计算机网络

基本概念

组成

1. 边缘部分：主机
2. 核心部分：大量网络及路由器

交换方式

1. 电路交换：动态的分配传输线路的资源
2. 分组交换：路由器：不同网络之间的通信
3. 报文交换：电报通信

通信网络的性能指标

速率、带宽、吞吐量、 时延、时延带宽积、往返时延、利用率、丢包率

计算机网络体系结构

OSI结构

物理层、表示层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层

TCP/IP协议族

网络接口层、运输层、网际层（IP）、网络接口层

 

原理体系结构

物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层

物理层:传输信号的设置

数据链路层：识别网络中的主机和发送信息的数据和地址（分组传输）

网络层：识别网络及各主机号（IP地址）、路由转发

运输层：进程之间的通信、传输之间的误码处理

应用层：应用进程之间的交互（应用层协议；HTTP（万维网应用）不同功能的应用协议）

实体、协议（语法、语义、同步）、服务

物理层

物理层协议：机械特性、电气特性、功能特性、过程特性

传输媒体

1. 导引型

同轴电缆、双绞线、光纤、电力线

1. 非导引型（自由空间）

无线电波、微波、红外线、可见光

传输方式

1. 串行传输
2. 并行传输
3. 同步传输

外同步：

内同步：

1. 异步传输
2. 单工通信、半双工、全双工

编码与调制

编码

调制：模拟调制

信道的极限容量

低通:2W 带宽:W

香农公式：c=W*log2(1+S/N)

数据链路层

封装成帧、差错检测、可靠传输

封装成帧

 

 

差错检测

 

可靠传输

点对点接入

总线型接入（共享式局域网）:以太网的媒体接入控制协议CSMA/CD

交换式局域网

无线式局域网

封装成帧

给上层交付的协议数据单元添加帧头和桢尾

 

点对点协议

 

不同桢之间的区分：桢定界（BSC字符同步控制协议半双工、HDLC比特流同步控制协议全双工）、前导码（桢间间隔）

透明传输：添加转义字符

 

差错检测

比特差错、分组丢失、分组失序、分组重复

比特差错

差错检测码

 

1. 奇偶校验

奇偶校验：奇偶性改变误码可以加检测、奇偶性不改变则不可以检测

2.循环冗余校验CRC

 

可靠传输

可靠传输：通信的双方能保证发送的数据一定能够按正确的大小，正确的顺序原样的到达另一方，如果数据不能到达或者有其他的问题，发送方一定可以及时的得到通知。

不可靠传输服务（有线链路）：丢弃桢

可靠传输服务（无线链路）：发桢信号

流量控制

停止等待协议

 

确认分组（确认与否认）

数据包丢失：超时重传（重发） 发送时间>往返时延

确认分组丢失：发送分组标识（确认丢失）、确认分组标识（确认迟到）

回退N桢协议

0-7

发送窗口：1<w<8-1

累计确认

 

选择重传协议

WR=1

 

 

点对点协议PPP

桢格式

 

 

透明传输：比特传输法、添加转义字符

差错检测：循环冗余检测

不提供可靠传输服务

媒体接入控制

MAC媒体介入控制：多个发送站点对一个共享传输的媒体的控制

 

静态划分信道：信道复用

频分复用：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用

动态控制

随机接入

总线局域网的使用协议

载波监听多址接入/碰撞检测CSMA/CD（以太网）

 

争用期

 

争用期：不同主机之间的距离

最小帧长：不发生碰撞的最小帧长

截断二进制退避时间

无线网的使用协议

CSMA/CA

分布式协调功能DCF：没有中间控制站，通过协议征用信道获取发送权，802.11默认

点协调功能PCF：接入点AP实现集中控制

IFS：持续检测新信道的一段空闲时间

帧间隔：高优先级桢>低优先级桢

短帧间间隔（SIFS）：28us，任何桢

DCFS:128us,数据帧和管理帧

退避算法：

1. 信道忙状态
2. 重传数据帧
3. 连续发送下一帧

退避算法：

信道预约

RTS：发送数据帧之前，提前发送RFS，正确接收则发送CTS

1. RTS+CTS
2. 不用
3. 超过一定范围用

虚拟载波监听：数据帧携带通信持续时间

MAC、IP、ARP协议

MAC地址：物理地址

单播：只有一个接收

广播：所有都接收

多播：按多播组接收

IP地址作用

网络编号、主机号

ARP地址解析

集线器和交换机的区别

集线器：一个转发，多个接收

交换机：一个转发，一个接收

以太网交换机：1.多个接口，全双工 2.并行性，同时联通多接口，无碰撞3.多种速率4.工作在链路层

以太网自学习和转发桢的过程

1. 工作在数据链路层
2. 接收，查找MAC，转发对应接口
3. 自学习建立桢交换表

以太网交换机生成树协议

可靠：冗余链路

问题：广播风暴、主机重复接收、交换机的桢交换表震荡

生成树协议：STP

虚拟局域网VALN

概述

广播风暴
路由器隔离

VALN：根据需求隔离广播区域

VALN的实现机制

1. IEEE 802.1Q桢

   

