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计算机网络

2019-06-06 14:54:38   1  举报

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AI智能生成

计算机网络

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大纲/内容

结构体系

概述

计算机网络的组成

组成部分

硬件

主机（端系统）

通信链路（双绞线、光纤）

交换设备（路由器、交换机）

通信处理机（网卡）

子主题

软件

协议

工作方式

边缘部分

用户直接用的主机，主要用来通信和传输数据

核心部分

路由器

提供连通性和交换服务

功能组成

通信子网

资源子网

计算机网络的功能

数据通信

传文件

基础

资源共享

硬件资源共享

分布式处理

同上，可以协同处理

提高可靠性

不同计算机可以互相替代

负载均衡

同分布式处理，任务分摊

计算机网络的分类

按分布范围

广域网WAN

长距离任务大覆盖广，用的是交换技术

城域网MAN

稍微小一点差不多5到20km左右，多采用以太网技术

局域网LAN

几十米，连接数量没限制最少两台，用的是广播技术

个人局域网PAN

个人讲平板智能手机等连起来

按传输技术分类

广播式网络

老师把上课内容放到一个公共通信信道里，同学们都去这里看

局域网、广域网中的无线、微信通信网络也是用广播的

点对点网络

一对一，中间没有路子得话要路由器帮忙搭路子

按拓扑结构分类

星形

全部连一个老大上，老大一般是交换机或路由器，容易管理但成本高

总线形

差不多，刚刚是全部连一个东西上，这个是连在一根线上

环状

连成环，单向通讯

网状

用在广域网，分规则和不规则，可靠，成本高

按使用者

公用网

专用网

按交换技术

电路交换

就是打电话，比特流直接传，线路利用率低

报文交换

装成包裹送快递，好控制，开销大

分组交换

小包裹，结合了上面两个优点

按传输介质

有线

双绞线网络

同轴电缆网络

无线

蓝牙

微波

无线电

计算机网络的性能指标

带宽

同最高数据率

单位b/s

时延

发送时延

等于分组长度/信道宽度

传播时延

总距离/速度

处理时延

处理时间

排队时延

数据要过安检的等待时间

体系结构与参考模型

分层结构传输的单位

协议数据单元PDU组成

服务数据单元SDU

为完成功能传的数据

协议控制信息PCI

控制协议操作的信息

PDU在各层的叫法

物理层

比特

链路层

帧

网络层

分组

传输层

报文

PDU传输规则

上层PDU到了下层就变成SDU然后加上本层的PCI就变成新的PDU

协议、接口、服务

协议

两个同一层之间达成的传输条件

语法

传输格式

语义

要完成的功能

同步

操作条件、时序关系

接口

上下层之间通过SAP进行交互

服务

下层为上层提供的服务

面向连接的服务

无连接服务

可靠服务

不可靠服务

有应答服务

无应答服务

物理层

通信基础

基本概念

数据、信号、码元

码元

一个固定时长得信号波形，表示一位k进制数字

信源、信道、信宿

信源

发送数据得源头

信道

信号的传输媒介

信宿

接受数据的终点

交互方式

单工通信

半双工通信

全双工通信

速率、波特与带宽

速率

也叫数据率

码元传输速率

信息传输速率

带宽

奈奎斯特定理

理想低通道下的极限数据传输率=2WlogV

W是理想低通信道的带宽

V是码元的种数

香农定理

信道的极限数据传输率=Wlog（1+S/N)

