计算机网络笔记

Posted 2023-02-03 Keep--Silent

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第1章 计算机网络体系结构

1.1计算机网络概述

1.1.1计算机网络的概念

计算机网络就是一些互联的，自治的计算机系统的集合

1. 广义观点：只要能实现远程信息处理的系统
2. 资源共享的观点：以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合
   1. 目的：资源共享
   2. 组成单元：分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”
   3. 统一规则：网络协议
3. 用户透明性观点：用户使用网络就像使用一台单一的超级计算机，无须了解网络的存在、资源的位置信息。

1.1.2计算机网络的组成

1. 从组成部分看
   1. 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)，通信网卡(网卡)
   2. 软件：资源共享软件和用户工具(网络操作系统，邮件收发程序…)
   3. 协议：规定网络传输数据的规范
2. 从工作方式看
   1. 边缘部分
   2. 核心部分
3. 从功能上看
   1. 通信子网：数据 传输，交换，控制，存储，实现通信
      1. 各种传输介质
      2. 通信设备
      3. 网络协议
   2. 资源子网：实现资源共享的设备及软件的集合

1.1.3计算机网络的功能

1. 数据通信
2. 资源共享
3. 分布式处理
4. 提高可靠性
5. 负载均衡

1.1.4计算机网络的分类

1. 按分布范围分类
   1. 广域网WAN：10km~9000km,长距离通信，交换技术
   2. 城域网MAN：5km~50km。多采用以太网
   3. 局域网LAN：10m~9km。广播技术
   4. 个人区域网PAN：10m。
2. 按传输技术分类
   1. 广播式网络
   2. 点对点网络
3. 按拓扑结构分类
   1. 总线形
   2. 星形网络
   3. 环形网络
   4. 网状网络
4. 按使用者分类
   1. 公用网
   2. 专用网
5. 按交换技术分类
   1. 电路交换技术：源结点和目的结点建立通路传输数据
      1. 三阶段：建立连接，传输数据，断开连接
      2. 优点：直接传送，延时小
      3. 缺点：线路利用率低
   2. 报文交换技术：加上辅助信息，封装成报文。传到相邻结点，再到下一个结点
      1. 优点：充分利用线路容量，可以实现差错控制
      2. 缺点：增大了资源开销；缓冲区难以管理
   3. 分组交换技术：数据分块，存储-转发
      1. 具有报文优点，同时易缓冲管理
      2. 用于现在的主流网络
6. 按传输介质分类
   1. 有线：双绞线，同轴电缆
   2. 无线：蓝牙，微波，无线电

*1.1.5计算机网络的标准化工作

待续

1.1.6计算机网络的性能指标

1. 带宽Bandwidth,Hz：同最高数据传输速率b/s
2. 时延Delay
   1. 发送时延：到链路，第一比特到最后一比特时间
      1. $发送时延=\frac{分组长度}{信道宽度}$
   2. 传播时延：一个比特从一端到另一端时间
      1. $传播时延=\frac{信道宽度}{电磁波的传播速率}$
   3. 处理时延：存储转发的处理时间
   4. 排队时延
3. 时延带宽积：第一个比特到终点，发送端发送了多少比特
   1. $时延带宽积=传播时延\ast 信道带宽$
4. 往返时延
5. 吞吐量
6. 速率
7. 信道利用率=$\frac{有数据通过时间}{(有+无)数据通过时间}$

1.2计算机网络体系结构与参考模型

1.2.1计算机网络分层结构

进行分层
每层的报文都有两部分

$\mathrm{协议数据单元}\mathrm{PDU}\begin{array}{rl}& \mathrm{服务数据单元}\mathrm{SDU}\\ & \mathrm{协议控制信息}\mathrm{PCI}\end{array}$
$\mathrm{n}-\mathrm{PDU}=\begin{array}{rl}& \mathrm{n}-\mathrm{SDU}\\ & \mathrm{n}-\mathrm{PCI}\end{array}=(\mathrm{n}-1)-\mathrm{SDU}.$

层次结构含义

1. 第n层的实体不仅要使用第n-1层的服务来实现自身定义的功能，还要向第n+1层提供本层的服务，该服务是第n层及其下面各层提供的服务总和。
2. 最低层只提供服务，是整个层次结构的基础;中间各层既是下一层的服务使用者，乂是上一层的服务提供者;最高层面向用户提供服务。
3. 上一层只能通过相邻层间的接口使用下一层的服务，而不能调用其他层的服务;下一层所提供服务的实现细节对上一层透明。
4. 两台主机通信时，对等层在逻辑上有一条直接信道，表现为不经过下层就把信息传送到对方。

1.2.2计算机网络协议、接口、服务的概念

1. 协议：语法，语义，同步
   1. 语法：传输数据的格式
   2. 语义：所要完成的功能
   3. 同步：各种操作的条件、时序关系
   4. 完整协议
      1. 线路管理：建立释放连接
      2. 差错控制
      3. 数据转换
2. 接口：接口时同一个结点内相邻两层间交换信息的连接点
   1. 通过服务访问点SAP进行交互（实际上时逻辑接口
3. 服务
   1. 本层为上一层提供服务，使用下一层服务
   2. OSI服务原语
      1. 请求
      2. 指示
      3. 响应
      4. 证实
   3. 说明
      1. 协议是水平的，服务是垂直的
      2. 本层用户只能看见服务而看不见协议
   4. 服务类型
      1. 面向连接服务和无连接服务
         1. 面向连接服务：连接建立，数据传输，连接释放.(TCP)
         2. 无连接服务：报文分组传送到链路上，不可靠服务(IP、UDP)
      2. 可靠服务和不可靠服务
         1. 可靠服务：能纠错，检错，应答
         2. 不可靠服务：用户来纠错
      3. 有应答服务和无应答服务
         1. 有应答服务：给出肯定或否定回到
         2. 无应答服务：不自动回答