打标签、去标签

1. 交换机的端口类型

Access:用户计算机、只属于一个VAIN、PVID值与VAIN的ID相同

Trunk：不同交换机、路由器之间的互联、属于多个VALN、可设置端口PVID的值

Hybird：Access+Trunk

网络层

网络层：网络互连，网络之间的通信

服务：面向连接的虚电路服务，无连接的数据报服务

IPV4

每一台主机或者路由器分配的32比特的标识符（英特网+数字分配）

分类IPV4

A类

B类

C类

划分子网的IPV4

大网中划分小网，IP分配有剩余

推算子网位数：IPV4与子网掩码与运算

默认子网

无分类编址IPV4地址

路由聚合

IPV4地址的应用规划

1. 定长的子网掩码

子网掩码定长

1. 变长的子网掩码

根据需求改变子网掩码的长度：按地址的整数块分配，多地址先分配

IP数据报的发送和转发过程

1. 主机发送IP数据报、默认网关

路由器隔离广播域

1. 路由器转发IP数据报

静态路由配置及其可能产生的路由环路问题

人工配置路由表

静态路由

默认路由

默认路由：0.0.0.0/0  子网掩码：0.0.0.0

特定主机：主要用于测试网络情况

静态配置可能导致的错误：路由环路（IP字段首部设有生存时间：TTL-1转发，否则丢弃）、聚合不存在的网络（添加黑洞路由，最长匹配原则）、网络故障（添加黑洞路由）

路由选择协议概述

静态路由选择（小）、动态路由选择（大）

分层次路由选择协议

路由器的基本结构

RIP协议：内部网关协议

1. 维护AS系统内每一个路由器到其他网络的距离
2. 跳数作为距离度量，距离向量算法

1. 路由器到直连网络1
2. 非直连网络：路由器数+1
3. 至多15个路由器，16不可达

1. 距离短好
2. 等价负载均衡
3. 直连交换路由表
4. 周期性交换

坏消息传得慢、路由环路、距离无穷计数（更新发送、水平分割）

开放最短路径优先OSPF协议的工作原理

最短路径算法（SPF）：基于链路状态，不会产生路由环路

链路状态：本路由器以及级联的路由器，以及相应链路的代价（费用、距离、时延、带宽等等）由网络人员决定

1. 交互问候分组，建立邻居维护关系
2. 每个路由器产生链路状态通告LSA

1. LSA： 1.直连网络的链路状态信息
2. 2.邻居路由器的链路状态信息

1. LSA封装在链路状态更新分组LSU中，采用洪泛法发送
2. 链路状态数据库LSDB
3. 使用最短路径算法（SPF）

OSPF中5种分组类型：

1. 问候分组
2. 数据库描述分组
3. 链路状态请求分组
4. 链路状态更新分组
5. 链路状态确认分组

多点接入邻居关系建立

1. 选定DR/BDR

边界网关协议的BGP（外部网关协议）

1. 选择发言人
2. 建立TCP连接、BGP会话、交换路由
3. 兼容路由协议

IPV4数据报的首部格式

网际控制报文协议ICMP

1. 有效提高转发IP数据报和提高交付成功的机会
2. 主机或路由器使用ICMP发送差错报文和询问报文
3. ICMP封装在IP数据报文中发送

差错报文

终点不可达、源点抑制、时间超过、参数设置、改变路由

询问报文

回送请求和报文呢：测试目的站是否可达

时间戳请求和回答

回答当前日期和时间

虚拟局域网VPN与网络地址转换NAT

网络地址转换

运输层

在不同主机间的进程（端到端）之间提供通信服务

1. 端口号、复用与分用的概念

 端口号:应用进程的标识

  

只标识本机之间的应用进程

发送方的复用、接收方的分用

TCP/IP（常用）

1. TCP协议与UDP协议的对比

用户数据报协议UDP：随时数据传输；单播、多播、广播；不可靠传输

传输控制协议TCP：三报文握手建立连接，四报文挥手释放连接；单播；可靠传输

面向连接的TCP

1. 流量控制

根据缓存空间对接收窗口的调整进而完成对发送数据进行流量控制；0窗口探测报文段

1. 拥塞控制

判断拥塞原则：无按时接收确认报文

发送窗口=拥塞窗口

拥塞窗口<慢开始门限

慢开始算法

拥塞窗口>慢开始门限

拥塞避免算法

拥塞窗口=慢开始门限

两者都可

1. 慢开始

    传输轮次结束后，传输门限按指数型增长

1. 拥塞避免

1.传输轮次结束后，传输门限按线性+1增长

2.重传计时器超时

  慢开始门限=1/2 发送窗口

  拥塞窗口=1

  重新执行慢开始算法

1. 快重传

1. 不重传⏲
2. 发送立确认
3. 重复确认之前
4. 3个重复确认即重传

1. 快恢复

1. 收到3个重复确认
2. 执行快恢复
3. 慢开始门限=1/2 发送窗口/原始拥塞窗口+3 拥塞避免算法

无连接的UDP

3. TCP超时重传的时间选择

RTO>RTTS

RFC6298：RTO=RTTS+4*RTTD

超长时延：RTO(t)=2*RTO(t-1)

1. TCP 可靠传输

以字节为单位的滑动窗口来实现可靠传输

1. TCP的运输连接管理

    三报文握手

1. TCP的连接释放

    四报文挥手