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计算机网络I-考前指导复习提纲_throughput speed 的关系

作者：IT小白 | 2024-08-16 10:45:12

踩

throughput speed 的关系

计算机网络I考前指导

填空、选择、连线、简答、计算等题型

考试范围基本在course review里面，老师说可能会考的用表示（自己学校的考点都在这里，仅供参考）

PPT1

Networking basics

What are the differences between data networks and voice networks（传统的）?

要求：要区分哪些特点是属于data networks/voice networks，判断/选择
1. data networks:(1)communication：use digital transmission(2)data：encapsulated into datagram（3）send : through network devices（4） discrete signal（离散信号）. eg.Ethernet network
2. voice networks:(1) communication：uses analog transmission(2)voice stream: are forward by circuit（4） continous signal. eg.telephone network
How many types of computer networks when it is classified by their scale?

4 kinds：Personal Area Networks, Local Area Networks, Metropolitan Area Networks, and Wide Area Networks.个人区域网、局域网（公司、校园eg.以太网）、城域网和广域网(城市、国家)

Network architecture

What are the definitions of layers, protocols, and services in network architecture?

▪ A layer is a level of abstraction which has a well defined function.（抽象概念，每一层定义了功能，同一层功能一样）

▪ Protocols are executives([ɪɡˈzekjətɪvz]) of the functions.（实现功能的载体、执行，协议是一组指定设备如何交互和交换消息的规则）

▪ Services are functions provided through protocols.（协议产生的功能）
What are the famous reference models used in computer networks?
1. OSI
2. TCP/IP
What are the differences between OSI and TCP/IP reference model?

以下为比较：

▪ Both have layers. But TCP/IP appears simpler because it has fewer layers.

▪ Both have application layers, though they include very different services. TCP/IP combines the

presentation and session layer issues into its application layer.

▪ Both have comparable transport and network layers. But TCP/IP combines the OSI data link and

physical layers into the network access layer.

▪ Both assume packets are switched. This means that individual packets may take different paths to

reach the same destination.

▪ The TCP/IP model gains credibility just because of its protocols. In contrast, the OSI model is used

as a guide.

▪ 两者都有层次。但是TCP/IP看起来更简单，因为它的层数更少。

▪ 两者都有应用层，尽管它们包含非常不同的服务。TCP/IP将表示层和会话层问题结合到应用层。

▪ 两者都有相当的传输层和网络层。但是TCP/IP结合了现场视察数据链路和

物理层进入网络接入层。

▪ 两者都假设数据包被交换。这意味着单个数据包可能通过不同的路径到达同一个目的地。正是因为它的协议，TCP/IP模型获得了可信度（被用了）。相比之下，OSI模型被用作指南（没被用）。

Functions and technologies in OSI and TCP/IP reference model

What are the names of seven layers in OSI and TCP/IP reference model?
What functions are defined in each layer?

要求：OSI、TCP每一层的功能（OSI）、协议（TCP/IP）、哪些地址（TCP/IP）定义了

考法：某一层是什么功能

OSI reference model:

(1)Application layer:Data exchange between network applications.

(2)Presentation layer:Data representation between hosts.

(3)Session layer:Dialogue control between hosts.

(4)Transport layer:Reliable transmission between hosts.

(5)Network layer:Best path determination between hosts.

(6)Data Link layer:Media access and reliable transmission over physical

link.

(7)Physical layer:Bits transmission over physical link.

网络应用程序之间的数据交换。
主机之间的数据表示。
主机之间的对话控制。
主机之间的可靠传输。
主机之间的最佳路径确定。（寻址、路由）
物理链路上的媒体访问和可靠传输。
物理链路上的比特传输。
TCP/IP:

▪ The application layer should include the OSI application, presentation and session layer details.

They created an application layer that handles issues of representation, dialog control, and etc.

▪ The transport layer deals with the issues in the quality of transportation services, such as reliability, flow control, and error correction.

▪ The internet layer is to divide segments into packets and transmit them between different networks.

Best path determination and packet switching occur at this layer.

▪ The network access layer, also known as the host-to-network layer, is concerned with all of the

components that are required to make a physical link. It includes the details in the OSI physical and

data link layers.

▪ 应用层应包括OSI中的应用、演示和会话层细节。他们创建了一个处理表示、对话控制等问题的应用层。

▪ 传输层处理运输服务的质量问题，如可靠性、流量控制和纠错。

▪ 互联网层是将数据段分成数据包，并在不同的网络之间传输。最佳路径确定和分组交换发生在这一层。

▪ 网络接入层，也称为主机到网络层，负责建立物理链路所需的所有组件。它包括OSI物理层和数据链路层的细节。

What protocols are defined in each layer?

考法：eg.IP协议是在TCP/IP哪一层定义的、Domain Name（某一个地址）是在TCP/IP哪一层定义的？

主要关注TCP/IP：

（1）The application layer protocols include:

• Domain Name System (DNS)

• Hypertext Transfer Protocol (HTTP)

• File Transfer Protocol (FTP)

• Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)

• Trivial File Transfer Protocol (TFTP)

（2）The transport layer protocols include:

• Transport Control Protocol (TCP)

• User Datagram Protocol (UDP)

（3）The Internet layer protocols include:

• Internet Protocol (IP)

（4）The network access layer refers to any particular technology used on a specific network (Ethernet).

