【考查目标】 

 1.掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法。 

2.掌握典型计算机网络的结构、协议、应用以及典型网络设备的工作原理。 

3.能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用。  一

一、计算机网络体系结构

(一) 计算机网络概述

1. 计算机网络的概念、组成与功能

概念定义

• 计算机网络的精确定义：利用通信设备和线路，将地理位置分散、功能独立的多个计算机系统互连起来，通过功能完善的网络软件（网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现资源共享和信息传递的系统。

核心组成（硬件+软件）

• 硬件部分：

  • 端系统（主机）：计算机、服务器、智能手机等

  • 通信链路：双绞线、光纤、无线电波等

  • 交换设备：路由器、交换机等

• 软件部分：

  • 协议栈：TCP/IP协议族

  • 网络操作系统：Windows Server、Linux网络功能

  • 网络应用软件：浏览器、FTP客户端等

核心功能层次

1. 连通性（基础）：使主机之间能够互相访问

2. 资源共享（核心）：

   • 硬件共享：打印机、存储设备

   • 软件共享：应用软件、数据库

   • 数据共享：文件、多媒体内容

3. 信息服务：Web服务、电子邮件、即时通讯等

2. 计算机网络的分类

按覆盖范围分类（最重要）

• 个人区域网（PAN）：10米以内，如蓝牙连接

• 局域网（LAN）：

  • 范围：几米到几公里

  • 特点：高带宽、低延迟、所有权归组织

  • 示例：以太网、Wi-Fi网络

• 城域网（MAN）：

  • 范围：几十公里

  • 特点：连接多个局域网

  • 示例：城市范围内的光纤网络

• 广域网（WAN）：

  • 范围：几百到几千公里

  • 特点：使用运营商提供的链路

  • 示例：Internet、跨省企业专网

按拓扑结构分类

拓扑结构

星型

总线型

环型

网状型

树型

按交换技术分类

• 电路交换网络：电话网

• 报文交换网络：电报网（已淘汰）

• 分组交换网络：Internet（现代主流）

按传播技术分类

• 广播式网络：共享信道，如传统以太网

• 点对点网络：专用链路，如帧中继

3. 计算机网络主要性能指标（408重点）

速率（带宽）

• 定义：数据在信道上的传输速率，单位：bps（比特/秒）

• 关键点：

  • 带宽的两种含义：

    1. 信号具有的频带宽度（Hz）

    2. 网络中某通道传送数据的能力（bps）

  • 单位换算：1Mbps = 1000kbps = 1,000,000bps（注意不是1024倍）

吞吐量

• 定义：单位时间内通过某个网络的实际数据量

• 特点：

  • 受限于带宽、链路质量、网络拥塞等

  • 吞吐量 ≤ 带宽

时延（延迟）

• 四个组成部分（必须掌握每个的计算方法）：

• 发送时延 = 数据帧长度(bit) / 发送速率(bps)

• 传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波在信道上的传播速率(m/s)

