计算机网络期末复习

计算机网络》期末终极通关清单

🧮 模块一：核心公式与避坑速查

考点类别	核心公式	⚠️ 致命考场陷阱（必看）
发送时延	$D_{trans} = \frac{L}{R}$	$R$ 是带宽(bps)，$L$ 是包长(bits)。题目若给 $KB$，必须 $\times 8$！
传播时延	$D_{prop} = \frac{d}{v}$	电缆光纤 $v \approx 2 \times 10^8$ m/s，空气 $v \approx 3 \times 10^8$ m/s。
奈奎斯特定理	$C = 2 \times BW \times \log_2(V)$	无噪声信道。$BW$ 单位是 Hz，$V$ 是电平级数。
香农定理	$C = BW \times \log_2(1 + S/N)$	有噪声信道。若题目给 $dB$，必须先用 $dB = 10 \log_{10}(S/N)$ 解出 $S/N$ 纯数字，再代入公式！
波特率与比特率	$BitRate = BaudRate \times \log_2(V)$	若为 16-QAM，则 $V=16$，一个符号带 $\log_2(16)=4$ 个比特。
最小帧长	$L_{min} = R \times 2\tau = R \times \frac{2d}{v}$	$2\tau$ 是往返时延(RTT)。只有帧长 $\ge L_{min}$ 才能检测出冲突。
令牌桶突发时间	$S = \frac{C}{M - \rho}$	$C$为桶容量，$M$为线速，$\rho$为令牌生成速率。
停等协议效率	$\eta = \frac{T_{trans}}{T_{trans} + RTT}$	分子是实际传数据的时间，分母是一个完整周期的总时间。

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🛠️ 模块二：八大必考题型与【傻瓜式解题步骤】

题型 1：CDMA 码片序列解码 (必考)

• 题干特征：给出各站的码片序列 $A, B$ 和接收到的总信号 $S$，问 A 发了什么？
• 解题步骤：
  1. 写出式子：将总信号 $S$ 与目标站 $A$ 的码片序列进行点乘（内积）。
  2. 对应位相乘：注意负负得正！例如 $S=(-1, +1, -3…)$, $A=(-1, -1, -1…)$，则 $(-1\times-1) + (+1\times-1) + (-3\times-1)…$
  3. 求和除以长度：把乘出来的数相加，必须除以码片的总长度（通常是 8）。
  4. 得出结论：结果是 1 $\rightarrow$ 发了比特1；结果是 -1 $\rightarrow$ 发了比特0；结果是 0 $\rightarrow$ 没发数据。

题型 2：CRC 循环冗余校验求发送串 (必考)

• 题干特征：给出数据 $M(x)$ 和生成多项式 $G(x)$，求实际发送的比特流。
• 解题步骤：
  1. 提取除数：将 $G(x)$ 化为二进制串，最高次幂记为 $r$。例如 $x^3+x+1 \rightarrow 1011$，$r=3$。
  2. 被除数补0：在原数据末尾补上 $r$ 个 0。
  3. 模2除法：用被除数除以除数，运算规则是“异或”(同则0，异则1)。每次将除数与被除数最高位的 1 对齐异或，直到把有效数据位全消掉。
  4. 拼接结果：最后剩下的 $r$ 位余数就是 FCS。实际发送序列 = 原数据 + FCS。

题型 3：IPv4 数据报分片计算 (必考大题)

• 题干特征：IP包总长4000B，IP头20B，途经 MTU=1500B 的链路，求各分片参数。
• 解题步骤：
  1. 算净载荷上限：$MaxPayload = MTU - 20$ (IP头)。例如 $1500-20=1480$ B。
  2. 检查 8 的倍数（关键陷阱）：算出来的净载荷必须能被 8 整除。若不能，向下取整到 8 的倍数！(1480能被8整除，OK)。
  3. 填表列分片：
     • 分片1：长度 $1480+20=1500$。MF = 1。Offset = 0。
     • 分片2：长度 $1480+20=1500$。MF = 1。Offset = 1480 / 8 = 185。
     • 分片3：算剩余数据 ($4000-20-1480\times2 = 1020$)。长度 $1020+20=1040$。MF = 0 (最后一片)。Offset = (1480\times2) / 8 = 370。

题型 4：CIDR 路由表最长前缀匹配

• 题干特征：给出一条目标 IP，给出几个带掩码的路由表项（如 /16, /21, /24），问从哪个口转发。
• 解题步骤：
  1. 找差异字节：看目标 IP 和路由表 IP 在第几个字节开始不同（通常是第3个字节）。
  2. 转二进制：把那个不同的字节转成 8 位二进制。
  3. 按位核对：根据掩码长度（如 /21 就是看前缀 21 位，即第3个字节的前 5 位），比对二进制是否一致。
  4. 最长匹配：如果有多个都一致，选掩码数字最大的那个（即最具体的路由）。