(1)应用层协议包括:

域名系统

超文本传输协议

文件传输协议

简单邮件传输协议

普通文件传输协议(TFTP)

(2)传输层协议包括:

传输控制协议

用户数据报协议

(3)互联网层协议包括:

互联网协议

这些都要知道，都是底层往上层服务

(4)网络接入层是指在特定网络(以太网)上使用的任何特定技术。

图中值得注意的是PDU（协议数据单元）头：协议，有效载荷：上层PDU，尾：数据校验和

分别是Data/segment/packet/Frame,Bit数据/段/包/帧，位
What addresses are defined in each layer?

每一层的地址：

domain name域名：应用层(application)

port端口第四层（OSI的）(transport)

IP地址是第三层(network)

MAC地址：第二层(TCP/IP的network access)
What network devices are operating at each layer?

hubs,switch,router,application
The technologies of LANs and WANs are usually designed in which layers?

这些LANs 和 WANs是技术，用1、2层定义的。

Data encapsulation

What is the process of data encapsulation?

知道了这么多设备、每一层的功能，可是它是怎么用这个模型传输信息的，怎么将功能组成起来的，就是用数据封装。

要求：了解封装是数据包越来越大的过程，解封装是数据包越来越小的过程；发送是封装，接收时解封装；发送端从应用层往下走，接收端则往应用层往上走；封装和解封装一共经历多少层：由设备所在层数决定；判断两台设备要通讯哪一层和哪一层协议一样才能通讯（不同层协议能通讯有什么要求）：如果一个设备和另一个紧挨着的设备有第一层协议，则这两个的第一层协议要一样(相邻的设备的同一层协议要一样）。

（1）封装：从上层到底层封装，数据被包裹在PDU中，往下每一层都加上下一层的Header和Trailer，所以逐层PDU会越来越大。

（2）解封装：底层到上层，把每层的Header和Trailer去掉给上层。

由此，每一层的功能都会被用到，并且达到每一层只会看到对应那一层，即同一层的协议只会跟同一层通讯，两台设备要相同的协议才能通讯（解封装、解到某一层时候把那一层协议交给对应的设备同一层协议去处理）。

注：Encapsulation and de-encapsulation between networks focuses ONLY on layers 1, 2, and 3 of the OSI model.
What PDUs are used in each layers?

考法：TCP属于哪一层的PDU？TCP是OSI的第四层，它的PDU是segments。这里PDU是统称，就比如有IPV４的packet也有IPv６的packet。

(1) Application layer:data.

(2) Transport layer:segments.

(3) Internet layer:packets.

(4) Network Access layer:frames and bits.
What are the header format of common used PDUs in each layer?（这个了解就好，不用背了）

Network topology and terminologies

What are the differences of physical and logical network topologies? List some common used physical and logical network topologies.（了解就好）

▪ Network Topology defines the structure of the network. There are two parts to the topology　definition:

▪ Physical topology, which is the actual layout of the wire (media).

▪ Logical topology, which defines how the media is accessed by the hosts.

网络拓扑定义了网络的结构。拓扑定义分为两部分:

物理拓扑，即导线(介质)的实际布局。

逻辑拓扑，定义主机如何访问介质。

网络可以有一种物理拓扑，也可以有完全不同的逻辑拓扑。
What is the unit of digital bandwidth and analog bandwidth?（了解单位）

前者，digital bandwidth逻辑的带宽：ｂｐｓ，后者，analog bandwidth物理的带宽：Ｈｚ（震动多少次）

bps:bps是什么单位？是什么意思_NCTU_to_prove_safety的博客-CSDN博客_bps是什么意思
What is the definition of bandwidth and throughput, and baud? What is the relationship among

bandwidth, throughput, and baud?

(a)bandwidth:maximum theoretical amount of information that can flow through a network connection in a given period of time.

(b)throughput:actual measured bandwidth, at a specific time of day, which is affected by factors that include number of users on network, networking devices, type of data, user’s computer and the server, etc.

©baud:The time required to transmit the character depends on both the encoding method and the signaling speed. The number of changes per second is measured in baud.

(a)带宽：在给定时间内可以通过网络连接流动的最大理论信息量。(b)吞吐量：在一天中特定时间的实际测量带宽，受网络上的用户数量、网络设备、数据类型、用户计算机和服务器等因素的影响。©波特：传输字符所需的时间取决于编码方法和信令速度。每秒的变化次数以波特为单位测量。

(d)关系：bandwith是理想的speed，throughput是实际的speed，baud是另一种方法测量bandwith.

Bandwidth is the theoretical maximum information and throughput is the actual measured bandwidth.Throughput ≤ Bandwidth.

考法：考运算eg.假设一个符号有8种变化（L），每秒钟发送3个波特/每秒钟（发送3个信号波特率为3)。但是现在有4种变化，问实际的逻辑带宽（digital bandwidth）有多少bps？bit rate = baud * log2L bit rate=3*2=6bps 注:考试不一定是整数，若不是，则直接写出公式eg.bit rate=3 *log2 10

波特（率,即Baud）和比特率关系：波特率与比特率_一剑钦安-CSDN博客_比特率和波特率，文中的符号就是这里的信号。一个波特=一个信号=按照具体编码的几位。比特率：是单位时间内传输了多少位（比特），单位是bit/s或者bps（bits per second比特/每秒)。比特率 = 波特率 * （一个符号）几位。如果一个信号有2位，则有4种变化（00 01 10 11），一个符号有3位就有8种变化。

注：L的另一种说法：这里的L是用于传输的电压等级Here, the L is the voltage levels used in transmission.
What is the difference between the transmission delay and propagation delay?

