根据华科历年计网题，整理了一些常考的知识点难点。

因特网五层协议的功能

层次名称	协议功能描述	典型协议举例（至少两种）	协议分组名称
应用层	制定两个应用进程之间的通信规范	HTTP、SMTP、FTP、Telnet、POP3、IMAP	报文
运输层	实现进程与进程之间的通信	TCP、UDP	报文段
网络层	实现主机到主机之间的逻辑通信	IP、ICMP、BGP、RIP、OSPF	数据报
链路层	将数据通过单一通信链路从一个节点移动到相邻节点	PPP、HDLC、WIFI、ARQ	数据帧
物理层	在相邻结点之间传输比特流	10Base-5、10Base-T、100Base-T、1000Base-T	比特流

运输层

TCP 可靠数据传输的原理

例 假定主机 A 通过一条 TCP 连接向主机 B 发送两个紧接着的 TCP 报文段。第一个报文段的序号为 $90$，第二个报文段的序号为 $110$，试回答下面相关问题。

1. 第一个报文段中有多少数据？
2. 假设第一个报文段丢失而第二个报文段到达主机 B。那么在主机 B 发往主机 A 的确认报文中，确认号应该是多少？

• TCP 可靠数据传输中，“序号”是按字节确定的，因此第一个报文段有 $110-90=20$ 字节的数据。
• TCP 的“确认号”不同于 GBN 或 SR，它的确认号含义是下一个期望收到的序号。同时，TCP 采取累计确认，这表明它发送的确认号之前的数据均已收到。本题中，一开始接收方希望收到 $90$，在 $seq=110$ 的报文到达后，依然希望收到 $90$，所以发送的确认号为 $ack=90$。

答案  $20,90$

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例 主机 A 和 B 经一条 TCP 连接通信，并且主机 B 已经收到了来自 A 的最长为 $126$ 字节的所有字节。假定主机 A 随后向主机 B 发送两个紧接着的报文段。第一个和第二个报文段分别包含了 $80$ 字节和 $40$ 字节的数据。在第一个报文段中，序号是 $127$，源端口号是 $302$，目的端口号是 $80$。无论何时主机 B 接收到来自主机 A 的报文段，它都会发送确认。

1. 在从主机 A 发往 B 的第二个报文段中，序号、源端口号和目的端口号各是什么？
2. 如果第一个报文段在第二个报文段之前到达，在第一个到达报文段的确认中，确认号、源端口号和目的端口号各是什么？
3. 如果第二个报文段在第一个报文段之前到达，在第一个到达报文段的确认中，确认号是什么？
4. 假定由 A 发送的两个报文段按序到达 B。第一个确认丢失了而第二个确认在第一个超时间隔之后到达。画出时序图，显示这些报文段和发送的所有其他报文段和确认。（假设没有其他分组丢失。）

对于图上每个报文段，标出序号和数据的字节数量；对于你增加的每个应答，标出确认号。

• $207,302,80$。
• $207,80,32$。
• $127$。

超时时间计算

  在 RFC 原件中，记载的超时时间的计算可以表示为：
$${\mathrm{DevRTT}}_i=(1-\beta )\times {\mathrm{DevRTT}}_{i-1}+\beta \times |{\mathrm{SampleRTT}}_{i-1}-{\mathrm{EstimatedRTT}}_{i-1}|\text{\hspace{1em}(1)}$$ $${\mathrm{EstimatedRTT}}_i=(1-\alpha )\times {\mathrm{EstimatedRTT}}_{i-1}+\alpha \times {\mathrm{SampleRTT}}_{i-1}\text{\hspace{1em}(2)}$$ $${\mathrm{TimeoutInterval}}_i={\mathrm{EstimatedRTT}}_i+4\times {\mathrm{DevRTT}}_i\text{\hspace{1em}(3)}$$

  也就是利用上一时刻 $i-1$ 中计算得的 EstimatedRTT, DevRTT 以及测量得到的 SampleRTT，去估计下一时刻 $i$ 的 EstimatedRTT, DevRTT，从而得到下一时刻的 TimeoutInterval。然而在 2024/12/6 上午的答疑中，老师指出式 $(1)$ 是错误的，应该更改为：
$${\mathrm{DevRTT}}_i=(1-\beta )\times {\mathrm{DevRTT}}_{i-1}+\beta \times |{\mathrm{SampleRTT}}_{i-1}-{\mathrm{EstimatedRTT}}_i|$$ 即利用新算得的 EstimatedRTT 参与到 DevRTT 的计算当中。

网络层

IP 数据报分片

  IP 数据报会通过加上首部和尾部，变成链路层的数据帧，并交付给链路层进行数据传输。然而，链路层出于各种原因，限定了数据帧的有效载荷不得超过 MTU。比如以太网的 MTU 就是 $1500$ 字节。
  因此，当 IP 数据报要交付给以太网时，如果 IP 数据报的总长度超过 $1500$ 字节，这个数据报就要进行分片。
例 考虑向具有 $700$ 字节 MTU 的一条链路发送一个 $2400$ 字节的数据报。假定初始数据报标有标识号
$422$。将会生成多少个分片？在生成相关分片的数据报中与分片相关的四个字段的值是多少？

• $2400$ 字节数据报包含 $20$ 字节 IP 头部以及 $2380$ 字节的有效载荷。而链路层能够接受的 IP 报文最大长度为 $700$，也即一次 $680$ 字节的 IP 数据报有效载荷。因此，$\lceil 2380/680\rceil =4$，需要生成 $4$ 个分片。
• 首先我们需要知道，IP 数据报中与分片相关的四个字段都位于其首部，这四个字段分别是：长度（IP 数据报总长度，以字节计），标识号（一个大 IP 数据报分片后，其子数据报具有相同的标识号），标志（$3\mathrm{bit}$，第一个比特保留，第二个比特表示能否分片，第三个比特表示后续是否还有分片；一般我们只关心第三个比特），片偏移（这个子数据报中第一个有效载荷字节，在原数据报的哪个位置，一个片就是 $8\mathrm{B}$）。基于上面的知识，可以得知：
  • 长度分别是 $700,700,700,360$。
  • 标识号都是 $422$（题给条件）。
  • 标志分别是 $1,1,1,0$。
  • 片偏移分别是 $0,85,170,255$。

路由表更新算法（距离向量）

  两个相邻路由器 A，B 位于同一个 AS 中，都执行 DV 选路算法时（例如 RIP），会相互发送自己的路由表。比如 B 向 A 发送路由表，A 在收到后进行两个操作：

• 将 B 中每一个表项的“距离”加一，得到新表。
• 对比新表和 A 的路由表：
  • 若目的网络在 A 的路由表中不存在，直接填入 A 的路由表中。
  • 相同下一跳，更新距离。
  • 不同下一跳，距离更短（或者相同），则更新对应记录。
  • 不同下一跳，距离更大，则保留距离更短的记录。
  • 对于新表中没有的但是 A 路由表中有的表项，删除它们（说明对应网络由原先的可达变为现在的不可达）。

链路层

交换机的自学习与选路过程

  交换机的自学习过程可以用下面的流程图表示：

  其中更新 ARP 表项包括两个操作：

• 如果源 MAC 不存在，那么加入 ARP 表。
• 更新计时器（由于网络拓扑经常变化，所以交换机给每个表项设置了一个计时器，超时记录要删除，以反映链路最新状态）。