• 处理时延：路由器/交换机存储转发所需时间

• 排队时延：分组在路由器中排队等待时间

• 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

时延带宽积

• 定义：传播时延 × 带宽

• 物理意义：表示链路中能容纳的比特数

• 重要性：指导发送窗口大小的设置

往返时间RTT

• 定义：从发送方发送数据开始，到收到接收方确认的时间

• 包含：传播时延 × 2 + 处理时间（两端）+ 排队时延等

• 应用：TCP超时重传机制的基础

利用率

• 信道利用率：有数据通过的时间比例

• 网络利用率：全网络信道利用率的加权平均值

• 关键规律：根据排队论，当利用率接近1时，时延急剧增大

(二) 计算机网络体系结构

1. 计算机网络分层结构

分层的基本思想

• 核心原则：每个层次实现特定的功能集合

• 层间关系：下层为上层提供服务，上层使用下层服务

• 对等实体：不同主机上的同一层实体使用协议通信

分层的好处

1. 模块化设计：各层独立开发、测试

2. 灵活性：某层改变不影响其他层

3. 标准化：定义清晰的接口

4. 易于理解和教学

2. 计算机网络协议、接口、服务等概念

协议（Protocol）

• 定义：控制两个对等实体通信的规则集合

• 三要素（必须牢记）：

  1. 语法：数据与控制信息的结构或格式

  2. 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作

  3. 时序：事件实现顺序的详细说明

接口（Interface）

• 定义：相邻两层之间交换信息的连接点

• 特点：

  • 定义下层向上层提供的服务

  • 定义了服务原语（如请求、指示、响应、确认）

  • 服务访问点SAP：相邻层实体进行交互的逻辑接口

服务（Service）

• 定义：下层向上层提供的功能集合

• 服务原语类型：

  • 请求：上层调用下层服务

  • 指示：下层通知上层事件发生

  • 响应：上层对指示的回应

  • 确认：下层确认请求完成

服务与协议的关系

• 服务：垂直关系，定义层间交互

• 协议：水平关系，定义对等实体交互

• 服务通过协议实现，但服务用户不关心协议细节

服务类型

• 面向连接服务 vs. 无连接服务

• 可靠服务 vs. 不可靠服务

• 有应答服务 vs. 无应答服务

3. ISO/OSI参考模型和TCP/IP参考模型

ISO/OSI参考模型（七层）

┌─────────────────┐
│  第7层 应用层    │ ← 用户接口
├─────────────────┤
│  第6层 表示层    │ ← 数据格式转换、加密
├─────────────────┤
│  第5层 会话层    │ ← 建立、管理、终止会话
├─────────────────┤
│  第4层 传输层    │ ← 端到端可靠传输
├─────────────────┤
│  第3层 网络层    │ ← 路由选择、分组转发
├─────────────────┤
│  第2层 数据链路层 │ ← 相邻节点可靠传输
├─────────────────┤
│  第1层 物理层    │ ← 比特传输
└─────────────────┘

各层详细功能：

1. 物理层：传输原始比特流，定义机械、电气特性

2. 数据链路层：

   • 将物理层的比特流组织成帧

   • 差错控制、流量控制

   • 媒体访问控制（MAC）

3. 网络层：

   • 路由选择（全局视角）

   • 分组转发（本地操作）

   • 拥塞控制

4. 传输层：

   • 端到端的可靠传输

   • 复用和分用

   • 差错控制、流量控制、拥塞控制

5. 会话层：建立、管理、终止会话，同步检查点

6. 表示层：数据格式转换、加密解密、压缩解压

7. 应用层：为用户提供网络服务接口

TCP/IP参考模型（四层）

┌─────────────────┐
│    应用层       │ ← 对应OSI的5-7层
├─────────────────┤
│    传输层       │ ← TCP、UDP
├─────────────────┤
│    网际层       │ ← IP、ICMP、IGMP
├─────────────────┤
│  网络接口层     │ ← 对应OSI的1-2层
└─────────────────┘

OSI vs. TCP/IP 对比（408高频考点）

比较项目	OSI参考模型	TCP/IP参考模型
产生背景	国际标准化组织制定，理论标准	从实践中发展而来，事实标准
模型结构	7层，划分清晰	4层，简洁实用
标准化程度	严格分层，协议与服务分离	协议与层次结合紧密
设计理念	先有模型，后有协议	先有协议，后有模型
连接方式	网络层支持无连接和面向连接	网络层只支持无连接（IP）
可靠性	在网络层和传输层都提供	主要由传输层（TCP）保证
现状	理论指导意义大，实际应用少	Internet的基石，广泛应用

五层教学参考模型（折中方案）

应用层（HTTP, FTP, SMTP）
传输层（TCP, UDP）
网络层（IP, ICMP）
数据链路层（Ethernet, PPP）
物理层（比特传输）

408考研真题重点与难点解析

高频考点总结

1. 性能指标计算题

   • 给定时延各分量，计算总时延

   • RTT与发送窗口的关系

   • 信道利用率计算（结合滑动窗口协议）

2. 分层模型辨析

   • 判断特定功能属于哪一层

   • OSI与TCP/IP模型的异同

   • 服务与协议的关系

3. 基本概念理解

   • 带宽的两种含义

   • 时延各分量的物理意义

   • 连接与无连接服务的区别

典型真题分析

【例题1】（性能指标综合计算）

在一条带宽为10Mbps的链路上，发送方以2Mbps的速率持续发送数据。链路的单向传播时延为20ms。求：

1. 链路的时延带宽积

2. 发送100KB数据需要的总时间

3. 若采用滑动窗口协议，为使链路利用率达到100%，最小窗口大小应为多少？

【解题步骤】

1. 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽 = 0.02s × 10Mbps = 0.2Mb = 200kb