考法：定义和计算都要考。

(1)Transmission delay: is the time needed to push all the packet bits on the transmission link. It has nothing to do with the distance between the routers,but related to packet length and link transmission rate.

(2)Propagation delay: is a simple measurement of how long it takes for a signal to travel along the cable being tested.And it is the time it takes for a signal to travel from one router to another in the propagation medium.So it is related to the distance between routers.

（1）传输延迟：是推送传输链路上所有packet bits所需的时间。它与路由器之间的距离无关，而是与数据包长度和链路传输速率有关。信号传播的速度

（2）传播延迟：是一个简单的测量信号沿着被测试的电缆移动所需的时间。它是一个信号在传播介质中从一个路由器传输到另一个路由器所需的时间。所以它与路由器之间的距离有关。cable的长度

计算：

eg.考经过几个设备以后总的时间是多少：

The sender and receiver are separated by two 1 Gbps links and a single switch.
The message size is 5000 bits, and each link introduces a propagation delay of 10 us. What is the total transfer delay?
(Let’s assume that the switch begins forwarding immediately after it has received the last bit of the message.)

发送方和接收方由两个1Gbps链路和一个交换机分开。消息大小为5000位，每个链路引入了10us的传播延迟。总传输延迟是多少？（让我们假设交换机在收到消息的最后一点后立即开始转发。）

注：这里的10⁹是要注意一个单位的换算，TD和link transmission rate有关，所以给的链路速度是用来算TD的。1Gbps=10⁹bps，这里的单位是bps(bit/s)，给的信息大小是bits的单位。

Exercise1

PPT2

Layer 1 technologies

按OSI的层次来讲，1-7，但是举例子举TCP/IP来讲，由于TCP/IP1、2层合并起来所以一起讲。但尽管是一起讲，TCP/IP的物理、数据链路部分也还是有分界的。

补充：

The physical layer is responsible for moving bits of data through physical media.物理层负责通过物理介质传输数据。
操作：

（1）The physical layer accepts a complete frame from the data link layer, encodes the binary digits as a series of signals and transmit these signals across the local physical media.

（2）The physical layer also retrieves these individual signals from the media, restore them to their bit representations, and passes the bits up to the data link layer as a complete frame.

▪物理层接受来自数据链路层的完整帧，将二进制数字编码为一系列信号，并通过本地物理介质传输这些信号。

▪物理层还从媒体中检索这些单独的信号，将它们恢复到其位表示形式，并将这些位作为一个完整的帧传递到数据链路层。

Network media

What carrier signals are used in the network media of copper（铜）, optical fiber（光纤） and wireless（无线网络）?

考法：单词要是真的记不住，记错了，个别补充中文可以，拼错单词在老师看得懂的情况下不扣分。

copper: electrical signals , optical fibers: pulses of light , wireless: microwave signals

铜：电信号、光纤：光脉冲、无线信号：微波信号（电磁波）。

What is the purpose of encoding and modulation?

要求：知道encoding and modulation两个的意思，和在第一层起的作用。

（1）encode，decode目的是怎么表示0和1，但是问题在于，怎么知道要几个0/1（多长），所以还会有时钟信号在里面。将时钟信号和那个信号怎么结合起来就会产生很多方法。
- 分为：（1）baseband，方波，实现简单，但是效率比较低（因为只能传一个信号，占用整个信道的带宽） Ethernet use base signaling.（2）boardband，可以用不同频率给不同用户通讯，实现复杂，效率高（一个线路可以允许多个用户同时通讯）。
- 基带信令（baseband）：使用传输介质的整个带宽。该数据信号直接通过传输介质进行传输。以太网使用基带信令。
- 宽带信令（boardband），数据信号不直接放置在传输介质上。模拟信号（载波信号）analog signal (carrier signal) 由data signal数据信号调制，并发送被调制的载波信号。无线电广播和有线电视使用宽带信号。
- 基带编码encoding，宽带调制modulation。
（2）概念：
- 基带信号编码：编码是一种将二进制数据1和0转换成可在物理通信链路上传输的形式(预定义代码)的方法。
- 调制使用载波频率作为通信的基本频率，然后将信息编码到载波上。载波频率是一种电子波，它与信息信号相结合，并通过通信信道传输。基本载波有三个方面可以调制:调幅、调频、相位调制。Modulation uses a carrier frequency as the basic frequency of a communication, then encodes information onto the carrier wave. ▪ Amplitude Modulation (AM) ▪ Frequency Modulation (FM) ▪ Phase Modulation (PM)
编码将二进制的转成物理上的

考法：给一个技术，属于是encode的方法还是那些modulation的方法。并且关于编码要知道是Level driven还是Edge driven的编码。
- 编码的2种：晶体管-晶体管逻辑(TTL)（电平驱动）编码的特征是高信号和低信号(二进制1通常为+5或+3.3V，0V通常为0[0])。曼彻斯特（边缘驱动）编码的位编码为转换。曼彻斯特编码的结果是1被编码为低到高转换，0（零）被编码为高到低转换。Transistor-Transistor Logic (TTL) (Level driven);Manchester (Edge driven)
- boardband,调制成sin、cos（下学期再讲，考的少）

Network cabling

这部分应该不会考

What are the differences between LAN cabling and WAN cabling?局域网布线和广域网布线有什么区别？
List some common used types of cables in LAN and WAN cabling.列出了局域网和广域网电缆中一些常用的电缆类型。

(For example, LAN cabling: coaxial cable, UTP cable, single-mode and multimode fiber, etc.)
(For example, WAN cabling: RS-232 cable, V.35 cable, etc.)

