计算机网络|计算机网络期末4小时速成网络协议|tcp|网络

详细的课程和内容见文末部分

文章目录

- 概述
- 物理层
- 数据链路层
- 网络层
- 传输层
- 应用层
附赠内容

概述

计算机网络常用的带宽单位中,2Mb/s表示? 每秒传送2*106个bit的数据
Tcp/ip分层模型：网络接口层?网络层IP?运输层TCP/UDP?应用层
Osi七层模型：物理—数据链路—网络—传输—会话—表示—应用
关于无连接
通信前不需要建立简介
为了通信的简便，以太网采用①无连接：不建立连接发送数据，对数据帧不编号，不要求发回确认信息②曼切斯特编码
TCP/IP参考模型的传输层上，UDP提供面向无连接的协议，不提供可靠的数据传输
分组交换中，通信子网向端系统提供虚电路和数据报两种网络服务，数据报是无连接的
分组交换特点：存储转发技术
分组交换
a) 特点：存储转发，较长的报文划分为较短，固定长度的数据段
b) 传输单元：分组
c) 步骤：1. 添加首部构成分组 2. 依次把各分组发送到接收端 3. 收到分组后剥去首部 4在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文
d) 分组交换的优点：高效、灵活、迅速、可靠
e) 分组交换带来的问题：
① 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
② 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。
f) 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。在网络核心部分起特殊作用的是路由器 (router)。路由器是实现分组交换 (packet switching) 的关键构件，其任务是转发收到的分组（分组转发），这是网络核心部分最重要的功能。
g) 按交换方式来分类，计算机网络可以分为电路交换网，报文交换网和分组交换网三种。
h) 50. 分组交换网中，附加信息用来在网络中进行路由选择、差错纠正和流量控制。
传统意义上“三网”的内容:电信网络，有线电视网络，计算机网络
网络协议的说法
a) 协议三要素：语法，语义，同步
b) 协议-水平，服务-垂直
c) 实现本层协议，需要下一层提供的服务
d) 协议是控制两个对等实体间通信规则的集合
面向连接
a) 步骤：1. 建立连接 2. 通信 3. 释放资源
b) 电路交换是面向连接
网络时延
a) 链路的带宽只影响发送时延，而不影响传播时延。提高信道带宽仅能减小发送时延。传播时延与线路长度有关，而与信道带宽无关。
b) 组成：传播，发送，排队
数据包交换不是按顺序到达目的节点的，报文交换是中间节点对整个报文有存储转发，报文内容可顺序到达。
在一根有传输延迟为4 ms 的2Mbps链路上发送500字节的消息，此消息从发送到传输至目的地的延迟共有多少？（延迟=发送时间+传输延迟）
4ms+500*8/2Mbps(=2000bps) = 4+2 = 6
【发送时延=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)】
【传播时延=信道长度(m)/信号在信道上的传播速率(m/s)】
某局域网的链路带宽是100Mb/s,对其速率的正确理解是108bit每秒
一个大楼内的计算机网络系统属于 LAN
广域网 WAN (Wide Area Network)：作用范围通常为几十到几千公里。
城域网 MAN (Metropolitan Area Network)：作用距离约为 5 ~ 50 公里。
局域网 LAN (Local Area Network) ：局限在较小的范围（如 1 公里左右）。
个人区域网 PAN (Personal Area Network) ：范围很小，大约在 10 米左右。