S/N为信噪比即信号得平均功率和噪声得平均功率之比

信噪比=10log小10（S/N）

编码与调制

调制

把数据变换为模拟信号

编码

把数据变换为数字信号

编码方式

数字数据编码为数字信号

非归零码

曼彻斯特编码

差分曼彻斯特编码

4B/5B编码

数字数据调制为模拟信号

ASK幅移键控amplitude shift keying

FSK频移键控

PSK相移键控phase

QAM正交振幅调制quadrature amplitude modulation

模拟数据编码为数字信号

PCM脉码调制pulse code modulation

抽样

量化

编码

电路交换、报文交换与分组交换

电路交换

报文交换

分组交换

传输介质

双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质

双绞线

局域网和传统电话网

对于模拟传输要用放大器

对于数字传输要用中继器

同轴电缆

有线电视

传得快、抗干扰

光纤

多模光纤

近距离

单模光纤

远距离、成本高

无线传输介质

无线电波

无线局域网WLAN是扩散得

微波、红外线和激光

容量大、距离远、覆盖广、直线传播

物理层接口的特性

机械特性

插头规格

电气特性

线路上信号的电压高低、阻抗匹配、速率、距离

功能特性

干嘛用得

规程特性

各线路的工作规程和时序关系

物理层设备

中继器

放大数字信号

两端的网段一定要是同一个协议

遵循5段通信介质4个中继器3个计算机

速率要除

不是存储转发

放大器

放大模拟信号

集线器

加强版中继器Hub

在物理媒体上为数据端设备透明得传输原始比特流

数据链路层

为网络层提供服务

无确认的无连接服务

有确认的无连接服务

有确认的面向连接服务

链路管理

确认两端就绪

帧定界、帧同步与透明传输

组帧

为了在出错时只重发出错的帧

要加头和尾

字符计数法

每一帧第一个字节显示这一帧有几个字节

字符填充的首尾定界符法

头和尾加标识dle，如果数据里刚好有dle，就在dle前再加一个

比特填充法

头和尾加01111110

违规编码法

流量控制

流量控制、可靠传输与滑动窗口机制

停止-等待流量控制

滑动窗口流量控制

可靠传输机制

ARQ自动重传请求

停等式stop-and-wait 

后退n帧go-back-n

选择性重传selective repeat

差错控制

纠错编码

海明码

检错编码

奇偶效验码

看奇偶个数

发现帧出错了用CRC（cyclic redundancy code来检查是否错误，如出错则通过自动重传亲求重发ARQ

medium access control介质访问控制mac

防止通信相互干扰

信道划分介质访问控制

多路复用技术

FDM频分多路复用

叠加、挤一起

TDM时分多路复用

错开时间

WDM波分多路复用

变波长、挤一挤

CDM码分多路复用

全部打包、到目的地了再分

如何一下子传多个信息

随机访问介质控制

每个人发的时间随机，发错了的怎么个重发法

ALOHA协议

纯ALOHA协议

过段时间没收到确认就随机一个时间重发

时隙ALOHA协议

规定一个时隙一个时隙的发

carrier sense multiple accessCSMA协议

1-坚持CSMA

非坚持CSMA

不听了，看心情再发

P-坚持CSMA

每个时隙监听如空以概率p重发

CSMA/CD协议collision detection

半双工，对时延要求很高用于有线连接的局域网，用于总线形

最小帧长=总线传播时延*数据传输速率*2

CSMA/CA协议collision avoidance

用于无线局域网，尽量避免碰撞

local area network局域网LAN

平等关系，能进行组播和广播，双绞线为主流，就只有两层，强调数据传输

控制方法

总线型局域网：csma/cd、令牌总线

环形局域网：令牌环

以太网

逻辑结构用总线，物理结构用星形

信息以广播方式发送并使用csma/cd

无连接，不发送数据编号，不要求确认，不可靠

100base-t以太网

可以半双工也可以全双工

吉比特以太网

允许半双工和全双工

10吉比特以太网

只能用全双工只能用光纤

IEEE 802.11

采用csma/ca协议进行介质访问控制

无线网如果遇到了碰撞，含着泪也要传送完，而有线网不用

无线局域网

有固定基础设施

basic service set基本服务集

一个基站

若干个移动站

在bss外要通过基站接入

无固定基础设施的无线局域网自组织网络

令牌环网

WAN广域网Wide area network

三层，强调资源共享

ppp协议：面向字节

链路控制协议LCP

网络控制协议NCP

ip数据报

HDLC协议：面向比特

ppp帧比HDLC帧多一个2字节的协议字段

数据链路层设备

网桥

连通不同网段，把小以太网连成大以太网

处理的对象是帧，工作在数据链路层，中继器，放大器处理的对象是信号，工作在物理层

具备寻址和路径选择能力

是存储转发类

从原网络接受帧，以目的的mac转发该帧

存储转发类设备可以进行协议转换，即连通两个网段可以使用不同的协议

优点

过滤通信量

扩大了物理范围

可以使用不同物理层

可连不同类型的局域网

缺点

增加时延

mac子层没有流量控制功能

只使用于用户数不多和通信量不大的局域网，不然会造成广播风暴

透明网桥

不是最佳路由

远路由网桥

最佳路由

局域网交换机

增强版网桥

全双工

直通式和存储转发式

加强物理层传输原始比特流的功能，把可能出错的物理连接改造成无差错的数据链路

网络层ip层

网络层的功能

异构网络互联，把世界上的各个网络连在一起，不同层次不同中继系统

物理层：中继器，集线器

数据链路层：网桥或交换机

网络层：路由器

网络层以上：网关

路由与转发

路由选择（就是找哪一条路径）由选择算法得出路由表

分组转发（就是路由表的小弟，转发表，统称路由表

拥塞控制

开环控制：静态

闭环控制：动态

网络层协议，即ip协议

ipv4

ipv4地址32位4个字节分4种

Network Address Translation网络地址转换NAT，就是宿舍的路由器干的事，把全球ip转化为私人ip

子网

子网划分：因为ip地址不够用

子网掩码：得出子网地址的方法

CIDR不分四种Classless Inter-Domain Routing

通过子网掩码实现路由聚合

地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol）

存放本局域网种各主机和路由器的ip地址到mac地址的映射表

ARP就是把ip转到mac的方法

动态主机设置协议即DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)

自动分给新连的电脑一个ip地址，是应用层协议，是属于UDP的

网际控制报文协议即ICMP（Internet Control Message Protocol)