（例如，局域网布线：同轴电缆、UTP电缆、单模、多模光纤等）（例如，广域网电缆：RS-232电缆、V.35电缆等）

In LAN cabling, how to use the UTP cables of straight-through, crossover, rollover to connect devices? Which wires of a UTP cable are used to transmit and receive data in Ethernet?在局域网布线中，如何使用直通、交叉、翻转的UTP电缆来连接设备？UTP电缆中的哪些布线用于在以太网中传输和接收数据？
In WAN cabling, what is the difference between DTE and DCE cabling?在广域网布线中，DTE和DCE布线有什么区别？

Layer 2 technologies

Layer 2 functions

第二层思想：怎么样允许多个users（computer)来发送东西呢？用到media access，有线还是无线都要考虑这个问题。以以太网为例子，用到CSMA/CD。电话网络是通过不同频道频率编码，多个用户通讯。

What is the media access method of CSMA/CD?

CSMA：在发之前先监听有没有在传输，listen before send。CSMA/CD：在发送的过程继续监听，listen while sending。因为网络传输存在时延，易冲突。
How does a host use backoff algorithm for transmission attempt when collision occurred in Ethernet network?

如果监听了是idle（空闲的）可以发，则在发送帧后，所有主机需要要等待一个间隔（最小要等96个bit，即帧间间距 interframe spacing：两个非碰撞帧之间的最小间距，这是从第一帧的最后一位到第二帧的序言的第一位进行测量的)。

但是监听了能不能直接发数据包要看之前有没有冲突，如果之前没有的话就可以直接发送，发送过程中还会继续边监听边发送。但是如果监听的过程中有冲突就停止，下次重发时候，用回退算法，竞争抽签，等待除了电缆空闲idle（每个主机等待完整的帧间隔）的额外时间。这个额外的时间用回退算法算，防止再次碰撞。

回退算法：Random waiting period = [ 0, (2ⁿ – 1) X (slot time) ]，0到2n-1中抽一个，第几次发，要等待多少个一来一回的时间发，n是发生冲突的次数，发生一次就是0,1里抽签，2次就是0,1,2,3里面抽签，所以冲突范次数越多，再次冲突的机会就少了，因为范围广。

简单的说就是：（1）之前没有冲突，等待所有主机发完后的96bits(interframe spacing)即可（即监听是空闲的）（2）之前有冲突了，等待所有主机发完后的96bits后还要再等带一个保留窗口时间，就是用回退算法算的时间，很多个slot time。

考法：给一个图PPT P52，说撞上了，下次再发计算要在哪个范围里面抽，撞上几次，知道等待多长时间。

注：以太网设备越多，冲撞几率越大。

这个小图，按照t0,t1,t2来看,t0是AB同时发，C不发，然后他们都等待96位，再抽时间谁先发。

补充：

2.2第二层功能：

第1层无法决定哪个主机将传输来自一个组的二进制数据，所有主机都试图同时传输。第2层使用称为媒体访问控制(MAC)的系统来选择将传输二进制数据的主机。
第1层无法命名或识别主机。第2层使用平面寻址(或平面命名)过程。
第1层只能描述比特流。第2层使用成帧来组织或分组比特。
第1层无法与上层通信。第2层通过逻辑链路控制(LLC)来实现。
对于主机，重要的第2层功能由网络适配器(网络接口卡)执行。
Logical Link Control (LLC) sublayer，独立于技术的逻辑链路控制(LLC)子层。LLC参与封装过程。LLC获取网络层PDU(一个数据包)（与上层通信），并添加更多的控制信息来帮助将数据包传递到目的地。两个寻址组件，目的服务接入点(DSAP)和源服务接入点(SSAP)。 Destination Service Access Point (DSAP) and the Source Service Access Point (SSAP).
Media Access Control (MAC) sublayer，媒体访问控制子层。定义可访问不同介质的规则（或方法）。媒体访问控制协议（MAC协议）决定了共享介质环境中的哪台主机可以传输数据。有两种媒体访问控制方法：（1）Deterministic (taking turns) ,确定性(轮流)，eg.Token Ring (IEEE 802.5) and FDDI (Fiber Distributed Data Interface).令牌环（IEEE802.5）和FDDI（光纤分布式数据接口）。（2）Non-deterministic (first come, first served) ,非确定性(先到先得).eg.Ethernet (IEEE 802.3)以太网。

2.3以太网技术：
以太网Ethernet在OSI的运行区域：数据链路层（第二层）的下半部分，即为MAC子层和物理层。
以太网命名规则：（1）速度： Mbps（2）信号方法：以太网使用基带信号（3）介质：介质类型（eg.F=光纤光缆，T =铜非屏蔽双绞线)
以太网不是一种网络技术,而是一系列网络技术。以太网最初的想法源于允许两台或多台主机使用相同的介质并防止信号相互干扰的问题。
碰撞域：collision domain is a connected physical network segment where collisions can occur. 碰撞域是一个可能发生碰撞的已连接的物理网络段。
Ethernet provides a contention-based (non-deterministic) MAC method, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD), for controlling how the hosts access the share medium. 以太网提供了一种基于竞争的（非确定性/先到先得）MAC方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD），用于控制主机访问共享介质的方式。
CSMA：一次只允许一台主机传输。网络上的主机可以随时访问媒体。在发送数据之前，CSMA主机会监听网络以确定它是否已经在使用。如果正在使用，则主机会等待。如果不使用，它们会传输。
CSMA/CD：使用CSMA因为有延迟，可能同时传输了，每当网络上发生冲突时，所有传输都会停止一段时间。使用CSMA/CD，主机在传输数据时检测碰撞。一旦检测到碰撞，发送主机就发送一个32位“堵塞”信号，强制碰撞。这样做可以使正在传输的任何数据被完全损坏，所有主机都有机会检测到碰撞。
3种碰撞检测：Local collision本地、Remote collision远程、Late collision延迟。
注：slot time只适用在半双工链路。全双工与半双工的区别_liangtianmeng的专栏-CSDN博客_全双工和半双工的区别

