计算机网络笔记

发布于:2025-06-23 ⋅ 阅读:(16) ⋅ 点赞:(0)

本笔记参考教材计算机网络(第八版),谢希仁主编。祝大家学习愉快

各个命令

arp -a查看告诉cache中的IP地址和MAC地址的映射。

ping命令利用ICMP协议来测试网络连通性,ping命令持续测试本机与路由器的连接用-t。

traceroute测试网络可以显示分组到达目标经过的各个路由器。

Nslookup查看DNS服务器的IP。

no shutdown打开一个关闭的接口。

P1#show running-config可显示路由器配置运行

各章节知识点总结

第一章:概述

这一章记住概念和英文缩写

1.计算机网络的定义:是由地理位置上分散的、具有独立功能的计算机,通过通信线路和通信设备互连起来,在网络软件的支持下,实现资源共享信息交换(也就是通信)的系统

网络协议三要素:

  1. 语法:数据与控制信息的结构与格式
  2. 语义:需要发出何等控制信息,完成何等动作以及做出何等相应
  3. 同步:事件实现顺序的详细说明

2.互联网在发展过程中具有标志性的事件:第五页

第一阶段:从单个网络ARPANET向互连网发展

第二阶段:建成了三级结构的互联网(主干网,地区网,校园网)

第三阶段:逐渐形成全球范围的多层次ISP结构的互联网

注意:

互连网是一个通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议可以是任意的。

Internet(因特网)则是一个专用名词,它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络,它采用TCPP协议族作为通信的规则,其前身是美国的ARPANET。

3.互联网的组成:第九页。分为边缘部分(用户直接使用)和核心部分(为边缘部分提供服务的)

4.在边缘部分来的端系统之间的通信方式通常可划分为2大类:第10页。

客户-服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)

5.3种交换方式: 第12页

电路交换:比特流直达重点

报文交换:发送报文,由各个路由器存储转发

分组交换:报文基础上切分成更小的分组,以分组的形式由路由器存储转发

电路交换(Circuit Switching)

电话交换机接通电话线的方式称为电路交换
从通信资源的分配角度来看,交换(Switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源;
不适合计算机传输数据,因为占用通信资源,却迟迟不使用,造成通信资源的浪费

  1. 电话交换的三个步骤
    1. 建立连接(分配通信资源)
    2. 通话(一直占用通信资源)
    3. 释放连接(归还通信资源)
  2. 优点
    1. 通信时延小
    2. 有序传输
    3. 没有冲突
    4. 适用范围广
    5. 实时性强
    6. 控制简单
  3. 缺点
    1. 建立连接时间长
    2. 线路独占,使用效率低
    3. 灵活性差
    4. 难以规格化

分组交换(Packet Switching)(用的最多)

路由器是实现分组交换的关键构建,其任务是转发收到的分组

通常把表示消息的整块数据称为一个报文

  1. 步骤

    1. 发送方
      构造分组,发送分组

    2. 路由器
      缓存分组,转发分组

    3. 接收方

      接收分组,还原报文

  2. 优点

    1. 无需建立连接
    2. 线路利用率高
    3. 简化了存储管理
    4. 加速传输
    5. 减少出错概率和重发数据量
  3. 缺点

    1. 引起了转发时延

    2. 需要传输额外的信息量

    3. 对于数据报服务,存在失序、丢失或重复分组的问题;

      对于虚电路服务存在呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程

报文交换(Message Switching)

与分组交换类似,但对报文大小没有限制,也不分组,现代已很少使用该方法

  1. 优点

    1. 无需建立连接
    2. 动态分配线路
    3. 提高线路可靠性
    4. 提高线路利用率
    5. 提供多目标服务
  2. 缺点

    1. 引起了转发时延
    2. 需要较大存储缓存空间
    3. 需要传输额外的信息量

6.计算机网络的分类

按网络的作用范围来分:第20页。广域网(WAN),城域网(MAN),局域网(LAN),个人区域网(PAN)

按传输介质分:有线网络和无线网络

7.计算机网络性能指标,这里大概考名词解释:第21页

速率:比特是信息论中使用的信息量的单位。一个比特就是二进制数字中的一个1或0。速率是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率,也称为比特率或数据率。单位bit/s

