计算机网络期末汇总

Posted 2021-08-04 四原色

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机网络期末汇总相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1.计算机网络概要

OSI参考模型：
1. 应用层（高层）；
2. 表示层（高层）；
3. 会话层（高层）；
4. 传输层（高层）；
5. 网络层（底层）；
6. 数据链路层（底层）；
7. 物理层（底层）。
8. 高层：负责主机之间的数据传输，保证数据正确性，以软件方式实现。
9. 底层：负责网络数据传输，以软硬件结合实现。
物理层：数据单位（比特），
1. 定义各种媒体接口与标准；
2. 提供透明的二进制比特的发送与接收；
3. 信号的调制与解调。
数据链路层：数据单位（帧），
1. 在物理链路上实现可靠数据传输；
2. 提供物理寻址；
3. 生成帧，流量控制。
网络层：数据单位（数据报），
1. 提供路由选择
2. 报文拆分与重组。
传输层：（数据单位：段）
1. 管理网络连接，提供可靠报文发送机制，确保数据可靠传输。
2. 错误检测与恢复，信息的流量控制。
会话层：建立、管理。终止应用之间的连接；报告底层错误信息；
表示层：定义数据格式与结构，确保发送的信息可被识别，编码、解码、压缩、解压缩、加密与解密。
应用层：为用户提供网络服务，不向任何层提供服务。
互联网核心
1. 电路交换：
  1. 建立连接-->通话-->释放连接
  2. 特点：通话全部时间内，两个用户始终占用端到端的通信资源（通信效率低，具有突发性）
  3. 整个报文的比特流连续地从源点直达终点。
2. 分组交换：
  1. 路由器收到分组，暂时存储，检查首部、查找路由表，找到接口发出，将分组交给下一路由；
  2. 优点：
    1. 高效：对通信链路逐段占用；
    2. 灵活：为每一个分组独立选择路由；
    3. 迅速：不需建立连接即可向其他主机发送分组；
    4. 可靠：分布式多路由的分组交换网
  3. 缺点：
    1. 时延：分组在各路由存储转发需排队；
    2. 开销：分组必须额外携带控制信息
  4. 单分组传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一结点。
3. 报文交换：整个报文先到大相邻结点，全部存储后，查找到转发表转发到下一结点。

2.物理层

1.物理层的主要任务：确定与传输媒体有关的一些特性。

1）机械特性：指明接口所用解析器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置。
2）电气特性：指明在接口电缆各条线上出现的电压范围。
3）功能特性：指明某条线上出现某一电平电压的意义。
4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.物理层考虑怎样在连接不同计算机的传输媒体上传输数据比特流。

3.光纤的特点：

传输损耗小；
抗雷电和抗电磁性能好；
无串音干扰，保密性能好；
体积小重量轻。

4. 信道复用：允许用户使用一个共享信道，降低成本提高效率。

<1>频分复用（FDM）：所用用户在同一时间占用不同带宽资源。
<2>时分复用（TDM）：所用用户在不同时间占用相同带宽资源。
<3>统计时分复用（STDM）：使用STDM帧传送复用数据，STDM帧不固定分配时隙，而是按需动态分配。
<4>波分复用（WDM）：只能在一根光纤上复用两路光载波信号。
<5>码分复用（CDM）：用户可在同样时间使用同样频带，具有抗干扰性能强的特点，CDMA（码分多址）系统给每一个站分配码片序列不仅必须各不相同还必须相互正交。

5.宽带接入技术

（1）ADSL（非对称用户数字线）：用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造。

a. ADSL传输距离取决于数据率与用户线的线径。
b. ADSL在用户线两端各安装一个ADSL调制解调器（离散多音调DMA）。
c. ADSL不能保证固定的数据率。
d. ADSL接入网组成：数字用户接入复用器（DSLMA）+用户线+用户设施。

（2）HFC网（光纤同轴混合网）：在有线电视网的基础上开发的一种民用宽带接入网。

a. HFC把原有线电视网的同轴电缆主干部分改为光纤，提高传输可靠性与电视信号质量。
b. 使用HFC的电缆调子解调器时，同轴电缆一段用户享用数据率不确定，因为用户所能享用数据率大小取决于此电缆上享用传输数据的用户数量。