Ethernet switching

刚刚的是一个机器把数据发出去，自己在第二层发出去，这个是设备把一个数据包从这个设备到另一个设备交换，第二层到第二层交换。可以通过使用网桥、交换机和路由器来减小冲突域的大小。这个过程叫做分段。

What is bridging?

(1)switching是在一个接口上接收传入帧并将该帧传递出另一个接口的过程，用到一个关键的技术：bridging。数据包从一个端口收到再传给另一个端口（从一个domain到另一个domain)，要forward decision。知道数据包去连在哪个网口的机器，就从那个网口发出去；但是要是不知道从哪个网口出去就发给所有的网口（广播），类似于知道同学在哪就找那个同学，不知道同学在哪就喊一声。帮助做decision forward：switching table。

(2)网桥将冲突域分成两个网段。网桥通过构建地址表(称为桥接表或交换表)来“学习”网络分段，该地址表包含每个设备的MAC地址以及使用哪个分段到达该设备。然后，网桥根据表条目转发或丢弃帧。这就是网桥如何控制两个冲突域之间的流量。

(3)网桥被视为存储转发设备，因此它仅在接收到整个帧后才转发该帧。
What addresses in the received frame does a switch use to build the switching table and make forwarding decision?要求：怎么建立switching（bridging) table？怎么做转发决定？

桥的所有决策都基于第2层地址。桥接表是通过使用源地址来构建的，例如源MAC。转发决策是通过使用目的地地址，例如目的地MAC。

考法：给一个例子让判断怎么去操作。
What are the differences between the switching modes of store-and-forward, fast-forward, and fragment-free?

注：桥是Store-and-forward，必须收完整个帧（收完整个数据包）才转发。

（1）Store-and-forward:在进行任何转发之前，会收到整个帧（收完整个帧再转发）。在转发帧之前会读取源地址和目的地并应用过滤器。接收帧同时出现延迟。帧越大，延迟越大，因为整个帧必须在交换过程开始之前被接收。交换机有时间检查错误，这允许更多的错误检测。（Highest latency, All errors filtered 最高延迟。过滤所有错误。）（收完整个是最安全的，也可以检查）

（2）切换时（Cut-through)，交换机在接收整个帧之前读取目标地址。然后在整个帧到达之前转发该帧( fast-forward, and fragment-free)。

（3）fast-forward：快进-使用这种传输模式，交换机在接收到整个帧之前读取目标地址。然后在整个帧到达之前转发该帧。这种模式减少了传输的延迟，但局域网切换错误检测较差。fast-forward是用来表示开关处于切换（cut-through）模式的术语。（Lowest latencyNo error checking Default 最低延迟。检查默认值时没有错误。）（很快，浪费带宽，而且在下一个网段，那个数据包也会占用空间）

（4）fragment-free：这种切换模式读取以太网帧的前64字节，然后开始将其转发到适当的端口。fragment-free是一个术语，用来表示交换机采用改进后的切换（cut-through）。Low latency Checks for collisions Filters most errors低延迟。检查碰撞过滤器中的大多数错误。（所以改进，因为大部分冲突在前64个字节发生，比较折中的方法。）
What is the definition of broadcast domain and collision domain?

collision 是第二层解决的，通过在发送之前先listen再发来解决。因为这个collision的检测机制导致第二层有不同的collision domain。第二层设备会把一个大的冲突范围分割成小的冲突范围。（第二层由于解决冲突，会有很多冲突域）

第三层，是处理广播数据的，把大的广播范围分割成小的就是broadcast domain。

前者是第二层的，后者第三层。

（1）broadcast domain：广播域包括处理同一广播帧的所有碰撞域。这包括由第3层设备限定的网络段的一部分的所有主机。

（2）collision domain：以太网的底层逻辑拓扑是一个多接入总线，因此在一个共享介质上的所有设备，称为碰撞域。如果多个设备试图同时转发数据，数据将发生碰撞，导致损坏、不可用的数据。
How can the layer 1, 2 and 3 network devices be used to segment a network into different domains?如何使用第1层、第2层和第3层的网络设备将网络分割成不同的域？

刚刚讲的结合起来

注：layer1不会区分这个域，相当于延长信号，只会广播，相当于一个layer1的域连到另一个layer1（畅通无阻的）。像回退算法那里一样，layer2的设备分出的域是冲突域，只要有2台发出信号就会有机会发生冲突。