带宽:在单位时间内网络的某信道所能通过的“最高数据率”。单位Hz

吞吐量:在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际数据量

时延:数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间,由发送时延,传播时延,处理实验,排队时延

时延带宽积:以比特为单位的链路长度

往返时间RTT:双向交互一次所需的时间,即从源主机发送分组开始,直到源主机收到来自目的主机的确认分组为止

利用率:分为信道利用率,网络利用率。信道利用率:表示某信道有百分之几的时间是被利用的;网络利用率:全网络的信道利用率的加权平均值

丢包率:分组丢失率,是指在一定的时间范围内,传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。

8.OSI体系的七层协议体系结构:31页,要可以画出来

**加粗样式
**

体系结构 解决问题
应用层 解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题
表示层 解决通信双方交换信息的表示问题
会话层 解决进程之间进行会话问题
运输层 解决进程之间基于网络的通信问题
网络层 解决分组在多个网络上传输(路由)问题
数据链路层 解决分组在一个网络(或一段链路)上传输的问题
物理层 解决使用何种信号来传输比特的问题

9.实体,协议,服务和服务访问点的概念:34页 要记清楚

实体:表示任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议:控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合

服务:在协议的控制下,两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务

服务访问点:在同一系统中相邻两层的实体进行交互的逻辑接口,用于区分不同的服务类型
1. 数据链路层的服务访问点为帧的“类型”字段。
2. 网络层的服务访问点为IP数据报首部中的“协议字段”。
3. 运输层的服务访问点为“端口号”

第二章:物理层

解决在各种传输媒体上传输比特0和1的问题,进而给数据链路层提供透明传输比特流的服务

1.(比特流)传输方式 42页

串行传输(数据是一个比特一个比特依次发送的,只需一条数据传输线路)

并行传输(一次发送n个比特,需要n条传输线路)

同步传输(字节之间无间隔)

异步传输(字节之间间隔不固定)

2.通信方式: 44页

单向通信(单工通信):通信双方只有一个传输方向

双向交替通信(半双工通信):双方可以互相传输数据,但不能同时进行

双向同时通信(全双工通信):可以同时发送和接收消息

3.常见编码方式: 45页 编码就是把数据转换为数字信号

不归零制:正电平代表1,负电平代表0

归零制:正脉冲代表1,负脉冲代表0

曼彻斯特编码:位周期中心的向上跳变代表0,位周期中心的向下跳变代表1

差分曼彻斯特编码 :在每一位的中心始终有跳变。位开始边界有跳变代表0,而位开始边界没有跳变代表1

在这里插入图片描述

4.基本的带通调制方法 45页 调制就是把数据转换为模拟信号

调幅(AM):即载波的振幅随基带数字信号而变化

调频(FM):即载波的频率随基带数字信号而变化

调相(PM):即载波的初始相位随基带数字信号而变化

4.信噪比: 46页

信噪比:信息的平均功率与噪声的平均功率之比,常记为S/N

在信道带宽一定的情况下,根据奈氏准则和香农公式,
要想提高信息的极限传输速率就必须采用多元制(更好的调制方法)和努力提高信道中的信噪比。

奈式准则

理想低通信道的最高码元传输速率=2W Baud=2W(单位:码元/秒)
理想带通信道的最高码元传输速率=W Baud=W(单位:码元/秒)

香农公式:指出信道的极限信息传输速率C是:

C = W × l o g 2 ( 1 + S N ) 单位 : b i t / s C = W \times log_2(1 + \frac{S}{N})\\ 单位:bit/s C=W×log2(1+NS)单位:bit/s

5.物理层下面的传输媒体:导引型传输媒体和非导引型传输媒体。48页。

导引型传输媒体:

  1. 双绞线:由两根绝缘铜线绞合而成
  2. 同轴电缆:由内阻、闪光层和外护套组成,抗干扰能力强。
  3. 光缆:通信容量大,传输损耗小,中继距离长,体积小,重量轻,无串音干扰保密性好

非导引型传输媒体:

  1. 微波通信(2~40GHz):使用高频电磁波,需视距传播
  2. 红外线:使用近红外光波,需视距,短距离传输。
  3. 可见光:利用可见光进行通信(如Li-Fi)
  4. 无线电波:频率范围广,包括AM、FM、Wi-Fi、蓝牙等。