（3）FTTx技术（多种宽带光纤接入方式）

3.数据链路层

1.使用点对点信道的数据链路层：协议数据单元（帧）

数据链路：在链路基础上增加了一些必要的硬件与软件
链路：从一个结点到相邻结点的一段中间无任何交换结点的路线。
数据链路层把网络层交下的IP数据报封装成帧发送到链路上，把接收到的帧取出上交网络层。
点对点信道的数据链路层在进行通信时的主要步骤：
1. 结点A在数据链路层把网络层交下来得IP数据报添加首部和尾部封装成帧。
2. 结点A把封装好的帧发送给结点B的数据链路层。
3. 结点B的数据链路层收到的帧无差错，则从收到的帧中提取出IP数据报交给上层的网络层，否则丢弃该帧。
三个基本问题：
1. 封装成帧：将网络层下发的IP数据报添加首部和尾部：
  1. 帧长度=首部+尾部+数据报长度；
  2. 首部、尾部的作用：帧定界；
  3. 数据报长度（最大传输单元MUT）：1500字节。
2. 透明传输：无论什么样的比特数组组合，都能按原样无差错地通过这个数据链路层。
3. 差错检测：
  1. 误码率：一段时间内，传输错误比特占传输比特总数的比率；
  2. 提高信噪比，降低误码率；
  3. 循环冗余检测（CRC）：二进制模二运算；
  4. 帧检验序列（FCS）:为进行检测而添加的冗余码；
  5. CRC与FCS区别：CRC是检测方法，FCS是冗余码；
  6. 传输差错：比特差错、帧丢失、帧重复、帧失序；
  7. CRC+（编号、确认、重传机制）：收到正确帧要向发送端确认，发送端一定时间内未收到确认，则重传数据，直到对方收到确认为止。
  8. 提高通信效率：
    1. 通信质量好的线路不使用确认重传机制，更改差错由上层协议完成；
    2. 通信质量较差的无线传输链路，则数据链路层协议使用确认重传机制，则数据链路层向上层提供可靠传输服务。

2.点对点协议PPP：是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。

组成：
1. 一个将IP数据报封装到串行链路的方法，既支持异步链路，又支持面向比特的同步链路。
2. 一个建立、配置和测试数据链路链接的链路控制协议（LPC）
3. 一套网络控制协议（NPC）
字节填充：PPP使用异步传输时，把转义符定义为0x7D，并使用字节填充。

3.使用广播信道的数据链路层。

局域网的数据链路层：
1. 局域网的特点：为一个单位所拥有，地理范围的站点数目有限。
2. 优点：具备广播功能、便于系统扩展和演变、提高系统可靠性可用性以及生存性。
3. 局域网工作层次：跨越了物理层与数据链路层。
适配器：网络适配器又称网卡，是进行数据串行传输与并行传输之间的转换。
1. 适配器与局域网之间在电缆或双绞线上通过串行传输的方式进行；
2. 适配器与计算机主机之间在IO总线上通过并行传输方式进行。
CSMA/CD协议：（载波监听多点接入/碰撞检测）
1. 总线特点：当一台计算机发送数据时，总线上其他设备均接收（检测）到这个消息。
2. 载波监听：检测信道，检测信道有无其他主机在发送消息。
3. 多点接入：总线型网络中以多点接入方式连接在一根总线上。
4. 碰撞检测：（边发送边监听）适配器边发送数据边检测信道上的信号电压变化。
5. 协议内容：
  1. 准备发送阶段：适配器从网络层获得数据报，加上以太网首部与尾部构成以太网帧，放入适配器缓存。
  2. 检测信息：一直检测信道，直到信道为空闲时（且96比特时间内保持空闲），发送帧。
  3. 边发送边监听：
    1. 发送成功：争用期51.6微秒内未检测到碰撞什么也不做，因为认定为发送成功。
    2. 发送失败：争用期内检测到碰撞，停止发送数据，适配器执行退避算法。
STP生成树协议：在逻辑上切断某些链路，使一台主机到其他主机的路径是无环树状结构。
划分VLAN的方法：
1. 基于交换机端口；
2. 基于计算机网卡的MAC地址；
3. 基于协议类型；
4. 基于IP子网地址；
5. 基于高层应用或服务。

