计网重点

SonderLau ... 2021-12-24 Notes
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# 计网重点

# 第一章 计算机网络概述

# 计算机网络物理组成和结构

两级子网组成

  • 通信子网:节点
  • 资源子网:对资源进行处理

# 典型的计算机网络拓扑结构

  • 总线型
  • 环型
  • 星型

# 计算机网络的分类有哪些

  • 按照网络用途分类
  • 按照网络覆盖的地域分类
    • LAN
    • MAN
    • WAN
  • 按信息传输交换方式分类
    • 电路交换网络
    • 存储转发网络
  • 按网络传输技术分类
    • 点对点
    • 广播式

# 典型网络体系结构

# 第二章 计算机网络协议体系结构

# 2.1 计算机网络协议

# 2.2 计算机网络体系结构

# 2.3 OSI 简单浏览

OSI (7层)是法定标准,但事实标准则是 TCP/IP (4层)标准。

ISO OSI 模型的提出的目的是 支持异构网络系统的互联互通

应用层

表示层

数据格式变换

数据加密解密

数据压缩恢复

会话层

提供建立连接并在连接上有序地传输数据

传输层

负责主机中两个进程的通信,端到端的通信。

传输单位是 报文段或用户数据报。

  1. 可靠传输、不可靠传输
  2. 差错控制
  3. 流量控制
  4. 复用分用

网络层

把分组从源端传到目的端,为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

网络层传输单位是 数据报。

  1. 路由控制 : 最佳路径
  2. 流量控制
  3. 差错控制
  4. 拥塞控制

数据链路层:加头部+尾部

数据报组装成帧

传输单位是 帧

  1. 成帧
  2. 差错控制
  3. 流量控制
  4. 访问控制

物理层

实现比特流的透明传输

  1. 定义接口特性
  2. 定义传输模式
  3. 定义传输速率
  4. 比特同步
  5. 比特编码

# 2.4 TCP/IP 协议簇

应用层

传输层

网际层

网络接口层

TCP/IP 与 OSI 相同点
分层
基于独立的协议栈的概念
可以实现异构网络互联

TCP/IP 与 OSI 不同点

TCP/IP ISO/OSI
先出现 模型先于协议发明 不偏向特定的协议
考虑到异构网互联的问题 将IP作为重要的层次
网络层 无连接 无连接+面向连接
传输层 无连接+面向连接 面向连接

# 五层参考模型

应用层:支持网络应用

传输层:进程-进程的数据传输

网络层:源主机到目的主机的数据分组路由与转发

数据链路层:把网络层传下来的数据组装成帧

物理层:比特传输

# 2.5 局域网络体系结构参考模型 🔴重点

习题:

7 8 18 24

# 第三章 数据通信基础

# 3.1 数据通信基本知识

海明码不用看

  • 数据
  • 信号
  • 信源
  • 信宿
  • 信道

# 数据通信方式

  • 单工
  • 半双工
  • 全双工

# 串行并行传输 - 传输方式

  • 串行
    • 按顺序
    • 速度慢 费用低 适合远距离
  • 并行
    • 同时发送
    • 速度快 费用高 适合近距离

# 同步异步传输 - 实现同步传输的方式

  • 同步传输
    • 以数据区块为单位传输
  • 异步传输
    • 分成小组传输 任何时刻都有可能发送
    • 有一个起始位 和 一个终止位

# 码元

# 速率

  • 码元传输速率
    • 只与码元长度有关
    • 一秒传输多少个码元
  • 信息传输速率
    • 一秒传输多少比特

# 带宽 Bandwidth

比特每秒 bps

# 3.2 传输介质

非物理层

  • 导向性介质
    • 双绞线
    • 同轴电缆
    • 光纤
  • 非导向型介质
    • 无线电波
    • 微波
    • 红外线、激光

# 3.3 信道复用技术

# 频分复用 FDM

对不同的信号放到不同的子信道上,信道之间要留有隔离地带。

传输到目的地之后再恢复。

# 时分复用 TDM

将传输分成数个 时间分帧,每一帧中包含若干各路信号。

# 波分复用 WDM

类似 FDM,将不同的光信号合成到一根共享的光缆上。

# 统计复用 STDM

TDM 的改进。有些时间帧内部分频段的信号没有输出变不加入帧内。

# 3.4 数据编码技术

用在 IEEE 802.3 局域网的一种编码成为曼彻斯特编码。

差分曼彻斯特:抗干扰,跳变。

这两种编码的编码效率均为:50%

# 3.5 交换技术

  • 电路交换
    • 传输大量的数据
    • 健壮性差
  • 报文交换
    • 较好的健壮性
  • 分组交换
    • 延迟最低,传输效率比较高

ATM 交换机可以实现快速的信元交换:

5字节 信头

48字节 数据

最大传输单位 MTU 在不同网络下的值是不同的,以太网中该值为 1500 字节

# 3.6 差错控制技术

误码率:

P=发生错误的码元数接收的总码元数P = \frac{发生错误的码元数}{接收的总码元数}

计算一个冗余的校验位用于确认数据的完整性。

# 循环冗余校验编码 CRC

是一种 ARQ 差错校验方法:自动请求重发

题目:

3.3

3.12

3.16

3.18

3.25

# 第四章 应用层

# 应用层协议原理

应用层协议规定

  1. 交换的报文类型
  2. 报文语法格式
  3. 报文中字段的语义
  4. 各种类型报文的发送先后顺序和规则

# DNS

  • 递归查询
    • 靠别人
  • 迭代查询
    • 靠自己

迭代与递归相结合

主机与本地域名服务器是递归的,本地域名服务器到跟域名、顶级域名、权限域名服务器是迭代的。

# HTTP

使用 TCP 进行传输,但协议本身是无连接的

  • 持久连接 Keep-Alive
    • 非流水线式 一个请求一个文件
    • 流水线式
  • 非持久连接 Close
    • 2*RTT + 文档传输时间

# 报文结构

面向文本的,因此都是一些 ASCII 码串

# FTP

使用 TCP 进行可靠的传输

控制进程 :21端口 传送请求

数据传送进程:20端口 传送文件 被动传输则自行协商

传输模式:

  • 文本模式 ASCII
  • 二进制模式 Binary

# 电子邮件

TCP

# POP3

TCP连接 端口号 110

  • 下载并保留(在服务器)
  • 下载并删除

收邮件

# IMAP

用户确实要打开某个邮件的时候才会传输邮件的内容

# SMTP

发邮件

# MIME

SMTP的缺点
不可传送二进制文件
仅限于传送 7 位 ASCII 不能传送非英语国家的文字
邮件长度有限

解析 7位 ASCII 码 转换成各种各样的文件

丰富传输的问题

# P2P

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。

节点之间可以直接通讯。

可扩展性好

网络健壮性强

# C\S

客户端服务端

服务器永久的提供服务

客户间接性的访问

客户之间不能直接进行通信

客户可能会使用动态 IP

端口、工作原理

服务 端口
FTP 21
Telnet 23
SSH 22
SMTP 25
DNS 53
HTTP 80

题目

10

22

30

# 第五章 传输层

# 5.1 运输层概述

主机才会有的层次

使用网络层的服务,为应用层提供服务。

提供进程-进程之间的逻辑通信

复用、分用

差错检测

# 端口号

16bit 65536

  • 服务端使用
    • 0-1023
    • 1024-49151
  • 客户端使用

# 5.2 运输层协议的要素

# 5.3 实现可靠数据传输的网络协议设计 重点

# 5.4 拥塞控制 重点

放到 5.7

# 5.5 因特网中的运输层协议

# 5.6 用户数据协议 UDP

  1. 无连接的

  2. 努力交付,不保证可靠

  3. 面向报文,适合一次性传输少量的。

    会发送应用层发过来的完整报文

  4. 无拥塞控制,适合实时应用。

  5. 首部 8B

首部格式:

2B 源端口 + 2B 目的端口

2B UDP 长度 + 2B UDP 校验和

伪首部只会在计算检验和时出现。

# UDP 校验过程

# 5.7 传输控制协议 TCP

不提供广播、多播

  1. 面向连接
  2. 只能是点对点的
  3. 可靠有序、不丢不重
  4. 全双工通信 : 发送、接受缓存
  5. 面向字节流

# TCP 报文段首部格式

20B 固定大小

源端口+目的端口

序号:数据中第一个字节流

确认号:期待下一个该收到的字节序号

数据偏移+保留+(URG紧急+ACK确认+PSH急交付+RST重新连接+SYN同步+FIN终止) + 窗口:允许对方可以发送的数据量

检验和:要加上伪首部计算 + 紧急指针

# TCP 连接管理

  1. 客户端发送 连接请求报文段 无应用层数据 SYN=1, seq=x 随机
  2. 分配缓存和变量,返回确认报文段 无应用层数据 SYN=1, ACK=1, seq=y 随机, ack = x+1
  3. 客户端分配缓存和变量,向服务端返回确认的确认 SYN=0, ACK=1, seq=x+1, ack=y+1

# TCP 连接释放

任何一方都可以终止连接

  1. 发送释放报文段,关闭连接 FIN=1, seq=u
  2. 服务端回送一个确认报文段 ACK=1, seq=v, ack=u+1
  3. 服务器端发完数据,主动关闭 FIN=1, ACK=1, seq=w, ack=u+1
  4. 客户端回复一个确认报文段,等 2MSL 最长报文段寿命 后,彻底关闭 ACK=1, seq=u+1, ack=w+1

# TCP 可靠传输的机制

  1. 校验
  2. 确认
  3. 重传

重传时间:RTTs 加权平均往返时间

快速重传:冗余 ACK

# TCP 流量控制

滑动窗口机制

接收方根据自己的缓存大小,动态的调整发送方的窗口大小。即 接受窗口 rwnd

发送方的发送窗口取 min(接受窗口rwnd, 拥塞窗口cwnd)

收到零窗口通知,则会启动一个计时器。每当计时器时间到,都会发送一个零窗口的探测报文段,接收方收到后返回当前的窗口值。

# TCP 拥塞控制 重点

出现拥塞的条件:

对资源需求的总和 > 可用资源

# 慢开始 拥塞避免

开始的时候比较少,快速增长到 ssthresh

“加法增大” 直到拥塞 设置新的 ssthresh

“乘法减小” 开始新的一轮

# 快重传 快回复

类似的,“乘法减小” 后 线性增长

题目:

20

22

27

28

29

会画图

# 第六章 网络层

# 6.1 网络层涉及的问题

# 6.2 路由选择

# 6.3 静态路由选择

# 6.4 动态路由选择 🔺

# 6.6 因特网上的网络层协议

# 6.7 因特网控制报文协议 ICMP

应用例子 基本概念

# 6.9 因特网的路由选择协议

# RIP

路由表 每次只能传送 25 个路由表 使用 UDP 协议

目的网络 距离 下一跳
Net2 1 直接交付
Net3 5 R1
Net5 2 R3

距离最大为 15 因此只适合小型网络

  • 每 30s 交换一次
  • 交换自己的路由表
  • 仅和相邻的路由交换

最终将收敛

# 距离向量算法
  • 修改表项 从X来的信息 下一跳改为X 距离+1
  • 若自己没有对应的目的网络,则填入
  • 如有,则查看下一跳地址
    • 若为 X 则用收到的项目替换源路由表中的项目
    • 若不是 X 则检查距离是否比从 X 走的更远 :更新 否则不变
  • 180s 未受到,则标记X为距离 16不可到
  • 返回

好消息传的快,坏消息传的慢

# OSPF

使用 IP 数据包协议发布

  • 向所有路由器发送信息
  • 发送所有与本相邻的路由器的链路状态
  • 只有链路发生变化才发送

最终建立一个 全网拓扑图

会用 32 位标志符对网络进行划分 一般不超 200 个

  • 每隔 30min 更新一次 数据库中的链路状态
  • 收敛速度很快
  • 适用于规模比较大的网络

# BGP4

使用 TCP 传送协议

支持 CIDR

  • 与其他 AS 的邻站 BGP 发言人交换信息
  • 交换网络可达性的信息
  • 发生变化时更新有变化的部分

四种报文

  • OPEN 打开 建立连接 认证发送方
  • UPDATE 更新
  • KEEPALIVE 保活 周期性证实联通性
  • NOTIFICATION 通知 通知差错
协议 RIP OSPF BGP
类型 内部 内部 外部
路由算法 距离-向量 链路状态 路径-向量
传递协议 UDP IP TCP
路径选择 跳数最少 代价最低 较好,非最佳
交换结点 和本结点相邻的路由器 网络中所有的路由器 和本结相邻的路由器
交换内容 当前路由器知道的全部信息,即自己路由表的内容 与本路由器相邻路由的链路状态 首次:整个路由表
非首次:有变化的部分

# 6.10 网络互联

习题:

35

36

37

38

41

42

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44

45

# 第七章 数据链路层和局域网

# 7.1 数据链路层基础知识

  • 帧 :链路层协议的数据单元
  1. 为网络层提供服务
  2. 链路管理
  3. 组帧
  4. 流量控制
  5. 差错控制

# 7.2 链路层协议 PPP

点对点 协议 Point-to-Point,仅支持双向同时通信。

不使用序号和确认的可靠传输,之所以如此的原因:

  1. 减少开销,因为数据链路层出现错误的概率比较小
  2. 并不能保证 IP 网络传输层也是可靠的
  3. 有 FCS 可以保证数据的无差错接收

面向字节

PPPoE 是目前 ADSL 接入方式中应用最广泛的的标准

# 7.3 局域网计算机网络 LAN

  • 拓扑结构
  • 传输介质
  • 信道访问协议

# 7.4 信道访问协议

随机访问协议:

  • ALOHA
    • 间隙ALOHA
  • CSMA
    • p-坚持
    • 1-坚持
    • 非坚持
  • CSMA/CD 协议

# 7.5 MAC 与 ARP

ARP 协议自动进行

过程:

  • 检查 ARP 高速缓存
  • 没有对应的MAC地址则用 FF-FF-FF-FF-FF-FF 的帧封装并广播ARP请求分组
  • 同一局域网内所有的主机都能收到该请求
  • 目的主机收到后会向源主机单播一个 ARP 响应分组
  • 源主机收到后将此映射写入 ARP 缓存 (10 - 20 min 更新一次)

# 7.6 以太网 Ethernet

使用 CDMA/CD 技术

  • 造价低廉
  • 应用广泛
  • 便宜、简单
  • 满足网络速率标准

无连接 不可靠

无握手过程

以太网只实现无差错接收,不实现可靠传输

以太网帧之间有间隙,不需要帧结束定界符,不用透明传输。

以太网帧对 IP 分组的封装方式是 IP 分组直接装在 MAC 帧中

使用 曼彻斯特编码中的信号跳变检测,确定帧传输是否结束。

# 7.8 交换式局域网

# 7.9 虚拟局域网 VLAN

简单看一下 7.10.4 7.10.7 7.10.8

题目:

4

20

21

45 了解协议 分别用在哪里

46

# 第八章 物理层

简单了解

上次编辑于: 2021年12月28日 17:06
贡献者: SonderLau