《计算机网络》知识整理

第一章概述计算机网络的功能：连通、共享因特网(Internet)：指由APPANET发展而来、采用TCP/IP协议族作为通信的规则的特定的计算机网络因特网的组成：边缘部分、核心部分边缘部分：连接在因特网上的所有主机核心部分：由网络与路由器组成主机之间的通信模式：客户端/服务器模式（C/S）Client/Server；浏览器/服务器模式（B/S）Browser/Server；对等模式（P2P）Peer-to-Peer路由器处理分组的过程：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。电路交换：先建立源点到终点的链路，然后整个报文的比特流连续地从源点直达终点。报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。需要各结点存储转发。分组交换：单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。需要各结点存储转发。计算机网络：一些互相连接的、自治的计算机的集合。按作用范围的不同，可分为：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）、个人区域网（PAN）计算机网络的性能指标：速率（信息速率、码元速率）、带宽、时延（发送时延、传播时延、处理时延、排队时延）、利用率（信道利用率、网络利用率）网络协议：为进行网络中心的数据交换而建立的规则、标准或约定。主要由：语法，语义，同步三个要素组成。语法：数据与控制信息的结构或格式语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应同步：事件实现顺序的详细说明网络的体系结构（Architecture）：计算机网络的各层及其协议的集合，是对该网络及其构件所应完成的功能的精确定义。网络各层的主要功能：差错控制、流量控制、分段与重装、复用和分用、连接建立和释放协议：对等实体间进行通信的规则，协议必须能应付各种可能的情况。协议是水平的服务：下层为上层提供服务。上下层实体进行信息交互的地方称为服务访问点SAP。服务是垂直的OSI的七层协议：物理层，数据链路层，网络层，运输层，会话层，表示层，应用层。TCP/IP的四层协议：网络接口层，网际层IP，运输层，应用层。五层协议：物理层，数据链路层，网络层，运输层，应用层。原理体系结构中各层的作用：应用层：直接为用户的应用进程提供特定的服务。运输层：负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。运输层有复用和分用的功能。运输层提供端到端的通信服务。网络层：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，其中包括封装成包和路由选择。网络层提供主机到主机的通信服务。数据链路层：将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上“透明”地传送帧中的数据。链路层提供两相邻结点（点到点）的通信服务。物理层：透明地传送比特流。物理层要确定信号形式、物理接口规则。物理媒体不属于物理层，处于物理层的下面。各层的协议数据单元：应用层（消息message）、运输层（段segment、数据报datagram）、网络层（分组packet）、链路层（帧frame）、物理层（bit信号）网络设备：应用层（主机）、网络层（路由器）、链路层（交换机、网桥、网络适配器）、物理层（集线器、转发器、中继器、调制解调器），了解各设备的广播域与冲突域。第二章物理层物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性；即机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。物理层可实现在传输媒体上透明地传送比特流。通信、消息、信息与信号的关系数字通信系统模型通信的三种方式：单向通信（单工），双向交替通信（半双工），双向同时通信（全双工）基带信号：来自信源的（未经调制的）信号。带通信号：经过载波调制后的信号调制：用高频率载波携带信号进行传输的过程。最基本的调制方法：调频，调幅，调相（载波的频率、振幅、相位携带信号进行传输）。信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)香农公式：C=Wlog2(1+S/N)传输媒体可分为两大类：导引型和非导引型。双绞线的类型：无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线多模光纤与单模光纤多路复用：在一个物理信道中实现多个逻辑信道，可同时传输多路信号。频分复用FDM：多路信号占用不同的频带进行多路复用。时分复用TDM：多路信号占用不同的时隙进行多路复用。统计时分复用STDM：按需动态分配时隙波分复用WDM：多路光信号采用不同波段的光载波进行多路复用，是光的频分复用。密集波分复用DWDM：一根光纤上复用多路数的光载波信号。码分复用CDM：各用户使用经过特殊挑选的相互正交的码序列进行扩频通信，从而实现的多路复用。脉码调制PCM：通过抽样、量化、编码过程将模拟信号数字化数字传输系统的标准化：准同步数字系列PDH：由于历史原因而产生的两套互不兼容的数字序列。其一次群为两个互不兼容的PCM标准：T1：1.544Mb/s（美国、日本）；E1：2.048Mb/s（中国、欧洲）同步数字系列SDH：世界统一的数字传输系列。其第一级同步传输模块STM-1：155.52Mb/s，更高等级模块由N个STM-1构成。因特网的宽带接入方法：ADSL、HFC、FTTx第三章数据链路层数据链路层将网络层IP数据报组装成帧，提供结点到结点的透明传输。链路：是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。数据链路：除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测。局域网的拓扑：星形，环形，总线，树形PPP协议：点对点协议，用于拨号电话线接入因特网。PPP协议实现透明传输的方法：字符填充、比特填充（5个连续的’1’后填’0’）IEEE802委员会是专门制定局域网和城域网标准的机构。其中802.3工作组制定CSMA/CD协议标准。CSMA/CD协议：载波监听多点接入/碰撞检测，用于局域网(以太网)。CSMA/CD协议的要点：“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上；“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞；“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。为了能及时发现碰撞，需要设置最小帧长。