题型 5：交换机自学习算法推导

• 题干特征：交换机连接 A, B, C，MAC表为空。A发给B，B发给A，C发给A… 问交换机的动作。
• 解题步骤（每一步套这句话）：
  1. 自学习：收到帧，立刻将“源 MAC”和“进入端口”写入 MAC 表。
  2. 查表决策：拿着“目的 MAC”去查表。
     • 查不到 $\rightarrow$ 泛洪 (Flood)（发给除进端口外的所有端口）。
     • 查到了，且端口 $\neq$ 进端口 $\rightarrow$ 精确转发 (Forward)。
     • 查到了，且端口 $=$ 进端口 $\rightarrow$ 丢弃 (Drop)。

题型 6：Dijkstra 最短路径画表

• 题干特征：给一张图，求源点到所有点的路由表。
• 解题步骤：
  1. 建表：列是各个节点，行是迭代步骤 (Step)。
  2. 初始化：源点距离为 0，直连邻居填线段权重，其他填 $\infty$。
  3. 核心循环：每次在未确认的节点中选距离最小的作为跳板节点 $w$。
  4. 刷新邻居：看通过 $w$ 去邻居 $v$ 会不会更近？如果 $D(w) + Cost(w,v) < D(v)$，则更新 $D(v)$，并把 $v$ 的前驱记为 $w$。

题型 7：TCP 拥塞控制曲线/序列图 (终极Boss)

• 题干特征：给出 ssthresh 和 cwnd 的初值，发生几次ACK，发生超时或 3 Dup ACK，求 cwnd 怎么变。
• 解题步骤：
  1. 慢开始阶段：cwnd < ssthresh。每经过 1 个 RTT（收到全量ACK），cwnd 翻倍 ($1 \rightarrow 2 \rightarrow 4 \rightarrow 8$)。
  2. 拥塞避免阶段：cwnd >= ssthresh。每经过 1 个 RTT，cwnd 加 1 ($8 \rightarrow 9 \rightarrow 10$)。
  3. 遇到 3 个重复 ACK (快重传/快恢复)：
     • ssthresh = 当前 cwnd / 2。
     • TCP Reno：cwnd = 新 ssthresh + 3，之后线性加 1。
     • TCP Tahoe：cwnd = 1，进入慢开始。
  4. 遇到 Timeout (超时)：
     • ssthresh = 当前 cwnd / 2。
     • 无论是 Reno 还是 Tahoe，cwnd 统统掉到 1，进入慢开始！

题型 8：HTTP 报文参数提取

• 套路：纯阅读理解。
  • 状态码：第一行 200 OK (成功), 404 Not Found (失败)。
  • 长度：找 Content-Length: XXX。
  • 时间：找 Date: XXX。
  • 最后修改：找 Last-Modified: XXX。
  • 持久连接：找 Connection: Keep-Alive。

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🧠 模块三：高频概念对比与避坑 (简答题大杀器)

1. 协议的“三座大山”与体系结构

• OSI vs TCP/IP：OSI 严格区分了服务、接口、协议，但实现复杂。TCP/IP 是事实标准，设计为沙漏型（IP层极简）。
• 虚电路 vs 数据报：虚电路（面向连接，路由器保存状态，按序到达）；数据报（IP采用，无连接，每个包独立路由，可能乱序/丢包）。

2. 传输层双雄：TCP vs UDP

• TCP：面向连接、可靠传输、面向字节流、有流量控制(rwnd)和拥塞控制(cwnd)。用于 HTTP/FTP/SMTP。
• UDP：无连接、不可靠、面向报文、无拥塞控制（发多快算多快）。用于 DNS/流媒体(RTSP)/TFTP。

3. 滑动窗口双煞：GBN vs SR

• GBN (后退N帧)：接收窗口 = 1。累计确认。如果中间丢了一个包，即使后面到了好包也丢弃。发送端超时后，重传丢失包及其后面的所有包。（浪费带宽）。
• SR (选择重传)：接收窗口 > 1。独立确认。把乱序的好包缓存起来。发送端超时后，只重传丢失的那个包。（效率高但复杂）。

4. MAC层双盾：CSMA/CD vs CSMA/CA

• CSMA/CD (碰撞检测)：用于有线以太网。边发边听，发现冲突立刻停止并发送 Jam 信号，使用二进制指数退避。
• CSMA/CA (碰撞避免)：用于无线 WiFi。因为无线电衰减大且有隐藏终端问题，无法边发边听。用 RTS/CTS 控制帧提前预约信道。

5. 其他高频杂项

• NAT (网络地址转换)：解决 IP 枯竭。重写内外网 IP 和端口，破坏了端到端原则。
• ARP vs ICMP：ARP 在局域网内广播找 IP 对应的 MAC 地址。ICMP 用于网络层传报错和控制报文（如 Ping, Traceroute）。
• 流媒体抗丢包：不重传，用 交织 (Interleaving) 技术将突发大错打散成微小误差，利用人耳容错率解决。
• IPv6 核心变化：128位地址，头部定长，绝对不允许路由器进行分片（包太大直接丢，让源主机切小了再发）。