数据速率上下，峰值数据率出现在较短的时间段内并持续最大猝发长度。

27、

答：上图为避免拥塞的倍增降低策略，应用该策略，如果出现超时情况，临界值必须设定为最终拥塞窗口尺寸的一半，而且拥塞窗口大小应该再次从1开始

28、

答：上图所示为拥塞的四种情况：a没有拥塞，b为A到B方向的拥塞；c为B到A方向的拥塞，d为双向拥塞。

29、

答：上图所示为令牌桶算法示意图：该算法允许空闲主机以令牌环的形式为未来积累信用，在每个时钟单位时间内，系统发送n个令牌到桶中。并且在每个数据信源发送后，系统就从中去掉一个令牌。

30、

答：上图说明了面向连接的TCP通信和面向无连接的UDP通信；对于UDP，服务器在同一时刻只处理一个请求，服务器使用一个单一端口，所有端口分组排队等待服务；对于TCP，服务器是并行的，它同时可以为多个客户服务。

31、

说明：第一颗树为通用域，在该树中，第一级允许存储7个可能的三字符标号；第二树为国家域的域名服务器，他在第一级上采用两字符的国家英文名缩写，耳机标号是组织机构或更具体；第三颗树为反向域，用于将地址映射为名称。

32、

答：上图所示为解析器的递归解析和迭代解析两种解析方法；左图的递归解析中客户端可以从名称服务器中请求递归应答，意味着解析器期望服务器提供最终答案；右图所示为迭代解析方法：如果服务器是名称的授权者则它发送应答，反之，他会返回一个它认为能够解析查询的服务器的IP，由客户端负责向第二台服务器重复发送请求知道找到服务器为止。

33、

答：MIME是一个补充协议，允许通过SMTP发送非ASCII码数据，MIME不是一个邮件协议不能取代SMTP，只用于扩展SMTP。MIME在发件人方将非ASCII数据转换为ASCII数据，交付SMTP通过因特网发送出去。收件服务器的SMTP接收到ASCII数据后交给MIME再转换成原格式的数据。

34、

说明：上图为FTP的基本模型。客户端由三部分组成：用户界面，客户控制进程和客户数据传输进程。服务器由两部分组成：服务器控制进程和服务器数据传输进程。控制连接作用于控制进程之间，而数据连接作用于数据传输进程之间。

35、

答:上图为JPEG的简化版处理过程。JPEG总体思想是将图片转换成揭示冗余的线性数字集合。这样，冗余部分就会通过使用文本压缩的方法来移除。

36、

答：实时流协议（RTSP）是一种控制协议，目的是为流处理过程增加更多的功能。使用RTSP，可以控制音频视频的播放，RTSP是一种带外控制的协议，与FTP的第二种连接很相似。

1） HTTP端使用GET报文访问WEB服务器

2）响应中含有源文件的有关信息

3）元文件传送到媒体播放器

4）媒体播放器发送一条SETUP报文建立与媒体服务器的连接

5）媒体服务器响应

6）媒体播放器发送一条PLAY报文以启动播放

7）使用一种运行在UDP之上的协议下载音频视频文件

8）使用TREARDOWN报文断开连接

9）媒体服务器响应。

37、

答:上图说明了时间戳的使用。如果每一个分组都有一个时间戳，表明他的生成时间和第一个分组的时间间隔，那么接收方就能够将他的播放开始时间加上这一段时间。换句话说接收方能够确定每一个分组的播放起始时间，在上图中第一个分组的时间戳是0，第二个分组的时间戳是10，第三个分组的时间戳是20.如果接收方在00：00：08时刻播放第一个分组，则第二个分组会在00：00：18开始播放，第三个在00：00：28时刻开始播放。这样在分组时间就没有间断了。

38、

答：上图所示为加密算法RSA。私钥是（119，77），公钥数字对是（119，5）。发送者需要发送字符F.该字符可以用数字6表示。加密算法算出c=6⁵mod119=41.该数字作为密文发送给接收者。接收者使用解密算法算出P=41⁷⁷mod 119=6.数字6被解释为字符F。

39、

答：上图所示为Kerberos认证协议，该协议包括三个服务器：一台鉴别服务器（AS），一台票证授予服务器（TGS）和一台用来向他人提供服务的实际的服务器。途中Bob是实际的服务器，Alice是请求服务的用户。操作通过六个步骤来完成：

