计算机网络12_整理

Posted 2021-02-21 grooovvve

网络的术语和概念：
网络层实现了 主机-主机之间的通信
运输层增加了端口的概念：实现了端口-端口之间的通信；
IP+端口 实现了端到端的通信；

网络边缘：
主机、端系统；->有时候可以划分为两类：客户和服务器；
接入网： ->将端系统连接到其边缘路由器的物理链路；
广域无线接入、以太网、Wifi、拨号、卫星；
网络核心；分组交换机和链路构成的网状网络；

报文：端系统之间交换的东西；
分组：从源端系统向目的端系统发送一个报文，源将报文划分为较小的数据块，称为分组。
分组交换机：源和目的之间，每个分组经过的通信链路。分组交换机就是路由器；
分组交换机有一些概念和指标：存储转发速率、排队时延和分组丢失、转发表和路由选择协议；

与分组交换网络相对应的还有电路交换网络。不过目前核心网都是由分组交换网络构成。
分组交换网络中有些性能指标：时延、丢包、吞吐量；

封装：
消息一层一层传递的过程->封包和拆包的过程；不断添加或删除其协议报头(MACLLCIPTCP)；
一个分组具有两种类型的字段：首部字段（报头）+有效载荷字段；
应用层->报文 M
运输层->报文段 Ht M
网络层->数据报 Hn Ht M
链路层->帧 Hl Hn Ht M
可以理解成分组在不同层有不同的叫法；

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OSI七层模型：
OSI标准的网络协议有7层；即OSI七层模型
各个层的下层向上层提供服务；
下层要为上层提供可靠的服务。每个层负责各自的任务；
LLC层开始就处理与硬件无关的更逻辑、更抽象的功能；

高3层：应用层、表示层、会话层；
1应用层：面对应用进程提供服务；
2表示层：每台计算机可能有它自己的表示数据的内部方法，需要表示层协定来保证不同的计算机可以彼此理解。为应用层提供服务：语法转换、语法选择、联接管理（建立表示联接），
3会话层：担负应用进程服务要求；使应用建立和维持会话
4运输层：

OSI的下三层物理层L1 链路层L2 网络层L3
5网络层：通过路由选择算法，为报文或分组通过通信子网络选择最适当的路径。
6链路层：通过各种控制协议，将有差错的物理信道变成无差错的，能可靠传输数据帧的数据链路。
7物理层：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输；

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TCP/IP系统：
如今的网络一般来说指的是TCP/IP网络；
这个网络有4层，4层更有现实意义。
TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统。
应用层--HTTP、Telnet、FTP、E-Mail、应用程序，面向用户
传输层/运输层--端口、TCP、UDP、为应用程序提供端到端通信
传输层中有两个互不相同的传输协议：TCP、UDP；
TCP为两台主机提供可靠的数据通信（）
UDP（提供简单的服务，不负责重新发送丢失或出错的数据消息，任何必需的可靠性都要由应用层自己来提供）
网络层--IP、IP地址、路由、ICMP、IGMP、互联网层、IP
链路层--MAC地址、操作系统中设备驱动程序、计算机网卡、物理接口细节

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应用层：
HTTP是一个基于TCP的请求/应答模型的协议。客户端一问、服务器一答。
HTTP还使用非常简单易读的文本格式。

应用程序收到“传输层”的数据，接下来就要进行解读；
互联网是开放架构，数据来源五花八门，就必须事先规定好格式，否则无法解读；
应用层的作用，就是规定应用程序的数据格式；

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传输层：
有了MAC地址和IP地址，就可以在互联网上任意两台主机之间建立通信；
但有个问题是，同一台主机上有许多程序都需要用到网络；
还需要一个参数，表示这个数据包到底供给哪个程序（进程）使用；
这个参数叫做“端口”(Port)；
端口是0到65535之间的整数，正好16个二进制位；
0到1023的端口被系统占用；用户只能选用大于1023的端口；
应用程序会随机选用一个端口，然后与服务器的对应端口联系；

传输层的功能，就是建立“端口到端口”的通信；
网络层是建立“主机到主机”的通信；
只要确定主机和端口，就能实现程序之间的交流；
Unix系统就把主机+端口，叫做“套接字”，就可以进行网络应用程序开发了；

