计算机网络原理领会
2021-10-18 14:25:43 11 举报AI智能生成
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大纲/内容
第一章
计算机网络概念
协议的三要素
语法
实体之间交换信息的格式和结构
语义
实体交换信息中需要发送哪些控制信息，以及这些信息具体的含义
时序
也称同步，实体之间交换信息的顺序，以及匹配或适应彼此之间的速度
计算机网络的功能
计算机网络的功能是在不同的主机之间实现快速的信息交换。
硬件资源共享
软件资源共享
信息资源共享
计算机网络的分类
按覆盖范围分类
个域网
比如蓝牙，1-10m
局域网
10m-1km
城域网
5-50km
广域网
几十到几千千米
按拓扑结构分类
总线型拓扑结构
优点
需要的电缆数量少
结构简单
易于扩展
缺点
通信范围受限
故障诊断与隔离较困难
容易产生冲突
环形拓扑结构
优点
所需电缆长度短
可以使用光纤
易于避免冲突
缺点
某结点故障容易引起全网瘫痪
新节点加入或撤出比较麻烦
存在等待时间问题
星形拓扑结构
优点
易于监控和管理
故障诊断和隔离容易
缺点
中央结点是网络的瓶颈，一旦故障，全网瘫痪
网络规模收中央结点的端口数量
混合拓扑结构
优点
易于扩展，可以构建不同规模网络
可根据需要优选网络结构
缺点
网络结构复杂
管理与维护复杂
树形拓扑结构
优点
易于扩展
故障隔离容易
缺点
对结点可靠性要求高，一旦根节点故障，网络大范围无法通信
网状拓扑结构
优点
网络可靠性高
一条或多条网络故障，网络仍然可通信
缺点
网络结构复杂
造价成本高
选路协议复杂
按交换方式分类
电路交换网络
报文交换网络
分组交换网络
按网络用户属性分类
公有网
私有网
数据交换技术与计算机网络性能
数据交换技术
电路交换
通过中间交换结点为两台主机之间建立一条专用的通信线路
建立线路
传输数据
拆除电路
优点
实时性高
缺点
对于突发性数据传输，信道利用率低
报文交换
以报文为单位在交换网络的各结点之间以存储-转发的方式传送
分组交换
分组交换将一个完整报文拆分成若干个分组，分组传输过程通常也采用储存-转发交换方式
优点
交换设备存储容量低
交换速度快
可靠传输效率高
更加公平
分组长度的确定
分组长度与延迟时间
分组长度与误码率
计算机网络性能
速率与带宽
时延
时延是指数据从网络中一个结点到达另一个结点所需要的时间
结点处理时延
排队时延
传输时延
dt = L/R 假如分组长度为Lbit，链路带宽为Rbit/s
传播时延
dp = D/V 物理链路长度为D(m),信号传播速度为（m/s）
时延带宽积
G = dp * R
丢包率
吞吐量
计算机网络体系结构与参考模型
OSI参考模型
物理层
数据链路层
网络层
传输层
会话层
表示层
应用层
面向连接的服务和面向无连接的服务
面向连接的服务
面向无连接的服务
TCP/IP参考模型
网络接口层 帧
网络互联层 数据报
传输层 段
应用层 报文
五层参考模型
物理层 比特流
在传输介质上实现无结构比特流传输
数据链路层 帧
实现相邻节点之间数据可靠而有效的传输
网络层 数据报（分组或包）
数据转发与路由
传输层 段
复用、分解，端到端的可靠数据传输，连接控制，流量控制和拥塞控制机制
应用层 报文
应用层为用户提供了一个使用网络应用的“接口”。
网络应用
计算机网络通信基本原理
网络应用通信基本原理
网络应用与传输层服务
网络应用
TCP服务模型
UDP
应用层协议
套接字（Socket）
域名系统（DNS）
DNS域名解析与DNS层次化域名空间
DNS域名解析
子主题
子主题
DNS层次化域名空间
国家顶级域名 nTLD (cn中国，us美国)
通用顶级域名 gTLD（com公司和企业，edu教育，net网络服务机构）
基础结构域名 只有一个 arpa，用于反向域名解析，称反向域名
域名服务器
根域名服务器