6.信道复用技术:搞清楚频分复用和时分复用的原理 56页

  1. 频分复用(FDM)
    在这里插入图片描述

  2. 时分复用(TDM)
    在这里插入图片描述

第三章:数据链路层

链路是从一个结点到相邻结点的一段物理线路,数据链路是在链路的基础上增加了一些必要的硬件和软件

分为LLC(逻辑链路控制)和MAC层(媒体访问控制)

用点对点信道的数据链路层三个重要问题:封装成帧,差错检测,可靠传输

数据链路层传送的协议数据单元是

1.帧的封装:帧定界符来划分界限 74页

封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部,然后就构成了一个帧

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界

在这里插入图片描述

2.透明传输: 75页

不管从键盘上输入什么字符都可以放在这样的帧上传输过去,这样的传输就是透明传输

数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制,就好像数据链路层不存在一样。

但透明传输以SOH开头,EOT结尾,如果数据中某个字节的二进制代码恰好和SOH和EOT一样,数据链路层就会错误地“找到帧的边界”。那么怎么办呢?

3.字符填充解决了透明传输问题 75页

为了解决透明传输问题,就必须设法使数据中可能出现的字符“SOH”和“EOT”在接收端不被解释为控制字符。具体方法是:发送端的数据链路层,在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符”ESC“,而在接收端的数据链路层在把数据送往网络层之前删除这个插入的转义字符,这种方法就称为字节填充或字符填充

4.差错检测:校验方法

比特在传输过程中可能会产生差错;
1可能会变成0,而0也可能变成1。这称为比特差错。

  1. 奇偶校验

    在待发送的数据后面添加1位奇偶校验位,
    使整个数据(包括所添加的校验位在内)中”1”的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。

    1. 如果有奇数个位发生误码,则奇偶性发生变化,可以检查出误码;
    2. 如果有偶数个位发生误码,则奇偶性不发生变化,不能检查出误码
  2. 循环冗余校验CRC
    在这里插入图片描述

    (做除法的意思是,做异或运算)

5.点对点协议PPP(Point to Point Protocol): 80页

PPP协议为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。为两个对等节点之间的IP流量传输提供了一种封装协议

帧格式:

首部的第1个字段和尾部的第2个字段都是标志字段F(flag),规定为0×7E,1字节。标志字段表示一个帧的开始或结束,因此标志字段就是PPP帧的定界符。

首部中的地址字段A规定为0×FF,1字节

控制字段C规定为0×03,1字节

PPP首部的第四个字段是2字节的协议字段,2字节。当协议字段为0×0021时,PPP帧的协议字段就是IP数据报。若为0×C021,则信息字段是PPP链路控制协议LCP的数据,而0×08021表示这是网络层的控制数据。

尾部中的第1个字段(2字节)是使用CRC的帧检验序列FCS,2字节

PPP 帧总长度=(开头标志 F)+(地址 A)+(控制 C)+(协议)+(信息字段)+(帧检验序列 FCS)+(结尾标志 F)=8 字节+(信息字段长度)

在这里插入图片描述

6.CSMA/CD协议:87页 重点

全称:载波监听多点接入/碰撞检测协议

载波监听就是边发送边监听(确认总线上有没有其他计算机也在发送)。不管在想要发送数据之前还是在发送数据之中,每个站都必须不停的检测信道

多点接入说明这是总线型网络,许多计算机以多点接入的方式连接在一根线上

碰撞检测是适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况,以判断在积极在发送数据时其他站是否也在发送数据

因此在使用此协议时,不可能同时进行发送和接收(但必须边发送边监听信道),所以使用此协议的以太网只能进行双向交替通信(半双工通信)

工作流程:载波监听,数据发送,碰撞检测,完成发送,检测到碰撞后的发送

为什么有冲突?

共享介质的特性以及信号的传播延迟

如何处理冲突?

