网络互联技术 2020年2月21日课堂问答 原创

1. 必答 [简答题]请简述网络互联概念，列出5种以上常见的网络互联设备。

网络互联是指将两个以上的通信网络通过一定的方法，用一种或多种网络通信设备相互连接起来，以构成更大的网络系统。网络互联的目的是以实现不同网络中的用户可以进行互相通信、共享软件和数据等。

1、中继器
中继器是一种解决信号传输过程中放大信号的设备，它是网络物理层的一种介质连接设备。由于信号在网络传输介质中有衰减和噪声，使有用的数据信号变得越来越弱，为了保证有用数据的完整性，并在一定范围内传送，要用中继器把接收到的弱信号放大以保持与原数据相同。使用中继器就可以使信号传送到更远的距离。
2、集线器
集线器是一种信号再生转发器，它可以把信号分散到多条线上。集线器的一端有一个接口连接服务器，另一端有几个接口与网络工作站相连。集线器接口的多少决定网络中所连计算机的数目，常见的集线器接口有8个、12个、16个、32个等几种。如果希望连接的计算机数目超过HUB的端口数时，可以采用HUB或堆叠的方式来扩展。
3、网关
网关（Gateway）是连接两个不同网络协议、不同体系结构的计算机网络的设备。网关有两种：一种是面向连接的网关，一种是无连接的网关。
网关可以实现不同网络之间的转换，可以在两个不同类型的网络系统之间进行通信，把协议进行转换，将数据重新分组、包装和转换。
4、网桥
网桥（Bridge）是网络结点设备，它能将一个较大的局域网分割成多个网段，或者将两个以上的局域网（可以是不同类型的局域网）互连为一个逻辑局域网。网桥的功能就是延长网络跨度，同时提供智能化连接服务，即根据数据包终点地址处于哪一个网段来进行转发和滤除。
5、路由器
路由器（Router）是连接局域网与广域网的连接设备，在网络中起着数据转发和信息资源进出的枢纽作用，是网络的核心设备。当数据从某个子网传输到另一个子网时，要通过路由器来完成。路由器根据传输费用、转接时延、网络拥塞或信源和终点间的距离来选择最佳路径。
6、交换器
交换器是一种可以根据要传输的网络信息构造自己的“转发表”，做出转发决策的设备。交换器是20世纪90年代出现的新设备，它的出现解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，还解决了传统路由器低速、复杂、昂贵所造成的网络瓶颈问题。
7、调制解调器
调制解调器是一种能够使电脑通过电话线同其他电脑进行通信的设备。因为电脑采用数字信号处理数据，而电话系统则采用模拟信号传输数据。为了能利用电话系统来进行数据通信，必须实现数字信号与模拟式的互换。  

2. 必答 [简答题]简述TCP/IP模型（200字以上）。

目前使用的互联网大都是基于TCP/IP协议栈的，TCP/IP参考模型包含四层结构：

1.接入层：对应于OSI的物理层和数据链路层，它实现了局域网和广域网的技术细节，也成为承载层；

2.网络层：对应于OSI的网络层，它提供了端到端的可达性、最佳路径的选择及数据的转发；

3.传输层：对应于OSI的传输层，它负责传输可靠性的保证，包含TCP协议和UDP协议。

4.应用层：对应于OSI的会话层、表示层、应用层，主要是应用层面的协议栈。

3. 必答 [简答题]简述TCP/IP模型各层主要功能（200字以上）。

   TCP/IP模型共分四层，分别为应用层、传输层、互联网层和主机到网络层。

      各层实现特定的功能，提供特定的服务和访问接口，并具有相对的独立性。

 ( 1) 主机到网络层（第一层）

       这一层的功能是将数据从主机发送到网络上，相当于OSI模型中的物理层和数据链路层。

(2) 互联网层

      互联网层是TCP/IP模型中的第二层。最初是希望当网络中部分设备不能正常运行时，网络服务不被中断，已经建立的网络连接依然可以有效地传输数据；换言之，只要源主机和目标主机处于正常状态，就要求网络可以完成传输任务。互联网层正是在这些苛刻的设计目标下选择了分组交换（Packer Switching）技术作为解决方案。