4.网络层

数据单位：数据报。
ARP（地址解析协议）与RARP（逆地址解析协议）：
1. ARP：从网络层使用的IP地址解析出数据链路层使用的MAC地址；在主机ARP高速缓存中存放一个从IP地址到硬件地址的映射表并且经常动态更新此表。
IPv4地址划分：
1. A类地址：
2. B类地址：
3. C类地址：
4. D类地址：
ICMP：更有效转发数据报，提高交付成功的机会。
IGP：内部网关协议（OSPF、RIP）自治系统内使用的协议；
EGP：外部网关协议（BGP）源主机与目的主机不在同一个自治系统中，当数据报信息到达自治系统边界时，此协议将路由选择信息传送到下一个自治系统。
RIP：一种分布式基于距离向量的路由选择协议，是互联网标砖协议之一，其中最大的优点是简单。
路由器中重要信息：
1. 到某个网络中的距离；
2. 下一跳的地址。
RIP特点：好消息传的快，坏消息传的慢。
1. 优点：简单，开销小；
2. 缺点：网络故障的传播时间往往很长。
OSPF：开放路径最短优先（使用分布式链路状态协议）
1. 洪泛法：向本自治系统所有系统所有路由发送信息；
2. 发送的信息是本路由与相邻所有路由的链路状态。
3. 链路状态改变时，路由才向所有路由器用洪泛法发送此消息。
4. 优点：链路状态数据库的更新过程收敛快。
5. 划分区域的优点：减少整个网络的通信量，即利用洪泛法交换链路状态消息局限在局部网络而不是整个网络。
6. 不使用UDP而直接使用IP数据报传送信息。
路由器的构成：多入多出，（转发分组）的一类计算机，其任务是：网络层的工作。
VPN虚拟专用网：利用公共互联网作为本机构各专用网之间的通信载体。
划分子网和构造超网。
1. 划分子网的理由：
  1. IP地址空间利用率有时很低。
  2. 为每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大而使网络性能降低。
  3. 两级IP地址不灵活。
2. 划分思路：将所属物理网络划分为若干子网，但对外此网络仍表现为一个网络。
3. 划分方法：从网络的主机号借用若干位作为子网号。
4. 子网掩码是一个网络或者一个子网的重要属性，其优点是无论网络有没有划分子网，把子网与IP地址进行逐位的与运算就能得出网络地址。
5. 划分子网后路由表中包含：目的网络地址+子网掩码+下一跳地址
6. 无分类编址（构成超网）
  1. 特点：
    1. 消除了传统的A类、B类、C类地址以及划分子网的概念。
    2. 把网络前缀都相同的连续IP地址组成一个CIDR地址块。
7. 路由聚合：利用CIDR地址块查找目的网络，有利于减少路由之间的路由选择信息交换，有利于减少路由之间的路由选择信息交换，提高整个互联网的性能。
8. IPv6：
  1. IPv6所引进的主要变化：
    1. 更大的地址空间，（IPv4:2的32次方；IPv6:2的128次方）；
    2. 扩展地址层次结构；
    3. 改进的选项；
    4. 灵活的首部格式；
    5. 允许协议继续扩充；
    6. 支持即插即用；
    7. 支持资源预分配；
    8. 首部改为8字节对其。
  2. 地址分类：
    1. 为指明地址： ::/128
    2. 环回地址： ::1/128
    3. 多播地址： FFOO::/128
    4. 本地链路单播地址：FE80::/10
  3. IPv4到IPv6的过渡：
    1. 双协议栈：指过渡未完成时主机同时装有IPv4和IPv6协议；
    2. 隧道技术：IPv6数据进入IPv4网络时，将其封装成IPv4 数据报。
  4. ICMPv6：
    1. 面向报文，利用报文报告差错，获取信息，探测临近站。
    2. ICMPv6合并了ICMP和IGMP以及ARP。

