计算机网络
2019-01-07 09:58:45 33 举报AI智能生成
计算机网络
作者其他创作
大纲/内容
网络层
网络层实现的功能是互联网内两台主机之间的分组数据传输
两种服务
虚电路服务
数据报服务(使用)
不提供端到端的可靠传输服务
运输层提供可靠交付
不保证服务质量
网际协议IP
配套协议
ARP地址解析协议
ICMP网际控制报文协议
IGMP网际管理协议
网络互连都是指路由器进行网络互连和路由选择
虚拟互联网络
逻辑互连网络利用IP协议可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络
IP地址
32位
各类IP地址
A类
B类
C类
net:host = 24:8前三位为110
点分十进制记法
重要特点
IP地址是一种分等级的地址结构
ip地址实际上是标志一个主机和一条链路的接口
一个路由器应该至少有两个不同的IP地址
同一个局域网内的主机或者路由器IP地址中的网络号必须是相同的
IP地址和硬件地址
IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节
地址解析协议
作用
过程
要点
ARP请求分组
ARP响应分组
ARP分组封装在物理网络的帧中传输
ARP高速缓存的作用
注意
IP数据报格式
首部
版本4位
IP协议的版本
区分服务:8位:一般不使用
二进制反码求和算法
源地址和目的地址都是32位
IP层转发分组的流程
使用主机所在的网络地址来制作路由表
默认路由
强调
IP数据报的首部没有下一跳的IP地址
路由表指指出到某个网络应当先到某个路由器
划分子网
基本思路
从主机号借用若干为作为子网号
子网掩码
IP地址和子网掩码按位与得到子网的网络地址
划分子网后的分组转发流程
收到目的ip地址D
网际控制报文协议ICMP
ICMP允许主机或者路由器报告差错情况和请提供有关异常情况的报告
存在与IP数据报的数据部分
ICMP报文的种类有两种
差错报告报文
询问报文
应用举例
PING测试两个主机之间的连通性
互联网的路由选择协议
自适应考虑
静态路由选择策略
动态路由选择策略
分层次的路由选择协议
内部网关协议IGP
RIP
要求每一个路由器都要维护从他自己到其他每一个目的网络的距离记录
特点
仅和相邻路由器交换信息
交换全部信息
路由表
所有路由表最终都会知道到达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
距离向量算法
缺点
OSGF
使用最短路径算法得出
三个要点
向本自治系统中的所有路由器发送消息
IPV6
扩展的地址层次结构
灵活的首部格式
改进的选项
允许协议继续扩充
支持即插即用
支持资源的预分配
首部是8字节对齐
数据报
固定的40字节首部
运输层
运输层实现互联网内任意两台主机进程之间的数据传输
进程之间的通信
基于端口的复用和分用功能
TCP/udp复用-IP复用
TCP/UDP分用-IP分用
端口
软件端口和硬件端口
协议栈层间的抽象协议端口是软件端口
路由器交换机上的端口是硬件端口
运输层端口
16位
服务端端口号
熟知端口号
0-1023
udp
举例
RPC:11
DNS:53
TFTP:69
SNMP:161
SNMP(trap):162
TCP
SMTP:25
FTP:21/20
Telnet:23
HTTP:80
HTTPS:443
登记端口
1024-49151
客户端端口号(短暂端口号)
49152-65535
UDP
不可靠的信道
传送的数据单位协议是UDP报文或用户数据报
无连接的服务
尽最大努力交付
面向报文的
没有拥塞控制
UDP的首部开销小
传送数据之前不需要建立连接
接收方收到后不需要给出任何确定
概述
UDP只在IP数据报服务上增加了
复用和分用的功能
差错监测的功能
首部格式
8个字节
12个字节的伪首部
源首部:2个字节
目的端口:2个字节
长度:2个字节
检验和:2个字节
伪首部仅仅为了计算检验和
二进制反码求和