1） Alice以明文向AS发送他的请求，使用的是其注册的身份。

2） AS发送一份用Alice的对称密钥加密的报文。该报文包括两项：一份Alice用来与TGS联系是所用的会话密钥KS以及一张TGS票据。

3） Alice向TGS发送三项内容：第一项是从AS接收到的票证，第二项是实际服务器的名称，第三项是采用Ks加密的时间戳。时间戳用来制止Eve的重放攻击

4） TGS发送两种票证，每张都包含Alice和Bob之间的会话密钥Kab，给Alice的票证采用Ks加密，给Bob的采用Bob的密钥进行加密。

5） Alice发送Bob的带有用KAB加密的时间戳票证。

6） Bob通过将时间戳加1来确认接收，报文采用Kab加密后发送给Alice。

请求和就收服务：通过步骤六后Alice和Bob即可通过Kab加密的报文互相通信。

40、

答：该图为PGP，它使用数字签名来提供完整性，鉴别和防拒认。它将私密密钥加密和公钥加密结合起来提供保密性。它使用一个散列函数，一个秘密密钥以及两个私公钥对。图中显示了在发送方PGP是如何生成安全电子邮件的。电子邮件报文通过散列变换成摘要，摘要用Alice的私钥加密，报文和该摘要一起用Alice生成的一次性秘密密钥加密。秘密密钥用Bob公钥加密后和加密后的报文一起发送出去。

上图是PGP接受方，加盟后的秘密密钥，报文和摘要的组合被接收者接收，首先解密加密的密钥以获得Alice生成的一次性秘密密钥。然后就使用该秘密密钥解密报文和摘要的组合。

二、学习心得（主要对本门课程的内容进行总结，1000~3000字）

通过本课程的学习，我对数据通信与网络、物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层、网络安全等相关知识都有了更深刻的理解和掌握。

计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

网络管理包括对硬件、软件和人力的使用、综合与协调，以便对网络资源进行监视、测试、配置、分析、评价和控制，这样就能以合理的价格满足网络的一些需求，如实时运行性能、服务质量等。网络管理常简称为网管。

计算机网络的功能表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换三个方面。

　 1）硬件资源共享。可以在全网范围内提供对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享，使用户节省投资，也便于集中管理和均衡分担负荷。

　 2）软件资源共享。允许互联网上的用户远程访问各类大弄数据库，可以得到网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务，从而避免软件研制上的重复劳动以及数据资源的重复存贮，也便于集中管理。

3）用户间信息交换。计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。用户可以通过计算机网络传送电子邮件、发布新闻消息和进行电子商务活动。

常见的网络管理方式有以下几种：

　　1）SNMP管理技术

　　2）RMON管理技术

3）基于WEB的网络管理

根据国际标准化组织定义网络管理有五大功能：故障管理、配置管理、性能管理、安全管理、计费管理。

我将计算机网络与网络管理的知识点总结如下：

1）数据通信与网络概述：网络模型

2）物理层：信号、数字传输、模拟传输、多路复用、传输介质、电路交换与电话网络、高速数字接入

2）数据链路层：检错与纠错、数据链路控制与协议、点到点访问、多路访问

3）网络分类：以太网、无线局域网、连接局域网、主干网和虚拟局域网、移动电话和卫星网络、虚电路交换

4）网络层：主机间的数据交换、网络层协议、单播与多播路由选择

5）传输层：进程间的传递、拥塞控制和服务质量

6）应用层：客户/服务器模型、域名系统、电子邮件与文件传输、超文本传输协议与万维网、多媒体

7）安全：密码学、报文安全、用户鉴别和密钥管理、因特网中的安全协议

计算机网络通俗地讲就是由多台计算机（或其它计算机网络设备）通过传输介质和软件物理（或逻辑）连接在一起组成的。总的来说计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质就是空气）以及相应的应用软件四部分。虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。局域网一般来说只能是一个较小区域内，城域网是不同地区的网络互联，不过应说明的一点就是这里的网络划分并没有严格意义上地理范围的区分，只能是一个定性的概念。

为了减少网络设计的复杂性，绝大多数网络采用分层设计方法。所谓分层设计方法，就是按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层，不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议，同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递。在学习计算机网络原理时，通常综合OSI和TCP/IP，采用一种只有五层协议的体系结构。TCP/IP网络通信的五层结构及各个层的作用。应用层用来允许接入网络资源；传输层提供可靠的进程到进程之间的数据报通信并进行差错恢复；网络层允许讲数据包从源端发送到目的端并提供网络功能；数据链路层用来将比特流封装成帧并提供跳到跳的传输；物理层通过某种媒介传输比特流，提供电气特性及传输机制。分层概念是计算机网络中最重要的概念之一，熟练地掌握各层的功能和作用对整个课程的学习及以后的科研和工作都有很强的指导意义。

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