以太网的争用期。MAC层的硬件地址：由48位，16进制的数字组成的地址。也就是网卡的物理地址。实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI—48。MAC(MediaAccessControl)地址，或称为MAC位址、硬件地址，用来定义网络设备的位置。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链路层则负责MAC地址。因此一个主机会有一个IP地址，而每个网络位置会有一个专属于它的MAC地址。碰撞域：又可以说叫冲突域，在以太网中，如果某个一个CSMA/CD网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突，那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域。如果以太网中的各个网段以中继器连接，因为不能避免冲突，所以它们仍然是一个冲突域。但网桥可以隔离冲突域。网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。网桥可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网。网桥由于存储转发增加了时延。广播风暴：网桥并不隔离广播域，当网桥连接成较大的局域网时，会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。VLAN可以隔离广播域。以太网交换机是多端口的网桥。网桥有没有MAC地址？主机到网桥是否构成一个数据链路？网络适配器包含什么地址？第四章网络层网络层将分组从源主机传到目的主机；网络层提供网络互连。网络层提供的两种服务：虚电路服务和数据报服务网络层中间设备：路由器分类的IP地址、子网掩码、掩码、CIDR、回环地址、私有地址（10/8，172.16/12，192.168/16）、网络地址与广播地址、单播地址与多播地址。网络层协议：ICMP、IGMP、IP、ARP。ARP，即地址解析协议，可以实现通过IP地址获得其物理地址。工作流程：1、ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组；2、在本局域网上所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组；3、主机B在ARP分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送ARP响应分组，并写入自己的硬件地址；4、主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到硬件地址的映射。IP地址通过ARP转变为物理地址。IGP内部网关协议：在一个自治系统内部使用的路由选择协议。常用的IGP：1.RIP：路由信息协议，是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是因特网的标准协议，最大优点就是简单。相邻路由器间定时交换各自的路由表。2.OSPF：开放最短路径优先协议，是一种分布式的链路状态路由协议。链路状态改变时洪泛发送邻居信息。EGP外部网关协议：若源主机和目的主机处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。常用的EGP：BGP-4：一种基于路径向量的路由选择协议。路由器的构成：路由选择部分（控制部分，核心构件是路由选择处理机）和分组转发部分（交换结构，一组输入端口，一组输出端口）。IGMP网际组管理协议：让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机参加或退出了某个多播组。VPN虚拟专用网：通过一个公用网络建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。NAT网络地址转换：将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术,被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。原因很简单，NAT不仅完美地解决了IP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。IP地址块的划分（从最大地址块进行划分）；相同子网的含义；不同网段主机间的通信；路由器如何连接不同的网络；路由器接口的地址；路由表的设置。第五章运输层运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信服务；运输层对接收到的报文进行差错检测。硬件接口（interface）：ADSLModem、集线器、交换机、路由器等用于连接其他网络设备的接口。（软件）端口（port）：运输层使用端口(port)来区分应用进程。端口号的范围从0到65535IP地址：给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址。Socket：IP地址+端口号UDP用户数据报协议：是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。特点：简单、快速、可以广播与多播。TCP传输控制协议：是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议停止等待ARQ、连续ARQ复用：应用层所有的进程都可以通过运输层再传送到IP层分用：运输层从IP层收到数据后必须交付给指明的应用进程。TCP可靠传输的实现：以字节为单位的滑动窗口；超时重传时间的选择；选择确认SACKTCP的流量控制：让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。接收方利用窗口字段控制发送方滑动窗口大小从而实现流量控制；必须考虑传输效率。流量控制通常是点对点通信量的控制，是个端到端的问题（接收端控制发送端）。TCP的拥塞控制：防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。几种拥塞控制方法：慢开始；拥塞避免；快重传；快恢复。通过设置拥塞窗口的大小来影响发送方的发送窗口。发送窗口=min（接收窗口，拥塞窗口）TCP的运输连接管理：运输连接三个阶段：连接建立（三次握手）；数据传送和连接释放（四次握手）。第六章应用层应用层是网络体系结构的最高层。应用层直接为用户的应用进程提供服务。应用层：各种应用层协议（HTTP、FTP、SMTP）DNS域名系统：是因特网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字转换为IP地址。主域名服务器：为了提高