传送的数据单位协议是TCP报文段
面向连接的服务
不提供广播和多播服务
只能是点对点的
面向字节流
TCP将应用程序的数据看成一串无结构的字节流
TCP的连接
TCP把连接作为最基本的抽象
套接字
IP地址+端口号
一个TCP连接写作两个套接字
可靠传输的工作原理
停止等待协议
全双工通信的双发既是发送方也是接收方
无差错情况
差错情况
错误原因
M1在传输过程中丢失了
解决
超时重传
A为每一个发送的分组设置一个超时计时器
确认丢失和确认迟到
确认丢失
确认迟到
自动重传请求ARQ
信道利用率
停止等待协议的缺点是信道利用率太低
子主题
流水线传输
连续ARQ协议
累计确认
优缺点
不能向发送方反接收方已经正确收到所有分组的信息
回退N
回退N表示需要再退回来重新传已经发送过的N个分组
可靠通信的具体实现
确认都是基于序号而不是报文段
前20个字节是固定的
源端口和目的端口各站2字节
MSS应当尽量大些
其他选项
窗口扩大选项:3字节
时间戳选项:10字节
选择确认选项
可靠传输的实现
发送缓存
发送缓存用来暂时存放
发送应用程序传送给发送TCP准备发送的数据
TCP已发送但尚未收到确认的数据
接收缓存
接收方的应用程序从TCP的接收缓存中读取字节流
接收缓存用来暂时存放
不按序达到的数据
A的发送窗口不总是和B的接收窗口一样大
TCP没有规定对不按序达到的数据赢如何处理
TCP接收放必须有累计确认的功能
重传时间的选择
选择确认
SACK
TCP流量控制
利用滑动窗口实现流量控制
可能发生死锁
传输速率可以用不同的机制来控制tcp报文段的发送时机
发送方指明报文段的PUSH操作
TCP拥塞控制
拥塞控制一般原理
增加资源不能解决
拥塞控制和流量控制区别
tcp的拥塞控制方法
原则
拥塞判断
重传定时器超时
收到三个相同的ACK
四种拥塞控制算法
慢开始
慢开始门限(ssthresh)
防止拥塞窗口cwnd增长过大引起网络拥塞
发送方每收到一个对新报文的确认(不算重传)就使cwnd加1
传输轮次4
拥塞避免
快重传
快重传FR可以让发送方尽早知道发生了个别报文段的丢失
快恢复
主动队列管理AQM
TCP运输连接管理
tcp连接建立
三个问题
每一方都能够知道对方的存在
允许双方协商一些参数
对运输实体资源进行分配
三报文握手
tcp的连接释放
四次挥手
原因
保证A发送的最后一个ACK报文能够到达B
tcp的有限状态机
计算机网络
计算机网络体系结构
互联网基础结构发展的三个阶段
第一个阶段:从单个网络ARPANET向互联网发展的过程
第二:建成三级结构的互联网
第三个阶段:逐渐形成了多层次ISP结构的互联网
计算机网络的定义
利用通信线路和网络设备把分布在不同在不同地理位置功能独立的计算机互联起来形成的网络系统
计算机网络的性能
速率
带宽
吞吐量
时延
时延带宽积
往返时间
利用率
分层
OSI:7层
TCP/IP:4层
5层体系结构
一些概念点
实体
表示任何可发送或接收信息的硬件或软件过程
协议
控制两个对等实体进行通信的规则的集合
服务
协议和服务
上层使用服务原语获得下层所提供的服务
服务访问点
服务单元
物理层
物理层功能
物理层实现原始的比特流传输
特性
机械特性
电气特性
指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
功能特性
指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
过程特性
指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
数据通信系统的模型
传输系统
目的系统
信道
单向信道
双向交替通信(半双工通信)
双向同时通信
常用编码方式
不归零制
归零制
曼彻斯特
差分曼彻斯特
曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力
信噪比
香农工式:信道的极限传输速率C = Wlog2(1+S/N) (bit/s)