发送阻塞信号 ,执行退避算法,重新进行载波监听和传输,重传次数限制

7.争用期(又称碰撞窗口) 90页

  • 发送帧的主机最多经过以太网端到端往返传播时延2τ这么长时间,
    就可检测到本次传输是否发生了碰撞,2τ称为争用期:

  • 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞,才能肯定这次发送不会发生碰撞。

  • 以太网规定2τ的取值为512比特时间(即发送512比特所耗费的时间),
    对于10Mbps的以太网,2τ 即为51.2 μs。

8.以太网的MAC层 95页

在局域网中,硬件地址又称为物理地址或MAC地址(因为这种地址用在MAC帧中)

MAC地址是一个唯一的标识符,有助于在任何网路上识别你的机器

物理地址的结构:????暂时没找到

  1. 一般情况下,用户主机会包含两个网络适配器:有线局域网适配器(有线网卡)和无线局域网适配器(无线网卡)。
  2. 每个网络适配器都有一个全球唯一的MAC地址。而交换机和路由器往往拥有更多的网络接口,所以会拥有更多的MAC地址。
    综上所述,严格来说,MAC地址是对网络上各接口的唯一标识,而不是对网络上各设备的唯一标识。

在这里插入图片描述

9.在物理层扩展以太网: 99页

  1. 使用工作在物理层的转发器来扩展以太网的地理覆盖范围
  2. 使用光纤和一对光纤调制解调器
  3. 使用集线器

10.虚拟局域网VLAN的特点: 104页

虚拟局域网是一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。即作用是将一个较大的局域网,分割成为一些较小的局域网,而每一个局域网是一个较小的广播域

是局域网给用户提供的一种服务,而不是一种新型局域网

特点:逻辑分组性,隔离广播域,增强安全性,提高网络性能,提高管理的灵活度与效率

三层交换机可转发不同VLAN之间的通信

11.高速以太网: 106页

知道有载波延伸和分组突发这2个东西就够了

第四章:网络层

这一章概念不用记,知道怎么用,知道怎么算就行

作用:确定在本路由器如何转发分组,确定分组从源到目的经过的路径,是点到点的服务

网络层工作特点:尽量简单,向其上层只提供简单灵活的,无连接的,尽最大努力交付的数据报服务

IP数据报和IP分组是同义词,可以混用

有哪些协议(中文名和英文名):地址解析协议ARP,网际控制报文协议ICMP,网络组管理协议IGMP,

1.IP协议: 122页

搞清楚IP地址的使用

一定会考计算题(如何划分子网,网络层(上中下)第10分钟),自己去找网课找题

IP地址就是给连接到互联网上的每一台主机的每一个接口,分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符

IP地址组成:网络号(用来标识一个网段)+主机号(用来标识主干网段上的某一台主机)

IP地址的分类:(1)A类,第一个字节的最高位固定为 0,由 1 个字节的网络号 和 3 个字节的主机号 组成,8位网络号和24位主机号(2)B类,第一个字节的最高两位固定为 10,由 2 个字节的网络号 和 2 个字节的主机号 组成,16位网络号和16位主机号(3)C类, 第一个字节的最高三位固定为 110,由 3 个字节的网络号 和 1 个字节的主机号 组成,24位网络号和8位主机号(4)D类,第一个字节的最高四位固定为 1110

类别 第一个字节范围(十进制) 二进制最高位规则 用途
A类 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255(小:00000000 = 0;最大:01111111 = 127,因此A类地址范围是 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255。) 最高位是 0(如0xxxxxxx 大型网络
B类 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255(128=10000000;191=10111111) 最高两位是 10(如10xxxxxx 中型网络
C类 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255(192=11000000;223=11011111) 最高三位是 110(如110xxxxx`) 小型网络
D类 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 最高四位是 1110(如1110xxxx`) 组播(Multicast)

2.地址解析协议ARP的工作原理和实现过程:

解析IP地址得到相应的MAC地址

当主机或其他网络设备有数据要发送给另一个主机或设备时,他必须知道对方的网络层地址(即IP地址),但仅仅有IP地址是不够的,因为IP数据报必须封装成帧才能通过物理网络发送,因此还必须有接收站的物理地址

  • 内容步骤

    1. 源主机在自己的ARP高速缓存表中查找目的主机的IP地址所对应的MAC地址,
      若找到了,则可以封装MAC帧进行发送;
      若找不到,则发送ARP请求(封装在广播MAC帧中)