电脑上有很多程序都需要使用网络，如何区分程序各自的网络访问包呢？
这就需要传输层包装，传输层多了一个叫做“端口”的东西。
一个端口只能由一个程序打开，这样就不会乱套。
端口是对网络层的扩展，对上层提供了更友好的使用界面。
向上提供可靠的数据传输服务；当网络层的服务质量不能满足要求时，它将服务加以提高；
实现端到端的数据传输；透明的数据传输；

传输层体现在应用程序上是什么样的东西？——Socket，Socket概念提出方便程序员访问网络。
对于程序而言，访问网络就是对Socket进行操作。
Socket对很多程序员来说仍然是比较底层的东西，需要进一步抽象，
于是诞生了HttpContext之类的东西，大伙们不需要直接操作Socket了。甚至都可以不需要知道Socket的存在。
对Socket的操作包括：往socket上读写东西、查询socket的状态、close掉这个socket。

UDP协议：
类似于写信，没有次序保障、没有等待应答，所以可靠性没那么好。但是效率更高。
必须在数据包中加入端口信息，这就需要新的协议。
最简单的实现叫做UDP协议，它的格式就是在数据前面，加上端口号；
UDP数据包，标头部分一种只有8个字节；

TCP协议：
UDP协议的优点是比较简单，容易实现；但缺点是可靠性较差
一旦数据包发出，无法知道对方是否收到；

TCP协议可靠性更高，但是过程比较复杂，实现困难，消耗较多资源；
可以近似认为是有确认机制的UDP协议；

TCP协议提供了哪些可靠性：
成功保障（接收应答）、次序保障（次序标识）。
SSL，在传输层上加了个密。
秘钥不直接在网络上传输；
所有数据皆经过加密，即便截获也没有用；
如果试图伪造或者篡改数据包，那接收方一定知道数据不合法并丢弃；
TCP协议，做到了“有连接”的概念，准确来说是“是看起来有连接而已”。
原理就是通过：“握手”、“挥手”、“心跳”、“应答”、“超时检查”在传输的双方保持了一些状态。

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网络层：
仅仅依靠MAC地址，理论上上海的网卡可以找到洛杉矶的网卡；
但是有个问题，以太网以广播的方式发送数据包，所有子网成员人手一份，这样做会导致效率低下；
而且仅局限于发送者所在的子网络；两台计算机不在同一个子网络，广播是传不过去的；
这样设计也是合理的，不然的话互联网上每一台计算机都会收到所有包，会引发灾难；
互联网是无数子网络组成的巨型网络；

网络层出现后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址；
两种地址没有任何联系；
MAC地址是绑定在网卡上的；网络地址是管理员分配的；它们只是随机组合在一起；
逻辑上先处理网络地址，再处理MAC地址；

规定网络地址的协议，叫做IP协议；它所定义的地址，就被称为IP地址。
IPv4：这个版本规定，网络地址由32个二进制位组成；
习惯上用4段十进制数表示IP地址；

通过子网掩码，可以判断任意两个IP地址是否处在同一个子网络；

IP协议的作用：1）为每台计算机分配IP地址；2）确定哪些地址再同一个子网络；

根据IP协议发送的数据，叫做IP数据包；
IP数据包也分为：标头、数据两个部分；标头包含版本、长度、IP地址等信息，数据部分包含具体数据。

ARP协议：
IP数据包是放在以太网数据包里发送的；
所以必须同时知道两个地址，一个是对方的MAC地址，一个是对方的IP地址；
通常情况下对方的IP是已知的，但是我们不知道它的MAC地址；

第一种情况：
两台主机不在同一个子网络，事实上没办法得到对方的MAC地址；
只能把数据包传送到两个子网络连接处的网关gateway，让网关去处理；
第二种情况：
两台主机在同一个子网络，可以用ARP协议，得到对方的MAC地址；
在同一个子网络里，得到主机MAC地址。

