计算机网络期末复习笔记

计算机网络期末复习笔记

第一章

计算机之间的通信是通过进程实现的

客户服务器方式C/S 对等方式P2P

路由器实现分组交换工作（电路、分组、报文）

路由器将收到的分组存入缓存---查找转发表---将数据分组经由适当的端口转发出去

主机是为用户进行数据处理的，发送并接受数据分组，而路由器起到的作用是分组转发的作用

分组交换的有点：高效灵活迅速可靠

跳数：从源端到目的端数据纷纷经由的路由器的个数

广域网、城域网、局域网、个人区域网

公用网、专用网

广域网—城域网—接入网—局域网

计算机网络性能指标：比特、带宽(数字信道能传输的最高的数据流率，单位：bit/s)吞吐量、时延

传送时延=数据块长度/信道宽度

传播时延=信道长度/信号在信道上的传输速率

处理时延、排队时延(取决于吞吐量)

总时延=传输时延+传播时延+处理时延+排队时延

时延带宽=传播时延*带宽

利用率：信道利用率并非越高越好

OSI/RM失败、TCP/IP

网络协议组成要素：语法、语义、同步

分层的好处：各层是独立的、灵活性好、结构上便于分割、方便实现和维护、促进标准化

OSI：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层

TCP/IP：应用层、运输层、网际层IP、网络接口层、

五层协议体系：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层

第二章：物理层

作用：怎样在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流，屏蔽各种通信方式之间的差异，时的数据链路层感觉不到这种差异，并向高层传输透明的二进制流传输。

数据通信系统：源系统、传输系统、目的系统

三种信息交互方式：单向通信、双向交替通信、双向同时通信

基本带通调制方法：调频、调幅、调相

码元(code)：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。在使用二进制编码时，只有两种码元，一个代表0状态，另一个代表1状态。

限制码元在信道上传输速率的原因：信道能够通过的频率范围(码间串扰、奈氏准则)、信噪比(信噪比=10log10(S/N)(dB)，其中S/N表示信号平均功率和噪声平均功率之比)

香农公式：C=Wlog2(S/N+1)(b/s)，其中C为信道的极限信息传输速率，W为信道的宽度，Hz为单位；S为信道内高斯噪声功率

信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高

导向传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆

信道复用技术：频分复用、时分复用TDM(用户在TMD帧中的位置不变，但会造成线路的浪费)、统计时分复用STDM(是对时分复用的一种改进，集中器)、波分复用WDM、码分复用CDM(CDMA,GSM)

宽带接入技术：xDSL

HFC覆盖很广的有线电视网

第三章：数据链路层

两种信道类型：点对点信道、广播信道

封装成帧(加上一个头部SOH和尾部EOT，使之成为一个帧的过程)、透明传输(解决办法：字节填充法，在每一个SOH和EOT 前面添加一个转义字符ESC)、差错控制(循环冗余码检验CRC、帧检验序列FCS:余数为0接受，如果不为0则丢弃)

点对点协议PPP(将ip数据报（封装到串行链路的方法）、链路控制协议、网络控制协议)

PPP的组成：首部标志、地址、控制和协议字段；尾部由标志字段和帧检验序列FCS组成

其中协议字段中：0x0021为ip数据报；0xC021为链路控制数据；0x8021为网络控制数据。

透明传输的问题解决：

透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使接收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息。这样才能保证数据链路层的传输是透明的。

字符填充(运用于异步传输时)

1\每个0x7E变成两字节序列(0x7D,0x5E)；

2\每个0x7D变成两字节序列(0x7D,0x5D);

3\若信息字段中出现 ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在该字符前面要加入一个 0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变)

零比特填充(运用与同步传输时)：发现零序五个1后添加一个0

局域网的特点：具有广播功能，可以从一个点浏览到全网；便于系统的扩展和逐渐的演变，各设备的位置可以灵活的改变；提高系统的可用性、可靠性、残存性。

局域网的拓扑结构：星型网络、总线型、环状型、树状型

以太网的标准：DIX ETHERNET V2; IEEE 802.3

适配器的作用：进行串并的转化；对数据进行缓存；在计算机操作系统安装驱动设备程序；实现以太网协议。

计算机通过适配器(网卡)与局域网通信

以太网提供的服务是不可靠的服务，即尽最大努力交互

载波监听多点接入/碰撞检验CSMA/CD(Ethernet的广播方式发送，在总线上实现一对一的通信)