补充：

MAC address格式
1. 媒体访问控制地址(或物理地址)(MAC address (or physical address))是唯一识别主机和接口的一种方式，用于帧的本地传送。
2. MAC address是 flat (non-hierarchical) addressing，长度为48位，表示为12个十六进制数字，有16^12个MAC地址。
3. 前6个16进制数字是组织唯一标识符（OUI,Organizational Unique Identifier）标识制造商或供应商,后6位是接口序列号（interface serial number）或由特定设备制造商管理的另一个值。
4. MAC地址有两种格式:0000.0c12.3456或00-00-0c-12-34-56。
以太网中使用的MAC address
1. 在以太网中，所有主机都可以看到冲突域内网络上的所有帧。每台主机都有一个唯一的MAC address(媒体访问控制地址)，位于网卡上。网卡使用MAC address(媒体访问控制地址)来评估消息是否应该传递到OSI model的上层。
2. 当一台主机发送数据，会附加上目的MAC address的header。当数据沿着网络介质传播时，网络上每台主机的网卡都会检查媒体访问控制地址是否与数据帧携带的物理目的地址匹配。
3. 不匹配，则网卡丢弃；匹配，则网卡做一个副本并将帧向上传
MAC的地址类型
1. Unicast——数据包包含一个单播MAC（媒体访问控制）地址，用于将数据传送到一个特定的目的主机。
2. Broadcast——数据包包含一个广播MAC地址，即将数据传送到本地网络（广播域）上的所有主机。广播MAC地址的所有地址（1s）显示为十六进制FF-FF-FF-FF-FF-FF-FF。
3. Multicast——数据包包含一个多播MAC地址，即将数据传送到本地网络上的一组主机。多播MAC地址只能作为数据包的目的地使用。源代码将始终有一个单播地址。多播MAC地址是一个特殊的值，以十六进制中的01-00-5E开始。该值通过将IP组播组地址的下23位转换为以太网地址的其余6个十六进制字符而结束。MAC地址中的剩余位始终为“0”。
LAN segmentation局域网分割
1. 以太网是一种共享媒体，这意味着一次只有一个节点可以传输数据。通过增加单个段上的节点数量，碰撞的概率就会增加，从而导致更多的重传输。解决这个问题的一个方法是将大部分分割成部分，并将其分割成孤立的碰撞域。
2. 通过使用桥桥、交换机和路由器（bridges, switches, and routers），可以减少碰撞域的大小。这个过程被称为分割（segmentation）。

Exercise

How many collision domains and broadcast domains are there?有多少个碰撞域和广播域？

看有多少第二层第三层设备，switches（第二层设备）是每一个网口是一个冲突范围，hubs（第一层设备）不能分成collision domain，所以第一块的那三根线是一个冲突范围。

补充：Layer 2 devices (e.g. switches) must flood all broadcast and multicast traffic, but layer 3 devices (e.g. routers) do not forward broadcasts. Therefore, layer 2 devices break up a LAN into multiple collision domains but only layer 3 devices can segment a LAN into multiple broadcast domains.第2层设备（例如交换机）必须淹没所有广播和多播流量，但第3层设备（如路由器）不转发广播。因此，第2层设备将局域网分解成多个碰撞域，但只有第3层设备才能将局域网分割成多个广播域。
考试有类似题(1)Q1: In an Ethernet network, If PC1 sends a frame to PC4, and at the same time, PC3 sends a frame to PC2. Will these two transmissions success or not?Q1：在以太网网络中，如果PC1向PC4发送一帧，同时，PC3向PC2发送一帧。这两种传输会不会成功吗？

是否传输成功，就是是否产生冲突。要看多少个collision domain，因为在同一个collision domain里面只能有一个主机发送信息，否则冲突。

有2个collision domain，PC1和PC3是同一个domain,()，不成功

如果题目改成PC4发给PC1，成功，PC4在发出来之前switch4会检测有没有，如果有不会发

在同一个domain就冲突,不同就不冲突

（2）Q2: If a collision was detected in above transmission, which two PCs have to wait for an extra period to re-send the frame at next attempt?Q2：如果在上述传输中检测到碰撞，哪两台电脑需要等待一段时间才能在下次尝试时重新发送帧？

PC1和PC3发的发生冲突，PC1和PC3要等下次重新发。

（3）Q3: If PC1 is sending a frame on this network, which PCs have to wait until PC1 completes the transmission?Q3：如果PC1在这个网络上发送一个帧，哪些电脑必须等到PC1完成传输？

PC1发送，整个PC1的collision domain都要等，一个collision domain只有一个主机可以发送，所以PC2和PC3都要等。

（4）Q4: What happens about the collision, if all hubs are replaced by the switches, and full duplex is

supported on the switches?Q4：如果所有集线器都被交换机替换，并且交换机支持全双工，那么碰撞会发生什么？

把hubs换成交换机，有7个collision domain，每一个PC都会在自己独立的collision domain里面。变成全双工了，上述所有问题都会成功。（问：是只要是每一个PC都会在自己独立的collision domain里面，就可以认为是全双工吗）A：不可以，不同的概念，全双工：发和收有2个不同的线路，可以同时一起收和发。从一个设备到另一个设备之间会有2个通道，同一时间双向通讯可以发也可以收。半双工只有同时1个方向，不同时间2个方向。

当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工制。

如果一个设备和一个交换机只有一根导线，对面也连着一个设备，那这样虽然说是每个PC在自己的独立的domain里面但是不是全双工，因为有2个网口，不能同时发。如果是一个设备和一个交换机是2根导线就是全双工，如果A和B全双工，B和C全双工那么A和C就是全双工。
（1）Q1: What MACs are recorded in the switching tables?