    2. 目的主机收到ARP请求后,将源主机的IP地址与MAC地址记录到自己的ARP高速缓存表中,
      然后给源主机发送ARP响应(封装在单播MAC帧中),ARP响应中包含有目的主机的IP地址和MAC地址

  • 作用范围

​ 逐段链路或逐段网络使用

  • ARP高速缓存表中记录了每个IP地址对应的MAC地址,以及这个地址对的类型
    类型分为静态类型和动态类型
    1. 静态类型手动配置,可设置系统重启后这些静态类型的地址对是否仍然有效

    2. 动态类型是通过上述ARP请求以及ARP相应得到的,有效时间很短,2分钟左右

3.IP数据报的格式(全部记住) 136页

名词 解释
版本 表示IP协议的版本号,如IPv4(4)或IPv6(6),用于标识数据报的格式。
首部长度 指IP首部长度(单位为4字节),通常为20字节(5个32位字),可因选项扩展。
服务类型 定义数据报的优先级和服务质量(如延迟、吞吐量),影响路由选择。
总长度 IP数据报的总长度(首部+数据),单位为字节,最大65535字节(16位)。
标识 唯一标识一个数据报,用于分片重组时识别属于同一原始数据报的片段。
标志 控制分片行为。占3位,目前
片偏移 表示分片在原始数据报中的相对位置,单位为8字节,用于重组分片。
生存时间 数据报在网络中的最大跳数限制,每经过一个路由器减1,值为0时丢弃。
首部校验和 用于验证IP首部的完整性,检测传输中可能的错误。
源地址 发送方的IP地址,标识数据报的起源。
目的地址 接收方的IP地址,标识数据报的目标。

4.网络控制报文协议ICMP 146页

为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会,在网际层使用了网际控制报文协议。传递网络状态报告和错误诊断信息

  1. 主机或路由器使用ICMP来发送差错报告报文和询问报文

  2. ICMP报文被封装在IP数据报中发送

问题:报文种类?

  1. 五种差错报告报文

    1. 终点不可达

    2. 时间超过

    3. 参数问题

    4. 改变路由(Redirect)

  2. 两种询问报文

    1. 回送(Echo)请求或回送回答
    2. 时间戳(Timestamp)请求或时间戳回答

5.路由选择协议种类: 分得清啥描述对应啥协议 159页

  1. 内部网关协议RIP(记住工作原理,交换对象,交换方式,交换内容) 159页

    最大的优点就是实现简单,开销小

    1. RIP要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个网络的距离记录。
      这是一组距离,称为“距离向量”。
    2. RIP使用跳数(Hop Count)作为度量(Metric)来衡量到达目的网络的距离。
    3. RP认为好的路由就是“距离短”的路由,也就是所通过路由器数量最少的路由
    4. 当到达同一目的网络有多条“距离相等”的路由时,可以进行等价负载均衡
    1. 特点

      1. 仅和相邻路由器交换信息
      2. 交换的信息当前本路由器所知道的全部信息,即自己的路由表
      3. 按固定的时间间隔交换路由信息
    2. RIP的基本工作流程

      1. 路由器刚开始工作时,它的路由表是空的,只知道自己到直接相连的网络的距离为1。
      2. 每个路由器仅和数目非常有限的相邻路由器周期性地交换并更新路由信息。
      3. 若干次交换和更新后,所有路由器都知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址
    3. 更新规则

      1. 发现了新的网络,添加
      2. 到达目的网络,相同下一跳,最新消息,更新
      3. 到达目的网络,不同下一跳,新路由优势,更新
      4. 到达目的网络,不同下一跳,新路由劣势,不更新
      5. 到达目的网络,不同下一跳,等价负载均衡
    4. RIP存在“坏消息传播得慢”的问题(还有好消息传播的快)

      坏消息传播得慢即当网络出现故障时,要经过比较长的时间才能即将此信息传送到所有的路由器

  2. 经过改进RIP协议得到的内部网关协议OSPF(工作原理不管) 164页

​ 这个协议的名字是开放最短路径优先OSPF

​ 最主要特征是使用链路状态协议

​ 优点:更新过程收敛的快

​ 特点:(1)向本自治系统中所有路由器发送信息。(用的洪泛法)(2)发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态(3)当链路状态发生变化或每隔一段时间,路由器向所有路由器用洪泛法发送链路状态信息