作用：防止连接在总线上的个点发生冲突，协调总线上个计算机的工作

争用期：以太网端到端往返时延2r成为争用期或者碰撞窗口；争用期内若成功传输64字节，则后续传输就不会发生冲突了。

最短有效帧长64字节

以太网发送数据都采用曼彻斯特编码

使用集线器的星型拓扑：运用集线器的拓扑结构表面上看是一个星型网，但实质上是一个总线型网络，共享逻辑上的总线

特点：工作在物理层，每个端口具有发送和接受比特的功能，每个端口仅简单地转发比特，不具备碰撞检验的功能

在物理层扩展局域网

运用集线器或者转发器进行星型网的构建

集线器扩展局域网的优缺点：

优点：使得不在同一碰撞域中的计算机可以跨碰撞域通信；扩展了局域网的地理覆盖范围。

缺点：碰撞域增加，但吞吐量并未提高；如果不同碰撞域使用的数据不同，则不可以用集线器将他们互联再一起。

在数据链路层扩展局域网：网桥

网桥具有过滤帧的作用，先检查MAC地址，再决定下一个发到哪一个接口，使得各网段成为隔离开的碰撞域

优点：过滤通信量、增大吞吐量；扩大无力范围；提高可靠性。客互联不同物理层、MAC子层和不同速率的局域网

缺点：增加时延(存储转发和CSMA/CD)；在MAC子层没有流量控制功能；不同MAC子层的网段桥两在一起的实验增大；网桥仅适用于用户数不多或者通信量不大的局域网，否则会产生

多借口网桥—以太网交换机

优点：全双工、交换速率较高、提高了帧的转发速率，同时联通多对相互通信的主机，使之可以单独占用整条通信媒体进行碰撞检验。

集线器和交换机的区别：

1、共享一条带宽、工作在半双工的模式下，集线器所连接的各个站点属于共享信道

2、交换机的每个端口都独占一条带宽，工作在半双工或者全双工的模式，连接在交换机上的站点实际是独占信道

第四章 网络层

虚电路是逻辑的链接，而非物理的链接

网络层向上只提供简单灵活的、无连接、尽最大努力交付的数据包服务。

网络层不提供服务质量的保证

尽最大努力交互的好处：路由器比较简单节约成本；运用方式灵活，能够使用各种应用p12

中间设备：

物理层—转发器

数据链路层—网桥、桥接器

网络层—路由器、桥路器

网络层以上各层—网管

IP地址的编码方法经历的三个阶段：分类IP地址、划分子网、构造超网

互联IP地址的特点：

同一个局域网中的主机或者路由器的IP地址中的网络号必须是一样的

用网桥互联的网段仍可是一个局域网，只能有一个网络号

路由器总是具有两或者两个以上的IP地址，即路由器的每一个接口都有一个不同的网络号的IP地址

当两个路由器相连接时，在连接两端的接口处，可以分配也可以不分配IP地址(无编号网络、无名网络)

ARP是解决同一局域网上的主句或者路由器的IP地址和硬件地址的映射问题；从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的；若要发到另一个网络中的某台主机，则需要寻找本网络中的一路由器，把数据报交给该路由器，之后的交互就归下一网络负责。

RARP是在知道硬件地址的情况下，通过RARP可以知道IP地址。但RARP现在很少使用

IP数据包由首部(固定部分20字节和可变部分)和数据组成

在路由表中，对于每一条路由，最重要的是目的网络地址、下一跳地址

分组转发算法：

划分子网

{<网络号>，<子网号>，<主机号>}

两级IP地址：net-id、host-id

三级IP地址：网络号net-id、子网号subnet-id、主机号host-id

使用子网掩码可以方便的找到IP地址中的子网部分

子网掩码中的1表示网络号和子网号，0表示主机号

?子网掩码和IP地址进行逐位与运算得到子网的网络地址

无分类域间路由选择CIDR

使用各种长度的“网络前缀”代替了网络号和子网号，又恢复两级编址<网络前缀><主机号>/xx(xx表示网络前缀所占的位数)

?CIDR地址块共可以表示2^(32-xx)个地址，最大地址：前xx位不动，后32-xx位取反，末尾取零；最小地址：反之

路由聚合（构成超网）

斜线记法中，斜线后的的数字就是掩码中一的个数

地址聚合：将各个地址块化为二进制表示，找出其中共同的n位二进制数值，而后将该n位二进制数值化为点分十进制IP 地址块

最长前缀匹配：网络前缀越长、其地址块就越小，因而路由就越具体

方法：先求出掩码(xx个1，后补齐(32-xx)位0)与路由表中相应项目进行二进制与运算,从而选择最长前缀的地址

网际控制报文协议ICMP

类型：差错报告报文(终点不可达、源点控制、时间超时、参数问题、改变路由)和ICMP询问报文(回送请求和回答报文、时间戳请求和回答报文)

自制系统AS p56

两大路由选择协议：内部网关协议IGP和外部网关协议EGP

内部网关协议RIP是一种基于距离向量的路由选择算法(RIP只适用于小型互联网，不能再两个网络之间使用多条路由)

