计算机网络
2023-03-12 13:57:21 0 举报AI智能生成
王道408考研知识点总结
作者其他创作
大纲/内容
客户是请求方，服务器是服务提供方
网络中各计算机地位不平等，服务器通过对用户权限的限制来达到管理客户机的目的
可拓展性不佳，守服务器硬件和网络带宽限制
主要特点
提供计算服务的设备
永久提供服务
永久性访问地址/域名
服务器
请求计算服务的主机
与服务器通信，使用服务器提供的服务
间歇性接入网络
可能使用动态IP地址
不与其他客户机直接通信
客户机
Web，文件传输协议（FTP），远程登录，电子邮件
应用
客户/服务器模型(C/S）
不存在永远在线的服务器
每个主机既可以提供服务，也可以请求服务
任意端系统/节点之间可以直接通讯
节点间歇性介入网络
节点可能改变IP地址
可拓展性好
网络健壮性好，单个结点失效不影响其他部分的节点
任意一堆计算机——称为对等方
减轻服务器的计算压力，消除对某个服务器的完全依赖，提高了系统效率和资源利用率
特点
获取服务的同时，还要给其他节点提供服务，因此会占用较多的内存，影响整机速度
缺点
P2P模型
网络应用模型
设计成一个联机分布式的数据库系统，采用客户/服务器模型，协议运行在UDP之上，53号端口
.cn 表示中国 .us表示美国 .uk表示英国
国家顶级域名
.com公司 .net网络服务机构 .org非营利性组织 .gov国家或政府部门
通同顶级域名
arpa 用于反向域名解析，反向域名
基础结构域名
顶级域
二级域
三级域
层次域名空间
英文不区分大小写
除连字符（-）外不能使用其他的标点符号
每个标号不超过63个字符，多标号组成的完整域名不超过255个字符
级别最低的域名写在最左边，级别最高的写在最右边
域名中的标号
域名到IP地址的解析是由运行在域名服务器上的程序完成的
最高层次的域名服务器，知道所有的顶级域名的服务器IP，也是最重要的域名服务器
因特网13个根域名服务器，用来管理顶级域，不直接把待查询的域名转化为IP地址，而是告诉本地域名服务器下一步该找哪个顶级域名服务器
根域名服务器
管理该顶级域名服务器注册的所有二级域名
顶级域名服务器
负责一个区的域名服务器
有时同时充当本地域名服务器和授权域名服务器
将其管辖的主机名转化为改主机的IP地址
授权域名服务器（权限域名服务器）
主机发出DNS查询请求时，这个查询请求报文就发送给该主机的本地域名服务器
本地域名服务器
域名服务器
域名映射为IP地址称为正向解析，IP地址映射为域名，称为反向解析
递归查询
递归与迭代相结合的查询
提高查询效率，使用高速缓存，将该DNS信息缓存在搞缓存中，下一次可以直接提供所要的IP地址，一段时间后丢弃高速缓存中的信息
分支主题
客户机想本地域名服务器发出DNS请求报文是递归查询
域名解析过程
域名系统（DNS）
交互式访问，允许客户指文件的类型与格式
提供不同种类主机系统（软、硬件体系等都可以不同）之间的文件传输能力
用户权限管理的方式提供用户对远程FTP服务器的文件管理能力
以匿名FTP的方式提供公有文件共享的能力
功能
客户/服务器的工作方式，使用TCP可靠的传输服务，端口21（控制端口）
一个主进程，负责接收新的请求，若干个从属进程，负责处理单个请求
用来传输控制信息（连接请求，传送请求等），都以7位ASCII格式传送
会话期间一直保持打开状态
控制连接（端口21）
连接客户端到服务器端的数据传送进程，传送完毕关闭“数据传送连接”并结束运行
客户端随机开放一个端口，发送命令告知服务器，服务器收到PORT命令和端口号后，通过20端口和客户端开放的端口连接
服务器连接到客户端的端口
主动模式PORT
客户端发送PASV命令，服务器随机开放一个端口，通知客户端，客户端再连接到服务器端口
客户端连接到服务器的端口
被动模式PASV
分离的控制连接，使用也称FTP的控制信息是带外传送的
数据连接（端口20）
控制连接和数据连接
匿名FTP访问使用anonymous作为用户名
文件传输协议（FTP）
异步通信方式，TCP连接
具有撰写，显示和邮件处理和通信的功能
用户代理
发送和接收邮件，同时向发信人报告邮件传送的情况
客户/服务器方式工作，能够同时充当客户和服务器
邮件服务器
发送协议（SMTP）
读取协议（POP3）
电子邮件使用的协议
邮件内容分为首部和主体
TO，后面填入一个或多个收件人电子邮件地址
地址格式：邮件人邮箱名（即用户名）@邮箱所在主机的域名
Subject可选关键字，是邮件的主题
SMTP只能传送ASCII码邮件，无法传送其他国家语言和可执行文件，其他二进制对象等等
没有取代SMTP，增加邮件主体结构
多用途网际邮件扩充MIME
邮件格式和MIME
客户/服务器模式
TCP连接
端口号25
连接建立