​ OSFP使用层次结构的区域划分。在上层的区域称为主干区域,其作用是用来连通其他在下层的区域。从其他区域来的信息都由区域边界路由器进行概括。在主干区域内的路由器叫作主干路由器。在主干区域内还要有一个路由器专门和本自治系统外的其他自治系统交换路由信息,即自治系统边界路由器

​ 五种分组类型:问候分组(Hello),数据库描述分组(DD),链路状态请求分组(LSR),链路状态更新分组(LSU),链路状态确认分组(LSA)

  1. 若题目要比较,从交换对象,交换方式,交换内容3个方面比较

    示例回答:

    是两个典型的 路由协议,分别属于 距离矢量链路状态 算法。它们的核心区别如下:

    适用范围:

    • RIP适合小型网络,OSPF适合大企业网/ISP骨干网

    交换对象:

    • RIP: RIP 路由器只与相邻的路由器交换路由信息。它不会将信息发送给非直接相连的路由器。
    • OSPF: OSPF 路由器与本自治系统中的所有其他路由器交换信息。它通过洪泛法确保自治系统内的所有路由器都能收到信息。

    交换方式:

    • RIP: RIP 路由器以**固定的时间间隔(周期性地)**交换路由信息(通常每 30 秒)。这种方式简单但效率较低,即使网络没有变化也会发送更新。
    • OSPF: OSPF 路由器主要在链路状态发生变化时触发更新,立即将变化的信息洪泛出去,这使得它能快速适应网络拓扑变化(收敛速度快)。同时,OSPF 也会周期性地发送链路状态信息以保持数据库同步,并使用 Hello 报文维持邻居关系。其核心在于事件触发的快速更新。

    交换内容:

    • RIP: RIP 路由器交换的是自己的整个路由表(或部分路由表),即它当前所知道的到达各个目的网络的距离向量(通常以跳数作为度量)。它告诉邻居“我到某个网络需要多少跳”。
    • OSPF: OSPF 路由器交换的是与本路由器直接相连的链路的状态信息,以及它与相邻路由器之间的关系。它发送的不是完整的路由表,而是关于自身连接状态的信息(如链路的成本、连接的邻居等)。所有路由器收集这些链路状态信息后,会构建一个完整的网络拓扑图,并独立计算出最优路径。
  2. 还要知道除了RIP和OSPF,还有一个外部网关协议BGP,知道就好

6.IP多播 179页 看一看就好

7.虚拟专用网VPN和网络地址转换NAT 185页 知道她两是干嘛的解决什么问题

​ 利用公用的因特网作为本机各专用网之间的通信载体,这样的专用网又称为虚拟专用网VPN。VPN要保证传输数据的安全性,会将原始的内部数据报进行加密,然后再将其封装成为在因特网上发送到的外部数据报。

​ NAT能使大量使用内部专用地址的专用网络用户共享少量外部全球地址来访问因特网上的主机和资源

8.路由算法 157页

路由选择的核心就是路由算法

对象:网络中的路由路径(Routes)或称为最佳路径(Optimal Paths)。它要为数据包从任何源路由器到网络中的任何目的路由器找到“最好走”的路。

内容:路由算法在做决策时,依赖的是关于网络结构的各种信息,主要是网络拓扑信息链路的度量(Metrics)。这些度量可以是跳数(如 RIP)、延迟、带宽、负载、管理成本等,用来衡量一条路径的“好坏”。

方式:两种基本类型:

  • 距离向量算法 (Distance Vector Algorithm): 路由器和邻居交换自己所知道的到达各个网络的“距离”信息,通过邻居告诉的信息来更新自己的路由。它是一种“分布式”和“迭代式”的计算方法。
  • 链路状态算法 (Link State Algorithm): 路由器向自治系统内的所有其他路由器发送自己直接相连的链路状态信息,每个路由器收到所有信息后,都能构建出完整的网络拓扑图,然后独立计算出到所有目的地的最佳路径。