2. 总时间 = 发送时延 + 传播时延

   • 发送时延 = 100KB × 8 / 2Mbps = 800kb / 2Mbps = 0.4s

   • 总时间 = 0.4s + 0.02s = 0.42s

3. 最小窗口大小：发送时延内能发送的数据量 = 带宽 × 往返时延

   • RTT = 2 × 20ms = 40ms

   • 最小窗口大小 = 10Mbps × 0.04s = 0.4Mb = 400kb

【例题2】（分层模型判断）

以下功能分别属于OSI参考模型的哪一层？
A) 将比特流组织成帧
B) 决定传输路由
C) 提供端到端的可靠传输
D) 数据格式转换

【答案】 A-数据链路层，B-网络层，C-传输层，D-表示层

复习建议

1. 建立清晰的层次概念

   • 画层次结构图，明确每层的输入输出

   • 理解数据封装和解封装的过程

2. 掌握关键计算

   • 时延计算公式必须熟练

   • 理解各性能指标的内在联系

3. 对比学习

   • 将OSI与TCP/IP模型对比记忆

   • 理解为什么TCP/IP能成为实际标准

4. 联系实际

   • 将理论概念与日常网络使用联系起来

   • 如：浏览网页时各层的功能体现

这一章是计算机网络的基础，概念多且抽象，但又是后续学习的基础。建议通过画图、列表对比、做真题等方式加深理解。建立好分层的思维模型，后续章节的学习会事半功倍。

错题整理

集线器、中继器属于物理层。
交换机、网桥属于数据链路层。
路由器属于网络层。
数据链路层：网桥 交换机
网络层：路由器
传输层：网关㆒使两个采用不同高层协议的主机能够通信
1.网络接口层:解决物理上数据传输的问题
2.网络层:解决主机之间通信问题
3.传输层:解决的是不同主机用户进程之间的通信
4.应用层:解决的是用户和网络的接口问题
ISO：制定OSI七层体系结构
IEEE：制定局域网802系列标准
ISOC：负责协调因特网合作
IANA：负责因特网域名和地址管理工作
ARPANET是Internet的前身，为了实现军事研究目的，分组交换是其采取的主要技术之一。MILNET、NSFNET以及Internet均在其基础之上发展
在应用层和网络层之间的接口上交换的是分组。
接口是相邻层协议之间的通信约定。
协议是不同系统对应层之间的数据交换规则并不是某一方内部的单独规定。
本题考查计算机网络中可靠服务与不可靠服务的概念理解。
可靠服务并非仅靠高质量连接线路保证数据可靠传输，还涉及差错控制、确认重传等机制 ，A错误。
网络不可靠时，可通过协议（如传输层的TCP协议）等手段保障数据传输，并非只能冒险使用，B错误。
可靠服务是要尽可能保证数据准确传输到目的地，这是其设计目标，C错误。
对于不可靠网络，像应用层协议可通过校验和、确认应答等，用户也能采取相应措施，保障数据传输正确性，D正确。答案为D 。
影响网络分类的标准很多，其中物理范围对传输技术，组网方式，管理和运营方式的影响是最大的
                      TCP/ IP                OSI
网络层         无连接服务        两种都可
传输层        两种都可            面向连接服务
表示层位于应用层之下，主要的功能是对数据进行压缩、加密和解压缩、解密
表示层：数据压缩，加密或描述
会话层：建立及管理会话
TCP/IP参考模型在应用层、传输层和互联网层均定义了相应的协议和功能，但是网络接口层则沿用了OSI参考模型的相应标准，并没有定义其功能、协议和实现方式
会话层的两个主要服务是会话管理和同步。
数据链路层的同步：用于读数据不错位
会话层的同步：用于定位，不重传前面已发送的。

在 OSI 参考模型中，当两台计算机进行文件传输时，为了防止中间出现网络故障而重传整个文件的情况，可以通过在文件中插入同步点来解决，这个动作发生在会话层。
接口描述的是同一计算机相邻层之间的通信规则；
SDU(服务数据单元)是为完成用户所要求的功能而应传送的数据；
SAP是服务访问点，下层通过其为上层提供服务；
PCI是协议控制信息，控制协议操作的信息
计算机网络的分类方式
1.根据网络所使用的传输技术分类
    广播式网络和点对点网络
2.根据网络的覆盖范围与规模分类
    广域网、局域网、城域网
TCP/IP中：
应用层：FTP协议、SMTP协议、Telnet协议
传输层：UDP协议、TCP协议
网络层：ICMP、IP、IGMP协议
网络接口层：ARP、RARP协议
应用层是用户的数据，
数据+传输层首部=报文；
报文+网络层首部=IP分组；
IP分组+数据链路层首部与尾部=数据帧；
数据帧到了物理层变成比特流。