每一个交换机收到数据包以后把收到的源地址记录在交换表里面，如果目的地址和表里的记录对比。如果找得到就在那个端口转发，找不到就广播出去。

桥的所有决策都基于第2层地址。桥接表是通过使用源地址来构建的，例如源MAC。转发决策是通过使用目的地地址，例如目的地MAC。

注：主要看端口

PPT3

主要讲怎么划分网络和路由（怎么找下一跳）

The purpose of the Internet layer is best path determination and packet switching. 确定最佳路径和包的交换

IPv4 addressing

What are the differences between flat addressing and hierarchical addressing?（了解就好）

平面上只有一个level，层次有很多level。

（1）平面寻址（flat addressing）为设备分配了下一个可用的地址。例如，MAC寻址。

（2）层次结构寻址（hierarchical addressing）包含不同的级别。例如，IP地址。

（3）逻辑IP地址和物理MAC地址的组合有助于将数据包路由到其正确的目的地。

（4）hierarchical addressing由network portion(识别系统的网络地址）， host portion（标识它位于网络上的主机）组成。network portion帮助路由器识别网际网络中数据包的目的网络，并识别通往目的主机的路径。（The network portion helps the router identify the destination network of a packet within an internetwork and identify a path toward the destination host.）
What are the ranges of the Class A, B, C addresses and their default subnet masks?A、B、C类地址及其默认子网掩码的范围是什么？（了解就好）

A类分到更大的网络（固定前8位，可以更多的主机），B类中型（固定前16位），C类小型（固定前24位）。

default subnet masks：（1）A：255.0.0.0（2）B:255.255.0.0 (3)255.255.255.0
What are the three ranges of private IP addresses?

There are certain addresses in each class of IPv4 address that are not assigned. These addresses are called private addresses. 每类IPv4地址中都有某些地址没有分配。这些地址被称为私有地址（ private addresses）。在这些范围内的地址不会在互联网主干网上路由。P36
What is the difference of network address, broadcast address and host address? What are these types of addresses used for?网络地址、广播地址和主机地址有什么区别？这些类型的地址用于什么？

IPv4地址分为2部分：network和host。如果地址的主机部分全是0，则为network address，用在路由表上不能分配给网口。
1. host address：主机部分不能全部为0（0）或全部（1）的地址，可以作为（可用）主机地址分配给网络上的设备。
2. 某些地址被保留，不能分配给网络上的设备：（1）Network address：用于识别网络本身。如果主机部分都为零（0s），则它将是网络地址，有时称为导线地址。例如：192.168.1.0/24（2）Broadcast address：用于向网络上的所有设备广播数据包。如果主机部分全部是全1，则它将是一个广播地址。例如192.168.1.255/24。
  
  考法：给一个地址、子网掩码，问：这个地址是哪个类型的？eg.202.175.177.177如果子网掩码20位，算一下换成二进制最后12位是多少就可以了。Exercise 3.1 Q2

补充：

The purpose of the Internet layer is best path determination and packet switching.
在这一层起作用的主要协议是 Internet Protocol (IP)。IP有时被称为不可靠的协议。这并不意味着IP不会通过网络准确地传递数据，仅仅因为IP不执行错误检查和纠正。该功能由来自传输层或应用程序层的上层协议来处理。
在TCP/IP协议堆栈中，在该层中运行的主要协议（如IPv4/IPv6）执行以下操作：
1. 定义用于在网络之间传输数据的数据包的结构（ structure of a packet ）。
2. 定义一个寻址方案（addressing scheme），以唯一地标识全局网络中的主机。
3. 选择将数据包路由到目的地的最佳路径（ best path ）。
IP数据包由来自上层的数据（PDU）和一个IP header（寻址及其他控制信息）组成。
（1）IPv4报头的长度从20字节不等。除了IP选项和填充字段之外（IP options and the padding fields），所有字段长度都是固定的。（2）IPv6报头的固定长度为40字节。
IP地址用于唯一标识网络上的各个主机，以便设备进行通信。IPV4与IPV6的区别（史上最详细）_ysh1042436059的专栏-CSDN博客_ipv4和ipv6的区别

（1）IP版本4(IPv4)在1981年9月被标准化，并在1980年代采用TCP/IP。IPv4地址长32位，点分十进制（dotted decimal ）的形式，并以句点分隔。

（2)IP版本6(IPv6)在1992年被标准化。IPv6地址长128位，用十六进制写成，用冒号分隔。冒号（Colons）分离16位字段。在每个字段中都可以省略前导零。
IPv4地址表示：

（1）32位二进制数总是被分成四组，每组八位二进制数，然后每组八位或八位字节被转换成它的十进制等价物。这被称为点分十进制记数法。（The 32-bit binary numbers are always split into four groups of eight binary digits, and then each group of eight bits, or octet, is converted into its decimal equivalent. This is called dotted decimal notation.）

（2）IPv4地址是一个32位二进制数（binary number），用点十分进制法写成小数形式。
IPV4的地址由2部分：（1）network portion：此部分标识设备所连接到的网络（2） host portion：本部分标识该网络上的特定设备。
IPv4子网掩码（subnet mask）:IPv4需要一个子网掩码来区分这两个部分(network portion、host portion）。It will always be all 1s until the network portion is identified and then it will be all 0s to the end of the mask.Note: The network portion or the host portion of the address cannot be all ones or all zeros.（这句话不理解）
IPv4前缀长度是网络部分(network portion)的位数，eg.192.168.1.123 255.255.255.0可以写成192.168.1.123 /24 ，因为前缀长度是/24，表示前24位是网络(network portion)前缀。

