计算机网络
2016-11-04 11:52:23 0 举报AI智能生成
计算机网络是指将地理位置不同的多台计算机及外部设备，通过通信线路连接起来，实现资源共享和信息传递的系统。计算机网络的主要功能包括数据传输、资源共享、远程访问、提供电子邮件服务等。它的发展经历了从简单到复杂，从单机到多机的过程，现在已经发展到了全球范围内的互联网。计算机网络的分类主要有局域网、城域网和广域网。局域网主要用于一个相对较小的区域内，如一个学校或一个公司；城域网覆盖范围较大，可以覆盖一个城市；广域网则覆盖了更大的地理范围，可以跨越国家甚至大洋。
作者其他创作
大纲/内容
因特网
三要素
设备
协议
服务
组成要素
网络边缘
端系统
C/S
P2P
网络性能指标
带宽
时延
带宽时延积
丢包概率
接入网和物理介质
接入网
住宅接入
DSL
HFC
FTTH
公司接入
局域网（LAN）
以太网
无线接入
无线局域网（WLAN）
WiFi
GPRS
物理介质
有线
无线
网络核心
电路交换
频分
时分
分组交换
时延
处理时延
排队时延
流量强度
传输时延
传播时延
丢包
吞吐量
特点：存储与转发
协议层及网络模型
协议层
应用层（报文）
运输层（报文段）
进程通信、端到端
网络层（数据报）
主机通信
链路层（帧）
节点通信
物理层
应用层
网络应用原理
体系架构
C/S
服务器
主机
P2P
混合
进程通信
套接字（应用层与传输层之间）
TCP和UDP（运输层）
进程寻址（网络层）
IP
Port
Web和HTTP
HTTP：提供到持久对象的网络访问操作
HTTP1.0
非持久TCP，无状态
HTTP1.1
带流水线持久TCP，无状态
C/S模型
URL: 持久对象的全球目录
RTT
报文
Cookie
Web缓存
FTP
持久TCP，有状态
控制连接（带外传输）
数据连接
C/S模型
Email
用户代理
邮件服务器
协议
发送
SMTP
持久TCP
接收
POP3
TCP，无状态
IMAP
TCP，有状态
HTTP
DNS(UDP)
构成
根
顶级域
权威
本地
查询
递归
迭代
P2P
文件分发时间
BitTorrent
集中式目录
查询洪泛(Gnutella)
传输层
传输层服务
TCP
特点
全双工服务
可靠、保序
成对出现
面向连接
连接管理
三次握手
发送方SYN=1，指定初始序号
接收方SYN=1，分配缓存、序号
发送方SYN=0，开始发送数据
断开连接
发送方：FIN
接收方：ACK+FIN
发送方：ACK
接收方：关闭
超时间隔
子主题
公平性
RTT越小的主机可以获得更大的带宽
附加服务
可靠数据传输
GBN和SR的结合
累计确认
将失序的报文段缓存
如果 ACK-k 丢失但ACK-k+m正确收到，不重传报文段
修改
加倍超时间隔（否则可能加剧拥塞）
快速重传——三次冗余确认（防止超时间隔过长）
流量控制
接收方明确告知发送方空闲缓存大小
发送方保证接收方缓存区不溢出
拥塞控制
慢启动（乘性增）
拥塞避免（加性增）
超时事件（窗口置1）
三次冗余ACK
阈值始终是上一个窗口大小的一半
Taheo（超时/冗余都回到慢启动）/Reno（超时回到拥塞控制，冗余回到慢启动）
UDP
提供的最低的服务
多路分解与复用
轻量级差错检测
不可靠、不保序
无连接
无拥塞控制
无流量控制，溢出即丢弃
不能提供的服务
时延保证
带宽保证
复用/分解（基于端口）
接收主机分解
UDP无连接分解（二元组）
TCP面向连接分解（四元组）
发送主机复用
可靠数据传输原理
要点
检验和
顺序号
定时器
ACK/NAK
窗口、流水线
rdt1.0
假设信道可靠
rdt2.X（停等协议）
假设只有比特差错
rdt2.0
接收方反馈
ACK
NAK
发送方重传
rdt2.1
假设ACK/NAK受损
顺序号：为分组加上序号（一位）
rdt2.2
顺序号：为ACK加上序号（一位），可以实现无NAK
rdt3.0（比特交替协议）
假设会丢包
定时器：等待一定时间后重传
流水线可靠数据传输协议
回退N步(GBN)