传输媒体
导引型传输媒体
双绞线
屏蔽双绞线STP
无屏蔽双绞线UTP
同轴电缆
光缆
光钎
优点
通信容量非常大
抗雷电和电磁干扰性能好
非导引型传输媒体
短波通信
微波
信道复用技术
频分复用
时分复用
时分复用是所有用户在不同时间占用同样的频带宽度
会造成线路资源的浪费
统计时分复用
波分复用
使用一根光纤同时传输多个光载波信号
码分复用
用户接入宽带
ADSL
光纤同轴混合网(HFC网)
FTTx技术
数据链路层
功能
点对点信道
一对一的点对点通信方式
数据链路和帧
数据链路层传输的是帧
链路(物理链路)
数据链路(逻辑链路)
三个基本问题
封装成帧
在一段数据的前后分别添加首部和尾部
首部和尾部的重要作用就是帧定界
透明传输
字节(符)填充
差错检错
循环冗余检验(CRC)
计算练习
仅用CRC无法做到无差错检错
点对点协议PPP
简单
透明性
保证数据传输的透明性
多种网络层协议
多种类型链路
能够在多种类型的链路上运行
差错检测
监测连接状态
能够即使自动监测出链路是否处于正常工作状态
最大传送单元
对每一种类型的点对点链路设置最大传送单元
网络层地址协商
必须提供一种机制使通信的两个网络层实体能够通过协商知道或匹配彼此的网络层地址
数据压缩协商
必须提供一种方法来协商使用数据压缩算法
组成
将一个IP数据包封装到串行链路的方法
链路控制协议LCP
网络控制协议NCP
帧格式
透明传输问题
零比特填充
计算
PPP协议的工作状态
PC机想路由器发送一系列的LCP分组
广播信道
一对多的广播通信
数据链路层的两个子层
逻辑链路控制LCC
媒体接入控制MAC
CSMA/CD协议
以太网
采取较为灵活的无连接的工作方式
以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码
含义
载波监听多点接入/碰撞检错
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
为什么碰撞监测
由于电磁波在总线上的传播速率是有限的
重要特性
使用CDMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能半双工
发送的不确定性是整个以太网的平局通信远小于以太网的最高速率
争用期
基本退避时间为争用期2t
最短有效帧长
强化碰撞
检查碰撞
以太网的通道利用率
定义参数a=t/T0
以太网的MAC层
硬件地址
适配器检查MAC地址
发往本站的帧包括一下三种:
单播(一对一)
广播(一对全部)
多播(一对多)
MAC帧
MAC帧是以太网V2的格式
MAC帧至少64位
无效的MAC帧
数据字段长度和长度字段的值不同
帧的长度不是整个字节
检验序列FCS查出有差错
数据字段的长度不在46-1510字节内
有效的MAC帧长度为64-1518字节之间
应用层
域名系统DNS
域名有什么作用
由什么组成
域名的解析过程
递归查询(较少)
迭代查询
文件传送协议FTP
控制连接:使用端口21
数据连接使用端口20
使用tcp可靠连接
两个连接
控制连接
数据连接
用来传送数据
简单文件传送协议TFTP
端口号69
远程终端协议telnet
万维网www
万维网
URL
HTTP
用户点击URL后发生的事件
浏览器分析超链接指向页面URL
浏览器向DNS请求解析域名的IP地址
DNS解析处IP地址
浏览器与服务器建立TCP连接
浏览器发出GET请求
TCP连接释放
浏览器显示index.html
电子邮件SMTP
邮件服务器既可以做服务器也可以做客户端
动态主机配置协议DHCP
简单网络管理协议SNMP
无线局域网
有固定基础设施的
无固定基础设施的
CSMA/CA
CA指碰撞避免
CSMA/CA和CSMA/CD不同
ca信道利用率低于cd信道利用率
MAC层
分布协调功能DCF
点协调功能PCF
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