邮件传输
发送QUIT命令，返回信息221（服务关闭），表示SMTP同意释放连接
发送释放
三个阶段
SMTP
端口号110
下载并保留
下载并删除
两种工作方式
创建文件夹，不同文件夹移动邮件，远程文件夹中查询邮件等联机命令
允许用户带来获取部分报文的某些部分
因特网报文存取协议（IMAP）
POP3和IMAP
随着万维网流行，用户浏览器与Hotmail或Gmail的邮件服务器之间的邮件发送接收用的是HTTP，不同邮件服务器之间传送邮件才用SMTP
SMTP和POP3
电子邮件
分布式，联机的信息存储空间，客户/服务器工作方式
由一个全域“统一资源定位符”（URL）标识
通过超文本传输协议发送给使用者，后者通过点击链接来获取资源
统一资源定位符URL
超文本传输协议（HTTP）
超文本标记语言（HTML）
内核部分的三个标准
首先要完成对www服务器的域名解析
浏览器通过TCP（默认端口80）向服务器发送连接建立请求
与浏览器建立TCP连接
向服务器请求获取某个web页面的HTTP请求
请求的web页所需信息通过HTTP响应返回给浏览器
TCP连接释放
面向事务的应用层协议
请求报文
响应报文
两类报文
使用TCP作为运输层协议，保证可靠传输
HTTP本身是无连接的
无状态的，简化服务器设计，容易支持大量并发HTTP请求
使用Cookie加数据库的方式来跟踪用户的活动，由服务器产生，存储在用户主机中的文本文件
每个对象的传输需要单独建立一个TCP连接
非持久连接
发送响应后仍然保持这条连接
持久连接
既可以使用持久连接（HTTP/1.1支持），也可以使用非持久连接
收到前一个响应后才能发出下一个请求，发完一个对象后，TCP连接处于空闲状态，浪费服务器资源
非流水线
遇到一个对象应用就立即发送一个请求，可以逐个连续发出对各个引用对象的请求
流水线
用于区分请求还是响应，请求报文开始行称为请求行，响应报文开始行称为状态行
GET：请求读取由URL标识的信息
HEAD：请求读取由URL标识的信息的首部，服务器对HTTP报文进行响应，但不会返回请求对象，作用主要是调试
POST：给服务器添加信息（如注释）
CONNECT：用于代理服务器
方法
URL
HTTP版本
请求报文请求行三个内容
开始行
首部行
实体主体
组成部分
HTTP报文结构
HTTP
协议小结
万维网（WWW）
应用层
只存在于通信子网之外
提供进程之间的逻辑通信（即端到端的通信），网络层提供主机之间的逻辑通信
复用：发送方不同的用户进程可使用同一个传输层协议传送数据
分用：接收方的传输层在剥去报文的首部后能正确的交付到目的应用进程
复用和分用
对收到的报文进行差错检测（首部和数据部分），网络层只检查ip首部
提供两种不同的传输协议：面向连接TCP和无连接UDP
传输层的SAP是端口
长度16bit
具有本地意义
数值端口号：0~1023，登记端口号：1024~49151
FTP：21，TELNET：23，SMTP：25；DNS：53，TFTP：69，HTTP：80，SNMP：161
服务器端的端口号
49152~65535
运行时才动态选择，又称短暂端口号
客户端 的端口号
端口号
唯一标识了网络中的一个主机和它上面的进程
套接字Socket=（IP地址：端口号）
套接字
传输层的寻址和端口
TCP面向连接
UDP无连接服务
无连接服务和面向连接服务
提供的服务
差错检测
服务
不会引人建立连接延迟
无需建立连接
不用维护连接活动
无连接状态
8B开销
分组首部开销小
没有拥塞控制
应用层能更好的控制发送的数据和发送时间
支持一对一，一对多，多对一的交互通信
优点
用于一次性传输较少数据的网络应用，不保证可靠交付，面向报文的，既不合并，也不拆分，是UDP处理数据报的最小单位
8B，4个字段，每个字段2B
源端口
接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确，那么就丢弃该报文，并由ICMP发送端口不可达差错报文到发送方
分用所依据的头部字段是目的端口
目的端口
UDP数据的长度（包括首部和数据），最小值是8（仅有首部）
长度
检验数据报传输中是否出错，出错就丢弃，源主机不想计算校验和时，令该字段全为0
校验和
首部格式
数据报前增加12B的伪首部，仅用于校验，不向下传送，不向上提交
1.全0放入校验和字段并添加伪首部
2.数据部分末尾填入全0字节
3.按二进制反码计算出这些16位字的和
4.将此二进制反码写入校验和字段并发送
5.接收方收到UDP数据报加上伪首部
6.二进制反码求这些16位字的和
7.当无差错是结果应全为1，否则表明有差错，接收方丢弃
这种差错校验方法的校验能力并不强，但它的好处是简单、处理速度快
UDP校验
UDP协议