分组交换技术不仅使分组发送到任意的网络后可以独立地漫游到目标主机，而且可确保目标主机接收到顺序被打乱的分组后，将其传送到最高层重新排定分组顺序。互联网层定义了标准的分组格式和接口参数，只要符合这样的标准，分组就可以在不同网络间实现漫游。

(3) 传输层

        TCP/IP模型中的传输层不仅可以提供不同服务等级、不同可靠性保证的传输服务，而且还可以协调发送端和接收端之间的传输速度差异。同OSI传输层

(4) 应用层

       第四层。由于并不是所有的网络服务都需要会话层和表示层的功能，因此这些功能逐渐被融合到TCP/IP模型中应用层的那些特定的网络服务中。应用层是网络操作者的应用接口，正像发件人将信件放进邮筒一样，网络操作者只需在应用程序中按下发送数据按钮，其余的任务都由应用层以下的层完成。

4. 必答 [简答题]简述TCP连接建立时的握手过程（200字以上）。

TCP的运输连接管理。

运输连接具有三个阶段：连接建立、数据传送以及连接释放。运输连接管理就是对连接建立以及连接释放过程的管控，使得其能正常运行，达到这些目的：使通信双方能够确知对方的存在、可以允许通信双方协商一些参数（最大报文段长度、最大窗口大小等等）、能够对运输实体资源进行分配（缓存大小等）。TCP连接的建立采用客户-服务器模式：主动发起连接建立的应用进程叫做客户，被动等待连接建立的应用进程叫做服务器。

连接建立阶段：

第一次握手：客户端的应用进程主动打开，并向客户端发出请求报文段。其首部中：SYN=1,seq=x。

第二次握手：服务器应用进程被动打开。若同意客户端的请求，则发回确认报文，其首部中：SYN=1,ACK=1,ack=x+1,seq=y。
第三次握手：客户端收到确认报文之后，通知上层应用进程连接已建立，并向服务器发出确认报文，其首部：ACK=1,ack=y+1。当服务器收到客户端的确认报文之后，也通知其上层应用进程连接已建立。

在这个过程中，通信双方的状态如下图，其中CLOSED：关闭状态、LISTEN：收听状态、SYN-SENT：同步已发送、SYN-RCVD：同步收到、ESTAB-LISHED：连接已建立

至此，TCP连接就建立了，客户端和服务器可以愉快地玩耍了。只要通信双方没有一方发出连接释放的请求，连接就将一直保持。

5. 必答 [简答题]简述TCP连接释放时的握手过程（200字以上）。

连接释放阶段：

第一次挥手：数据传输结束以后，客户端的应用进程发出连接释放报文段，并停止发送数据，其首部：FIN=1,seq=u。

第二次挥手：服务器端收到连接释放报文段之后，发出确认报文，其首部：ack=u+1,seq=v。此时本次连接就进入了半关闭状态，客户端不再向服务器发送数据。而服务器端仍会继续发送。

第三次挥手：若服务器已经没有要向客户端发送的数据，其应用进程就通知服务器释放TCP连接。这个阶段服务器所发出的最后一个报文的首部应为：FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1。

第四次挥手：客户端收到连接释放报文段之后，必须发出确认：ACK=1,seq=u+1,ack=w+1。 再经过2MSL(最长报文端寿命)后，本次TCP连接真正结束，通信双方完成了他们的告别。

在这个过程中，通信双方的状态如下图，其中：ESTAB-LISHED：连接建立状态、FIN-WAIT-1：终止等待1状态、FIN-WAIT-2：终止等待2状态、CLOSE-WAIT：关闭等待状态、LAST-ACK：最后确认状态、TIME-WAIT：时间等待状态、CLOSED：关闭状态