网络层是对链路层的封装，最重要的东西是IP地址。有了IP地址就有了路由能力。
使得通讯可以跨越多个节点，实现网间通讯。
交换机理解IP地址和网口的对应关系，它知道这个网络包（前面叫“帧”，这里叫包）要往哪个网口丢，
如果实在不知道，就往网关丢。
如果IP地址正确，网络也没什么问题，就能到达目的地了。
这就是IP协议最重要的任务——路由。

要实现网间通讯，没有什么比IP协议更合适了。
网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送。
寻址、路由选择、连接的建立、保持和终止。
它提供的服务使得传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。
简单来讲：路径选择、路由、逻辑寻址。

转发（forwarding）：
分组在单一的路由器中从一条入链路到一条出链路的传送；
转发是指将分组从一个输入链路接口转移到适当的输出链路接口的路由器本地动作；

路由选择（routing）：
一个网络的所有路由器，它们经路由选择协议共同交互，以决定分组从源到目的地结点所采用的路径；
路由选择是网络范围的过程；
路由选择算法：链路状态、距离矢量算法；

主要内容：
网际协议（IP）；
网络层编址；
IPv4数据报格式；
网络地址转换（NAT）；
数据报分段；
因特网控制报文协议（ICMP）；

每个路由器具有一个转发表；大概是 首部值-输出链路 这样的一个键-值映射表；
转发表示如何配置的？->揭示了路由和转发之间的重要关系；
路由选择算法决定了插入路由器的转发表中的值；
路由算法：集中式（一个中心场点计算，其他路由下载选择信息）、分布式（每台路由器运行分布式路由选择算法）；
但是无论哪种形式，都是路由器接收路由选择协议报文，并且该信息被用于配置其转发表；

分组交换机是一个更广泛的概念，可以适用于链路层交换机、网络层（即路由器）；
路由器专指网络层交换机；

因特网的网络层提供了一种单一的服务，称为尽力而为的服务；
网络层其实有两种类型：虚电路网络、数据报网络；

连接建立：

转发的功能依靠转发表；
目的地址的范围用编址的方式、最长前缀匹配的方式；

路由器的结构：
输入端口
输出端口
交换结构
路由选择处理器：执行路由选择协议、计算转发表、维护路由选择表、

网际协议IP：
网络层的编址和转发是IP协议的重要组件；
其他组件包括数据报格式、数据报分片；

网络层有三个重要组件：
1、IP协议：编址、数据报格式、分组处理规则（数据报分片）；
2、路由选择协议：决定了数据报从源到目的地所经过的路径；
3、ICMP协议：数据报中的差错控制，网络层某些信息请求进行响应的设施；

本机的IP地址；
子网掩码；
网关的IP地址；
DNS的IP地址；

两台需要通信的电脑如果不在一个子网络中，需要网关通过路由协议来转发消息；

动态IP地址上网：
使用DHCP协议；计算机开机后，会自动分配到一个IP地址，不用人为设定；
每个子网络中，有台计算机会负责管理本网络的所有IP地址；叫做“DHCP”服务器；
新的计算机加入网络，必须向“DHCP”服务器发送一个DHCP请求数据包，申请IP地址和相关的网络参数；
DHCP是应用层协议；

1、DNS协议：
发送数据包，必须要知道对方的IP地址。
我们只知道网址www.google.com，不知道它的IP地址。
DNS服务器可以帮助我们将这个网址转换成IP地址。

2、子网掩码：
用于判断这个IP地址是否在同一个子网络中；

3、应用层协议：
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链路层：
单纯的0和1是没有意义的，必须规定解读方式：多少个电信号算一组？每个信号位有何意义；
确定了0和1的分组方式；

以太网协议：
早期每家公司都有自己的电信号分组方式，逐渐地，一种叫做“以太网”的协议，占据了主导地位；
以太网规定：一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”。每个帧分成两个部分：标头（Head）和数据（Data）；
标头：固定18个字节，包含一些说明项，例如发送者、接受者、数据类型等；
数据：最短为46字节、最长为1500字节；

了解以太网，外观就是用双绞线连接电脑网口和交换机网口。
以太网有以太网的通信标准，由IEEE制定，
IEEE是一个标准组织，制定了一系列标准。相当庞杂。
几乎包括了我们能见到的网络——以太网、2G、3G、4G、WIFI、近场通信等。