注意^物理层是不参与封装的,物理层以0、1比特流的形式透明地传输数据链路层递交的帧。

网络层、应用层都把上层递交的数据加上首部，数据链路层接收上层递交的数据不但要给其加上首部，还要加上尾部。
物理层，数据链路层，网络层:点到点
传输层，会话层，表示层，应用层:端到端
本题考查对不同网络协议确定性的判断。
（令牌环）：令牌环协议通过令牌传递来控制访问，有确定的访问顺序，是确定性协议 。
（CSMA/CD）：载波监听多路访问/冲突检测，站点随机监听信道，冲突后随机退避重发，无法确定发送成功时间，属于非确定性协议 。
（IPX）：互联网分组交换协议，是一种面向连接的确定性协议 。
（RIP）：路由信息协议，虽然存在一定收敛问题，但路由更新等有相对确定的机制，属于确定性协议 。
802.11g兼容802.11b，速度有差别，802.11g传输速度快。
802.11b----11Mbps（实际值为550~600kB/s）
802.11g------54Mbp
看后缀，T是双绞线twisted pair cable，F是光纤 fibre，
100Base-T 是一种以速率100Mb/s工作的局域网（LAN）标准，它通常被称为快速以太网标准，并使用两对UTP（非屏蔽双绞线)铜质电缆。100Base-T：100标识传输速率为100Mb/s；base 标识采用基带传输；T 表示传输介质为双绞线（包括5类UTP或1类STP)，当为F时表示光纤。
虚电路服务需要有建立连接过程，每个分组使用短的虚电路号，属于同一条虚电路的分组按照同一路由进行转发，分组到达终点的顺序与发顺顺序相同，可以保证有序传输，不需要为每条虚电路预分配带宽。
物理层解决何种信号来传输比特的问题。
数据链路层解决在一个网络或一段链路上传输的问题。
网络层解决分组在多个网络上传输路由的问题。
运输层解决进程之间基于网络的通信问题。
应用层解决应用进程的交互来实现特定网络应用的问题。
计算机网络最核心的基础是实现 设备间的数据传输（数据通信） ，资源共享、分布式处理等功能都建立在“数据能传递”的前提上
局域网广域网的区别：覆盖范围不同，使用协议不同。
局域网采用以太网技术是广播式网络。广域网采用分组交换技术是点对点网络。
数据链路层在分组上除增加源和目的地址外，也增加控制信息。
网络层将高层协议产生的数据封装成分组，并增加第三层的二地址和控制信息。
OSI参考模型中，
传输层 的PDU叫报文段或段、
网络层叫分组或数据报、
数据链路层叫帧、
物理层为比特。
TCP/IP模型中，传输层通过TCP等协议实现 可靠性、流量控制、错误校正 ；
• 网络接口层：处理物理链路和帧；
• 网际层：负责路由、分组转发；
• 应用层：提供应用服务接口。
物理层的服务访问点就是网卡接口
数据链路层的服务访问点是MAC地址
网络层的服务访问点是IP地址
传输层的服务访问点是端口号
应用层提供的服务访问点是用户界面

 三、数据链路层 

 (一)数据链路层的功能 

 (二)组帧 

 (三)差错控制 

 1.检错编码 

 2.纠错编码 

 (四)流量控制与可靠传输机制 

 1.流量控制、可靠传输与滑动窗口机制 

 2.停止-等待协议 

 3.后退N帧协议(GBN)

 4.选择重传协议(SR)

 (五)介质访问控制 

 1.信道划分 

 频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理。 

 2.随机访问 
 ALOHA协议，CSMA协议，CSMA/CD协议，CSMA/CA协议。 

 3.轮询访问 

 令牌传递协议  

(六)局域网 

 1.局域网的基本概念与体系结构 

 2.以太网与IEEE802.3

 3.IEEE802.11无线局域网 

4.VLAN基本概念与基本原理 

 (七)广域网 

 1.广域网的基本概念 

 2.PPP协议 

 (八)数据链路层设备 

 以太网交换机及其工作原理 

 四、网络层 

 (一)网络层的功能 

 1.异构网络互连 

2.路由与转发 

3.SDN基本概念 

 4.拥塞控制 

 (二)路由算法 

 1.静态路由与动态路由 

 2.距离-向量路由算法 

 3.链路状态路由算法 

 4.层次路由 

 (三)IPv4

 1.IPv4分组 

 2.IPv4地址与NAT

 3.子网划分、路由聚集、子网掩码与CIDR

4.ARP协议、DHCP协议与ICMP协议 

 (四)IPv6

 1.IPv6的主要特点 

 2.IPv6地址 

 (五)路由协议 

 1.自治系统 

 2.域内路由与域间路由 

 3.RIP路由协议 

 4.OSPF路由协议 

 5.BGP路由协议 

 (六)IP组播 

 1.组播的概念 

 2.IP组播地址