物理层

物理层传输比特流
四大特性：机械特性（引脚数目），电气特性（电压范围，速率），功能特性（点平的意义），规程特性（规程和时序）
源系统（信源+发送器[数字信号?模拟信号]） + 传输系统 + 目的系统（接收器[模拟信号?数字信号] + 信宿）
码元：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。
码元传输速率（波特率）：B单位时间内传输的码元个数
码元传输速率受奈氏准则的限制
限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个：1. 信道能够通过的频率范围2. 信噪比
例题：假定某信道受奈氏准则限制的最高码元速率为2000码元/秒。如果采用振幅调制，把码元的振幅划分为16个不同等级来传送，那么可以获得的数据率为 80000 b/s。
C=Rlog2（16）=20000b/s4=80000b/s
最基本的二元制调制方法有以下几种：
a) 调幅(AM)：载波的振幅（amplitude）随基带数字信号而变化。
b) 调频(FM)：载波的频率（frequency）随基带数字信号而变化。
c) 调相(PM) ：载波的初始相位（phase）随基带数字信号而变化。
d) 正交振幅调制（QAM）：调幅+调相
奈氏准则（理想状态）=2Wlog2V(b/s)
香农定理 = Wlog2(1+s/n)(b/s)
信噪比(dB)= 10log10(s/n)
信道复用：多个设备共享信道资源，把广播信道转变为点对点信道
静态信道划分：频分F多路复用，时分T，波分W，码分C
传输介质【抗干扰能力&带宽：光纤>同轴电缆>双绞线】
? 导向性
a) 双绞线—电话
i. 屏蔽双绞线：抗干扰性效果更好
ii. 非屏蔽双绞线
b) 同轴电缆—有线电视网：抗干扰性效果更好
c) 光纤：
i. 单模光纤：远距离
ii. 多模光纤：近距离
? 非导向性
a) 无线电波：所有方向，强穿透能力，手机通信
b) 微波：固定方向，地面微博接力/卫星通信
c) 红外线，激光：固定方向，转换成各自信号
物理层设备：
中继器，集线器：再生，放大信号
集线器不可隔离广播域
宽带接入方法
a) ADSL非对称数字用户线：原电话线改造：双绞线
b) HFC光纤同轴混合网：原有线电视网改造：光纤-同轴电缆
c) FFTH光纤到…：光纤

数据链路层

信道类型
a) 点对点信道：一对一
b) 广播信道：一对多
三个重要问题：封装成帧，透明传输，差错检测
封装成帧：首部SOH + 帧的数据部分[<=MTU] + 尾部EOT?帧定界
透明传输：输入非ASCII码的文本文件时，用字符/字节填充解决
字节填充ESC，告诉EOT/SOH不是定界的内容，数据都可以传输
差错检测：位错（比特错）–循环冗余检验CRC
帧错—丢失，重复，失序
差错
a) 引起：噪声
b) 分类
i. 全局性：随机噪声（信道固有）-- 提高信噪比来避免或减少
ii. 局部性：外部原因的冲击噪声—编码技术解决
点对点协议PPP：计算机和ISP
a) 异步传输：字节填充法
b) 同步传输：零比特填充法（5个1，填个0）
介质访问控制的动态分配信道
a) 随机接入—随机访问介质访问控制—CSMA/CD协议
b) 受控接入—轮询访问介质访问控制—令牌传递协议
CSMA/CD协议—总线型+半双工的网络中
a) CS载波监听：发送前以及发送时都要检测总线上是否有其他计算机在发送数据
b) MA多点接入
c) CD碰撞检测：边发送边监听
局域网LAN：某一区域内多台计算机互联而成，使用广播信道
a) 特点是：网络为一个单位所拥有；地理范围和站点数目均有限。
b) 优点：
? 具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。
局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。
? 便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
? 提高了系统的可靠性、可用性和残存性。
c) 分类
i. 按传输介质分类
有线局域网：双绞线，光纤
无线局域网（IEEE802.11）：红外，微波
ii. 按拓扑结构分
星形
环形：FDDI令牌环网
总线：以太网（IEEE802.3）
树形
数据链路层的两个子层：
a) 逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层
b) 媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。
c) 与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关。不管采用何种协议的局域网，对 LLC 子层来说都是透明的即LLC 子层看不见下面的局域网
以太网Ethernet
目的地址和源地址都是48位
MAC地址物理地址
目的地址[6] 源地址[6] 类型[2] 数据[46-1500] FCS[4]
链路层设备
a) 网桥
i. 透明网桥
ii. 源路由网桥
b) 交换机=多接口网桥【虚拟局域网VLAN】
i. 存储转发式：延迟低
ii. 直通式：可靠性高
冲突域&广播域
a) 冲突域:在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单的说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围。
b) 广播域:网络中能接收任—设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单的说如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围称为一个广播域。

	能否隔离冲突域	能否隔离广播域
物理层	不能	不能
链路层	能	不能
网络层	能	能

网络层

网络层向上只提供灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务，主要任务是把分组(IP数据报）从通过路由选择与转发从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。互联网可以由多种异构网络互连组成。
IP数据报的首部
a) 首部长度：4B，最小为5
b) 总长度：首部+数据，单位B
c) 生存时间：IP分组的保质期，经过一个路由-1，变成0就丢弃
d) 首部检验和：只检验首部
e) 源IP地址和目的IP地址：32位—4字节
f) 标识：同一数据报的分片使用同一标识；标志：只有两位有意义；片偏移
IP地址
a) 分类IP地址
i. 可分配给主机/路由器的IP地址