用来报告差错和异常情况，是网络层IP层协议

ipv6

ipv6地址128位16个字节

单播

多播

任播（新增）

路由协议

自治系统即AS（Autonomous，System）

域内路由与域间路由

内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol)

路由信息协议RIP（routing information Protocol）

最多允许15跳就是15个路由器

不支持子网掩码的RIP广播

子网掩码必须相同

仅和相邻路由器交换信息，交换的是路由表就是知道的所有东西

隔30秒交换一次

实现简单开销小收敛过程快

坏消息传的慢，就一条路

RIP是应用层协议，它使用UDP传送数据，就是包含于udp数据报，选路由器数最少的

开放最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）

和所有路由器说，但是只说自己边上是谁

坏消息传的快路子多

直接用IP数据报传送，是网络层协议

看链路状态选择

选代价最低的

外部网关协议EGP（external gateway protocol）

边界网关协议BGP（Border Gateway Protocol）

不同路由系统间交换

基于TCP属于应用层

首次交换整个路由表

非首次交换有变化的部分

和本届点相邻的路由器

IP组播

组播一定是应用于UDP的，tcp是面向连接的需要一对一进行课外辅导，在ipv4中d类地址就是用来组播的，主机们使用因特网组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol)的协议来加入组播组

因特网组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol)

是tcp/ip协议的一部分

一阶段：有人要加的时候，向组播组发个IGMP的报文，我要加入，组播组收到以后告诉其他组播组我收了个小弟

二阶段：定期检查小弟们有没有在做事的，没有的话赶走

移动IP

移动节点

具有永久IP地址的移动节点

本地代理

本地地址是不变的

通过转交地址来做到

简单来说就是来到另一个地方的话，通过转交地址把原来地址告诉本地代理，本地代理就跑去你家把别人发给你的东西拦下来，传给你，这样你在网上购物，最终要的东西还是回到你手上了

网络层设备

路由器

连接不同网络

如果同一个网络直接传

不同网络的话间接传

当防火墙

提示：当一个设备可以在一层进行存储转发时，他就可以在这一层连接不同网段

是存储转发类

数据报与虚电路

数据报

网络层把数据搞成一个个数据报，规定了他们的目的地，是无连接得

无序、可不可靠看主机、不用连接

虚电路

临时搭建线路

保证有序、可不可靠看网、要连接

传输层

传输层作用

网络层是面向主机的，为主机与主机之间提供可靠的逻辑通信，而传输层是面向软件的，当网络层失手的时候传输层也能提供可靠服务

不同应用进程可以用同一个传输层协议传输数据

对数据进行差错检测（首部和数据部分），而网络层只检查ip数据报的首部，不管数据是否对错

提供面向连接的TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）（虚电路）和无连接（数据报）UDP（User Datagram Protocol）两种传输协议

传输层的寻址与端口

是应用层与传输层之间的端口，是软件端口

传输层协议

UDP

无建立时延

速度快无连接状态不用维护

分组首部开销小TCP要20字节的首部开销，而UDP只有8字节开销

没有拥塞控制

主要用于传小数据

UDP是面向报文的，只添加个首部就完事，所以UDP是数据报处理的最小单位

UDP校验是加12个字节的伪首部

TCP

是面向连接的传输层协议

可靠，全双工，传大数据，面向字节流的

源端口和目的端口字段2字节

序号字段4字节

确认号字段4字节

数据偏移4字节

保留字段6字节

紧急位URG

TCP的建立：

三次握手

服务器端的资源是在完成第二次握手时分配的，客户端资源是在第三次握手时分配的

TCP的取消：

四次挥手

一：客户机发个连接释放报文段，然后停止发送报文段并停止发送数据，主动关闭连接置FIN为1，seq为u

二：服务器收到要释放的报文后发出确认，确认号是ack=u+1，此时服务器还是可以向客户机发数据，连接未关闭

三：如果服务器没有要发的东西了，就通知TCP释放连接置FIN=1

四：客户机收到连接释放的报文段后，发回确认2msl后断开连接

推送位PSH

复位位RST

同步位SYN

终止位FIN

窗口字段2字节

检验和

紧急指针字段

选项字段MSS最大报文段长度（Maximum Segment Size）

确认位ACK

DNS系统（Domin Name System）

应用层

客户/服务器模型C/S

星型

常用用途包括WEb、文件传输FTP）、远程登陆和电子邮件

管理方便但是可扩展性不佳，受服务器硬件和网络带宽的限制，支持的客户机有限

P2P模型

网状

大家都是用户机与服务器.减轻了服务器的计算压力，可扩展性好，网络健壮性强

会对硬盘造成较大的损伤

DNS域名系统（Domain Name System）

域名解析过程一般是递归和迭代的结合

由13个根域名服务器找到顶级域名服务器再找到接下去的

首先接受查询的都是本地域名服务器

windows里的本地连接里填的DNS服务器地址就是本地dns域名服务器

）

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