在这里插入图片描述

11. 注：具有相同网络地址(network)的主机位于同一个IPv4子网（IPv4 subnet)中。如图：

host1/2在网络地址（定义在13.): 192.168.1.0/24，在子网 192.168.1.0/24：
在这里插入图片描述

“网络地址（Network address）”计算：可以通过用“子网掩码（subnet mask）与（AND)“IP地址”来获得。
分类寻址（Classful addressing）：IPv4地址被分成称为类（class)的组。这就是所谓的有类寻址。每个地址开头的位或位序列决定了地址的类别。有5类IPv4地址。
IPv4主机可以通过三种不同的方式之一进行通信:

（1）单播（Unicast）-从一台主机向另一台主机发送数据包的过程。

（2）广播（Broadcast）-从一台主机向网络中的所有主机发送数据包的过程。（2种：（1）定向广播Directed Broadcast发送到特定网络上的所有主机。这种类型的广播对于向非本地网络上的所有主机发送广播非常有用。例如，网络外部的主机要与172.16.4.0/24网络中的主机通信，数据包的目的地址应为172.16.4.255。（2）有限广播Limited Broadcast用于仅限于本地网络中主机的通信。这些数据包使用目的IPv4地址255.255.255.255。路由器不会转发此广播。发往有限广播地址的数据包只会出现在本地网络上。因此，IPv4网络也被称为广播域。路由器构成了广播域的边界。）

（3）多播（Multicast）-从一台主机向选定的一组主机发送数据包的过程。
给主机分配IPv4地址2种方法（assigning IPv4 addresses to hosts）：Static addressing, IPv4 addresses are assigned statically.Dynamic addressing, IPv4 addresses are assigned dynamically.

IPv4 subnetting

What is IPv4 classfull subnetting? By giving the number of required subnets or giving the number of required hosts in each subnet, how to determinate the subnet mask of the subnets, the network address, broadcast address and the range of valid host addresses for a given subnet.什么是IPv4类全子网？通过给出所需子网的数量或提供每个子网中所需主机的数量，如何确定子网的子网掩码、网络地址、广播地址和给定子网的有效主机地址的范围。

考法：Classless subnetting和 Classful subnetting2种方法都要掌握，有计算题。

分类子网，类似于256，用8个袋子装，每个32个，无分类子网，类似每个袋子装的数量不同。

子网掩码：选择在子网过程中使用的子网掩码的位数将取决于每个子网所需的最大主机数或网络设计中所需的最大子网数。
What is IPv4 classless subnetting? How to subnetting the network by using VLSM?

采用可变长度子网掩码的无类子网划分(VLSM)通常被称为“子网划分”，它允许在同一网络地址空间内使用多个子网掩码。它在主机较少的网络上使用长掩码，在主机较多的子网中使用短掩码。

补充：

子网划分(Subnetting)是指使用子网掩码将一个大型网络划分为多个较小的子网。子网地址是通过借用主机字段中的原始位并将其指定为子网字段而创建的。可以借用的最小位数是2。
有类子网划分要求在单个网络中使用相同的子网掩码。
VLSM无类子网划分允许在单个网络中为子网使用不同的子网掩码。例如，30位掩码可用于点对点广域网连接，24位掩码可用于多址局域网子网。
例题：

There is a network 192.168.1.0/24 requires 7 subnets in the network:
1. What is the subnet mask?
2. How many subnets are created?
3. How many usable hosts addresses are created in each subnet?
4. What is the network address of subnet #5 ?
5. What is the broadcast address of subnet #5 ?
6. What is the range of subnet #5 ?
7. What is the IP address of 5th host address in the subnet #5?
  
  Note: The first subnet is always referenced as the subnet #0 (zero subnet).
无类子网：采用可变长度子网掩码的无类子网划分(VLSM)通常被称为“子网划分”，它允许在同一网络地址空间内使用多个子网掩码。它在主机较少的网络上使用长掩码，在主机较多的子网中使用短掩码。

IPv6 addressing

How to represent IPv6 address in full form and simplified form?

eg1. IPv6 address in full:2001:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A通过引入零抑制(zero suppression)，可将地址简化为：2001：D3：0：2F3B：2AA：FF：FE28：9C5A。

eg2.IPv6 address FE80:0:0:0:2AA:FF:FE9A:4CA2,写成双冒号形式： FE80::2AA:FF:FE9A:4CA2。
What are the three types of IPv6 addresses? What specific addresses are defined for these types IPv6 addresses?

IPv6的地址类型:

(1)Unicast (one to one)

(2)Multicast (one to many)：IPv6多播地址的前缀是FF00::/8。除了前八位之外，多播地址还包括额外的结构来标识它们的标志、范围和多播组。一个接口可以属于任意数量的多播组。多播地址不能用作源地址。多播是IPv6网络中广播地址的替代。

(3)Anycast (one to nearest-one / one to one-of-many)在任何给定时间，只有其中之一可以接收到传送端来的资讯。任播地址标识多个接口。发往任播地址的数据包被传送到单个接口，即由该地址标识的最近接口。“最近的”接口被定义为在路由距离方面最近。
How to form a link-local address? How to form a global unicast address using stateless auto configuration?如何形成一个链接-本地地址？如何使用无状态自动配置形成一个全局单播地址？

会考：有练习3.4

（1）link-local address：链路本地单播地址由节点在与同一链路上的相邻节点通信时使用(例如，自动地址配置、邻居发现、路由器发现以及许多路由协议)。IPv6路由器从不将链路本地流量转发到链路之外。链路本地地址总是自动配置的，链路本地前缀为FE80::/10，接口标识符为64位。

（2）global unicast address：全局单播地址在IPv6互联网上是全局可路由和可达的。全球单播地址通常包括声明：本文内容由网友自发贡献，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：【wpsshop博客】