发送方最多有N（窗口大小）个未确认的分组在流水线中
接收方仅发送累计确认
单定时器：发送方为最早的未确认的分组设置定时器
选择重传(SR)
发送方最多有N（窗口大小）个未确认的分组在流水线中
接收方分别确认分组
多定时器：发送方重传没有收到ACK的分组
困境：窗口长度必须小于等于序号空间大小的一半，否则分不清新分组or重传
网络层
服务模型
虚电路（面向连接）如ATM
连接状态保存在路由器中
构成
源和目的主机之间的路径
VC号
转发表项
数据报（无连接）如因特网
最长前缀匹配
功能
转发
路径选择
建立连接
路由器
功能
运行选路算法/协议
转发
构成
输入/输出端口
查询（二叉树、二分法）
转发
排队
交换结构
内存
总线
互联网
选路处理器
IP协议
IPV4
分片与重组
偏移量是8的倍数
编址
32位地址
网络部分
子网掩码
主机部分
子网号
主机号
CIDR
充分利用地址空间
最长匹配原则
DHCP
C/S模式，应用层协议，运行UDP协议
流程
发送方广播请求
服务器广播回应
发送方请求
服务器确认
功能
分配IP地址
提供子网掩码
默认网关（第一条路由器地址）
本地DNS服务器信息
NAT
NAT穿越问题
IPV6
不在路由器分片
不进行校验
格式：X:X:X:X:X:X:X:X，其中X是一个4位十六进制整数(16位)
与IPV4共存
双栈
隧道
ICMP
网络层协议
用于错误报告
traceroute用了ICMP+UDP
选路算法
全局选路——链路状态(LS)
Dijkstra
振荡
引入随机时延
分布式选路——距离向量(DV)
好消息传播快、坏消息传播慢
毒性逆转
因特网中的选路
层次选路——自治系统(AS)
内部选路协议
RIP
类似DV，以“跳”衡量
RIP是运行在UDP上的应用层协议
更新方式：定期更新+触发更新
OSPF
类似LS中的Dijkstra
直接封装在IP协议中
自治系统间选路协议
BGP
TCP
网关路由器
热土豆选路
广播和多播选路
广播
广播风暴
生成树广播
多播
间接地址
D类多播地址
多播组
链路层
链路层服务——在网卡上实现
成帧
链路访问
可靠数据传输
流量控制
差错检测与纠正
奇偶校验——一维（检测）、二维（检测+纠正）
校验和
循环冗余检测(CRC)（在以太网、WiFi和ATM中使用）
半双工和全双工
特点：不同连路段可能使用不同的链路层协议
多路访问协议
链路
点对点链路（PPP）
广播链路（WLAN、LAN）
协议
信道划分协议
时分TDM
频分FDM
码分CDMA
随机接入协议
时隙ALOHA
纯ALOHA
CSMA、CSMA/CD
轮流协议
轮询协议
令牌传递协议
编址
48位MAC地址（1A-2F-BB-76-09-AD）
链路层寻址ARP
TTL（存活时间）
映射
以太网（有线局域网）
集线器hub
信号中继并放大
物理层设备
交换机switch
功能
转发（不同网段的帧的转发）/过滤（同一网段的帧通常不被转发到其他的网段）
储存
即插即用
自学习
独享访问（无碰撞、全双工）
不可靠的无连接服务，一旦接收到坏帧则丢弃，不会进行反馈
CSMA/CD
载波监听（如果监听到空闲，等待一段时间再传输）
碰撞检测（检测到碰撞便发送一个阻塞信号）
随机访问（重传前随机等一段时间，指数后退）
效率
P2P
信道独享
无需明确的MAC地址
例如拨号上网、ADSL
无线与移动网络
工作模式
无线
无线主机
基站
无线链路
递减的信号强度
其他干扰源的干扰
多路径传播
CDMA
无线网络组成
基础设施模式
自组织模式
信标帧
被动扫描（AP主动扫描）
主动扫描（无线设备主动扫描）
处理隐藏终端
RTS
CTS
802.11无线局域网
AP
SSID
CSMA/CA
链路层确认
短帧间间隔(SIFS)
分布式帧间间隔(DIFS)
802.15蓝牙
802.16WiMAX
蜂窝因特网接入
移动
基本概念
永久地址
归属网络
归属代理
转交地址
外部代理
被访网络
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