要素：仅和相邻路由器交换信息、交换的信息是本路由器所知道的全部信息、按固定时间交换路由信息

距离向量算法：

RIP的优缺点：

1、若网络出现问题，则需要很久的时间到达目的路由器

2、实现简单、开销较小

3、限制了网络的规模，最大的距离为15(16不可达)

4、路由器间的交互是交互所有的信息，这随着网络规模的扩大，使得开销变大

外部网关协议BGP

一个BGP发言人与其他自制系统中的BGP发言人交换路由信息时，要建立TCP连接p85

采用专用IP地址的网络成为专用网

VPN隧道

网络地址转换NAT：

第五章 运输层

两个主机间进行通信的实质是两个主机的应用进程进行通信，称为端到端的通信，逻辑通信，复用and分用为其重要功能 与网络层协议的区别：网络层提供的是主机间的通信，二运输层提供的是主机应用进程间的通信

提供两种不同的通信协议：面向连接的TCP协议，面向无连接的UDP协议

才用TCP的逻辑通信信道相当于一条全双工的可靠信道，而UDP是一条不可靠信道

软件端口和硬件端口

UDP只在IP数据报的基础上增加了复用和分用的功能(端口功能)和差错检验的功能

特点：无连接、最大努力连接、面向报文的、支持一对一，一对多、多对一或者多对多的通信、首部开销小，只有八字节

TCP特点：面向连接的运输层协议、TCP连接是一对一的、可靠交付、全双工通信、面向字节流

TCP连接的端点：套接字：(IP地址:端口号)

自动重传请求ARQ

TCP可靠传输的实现：连接的每一端必须设有两个窗口：一个发送窗口，一个接收窗口；

若发送窗口中的序号全用完了，必须停止发送

确认号：下一个期望收到的字节

?A的发送窗口不一定总是和B的接收窗口一般大，TCP要求接收方有累计确认的功能，减小传输开销

TCP流量控制：滑动窗口机制

持续计时器：只要TCP的乙方收到对方的零窗口通知，就开启持续计时器，若持续计时器的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段(仅携带一字节的数据)，对方在确认这个报文段的同时给出现在的窗口值，若窗口仍是零，则受到该报文的一方开始重新设置持续计时器，若窗口不为零择死锁状态被打破。

出现拥塞的条件：对资源需求的综合>可用资源的总和

拥塞控制和流量控制：

1、拥塞控制的前提是当前网络状态能够承受现有的网络负荷

2、拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到诸多因素

3、流量控制往往指在发送端和接收端的点对点的通信量的控制

4、流量控制要做的就是控制发送端的发送速率，让接收方来得及接收

?开环控制&闭环控制

开环：在设计网络之前就把网络拥塞的情况考虑清楚

闭环：基于反馈环路的概念，监控网络系统何时发生拥塞，并将拥塞信息转化成

TCP运输链接的三个环节：建立连接—传输数据---连接释放

TCP的连接建立要经过三次握手，其后进行数据的传输

第六章 应用层

(域名系统DNS、文件传输协议、万维网WWW、电子邮件、动态主机配置协议DHCP)

域名是一个逻辑概念，不代表计算机所处在的物理地点。

顶级域名TLD(nTLD\gTLD)

域名服务器的类型：根域名服务器、顶级域名服务器、权限域名服务器、本地域名服务器、

英特网上有十三个IP地址不同的根域名服务器

域名解析的过程：本机向本级域名服务器发出请求才用递归，本地域名服务器向根域名服务器才用迭代

FTP使用客户服务器方式，主进程&从属进程

两个连接：控制连接和数据连接

两个不同的端口：数值端口(20)数值端口(21)：使得协议更加简单更同意实现，在传输文件时方便控制连接

万维网提供分布式服务，以客户服务器方式提供服务

?运用统一资源定位符URL标志文档

<协议>：//<主机>：<端口>/<路径> 默认端口号为80

?利用超文本传输协议HTTP实现超链

用户点击URL—浏览器向DNS请求解析URL—域名系统DNS及析出URL的IP地址---建立TCP连接—HTTP请求报文—HTTP相应报文—释放链接—浏览器显示文件

高速缓存：图示p65

?超文本标记语言HTML使得链接显示出来

?搜索引擎等搜索工具SEO使得万维网上的文件方便地被检索得到

全文检索搜索引擎、分类目录检索

电子邮件：

发送邮件的协议：SMTP

读取邮件的协议：POP3\IMAP/MIME

三个重要组成要素：用户代理、邮件服务器、电子邮件使用的协议 p94

HTTP—STMP—HTTP

动态主机配置协议DHCP：具有即插即用连网机制

需要配置的东西：IP地址、子网掩码、默认路由IP地址、域名服务器的IP地址