面向连接的传输层协议，是一条逻辑连接
只能有两个端点，每条TCP连接只能是端到端的（进程到进程）
提供可靠交付服务，保证传送的数据无差错、不丢失、不重复且有序
发送缓存用来存放 1.准备发送的数据.2.发送但尚未接收的数据
接收缓存用来存放按序到达但未被接收应用程序读取的数据 2.不按序到达的数据
提供全双工通信，两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据
面向字节流的
UDP报文长度有发送应用进程决定，TCP报文长度则根据接收方给出的窗口值和当前网络的拥塞程度
TCP协议的特点
数据单元：报文段
首部最短20B，长度是4B的倍数
各占2B，复用和分用功能通过端口实现
源端口和目的端口
4B，发送的数据的第一个字节的序号
序号
4B，期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号
确认号
即首部长度，4B，即TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段起始处有多远，4B为计算单位，二进制最大值15，因此首部最大长度60B
数据偏移
6位，今后使用，目前置为0
保留
URG=1，表明紧急指针字段有效，应尽快传送
紧急位URG
连接严厉后传送的报文段必须报ACK置为1
确认位ACK
接收方收到PUSH=1的报文段，尽快交给应用进程，不用等待整个缓存填满在向上交付
推送位PSH
RST=1时，TCP出现严重，必须释放连接，重新建立运输连接
复位位RST
是连接请求或接受连接请求的报文
同步位SYN
用来释放连接，FIN=1表明发送方数据发送完毕，释放连接
终止位（FIN）
占2B，出现的允许对方发送的数据量
窗口
校验字段包括首部和数据两部分，和UDP一样，加12B伪首部，第四字段的协议字段17改为6，其他不变
2B，URG=1才有意义，支出紧急数据有多少字节
紧急指针
长度可变，规定最大报文段长度
选项
使整个首部长度为4B的整数倍
填充
TCP报文段
TCP协议
连接建立，数据传送和连接释放
TCP连接的端口即为套接字
连接唯一被通信的两个端点
采用客户/服务器模式
克不及首先向服务器的TCP发送请求连接报文段，SYN=1，seq=x
客户机发回确认，SYN和ACK位置为1，确认号ack=x+1，seq=y
收到确认，向服务器给出确认，并为TCP连接分配缓存和变量，ACK=1，ack=y+1，seq=x+1，携带数据，不携带不消耗序号
三次握手
服务器资源是在二次握手时分配的，客户端资源是在三次握手时分配的，服务器易受SYN洪泛攻击
TCP连接的建立
两个进程任意一个都能终止该链接
发送连接释放报文段，停止发送数据，主动关闭TCP连接，FIN=1，seq=u，不懈怠数据，消耗序号，客户机进入FIN-WAIT-1
发出确认，确认号ack=u+1，序号seq=v，服务器进入CLOSE_WAIT（关闭等待），客户机进入FIN-WAIT-2，TCP处于半关闭，服务器发数据，客户机仍要接收
服务器没有要发数据，通知释放TCP，FIN=1，序号w（半关闭后可能发了一些数据），ack=u+1，服务器进入LAST-ACK（最后确认）
客户机收到释放报文段，发出确认，ACK=1，ack=w+1，序号seq=u+1，此时还未释放，要等待计时器设置的2MSL（最长报文段寿命）后，客户机进入CLOSED（关闭）
四次握手
TCP连接的释放
TCP连接管理
校验，序号，确认和重传等机制，保证可靠传输
建立在传送字节流上，序号字段值是本报文段发送数据的第一个字节的序号
期望收到对方下一个报文段的数据的第一个字节的序号，累计确认
确认
计时器设置的重传时间到期但还未收到确认
RTT（报文段的往返时间），TCP保留一个加权平均往返时间RTTs，随新测量RTT样本值变化而变化，超时计时器略大于RTTs
超时重传
较好检测丢包现象，三个冗余ACK，则立即重传
冗余ACK（冗余确认）
重传
可靠传输
基于滑动窗口协议，匹配发送速率和接收速率
动态调整发送方发送窗口大小，取接收窗口rwnd和拥塞窗口cwnd的最小值
数据链路层窗口大小不能动态变化，传输层可以
流量控制
结果一个传输轮次（RTT），cwnd加倍，线性增长，知道规定的慢开始门限ssthresh（阈值），改用拥塞避免
慢开始
结果一个RTT，拥塞窗口cwnd加一
慢开始门限ssthresh设置为出现拥塞是发送方的cwnd值的一半，然后cwnd重新设置为1，执行慢开始，若2cwnd>ssthresh，下一个RTT cwnd=ssthresh
不能完全避免拥塞，只是使网络不容易出现拥塞
拥塞避免
使用冗余ACK检测丢包的发生，也用于网络拥塞的检测，三个重复的ACK报文，直接重传对方未收到的报文段