第五章:运输层

提供端到端的连接(靠IP地址和TCP端口号共同实现),即提供应用进程间的逻辑通信

运输层特点:向他上面的应用层提供服务,向用户屏蔽了下面网络核心的细节

重要功能:复用和分用

在运输层主要依赖UDP和TCP协议,UDP是一种无连接,面向报文的通信协议;TCP是一种可靠的,面向连接的通信协议,

1.用户数据报协议UDP 216页

在传送数据之前不需要先建立连接

特征:无连接,面向报文,没有拥塞控制,支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信,首部开销小

2.传输控制协议TCP协议: 219页

提供面向连接的服务,传送数据之前需要先建立连接,数据传送结束之后要释放连接

特征:面向连接的运输层协议,每一条TCP连接之内有2个端点(每一条TCP连接只能是点对点的),提供可靠交付的服务,提供全双工通信面向字节流

特征 UDP (用户数据报协议) TCP (传输控制协议)
是否连接 无连接 面向连接
是否可靠 不可靠传输,不使用流量控制和拥塞控制 可靠传输(以字节为单位的滑动窗口),使用流量控制和拥塞控制
连接对象个数 支持 一对一,一对多,多对一 和 多对多 通信 只能是 一对一 通信
传输方式 面向报文 面向字节流
首部开销 首部开销小,仅 8 字节 首部最小 20 字节,最大 60 字节
适用场景 适用于实时应用 (IP电话、视频会议、直播等) 适用于要求可靠传输的应用,例如文件传输、邮件等

3.TCP可靠传输如何实现 229页

  • TCP基于以字节为单位的滑动窗口来实现可靠传输。

    1. 发送方在未收到接收方的确认时,可将发送窗口内还未发送的数据全部发送出去

    2. 接收方只接收序号落入发送窗口内的数据

    虽然发送方的发送窗口是根据接收方的接收窗口设置的,
    但在同一时刻,发送方的发送窗口并不总是和接收方的接收窗口一样大。

    1. 网络传送窗口值需要经历一定的时间滞后,井且这个时间还是不确定的。

    2. 发送方还可能根据网络当时的拥塞情况适当减小自己的发送窗口尺寸

  • 超时重传时间的选择

  • TCP的通信是全双工通信。

通信中的每一方都在发送和接收报文段。
因此,每一方都有自己的发送窗口和接收窗口。在谈到这些窗口时,一定要弄清楚是哪一方的窗口。

4.TCP报文段的首部格式 225页 记住

字段 说明
源端口 占16比特,写入源端口号,用来标识发送该TCP报文段的应用进程
目的端口 占16比特,写入目的端口号,用来标识接收该TCP报文段的应用进程
序号 占32比特,取值范围[0,232-1],序号增加到最后一个后,下一个序号就又回到0。
确认号 占32比特,取值范围[0,232-1],确认号增加到最后一个后,下一个确认号就又回到0。
指出期望收到对方下一个TCP报文段的第一个数据字节的序号,同时也是对之前收到的所有数据的确认。
确认标志位ACK 取值为1时确认号字段才有效:取值为0时确认号字段无效
数据偏移 占4比特,并以4字节为单位。
用来指出TCP报文段的数据载荷部分的起始处距离TCP报文段的起始处有多远。
保留 占6比特,保留为今后使用,但目前应置为0。
窗口 占16比特,以字节为单位。指出发送本报文段的一方的接收窗口。
窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据
这是以接收方的接收能力来控制发送方的发送能力,称为流量控制。
校验和 检验数据在传输过程中是否被损坏。占16比特,检查范围包括TCP报文段的首部和数据载荷两部分。
在计算校验和时,要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。
同步标志位SYN 在TCP连接建立时用来同步序号
终止标志位FIN 用来释放TCP连接。
复位标志位RST 用来复位TCP连接。
当RST=1时,表明TCP连接出现了异常,必须释放连接,然后再重新建立连接。
RST置1还用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个TCP连接。
推送标志位PSH 接收方的TCP收到该标志位为1的报文段会尽快上交应用进程。
而不必等到接收缓存都填满后再向上交付。
紧急标志位URG 取值为1时紧急指针字段有效:取值为0时紧急指针字段无效。
紧急指针 占16比特,以字节为单位,用来指明紧急数据的长度。[^紧急数据]
选项 1. 最大报文段长度MSS选项:TCP报文段数据载荷部分的最大长度。
2. 窗口扩大选项:为了扩大窗口(提高吞吐率)
3. 时间戳选项:
a. 用来计算往返时间RTT
b. 用于处理序号超范围的情况,又称为防止序号绕回PAWS。
4. 选择确认选项
选项的作用是为了扩展TCP报文段首部的功能
填充 由于选项的长度可变,因此使用填充来确保报文段首部能被4整除
(因为数据偏移字段,也就是首部长度字段,是以4字节为单位的)