顶级域名服务器
权威域名服务器
DNS域名解析过程
递归查询
迭代查询
万维网应用
HTTP
HTTP及其特点
HTTP是WEB应用的应用层协议，定义浏览器如何向服务器发送请求与进行响应
HTTP连接
非持久的连接
HTTP/1.0默认使用非持久连接，每次请求传输一个对象都需要新建立一个TCP连接
并行连接
并行建立N条TCP连接，并行N条请求
持久连接
非流水方式持久连接
流水方式持久连接
HTTP报文
报文组成
起始行 、首部行、空白行、实体主体
报文分类
请求报文
方法、URL、协议版本
响应报文
协议版本、状态码、短语
HTTP典型的请求方法
GET:请求读取URL所标识的信息
HEAD：请求读取URL标识信息的头部
POST：给服务器添加信息
OPTION：请求一些选项的信息
PUT：在指明的URL下存储一个文档
Cookie
Cookie中文名称为小型文本文件，指某些网站为了辨别用户身份，进行会话跟踪而存储在用户本地终端上的数据
Internet电子邮件
电子邮件
邮件服务器
SMTP及发送过程
只能传输7位ASCII码内容
SMTP是推动协议
SMTP是tcp连接持久的
SMTP传送的邮件内容不能包括"CRLF.CRLF",有则需要进行转义
邮件读取协议
POP3
IMAP
HTTP
FTP
与服务器21端口建立一条持久TCP连接，称为控制连接，用于传输命令
在传输文件数据时，与服务器20端口建立一条临时的TCP连接，用于传输数据，该连接称为数据连接
传输层
传输层的基本服务
无连接服务于面向连接服务
无连接服务
是指数据传输传输之前无需端对端进行任何信息交换（即“握手”），构造传输层报文段向接收端发送
面向连接服务
指在数据传输之前，双方交换一些控制信息，建立逻辑连接，再数据传输，传输结束后还需要拆除连接
传输层的复用与分解
概念：众多应用进程共用同一个传输层协议，并能将接收到的数据准确交付给不同的应用进程，是传输层实现的基本功能，称为复用与分解
UDP与TCP实现复用与分解的方法
UDP
创建一个UDO套接字，传输层自动分配端口号
创建一个端口号后，通过bind（）函数绑定一个特定的端口号
TCP
套接字是一个四元组<源IP地址，源端口号，目的IP地址，目的端口号>
停等协议与滑动窗口协议
可靠数据传输基本原理
不可靠性
传输数据过程中，可能发生比特差错
传输数据过程中，可能出现乱序
传输数据过程中，可能出现数据丢失
实现可靠传输
差错检测：利用差错编码实现传输过程中的比特差错检测（甚至纠正）
确认：接收方向发送方反馈接收状态
重传：发送方重新发送接收方没有正确接收的数据
序号：确保数据有序提交
计时器：解决数据丢失问题
停等协议工作原理
每发送一个报文段后就停下来等待接收方的确认
滑动窗口协议工作原理
用户数据报协议 UDP
特点
应用进程更容易控制发送数据以及何时发送
无需建立连接
无连接状态
首部开销小
UDP结构
源端口号、目的端口号
长度、校验和
应用数据
长度、校验和
应用数据
UDP校验和及其运算
UDP校验和通过了差错检测功能
传输控制协议 TCP
特点
是Internet一个重要的传输协议。TCP提供面向连接、可靠、有序、字节流传输服务
是面向连接的传输层协议，在使用TCP之前，必须先建立TCP连接
提供全双工通服务，即TCP允许通信双方的应用进程任何时候都能发送和接收数据
TCP报文段结构
源端口号
目的端口号
序号
确认序号
首部长度（4） 保留（6） URG ACK PSH RST SYN FIN
接收窗口
紧急指针（16），只有URG=1 有效
选项长度（长度可变）
填充（0~3字节，全取0）
数据
TCP连接建立过程与连接拆除过程
TCP的可靠数据传输机制
差错编码
确认、
序号
重传
计时器
TCP流量控制
TCP拥塞控制
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