快重传
收到三个重复冗余ACK时，门限ssthresh减半，cwnd值设置为ssthresh改变后的数值，然后执行拥塞避免算法
快恢复
快重传和快恢复
TCP连接建立或网络出现超时时，采用慢开始和拥塞避免算法；当发送方收到冗余ACK时，采用快重传和快恢复算法
拥塞控制
传输层
把分组从远端传送到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务
主要任务
数据报
单位
路由选择由算法得出
分组转发由路由表得出
路由选择和分组转发
异构网络互联
开环控制（静态）
闭环控制（动态）
控制和转发功能分离
控制局面集中化
接口开放可编程
降低成本
问题：安全风险，瓶颈问题
SDN特点
管理员手工配置
路由更新慢，不适合大型网络
简便，开销小
静态路由（非自适应路由算法）
分散性：路由器只掌握物理相连的邻居机链路费用
慢收敛导致路由回路
距离-向量路由算法
所有路由器长官完整的网络拓扑和链路费用信息
链路状态路由算法
路由更新快，适用大型网络及时响应链路费用或网络拓扑变化
动态路由（自适应路由算法）
划分为多个较小的自治系统
自治系统内部的内部网关协议
自治系统之间的路由协议称为外部网关协议
每个路由器都知道本区域如何把分组路由到目的地细节，但不知道其他区域
层次路由
路由算法
占4位，最大值60B，常用首部长度20B，单位4B
首部长度
格式
16位，65535B，单位1B，以太网帧最大传输单元（MTU）为1500B
总长度
16位，计数器，产生一个数据报就加一，超过MTU要分片，数据报复制标识号
标识
三位，最低位MF，MF=1表示还有分片，0表示没有，中间一位DF，DF=0表示允许分片
标志
13位，发片后某片的相对位置，8B为单位
片偏移
8位，在网络中的寿命
生存时间（TTL）
占8位，6表示TCP，17表示UDP
协议
16位，只校验分组首部
首部校验和
源地址字段
4B，标识接收方IP字段
目的地址字段
分片使用标识，标志，片偏移来完成重组，目的主机进行重组
IPv4
可做IP地址，不可做源地址
主机号全0表示网络本身
不可做源地址，可做IP地址
主机号全为1表示本网络广播地址
本地测试，可做源地址，可做IP地址
127.*.*.*保留为环回自检，表示任意主机自身
可做源地址，不可做IP地址
32全为0，表示本网络上的本主机
32全为1，整个TCP/IP 广播地址，实际使用，路由器隔离广播域，等效为本网络广播
IPv4地址
将专用网络变为公用网络，对外隐藏内部IP管理
一个A类：10.0.0.0~10.255.255.255
16个B类：172.16.0.0~172.31.255.255
256个C类：192.168.0.0~192.168.255.255
私有IP地址网段
网络地址转换
主机号全0为子网的网络号，全1为子网广播地址
子网划分
1对应网络号，子网号，0对应主机号
子网掩码
CIDR可以将小的网络汇聚成超网（路由聚合）
无分类编制CIDR
（目的网络，下一跳地址）
源IP地址，目的IP地址不变，源MAC地址，目的MAC地址改变
网络层分组转发
子网划分与子网掩码，CIDR
完成IP地址到MAC地址的映射
若ARP高速缓存地址无B的IP地址，使用目的地址为FFFFFFFFFFFF的帧广播请求分组，主机B收到请求发送MAC地址，主机A将它写入高速缓存
IP地址到硬件地址的解析是自动完成的
ARP
动态分配IP协议
应用层协议，基于UDP
即插即用，允许地址复用，支持移动用户加入网络，支持再用地址续租
需要Ip地址的主机启动时广播发送发现报文，通过广播交互
动态主机配置协议（DHCP）
路由器或主机不能交付数据报
终点不可达
路由器或者主机由于堵塞而丢弃报文
源点抑制
路由器收到生存时间（TTL）为零的数据报时
时间超时
路由器或主机收到的数据报首部中的有的字段不正确
参数问题
把改变路由报文发送到主机
改变路由（重定向）
对ICMP差错报告不再发送ICMP差错报告报文
第一个分片后的数据报片不发送差错报文
具有组播地址的数据报
具有特殊地址的数据报（127.0.0.0或0.0.0.0）
不应发差错报文的几种情况
ICMP差错报文
测试目的站是否可达及了解相关状态
回送请求报文和回答报文
进行时间同步或测量时间
时间戳报文和回答报文
地址掩码请求和回答报文
路由器询问和通告报文
ICMP查询报文
测试主机间连通性
会送报文或回答报文
分组网间探测PING
跟踪分组经过的路由
时间超时报文
Traceroute
常见应用
网际控制报文协议（ICMP）
ARP、DHCP、ICMP
地址增大到128位
将IPv4的校验和字段彻底移除，减少每跳的处理时间