【计算机网络|计算机网络期末4小时速成】127.X.X.X 回环地址
主机号全0：本机地址；主机号全1：广播地址
ii. A,B,C类的私有地址
NAT软件，至少有一个有效的外部全球IP地址
iii. 特殊IP地址
b) 子网掩码与子网划分
c) CIDR
i. 目的：节约资源
4. 重要协议
a) ICMP协议支持主机或路由器：差错/异常报告，网络探询?发送特定ICMP报文
i. 终点不可达
ii. 源点抑制
iii. 时间超过
iv. 参数问题
v. 改变路由（重定向）
vi. 回送请求和回答报文PING
vii. 时间戳请求和回答报文
b) ARP：完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射,广播方式
i. 地址解析协议 ARP 要点： ARP 高速缓存 (ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。ARP 请求分组，本地广播 ARP 请求，ARP 响应分组，ARP 分组封装在物理网络的帧中传输。
ii. ARP 高速缓存的作用：存放最近获得的 IP 地址到 MAC 地址的绑定，以减少 ARP 广播的数量。
c) IGMP：应用于组播或多播
ROUND 1:
某主机要加入组播组时，该主机向组播组的组播地址发送一个IGMP报文，声明自己要称为该组的成员。
本地组播路由器收到IGMP报文后，要利用组播路由选择协议把这组成员关系发给因特网上的其他组播路由器。
ROUND 2:
本地组播路由器周期性探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还是组播组的成员。
只要有一个主机对某个组响应，那么组播路由器就认为这个组是活跃的; 如果经过几次探询后没有一个主机响应，组播路由器就认为本网络上的没有此组播组的主机，因此就不再把这组的成员关系发给其他的组播路由器。
5. 路由选择协议
a) 内部网关协议IGP：
RIP :距离向量算法
OSPF：最短路径优先算法
b) 外部网关协议EGP：BGP
传输层

功能：提供进程和进程【端到端】之间的逻辑通信，靠套接字Socket=(主机IP地址，端口号)找到应用进程
传输层对收到的报文进行差错检测
两种协议
a) TCP：可靠，面向连接，时延大，大文件
i. 面向连接（虚连接）的传输层协议
ii. 只能有两个端口，点对点
iii. 可靠交付，无差错，不丢失，不重复，按序到达
iv. 全双工
发送缓存：准备发送&已发送但未确认
接收缓存：按序到达但尚未被接受&不按序到达
v. 建立连接?数据传送 ?连接释放
vi. 客户服务器方式，主动发起连接建立的应用叫客户，被动的叫服务器

b) UDP：不可靠，无连接，时延小，小文件

TCP可靠传输—1.校验2.序号3.确认4.重传
a) 确认重传不分家，TCP的发送方在规定的时间内没有收到确认就要重传已发送的报文段。
b) 保证接收方进程从缓存区读出的字节流与发送方发出的字节流是完全一样的
网络层：提供尽最大努力交付，不可靠传输
流量控制—接收方采用的操作
a) TCP利用滑动窗口来实现流量控制
b) 在通信过程中，接收方根据自己接收缓存的大小，动态地调整发送方的发送窗口大小，即接收窗口rwnd （接收方设置确认报文段的窗口字段来将rwnd通知给发送方），发送方的发送窗口取接收窗口rwnd和拥塞窗口cwnd的最小值（拥塞窗口：发送方根据自己估算的网络拥塞程度而设置的窗口值，反映网络当前容量）。
拥塞控制
a) 出现拥塞的条件：对资源需求的总和>可用资源
b) 网络中有许多资源同时呈现供应不足?网络性能变坏?网络吞吐量将随输入负荷增大而下降
c) 防止过多的数据注入到网络中。全局性

应用层

对应用程序的通信提供服务
a) 功能：文件传输、访问、管理，电子邮件，虚拟终端，查询服务
b) 重要协议：FTP,SMTP,POP3,HTTP,DNS
c) 客户：使用服务器的服务
域名解析DNS
FTP协议
a) TCP控制连接端口21【传请求】-------TCP数据连接端口20【传文件】
电子邮件【SMTP发邮件，POP3,IMAP收邮件】
万维网WWW和http协议