计算机网络 总体知识大纲

第一部分：计算机网络体系结构

  1. 计算机网络的基本概念

    • 定义：资源共享和信息传递
    • 组成：硬件（主机、链路、交换设备）、软件（协议、应用）
    • 功能：数据通信、资源共享、分布式处理

  2. 分类

    • 按范围：PAN、LAN、MAN、WAN
    • 按拓扑：星型、总线型、环型、树型、网状
    • 按交换：电路交换、报文交换、分组交换

  3. 性能指标

    • 速率、带宽、吞吐量
    • 时延：发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
    • 时延带宽积、RTT、利用率

  4. 体系结构

    • OSI七层：物理层→数据链路层→网络层→传输层→会话层→表示层→应用层
    • TCP/IP四层：网络接口层→网际层→传输层→应用层
    • 五层模型（408使用）：物理层→数据链路层→网络层→传输层→应用层
    • 封装：每层加上首部，从应用层到物理层

第二部分：物理层

  1. 接口特性：机械、电气、功能、规程

  2. 数据通信基础

    • 码元、波特率、比特率
    • 单工/半双工/全双工

  3. 奈奎斯特和香农公式（必考计算）

    • 奈奎斯特：C = 2W log₂(V)（无噪声）
    • 香农：C = W log₂(1+S/N)（有噪声）
    • 信噪比dB = 10log₁₀(S/N)

  4. 编码与调制

    • 基带信号→编码：NRZ、曼彻斯特、差分曼彻斯特
    • 宽带信号→调制：ASK、FSK、PSK、QAM

  5. 传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤（单模/多模）、无线

  6. 物理层设备：中继器（信号再生）、集线器（多口中继）

    • 冲突域和广播域的概念

  7. 接入技术：ADSL（电话线）、HFC（有线电视）、FTTx（光纤）

第三部分：数据链路层

  1. 功能：帧定界、透明传输、差错控制

  2. 组帧：字符计数法、字符填充法、零比特填充法、违规编码法

  3. 差错控制

    • CRC循环冗余检验（模2除法，必考计算）
    • 海明码（纠错一位，校验位位置2ⁱ）

  4. 流量控制和可靠传输

    • 停止-等待（SW）：发1等1，效率低
    • 后退N帧（GBN）：出错后退全重发
    • 选择重传（SR）：只重发出错帧
    • 窗口大小限制：GBN ≤ 2ⁿ-1，SR ≤ 2ⁿ⁻¹

  5. 介质访问控制

    • 信道划分：FDMA、TDMA、CDMA
    • 随机访问：CSMA/CD（以太网，边听边说，最短帧长）
    • 轮询：令牌传递

  6. 以太网：802.3标准、MAC地址（48位）、帧格式

  7. 网桥和交换机

    • 透明网桥自学习（源地址学习、目的地址转发）
    • 交换机隔离冲突域（不隔离广播域）
    • 直通/存储转发/无碎片

  8. VLAN：逻辑隔离广播域，802.1Q标签

第四部分：网络层

  1. 功能：路由选择、分组转发、拥塞控制

  2. IP地址（重中之重）

    • 分类地址（A/B/C/D/E）
    • 子网划分（子网掩码、网络地址、广播地址）
    • CIDR（斜杠记法、路由聚合）
    • VLSM（从大到小分配）

  3. IPv4分组：首部20B，分片（标识+标志MF/DF+片偏移）

  4. 辅助协议

    • ARP：IP→MAC（广播请求、单播应答）
    • DHCP：DORA（发现、提供、请求、确认）
    • ICMP：差错报告和询问（ping/tracert）
    • NAT：私有IP→公网IP转换

  5. IPv6：128位，冒号十六进制，无校验和，无路由器分片

  6. 路由协议

    • RIP：距离向量，UDP 520，跳数≤15
    • OSPF：链路状态，IP 89，Dijkstra算法
    • BGP：路径向量，TCP 179，AS之间

  7. 设备：路由器（隔离冲突域和广播域，查路由表）

第五部分：传输层

  1. 端口：熟知(0-1023)、登记(1024-49151)、动态(49152-65535)

  2. UDP：无连接、不可靠、8B首部、面向报文、无拥塞控制

    • 应用：DNS、DHCP、视频、语音

  3. TCP：面向连接、可靠、20B首部、面向字节流、全双工

    • 首部重点：序号、确认号、标志位(SYN/ACK/FIN/RST)、窗口

  4. 连接管理

    • 三次握手：SYN→SYN+ACK→ACK（同步序号）
    • 四次挥手：FIN→ACK→FIN→ACK（2MSL等待）

  5. 可靠传输：序号、累计确认、超时重传、快速重传

  6. 流量控制：滑动窗口，rwnd，零窗口

  7. 拥塞控制（重点）

    • 慢开始：指数增长（1→2→4→8...）
    • 拥塞避免：线性增长（+1/RTT）
    • 快重传：3个冗余ACK触发
    • 快恢复：ssthresh=cwnd/2，cwnd=ssthresh+3
    • 超时：ssthresh=cwnd/2，cwnd=1

第六部分：应用层

  1. 应用模型：C/S、P2P

  2. DNS：层次域名空间、递归/迭代查询、资源记录（A/AAAA/CNAME/MX/NS）

  3. FTP：控制连接21、数据连接20（主动/被动）

  4. 电子邮件：SMTP（发送25）、POP3（接收110）、IMAP（接收143）、MIME

  5. HTTP（重点）

    • 版本：1.0（非持久）→1.1（持久）→2.0（多路复用）→3.0（QUIC/UDP）
    • 方法：GET/POST/PUT/DELETE等
    • 状态码：1xx(消息) 2xx(成功) 3xx(重定向) 4xx(客户端错误) 5xx(服务器错误)
    • Cookie（客户端）和 Session（服务器端）

  6. DHCP：DORA四步（都是UDP广播）

  7. 其他：SSH（22，加密远程登录）、Telnet（23，明文）、SNMP（161/162，网络管理）

各层数据单元和设备速查

层 数据单元 设备 地址
物理层 比特 中继器、集线器 无
数据链路层 帧 交换机、网桥 MAC地址
网络层 分组/数据报 路由器 IP地址
传输层 报文段/用户数据报 无（网关） 端口号
应用层 报文 应用层网关 域名

各层协议速查

层 协议
应用层 HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, POP3, IMAP, DNS, DHCP, SSH, Telnet, SNMP
传输层 TCP, UDP
网络层 IP, ARP, ICMP, IGMP, OSPF, RIP（通过UDP）
数据链路层 Ethernet, PPP, HDLC
物理层 无协议（标准规范）

核心计算题型清单

题型 所在章节 难度
时延计算（发送+传播） 体系结构 ⭐⭐
奈奎斯特/香农公式 物理层 ⭐⭐
CRC模2除法 数据链路层 ⭐⭐⭐
海明码（数据+校验位） 数据链路层 ⭐⭐⭐
CSMA/CD最短帧长 数据链路层 ⭐⭐⭐
滑动窗口信道利用率 数据链路层 ⭐⭐⭐⭐
IP分片（总长度、偏移、MF） 网络层 ⭐⭐⭐
子网划分和CIDR 网络层 ⭐⭐⭐⭐
RIP路由表更新 网络层 ⭐⭐⭐
TCP三次握手序号确认号 传输层 ⭐⭐
TCP拥塞控制窗口变化 传输层 ⭐⭐⭐⭐