可选字段移出首部，变成扩展首部
支持即插即用
包只有在源点处即主机处进行分片，端到端的，传输路径路由器不能分片，从某种意义上来说，IPV6不支持分片
首部长度是8B的倍数
ICMPv6：附加报文类型“分组过大”
取消协议字段，改成下一个首部字段
取消总长度字段，改成有效载荷长度字段
取消服务类型字段
点对点
单播
一点对多点
多播
目的站是任意一组计算机
任播
开头有0的，可以缩写，但域中必须有字符
有相继0值域的，可以用::表示，仅能出现一次
IPV6地址缩写
路由器不同接口分别配上IPv4和IPV6，如果是计算机，就同时拥有两种地址，可以同时处理两种协议地址
双协议栈
IPv6数据报封装到IPV4数据报的数据部分
隧道技术
IPv4向IPV6过渡的两种策略
IPv6地址
IPV6
距离-向量
传递协议 UDP
路由器之间30秒广播一次
跳数最少
与本节点相邻的路由器
当前路由器知道的全部路由器，即自己的路由表
应用层协议
距离为16表示不可达
出现慢收敛现象“坏消息传的慢”
适合小型网络
路由信息协议RIP
链路状态
传递协议 IP
代价最小
交换节点 网络中的所有服务器
与本路由器相邻的所有路由器的链路状态
收敛速度快
广播
网络层协议
互联网规模很大适合OSPF
Dijkstra算法
开放最短路径协议OSPF
内部网关协议（IGP）
路径-向量
传递协议 TCP
路径选择：较好，非最佳
和本节点相邻的路由器
首次交换整个路由表，非首次交换有变化的部分
边界网关协议（BGP）
外部网关协议（EGP）
路由协议
基于UDP
仅发送一份数据，路径分岔时分组复制后继续转发
需要路由器支持，运行组播协议的路由器称为组播路由器
D类地址格式：224.0.0.0~239.255.255.255
让源设备能够将分组发送给一组设备，属于多播组的设备将被分配一个组播IP地址
“尽最大努力交付”
只能做目的地址，不能做源地址
并非所有的D类地址都可做组播地址
以太网组播地址范围从01-00-5E-00-00-00到01-00-5E-7F-FF-FF，只有23位可做组播，和D类地址中后23位一一对应，前面不变
IP组播地址
因特网管理协议IGMP
当主机新加入新的组播时，向组播发送一个IGMP报文，声明是该组成员
本地组播路由要周期探询本地局域网上的主机
组播路由选择实际上就是找出以源主机为根节点的组播转发树
IGMP与组播路由算法
IP组播
具有永久IP的移动节点
移动节点
一个移动节点的永久居所称为归属网络，归属网络中代表移动节点执行移动管理功能的实体称为本地代理（归属代理）
本地代理
在外部网络中帮助移动节点执行移动管理功能的实体
外部代理
移动站点在归属网络中的原始地址
永久地址
可以是外部代理的地址或动态配置的一个地址
转交地址
移动IP通信过程
移动IP
冲突域
广播域
一个具有多个输入/输出端口的专用计算机，任务是连接不同的网络并完成转发
组成
根据所选择出的路由选择协议构造出路由表
核心部件 路由选择处理机
路由选择
处理通过路由器的数据流，关键操作是转发表查询，转发及相关的队列管理和任务调度
分组转发
与其他路由器进行基于路由协议的交互，完成路由器的计算
路由计算
转发表是由路由表得出的
子主题
路由器
网络层设备
网络层
互联的，自治的计算机系统的集合
定义
硬件，软件，协议
所有连接到因特网，供用户使用的主机组成，依赖通信，资源共享
边缘部分
由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供连通性和交换服务
核心部分
工作方式
各种传输介质，通信设备和相应的网络协议组成，使网络具有数据传输，交换，控制和存储的能力
通信子网
实现资源共享功能的设备及其软件的集合，提供其他计算机的硬件资源、软件资源和数据资源的服务
资源子网
功能组成
数据通信
资源共享
分布式处理
提高可靠性
负载均衡
APPAnet -->internet-->Internet
三级结构的因特网
多层次ISP结构的因特网
因特网发展
定义，概念，功能，组成
交换技术
广域网
域域网
广播技术
局域网
个人区域网
分布范围分类
广播式网络
点对点网络
传输技术分类
总线型网络
星形网络
环形网络
网状网络
拓扑结构分类
会独占资源
建立一条专用的道路传送数据
数据直接传送，时延小
线路利用率低，不能充分利用线路容量，不便差错控制
电路交换网络
存储转发网络
可以实现格式转换，一对一，多对一访问
缺点增大了资源开销
报文交换网络
分组交换网络
交换技术分类
分类
允许通过的信号频带范围，表示网络通信线路所传送数据的能力
带宽
分组长度/信道带宽
发送时延
传播时延
处理时延
排队时延
时延
传播时延*信道带宽
第一个比特到达终点时，发送端已经发出多少比特