5.TCP流量控制是什么 236页,TCP拥塞控制是什么 238页,以及二者的区别和联系

流量控制 ( flow control )就是让发送方的发送速率不要太快,要让接收方来得及接收。发送方的发送窗口不能超过接受方给出的接收窗口。

拥塞控制就是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至于过载。拥塞控制所要做的都有一个前提就是网络能承受现有的网络负荷。进行拥塞控制的算法有四种:即慢开始,拥塞避免,快重传和快恢复

题目:二者的区别和联系:

区别:

特性 流量控制 拥塞控制
解决的问题 防止接收方被淹没 防止网络被淹没(发生拥塞)
信息来源 依赖接收方明确通告的接收窗口大小(Rwnd) 依赖发送方对网络状况的估算,通过丢包、延迟等推断,调整拥塞窗口大小(Cwnd)
关注对象 点对点的通信双方的能力匹配 整个网络的整体负载情况

联系:

都是为了控制发送方的发送速率,并且它们共同决定了发送方实际可以发送数据的量。

  • 共同限制发送窗口: 发送方实际上允许自己发送的未确认数据量(发送窗口的大小),是受到流量控制窗口 (Rwnd)拥塞窗口 (Cwnd) 两者中较小那个的限制。
    • 发送窗口 ≤ Min (Rwnd, Cwnd)
    • 这意味着,无论接收方处理能力有多强(Rwnd 多大),如果网络已经很拥塞(Cwnd 很小),发送方也必须降低发送速率。反之亦然,无论网络有多空闲(Cwnd 很大),如果接收方处理能力有限(Rwnd 很小),发送方也只能按照接收方的能力来发送。
  • 都是实现可靠传输的重要组成部分: TCP 的可靠传输不仅要保证数据不丢、不乱、不重复,还要保证数据能够高效、顺畅地到达。流量控制确保接收方有能力接收,拥塞控制确保网络有能力传输,两者协同工作才能实现整体的可靠和高效。

6.TCP的连接建立与释放: 247页 重点!

图5-28和图5-29要分清楚序列号和大小写

连接建立

  1. 三次握手建立连接的过程

    也就是使用三个TCP报文建立连接

    在这里插入图片描述

  2. 两报文建立连接会发生以下问题
    在这里插入图片描述

连接释放

  1. 四次挥手过程
    在这里插入图片描述

  2. 若不等待2MSL则有可能发生以下情况

    最后一个确认报文丢失,导致服务器进程陷入最后确定状态,无法进入关闭状态

    在这里插入图片描述

第六章:应用层

这一章了解即可

应用层干什么用的:定义应用进程之间的通信规则

网络应用模型分为客户/服务器模型和P2P模型

1.域名系统DNS 261页

域名系统DNS是因特网使用的命名系统,用来把便于人们记忆的具有特定含义的主机名(例如www.baidu.com)转换为便于机器处理的IP地址。

域名就是上网单位的名称

2.文件传送协议FTP 269页

FTP提供交互式的访问,允许客户指明文件的类型与格式(如指明是否使用ASC川码),
并允许文件具有存取权限(如访问文件的用户必须经过授权,并输入有效的口令)

FTP屏蔽了各计算机系统的细节,因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件

3.超文本传送协议HTTP 276页

超文本传输协议 HTTP (HyperText Transfer Protocol) 定义了浏览器(即万维网客户进程)
怎样向万维网服务器请求万维网文档以及万维网服务器怎样把万维网文档传送给浏览器。

4.动态主机配置协议DHCP 304页

动态主机配置协议DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol))提供了一种机制,称为即插即用连网。
这种机制允许一台计算机加入新网络时可自动获取P地址等网络配置信息而不用手工参与。

  1. 客户/服务器方式(C/S)和对等方式(P2P方式) 320页

P2P模型中,任何一对计算机称为对等方,直接互相通信


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