5.运输层

进程：通信真正的端点是主机之间的进程，即端到端的通信是应用进程的通信。
1. 网络层为主机之间提供逻辑通信；
2. 运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。
端口：标志计算机应用层中各个进程在和运输层交互时的层间接口。
1. 硬件端口：不同设备间进行交互的端口。
2. 软件端口：应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。
  1. 熟知端口：0~1023,服务器使用的端口号；
  2. 登记端口：1024~49151，
  3. 短暂端口：49152~65535.
UDP用户数据报协议：
1. 特征：
  1. 面向无连接；
  2. 尽最大努力交付；
  3. 面向报文；
  4. 无拥塞控制；
  5. 支持一对多、一对一、多对多、多对一通信；
  6. 首部开销小。
TCP传输控制协议：
1. 特征：
  1. 面向连接；
  2. 点对点通信；
  3. 可靠交付；
  4. 全双工通信；
  5. 面向字节流。
2. TCP连接的端点：套接字（IP地址：端口号）。
可靠传输：
1. 停止等待协议:发送一个分组，等待对方确认，确认后再决定发送下一个分组。
  1. 信道利用率低（缺点）；
  2. 简单（优点），采用流水线式传输提高利用率，连续发送多个分组；
2. 连续ARQ协议：接收方采用积累确认方式，收到分组后对按序到达的最后一个分组发送确认。
  1. 优点：容易实现，确认丢失不必重传；
  2. 缺点：不能向发送方反映出接收方已正确收到的所有分组信息。
TCP报文格式：
1. 源端口、目的端口；
2. 序号；
3. 确认号；
4. 数据偏移；
5. 保留；
6. 紧急URG；
7. 确认ACK；
8. 推送PSH；
9. 复位RST；
10. 同步SYN；
11. 终止FIN；
12. 窗口；
13. 检验和；
14. 紧急指针；
15. 选项。
TCP的可靠传输
1. 特点：
  1. 以字节为单位的滑动窗口；
  2. 超时重传；
  3. 选择确认。
2. 窗口：
  1. 发送缓存暂存:发送应用程序传给发送方TCP准备发送的数据报，TCP已发送出但尚未收到确认的数据；
  2. 接收缓存暂存：按序到达但未被应用程序读取的数据，未按序到达成功的数据。
TCP三次握手与四次分手。
1. 三次握手：（建立连接）指某次握手交换三次报文，称之为三次握手。
  1. 需解决的问题：
    1. 使双方明确对方存在
    2. 允许双方协商参数
    3. 能对运输实体资源进行分配。
  2. 连接过程：
    1. 客户机创建传输控制模块，向已创建传输控制模块并处于等待用户连接的服务器发送情求连接报文段，首部SYN=1，Seq=x;
    2. 服务器收到客户机的情求报文，同意后向客户机发回确认，设置首部SYN=1，ACK=1+x,Seq=y;
    3. 客户机收到服务器的同意确认，向服务器反馈确认，设置首部SYN=1，ACK=y+1，Seq=x+1.
2. 四次分手（TCP的连接释放）
  1. 客户机的应用进程先向其TCP发出连接释放报文，并停止发送数据，主动关闭TCP连接；
  2. 服务器收到连接释放报文段后发出确认，此时，TCP连接处于半关闭状态，即服务器向客户机方向的连接未关闭，且将持续一段时间；
  3. 客户机收到服务器的确认后，进入终止等待2状态，等待服务器发出连接释放报文段；
  4. 客户机收到服务器连接释放报文段后向服务器返回确认，经过时间等待后进入释放连接状态。

6.主要的协议

ISDN：综合业务素质网络，是一个数字电话网络的国际标准，一种典型的电话网络交换系统。
UDP：用户数据报协议，是OSI（开放式系统互联）参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传输服务。
TCP：传输控制协议，一种面向连接、可靠、面向字节流的传输控制层协议。
ICMP：网际控制报文协议，是TCP/IP协议簇的一个子协议，用于在IP主机与路由之间传递控制信息，是一种面向无连接的协议，用于传输报文控制信息。
IGMP：网际组管理协议，因特网协议家族中的一个组播协议，运行在组机于组播路由器之间。
ARP：地址解析协议，根据IP地址获取物理地址的TCP/IP协议。
ISP：网络服务提供商。
PPP：点对点协议，为了在同等单元间传送数据报的简单链路层协议。
VLAN：虚拟局域网，由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。每一个vLAN帧都有一个明确的标识，指明发送这个vLAN 帧的计算机属于哪个vLAN.
SNMP：简单网络管理协议，一种设计于专门在IP网络管理网络结点的简单应用层协议。
DNS：域名系统，是互联网使用的命名系统，用来把计算机名字转化为IP地址。
SMTP：简单邮件传输协议，是一种提供可靠有效的电子邮件传输协议，建立在FTP邮件传输服务的一种邮件服务。
POP3：邮件读取协议，用于客户端程序运程管理服务器上的电子邮件。
TELNET：简单的远程终端协议，是互联网正式标准。
CSMA/CD：载波监听，多点接入/碰撞检测，是一种允许多设备在同一信道上发送信息的协议。
HTTPS：以安全为目的的HTTP通道，在HTTP基础上通过传输加密和身份认证保证了安全性。
HTTP：超文本传输协议，定义了浏览器如何向万维网服务器请求万维网文档以及服务器如何将万维网文档发送给服务器。
RIP：内部网关协议中的一种分布式基于距离向量的路由选择协议，优点简单。
OSPF：开放最短路径优先，是一种采用分布式链路状态协议的内部网关协议。用于单一的自治系统内决策路由。
BGP：边界网关协议，运行于TCP上的一种自治系统的路由协议，BGP是唯一一个用来处理因特网大小的协议，也是唯一一个用来处理不相干路由域间的多路连接协议。

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