时延带宽积
往返时延RTT
单位时间通过某网络的数据量
吞吐量
主机在数字信道上传送数据的速率
kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s
速率
信道利用率
性能指标
计网体系结构
对等实体进行通信的规则的集合
所要完成的功能，需要发出何种控制信息，完成何种动作及作出何种应答
语义
规定传输数据的格式
语法
执行各种操作的条件，时序关系
同步
构成
上层使用下层服务的入口
接口
下层为紧邻的上层提供的功能调用
面向连接：通信前双方必须先建立连接
无连接服务：不用建立连接，直接发送数据
面向连接服务与无连接服务
可靠服务具有纠错，检错，应答机制，保证数据正确，可靠地传送
不可靠服务：尽量正确、可靠地传送，不保证数据正确、可靠传送，尽力而为服务
可靠服务与不可靠服务
服务方式分类
物理层是网卡接口，数据链路层是MAC地址，网络层是IP地址，传输层是“端口号”，应用层是“用户界面”
服务访问点
协议：Rj45，802.3
传输单位：比特
在物理媒体上为数据段设备透明传输原始比特流
定义接口特性
定义传输模式
定义传输速率
比特同步
比特编码
物理层
传输单位是帧
将网络层传输的IP数据报封装成帧
成帧，差错控制，流量控制，传输管理，访问（接入）控制：控制对信道的访问
协议：SDLC，HDLC，PPP，STP
数据链路层
单位：数据报
把网络层协议数据单元（分组）从源端传送到目的端，为富足交换网上的不同主机提供服务
路由选择，流量控制，拥塞控制，差错控制 ，网际互联
单位：报文段（TCP）或用户数据报UDP
两个进程之间的通信
端到端连接提供可靠传输，流量控制，差错控制，服务质量，数据传输管理，复用分用等服务
复用是多个应用层同时使用下层传输层的服务
分用是传输层把收到的信息分别交付给上面的应用层中的相应的进程
复用与分用
为表示层实体或用户进程建立连接并连接上有序传输数据
建立、管理及终止进程间会话
使用校验点使通信失效时从校验点继续恢复通信，实现数据同步
会话层
两个通信系统中交换信息的表示方式
数据格式变换
数据加密解密
数据压缩与恢复
表示层
最高层，用户与网络的界面
ISO/OSI模型
OSI网络层支持无连接和面向连接，传输层支持面向连接，TCP网际层支持无连接，传输层支持无连接，面向连接
两者对比
网络接口层
网际层
TCP/IP模型
参考模型
分层结构
模拟数据
数字数据
数据
串行输出
并行输出
传输方式
一码元携带若干比特的信息量
码元
一条信道往往包含一条发送信道和一条接受信道
将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，送到数字信道
传输距离较近时
基带传输
基带信号进行调制后形成频分复用信号，送到模拟信道传输
传输距离较远时
宽带传输
信源信道，信宿
单位时间传输码元个数（脉冲个数或信号变化个数）
码元传输速率
单位时间系统传输的二进制码元个数
信息传输速率
速率波特，宽带
单向通信
半双工通信
全双工通信
交互方式
信道基础
极限数据传输速率=2Wlog2V （b/s）
奈奎斯特定理
香农定理
两者取最低值
区别
奈奎斯特定理和香农定理
数据转换为模拟信号
调制
数据转化为数据信号
编码
高电平表示1，低电平表示0，每个时钟周期的中间均跳变到低电平（归零）
归零编码RZ
与RZ编码区别，不用归零
非归零编码NRZ
信号的翻转代表0，信号保持不变代表1
反向非归零编码NRZI
中间跳变，可作为时钟信号（用于同步），又是数据信号
以太网的编码方式
一个码元调成两个电平，数据传输速率只有调频速率的一半，频带宽度是原始基带宽度的一半
曼彻斯特编码
码元1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元电平相同，码元为0，情况相反
差分曼彻斯特编码
4B/5B编码
数字数据编码为数字信号
改变载波信号的振幅表示0和1，抗干扰能力差
幅移键控
改变载波信号的频率表示0和1，抗干扰能力强
频移键控
改变载波信号的相位
相移键控
R=Blog2（mn）（单位b/s） （波特率为B，采用m个相位，每个相位n种振幅）
正交振幅调制
数字数据调制模拟信号
采样频率>=最大频率的两倍，才能保证采样后的数字信号完整保留原始模拟信号
对模拟信号进行周期扫描，吧时间上连续的信号变成时间上离散的信号
采样
采样取得的电平幅值按照一定分级标度转化为对应的数字值并取整数
量化
量化结果转化为对应的二进制编码
模拟数据编码为数据信号
频分复用
模拟数据调制为模拟信号
编码调制
通信时延小
有序传输
没有冲突
适用范围广
实用性强
控制简单
建立连接时间长
线路独占
灵活性差
难以规格化
电路交换