1.2.3 ISO/OSI 参考模型和 TCP/IP模型

1. OSI参考模型
   1. 物理层：传送比特流
   2. 数据链路层
      1. 任务：将网络层传输来的IP数据报组装成帧
      2. 功能：成帧，差错控制，流量控制，传输管理
      3. 如SDLC，HDLC，PPP，SRP，帧中继
   3. 网络层：IP层，传输数据报
      1. 任务：把网络层的协议数据单元从源端到目的端，进行通信
      2. 关键问题：对分组进行路由选择，实现流量控制，拥塞控制，差错控制，网际互连等功能
      3. 如IP，IPX,ICMP,IGMP,ARP,RARP,OSPF
   4. 传输层：传输报文段TCP或者用户数据端UDP
      1. 实现两个进程通信
      2. 功能：提供端到端的传输服务，提供流量控制，差错控制，服务质量，数据传输管理等服务
      3. 如TCP，UDP
   5. 会话层：建立同步
      1. 管理主机间的会话进程，包括建立，管理，终止进程会话。
   6. 表示层
      1. 处理两个通信系统交换信息的表示方式
   7. 应用层
      1. 用户和网络的界面
      2. 如FTP，SMTP，HTTP
2. TCP/IP模型
   1. 网络接口层
      1. 同1物理层和2数据链路层
   2. 网际层(主机-主机)
      1. 同网络层
      2. 当前IPv4，下一版本IPv6
   3. 传输层
      1. 传输控制协议TCP
      2. 用户数据报协议UDP
   4. 应用层
3. 对比

第2章物理层

2.1通信基础

2.1.1基本概念

2.1.2奈奎斯特定理与香农定理

2.1.3编码与调制

2.1.4电路交换、报文交换与分组交换

2.1.5数据报与虚电路

2.2传输介质

2.2.1双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质

2.2.2物理层接口的特性

2.3物理层设备

2.3.1中继器

2.3.2集线器

第3章数据链路层

3.1数据链路层的功能

3.1.1为网络层提供服务

3.1.2链路管理

3.1.3帧定界、帧同步与透明传输

3.1.4流量控制

3.1.5差错控制

3.2组帧

3.2.1字符计数法

3.2.2字符填充的首尾定界符法

3.2.3 零比特填充的首尾标志法

3.2.4违规编码法

3.3差错控制

3.3.1检错编码

3.3.2纠错编码

3.4流量控制与可靠传输机制

3.4.1 流量控制、可靠传输与滑动窗口机制

3.4.2单帧滑动窗口与停止-等待协议

3.4.3多帧滑动窗口与后退N帧协议(GBN)

3.4.4多帧滑动窗口与选择重传协议(SR)

3.5介质访问控制

3.5.1信道划分介质访问控制

3.5.2随机访问介质访问控制

3.5.3轮询访问:令牌传递协议

3.6局域网

3.6.1局域网的基本概念和体系结构

3.6.2以太网与IEEE 802.3

3.6.3IEEE 802.11无线局域网

3.6.4 VLAN基本概念与基本原理

3.7广域网

3.7.1广域网的基本概念

3.7.2 PPP协议

3.7.3 HDLC协议

3.8数据链路层设备

*3.8.1网桥的基本概念

3.8.2局域网交换机年

第4章网络层

4.1网络屋的功能

4.1.1异构网络互联

4.1.2路由与转发

4.1.3SDN的基本概念

4.1.4拥塞控制

4.2路由算法

4.2.1静态路由与动态路由

4.2.2距离-向量路由算法

4.2.3链路状态路由算法

4.2.4层次路由

4.3IPv4

4.3.1 IPv4分组

4.3.2 IPv4地址与NAT

4.3.3子网划分与子网掩码、CIDR

4.3.4 ARP、DHCP与ICMP

4.4 IPv6

4.4.1 IPv6的主要特点

4.4.2 IPv6地址

4.5路由协议

4.5.1自治系统

4.5.2域内路由与域间路由

4.5.3路由信息协议(RIP)

4.5.4开放最短路径优先(OSPF)协议

4.5.5边界网关协议(BGP)

4.6 IP组播

4.6.1组播的概念

4.6.2组播地址

4.6.3 IGMP与组播路由算法

4.7移动IP

4.7.1移动IP的概念

4.7.2移动IP通信过程

4.8网络层设备

4.8.1冲突域和广播域

4.8.2路由器的组成和功能

4.8.3 路由表与路由转发

第5章传输层

5.1传输层提供的服务

5.1.1传输层的功能

5.1.2传输层的寻址与端口

5.1.3无连接服务与面向连接服务

5.2 UDP协议

5.2.1 UDP数据报

5.2.2 UDP校验

5.3 TCP协议

5.3.1 TCP协议的特点

5.3.2 TCP报文段

5.3.3 TCP连接管理

5.3.4 TCP可靠传输

5.3.5 TCP流量控制

5.3.6 TCP拥塞控制

第6章应用层

6.1网络应用模型

6.1.1 客户/服务器模型

6.1.2 P2P模型

6.2域名系统(DNS)

6.2.1层次域名空间

6.2.2域名服务器

6.2.3域名解析过程

6.3文件传输协议(FTP)

6.3.1 FTP的工作原理

6.3.2控制连接与数据连接

6.4电子邮件

6.4.1电子邮件系统的组成结构

6.4.2电子邮件格式与MIME

6.4.3 SMTP和POP3

6.5万维网( www)

6.5.1wwW的概念与组成结构

6.5.2超文本传输协议(HTTP)