我们不需要管那么多，只需要知道链路层上传的数据单元叫做“帧”。
帧中包含了“MAC地址”。俗称“物理地址”。
链路层不提供路由功能，链路层若没有上层协议的支持，只能实现直接连接的节点之间通讯。
关心链路层的人更多是电子工程师或者网管。
数据链路层：LLC(逻辑链路控制）、MAC（介质访问控制）；
LLC：识别网络层协议，然后对它们进行封装，LLC报头用于告知数据链路层，一旦帧被接收到，应当对数据包做何处理。实现与硬件无关的功能；
MAC：提供LLC与物理层之间的接口；物理层0与1的比特流组建成帧。帧尾部的错误校验信息进行错误校验；MAC子层分配单独的局域网地址（也就是常说的MAC地址，物理地址）；

MAC地址：
标识发送者和接收者；
接入网络的所有设备，都必须具有网卡接口；数据包必须是一块网卡，传送到另一块网卡。
网卡的地址，就是数据包发送和接收地址；叫做MAC地址；
网卡的MAC地址是独一无二的，长度是48位二进制数，通常用12个十六进制数表示；
前6个十六进制数是厂家编号，后6个是厂商的网卡流水号；
有了MAC地址就可以定位网卡和数据包的路径了；

一个网卡怎么会知道另一个网卡的MAC地址呢？
ARP协议，解决这个问题；总之，以太网数据包必须知道接收方的MAC地址，然后才能发送；
就算有了MAC地址，系统怎样才能把数据包准确传送到接收方呢？
采用很原始的方式，向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方；

数据链路层提供了两个相邻端点之间的数据帧的传送功能，
网络层在这个基础上进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端。
面向传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。

以太网协议规定了电子信号如何组成数据包（packet）；
解决了子网内部的点对点通信；
但是以太网协议不能解决多个局域网如何互通，这由IP协议解决；
IP协议定义了一套自己的地址和规则，称为IP地址；
它实现了路由功能，允许某个局域网的A主机，向另一个局域网的B主机发送消息；
路由器就是基于IP协议。局域网之间要靠路由器连接；

主要内容：
虚电路分组交换；
数据报分组交换；
路由选择算法；
阻塞控制方法；
X.25协议；
综合业务数据网（ISDN）；
异步传输模式（ATM）；
网际互连原理与实现；

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物理层：物理连接手段，光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式；
规定了网络的电气特性，作用是负责传送0和1的电信号；

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关于移动通信：
移动通信：用户与固定点用户之间、移动用户之间的通信方式；

移动通信系统组成：移动台、基台、移动交换局；

移动通信系统组成：UE(移动台)、无线网子系统（基站、UE到基站是无线传输、基站到核心网是光纤传输）、核心网子系统（CN）；

信令：把话音信号以外的信号统称为信令。是移动通信网的移动台、基台、基站控制中心和移动交换中心之间传输，并对其进行分析、处理来形成的一系列操作和控制。

层1、层2、层3 应该指的是：物理层、链路层、网络层；
TETRA、DMR 通信制式（下3层）

信道：通信的通道、信号传输的媒介
狭义信道：有线信道（导线作为传输媒介）；
无线信道（无线电波作为传输媒介）；

无线信道：也就是人们常说的无线频段（Channel）；
信道带宽：允许通过该信道的信号上下限频率；

通信中根据频段划分了很多信道我们称之为物理信道，这个频段就像是一条通信的道路。为了描述频段，频段中间的频率点就是频点，用频点和带宽就可以描述这个频段。
频点和载波是一个意思。载波就是频点；

每个频点目前只规划出两个时隙；
控制信道会占用两个时隙，一个上行时隙，一个下行时隙。
业务信道也有上行和下行两种；

加密：对基带信号认为干扰；
终端天线同一时刻只能对一个时隙进行收/发；

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相关链接：
计算机网络基础学习总结：https://blog.csdn.net/a724888/article/details/80907989
计算机网络学习总结(超赞!!!)：https://blog.csdn.net/fancefu/article/details/79357105
如何学习计算机网络——学习方法：https://blog.csdn.net/weixin_43469680/article/details/88992953
详细的计算机网络学习指南：https://www.jianshu.com/p/45d27f3e1196

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