动态分配线路
提高线路可靠性
提高线路利用率
提供多目标服务
要经历存储转发，有转发延迟
需要较大的缓存空间
只适用数字信号
报文交换
无连接服务
不保证分组有序到达
包括发送端接收端的完整地址，以便独立传输
具有冗余路径，交换节点或链路出故障，相应更新转发表，寻找另一路径，对故障适应力强
存储转发延迟一般较小，提高吞吐量
不独占链路，资源利用率较高
每个分组独立进行路由选择和转发
不保证可靠通信，可靠性由用户主机来保证
建立一条逻辑上连接的虚电路
每个分组携带虚电路号，复制，检验和等控制信息
同一条虚电路的分组按照同一路由转发
保证分组有序到达
可靠性由网络保证
经过故障节点的虚电路均不能正常工作
差错控制和流量控制由分组交换网负责，也可由用户主机负责
链路建立和拆除需要时间开销
分组首部不包含目的地址，包含的是虚地址标识符，相对于数据报，其开销小
结点到其他结点之间的链路可能有若干虚电路通过，也可能与多个结点建立虚电路
虚电路
无建立时延
线路利用率高
简化了存储管理（相对于报文交换）
加速传输
减少了出错概率和重发数据量
分组短小
存在传输时延
需要传输额外的信息量
可能会出现失序，丢失或重复分组
分组交换
传送数据量大，传送时间远大于呼叫时间，用电路交换。端到端的通路由多段链路组成时，采用分组交换，
交换
距离几千米到数十千米，局域网，传统电话网普遍使用
模拟传输，要用放大器放大衰减信号，数字传输，要用中继器将失真信号整形
双绞线
外导体屏蔽层，具有良好的抗干扰特性，广泛用于传输较高速率的数据，传输距离更远，价格比双绞线贵
同轴电缆
通信系统的带宽范围极大
光源发光二极管
适合近距离传输
原理是光的全反射
多模光纤
光源半导体激光器
适合远距离传输
单模光纤
传输损耗小，中继距离长
抗雷电电磁干扰性好
无串音干扰，保密性好
体积小，重量轻
光纤
向所有方向散播
简化了通信连接
可传远距离，广泛应用于通信领域
无线电波
有很强的方向性，沿直线传播
视线介质
红外线和激光要传输的信号分别转化为各自的信号格式
地面微波接力通信
通信容量大，距离远，覆盖广，广播通信和多址通信
保密性差，端到端传播时延长，受气候影响，误码率高，成本高
卫星通信
微波通信频率较高，频段范围也很宽，数据率很高
微波、红外线和激光
无线传输介质
传输介质
指明接口所用接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列、固定等
机械特性
接口电缆的各条线上出现的电压范围
电气特性
某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
功能特性
称规程特性，指明不太功能的各种事件的出现顺序
过程特性
物理层接口的特征
信号整形并放大在转发出去
两端可连接相同媒体，也可连接不同媒体
原理信号再生和还原
不能连接两个不同的协议
“5-4-3规则”：中继器不超过4个，串联5段通信介质，只有三段可以挂计算机
放大器放大的是模拟信号，中继器放大的是数字信号
中继器
多端口中继器
整形放大再生
转发到其他所有（出输入端口外）处于工作状态的端口
扩大网络传输范围，不具备信号的定向传输能力
不能分割冲突域
集线器
物理层设备
适用于实时通信和误码率较低的通信信道，如以太网
无确认的无连接服务
误码率较高的通信信道，如无线通信
有确认的无连接服务
适用于通信要求（可靠性，实时性）较高的场合
有确认的面向连接服务
为网络层提供服务
数据链路层连接的建立，维持和释放过程
链路管理
帧定界，帧同步和透明运输
限制发送方的数据流量，发送速率不超过接收方的接收能力
信道固有的，引起的差错是随机差错，可以通过提高信噪比来降低它对数据传输的影响
热噪声
由外界电磁干扰引起的，引起的差错是突发差错，一起传输差错的主要原因，无法通过提高信噪比来避免
冲击噪声
由于噪声引起的
位错：某些位出现了差错
帧错：帧的丢失、重复和失序等错误
位错和帧错
差错控制
计数字段出错，失去划分依据
头部使用一个计数字符表明帧内字符数
字符计数法
特定字符定界，信息位中出现特殊字符前面加ESC转义字符
字符填充的首位定界字符
用01111110定界，信息中五个1填充一个0，接收时五个1删除后面紧跟着的0
零比特填充的首尾标志法
不需任何填充，实现数据透明
高高电平，低低电平，在数据比特中违规的
违规编码法
组帧
只能检测奇数位错误
奇偶效验码
循环冗余码
n+k<=2^k-1
纠错d位，需要码距为2d+1的编码方案；检错d位，需要码距为d+1的编码方案
纠错编码:海明码
停止-等待流量控制
滑动窗口流量控制
可靠传输机制
信道利用率低
信道利用率=（L（T内发送L比特数据）/C(发送方数据传输率)）/T(发送周期，从开始发送数据到第一个确认帧为止）
信道吞吐率=信道利用率*发送方的发送速率
发送窗口大小=1，接收窗口大小=1
单帧滑动窗口与停止等待协议
累计确认
接收方只按顺序接收帧，不按序无情丢弃
确认序列号最大的，按序到达的帧
发送窗口最大为2^n-1，接收窗口=1
多帧滑动窗口与后退N帧协议
对数据帧逐一确认
之重传出错帧
接收方有缓存
WTmax=WRmax=2^(n-1)
发送窗口大于接收窗口会溢出，小于接收窗口没有意义
多帧滑动窗口与选择重传协议
流量控制和可靠传输机制
频分多路复用（FDM）
异步时分多路复用（STDM）：按需动态分配时隙
时分多路复用（TDM）
一根光纤传播多种不同波长的光信号
波分多路复用（WDM）
利用率高，抗干扰能力强，保密性强，语音质量好
码分多路复用（CDM）
信道划分截止控制访问（不冲突）
纯ALOHA协议（不听就说）
时间划分为一段段等长的时隙，每个时隙开始才能发送帧
时隙ALOHA协议
ALOHA协议
空闲，立即发，忙，等待直到空闲
1-坚持CSMA
空闲，立即发，忙，放弃，随机时间后重复操作
非坚持CSMA
忙，继续监听，空闲，概率p发送
p-坚持CSMA
CSMA协议（先听再说）
最小帧长=总线传播时延*数据传输速率*2
重传次数k，不超过10，从0到2^k-1去除一个数r，退避时间r倍基本退避时间
有线局域网
CSMA/CD协议（先听再说，边听边说）
无线局域网
有数据发送，检测空闲，发出RTS，接收端响应CTS，等待DIFS后，发送数据帧
有对数据帧的确认
CSMA/CA协议
随机访问介质访问控制（冲突）
令牌是特殊的MAC控制帧
逻辑通路是一个环，物理拓扑不需要是环
常用于负载较重，信息量较大的网络中
每个节点有一定的令牌持有时间，不可无限制持有
轮询访问：令牌传输协议（不冲突）
介质访问控制
星型，环形，总线型，星型与总线型结合的复合型（树型）
拓扑排序
建立和释放数据链路层的逻辑连接，提供与高层的接口，差错控制，给帧加序号
逻辑链路控制（LLC）子层
组帧和拆帧，比特差错检测，寻址，竞争处理，帧的接收与发送，链路管理
媒体接入控制（MAC）子层
拆分为两个子层
粗缆，细缆，双绞线，光纤
10BASE5
10BASE2
T表示双绞线，传输速率wei10Mb/s
10BASE-T
10BASE-FL
以太网传输介质与网卡
以太网最短帧长64B
以太网MAC帧
半双工下使用CSMA/CD，全双工不用
星型拓扑结构，100Mb/s
100BASE-T以太网
1Gb/s
吉比特以太网
光纤为传输媒体，只支持全双工
10吉比特以太网
高速以太网
地址1：RA接收端
地址2：TA发送端
地址3：DA目的地址
地址4：SA源地址
MAC帧
IEEE 802.11无线局域网
将大的局域网划分为小的与地理位置无关的VLAN，每个VLAN是一个较小的广播域
使用软件方式实现逻辑划分
1.基于端口2.基于MAC地址3.基于IP地址
VLAN
基于分组交换技术，达到资源共享的目的
物理层，链路层，网络层
用于配置测试和管理数据链路
链路控制协议（LCP）
为网络层建立和配置逻辑连接
网络控制协议（NCP）
一个将IP数据报封装成串行链路的方法
简单、封装成帧、透明传输、多种网络层协议、多种类型链路、差错检测（通过邮件CRC校验）、检测连接状态、最大传输单元、网络层地址协商、数据压缩协商
应满足的要求
纠错、流量控制、序号、不支持多点线路
无需满足的要求
支持全双工
字符填充法（标志字符7E（01111110），转义字符7D(01111101）)
异步线路（默认）
比特填充（五个1填充一个0）
同步线路
面向字节
PPP协议
0比特插入
信息帧，监督帧，无编号帧（信监无）
帧的类型
全双工
ppp面向字节，HLDC面向比特
ppp帧比HDLC帧多一个2字节的协议字段
ppp不适应序号和确认机制，只保证无差错差错（CRC检验），HDLC信息帧使用编号和确认机制，提供可靠传输
都是透明传输
与ppp区别
HDLC协议
自学习，即插即用设备
过滤通信量，增大吞吐量
扩大物理范围
提高了可靠性
可互联不同物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网
网桥
可以隔离冲突域，不可以隔离广播域
多端口网桥
只检查帧的目的节点（6B），速度快，但缺乏智能性，安全性，也不支持不同速率的端口交换
直通式交换机
帧缓存到高速缓存器中，检查是否正确，无误发出，有误丢弃，可靠性高，支持不同速率端口的转换，缺点是延迟大
存储转发式交换机
决策转发时使用的PDU地址是目的物理地址
局域网交换机
数据链路层设备
计算机网络
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