计算机 络

文章目录

• 计算机 络
• • 第1章 概述
  • 第2章 物理层
  • • 公式
    • 传输媒体
    • 信道复用技术
    • • 1. 频分 FDM
      • 2. 时分 TDM
      • 3. 统计时分 STDM
      • 4. 波分 WDM/DWDM
      • 5. 码分 CDM
    • 宽带接入技术
    • • 1. xDSL
      • 2. HFC
      • 3. FTTx
  • 第3章 数据链路层
  • • 循环冗余检验 CRC
    • 点对点协议 PPP
    • CSMA/CD协议
    • 交换机
    • 虚拟局域 VLAN
  • 第4章 络层
  • • IPv4
    • • 1. 分类的IP地址
      • 2. 划分子
      • 3. 超 CIDR
      • 4. IP数据
    • IPv6
    • 地址解析协议 ARP
    • 际控制 文协议 ICMP
    • 内部/外部 关协议
    • • 1. 路由信息协议 RIP
      • 2. 开放最短路径优先协议 OSPF
      • 3. 边界 关协议 BGP
    • 际组管理协议 IGMP
    • 虚拟专用 VPN
    • 络地址转换 NAT
  • 第5章 运输层
  • • UDP
    • TCP
    • • 1. 超时重传 ARQ
      • 2. 拥塞控制*
      • 3. 握手
    • UDP和TCP的区别
  • 第6章 应用层
  • • 域名解析 DNS
    • 文件传输 FTP
    • 超文本传输协议 HTTP
    • 电子邮件
    • • 1. 简单邮件传送协议 SMTP
      • 3. 万维 电子邮件
    • 动态主机配置协议 DHCP

第1章 概述

• 计算机 络的功能：连通、共享
• 互联 (Internet、因特 )： 指由APPANET发展而来、采用 TCP/IP协议族作为通信的规则的特定的计算机 络
• 因特 的组成：边缘部分、核心部分
  • 边缘部分：连接在因特 上的所有主机
  • 核心部分：由 络与路由器组成
• 主机之间的通信模式：
  • 客户端/服务器模式（C/S）Client/Server
  • 浏览器/服务器模式（B/S）Browser/Server
  • 对等模式（P2P）Peer-to-Peer
• 路由器处理分组的过程：
  • 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）
  • 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发
  • 把分组送到适当的端口转发出去
• 电路交换：先建立源点到终点的链路，然后整个 文的比特流连续地从源点直达终点。
• 文交换：整个 文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。需要各结点存储转发。
• 分组交换：单个分组（这只是整个 文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，-转发到下一个结点。需要各结点存储转发。
• 计算机 络的性能指标：
  • 速率（信息速率、码元速率）
  • 带宽
  • 时延（发送时延、传播时延、处理时延、排队时延）
  • 利用率（信道利用率、 络利用率）
• 络协议：为进行 络中心的数据交换而建立的规则、标准或约定。主要由语法、语义、同步三个要素组成。
  • 语法：数据与控制信息的结构或格式
  • 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
  • 同步：事件实现顺序的详细说明
• 协议：对等实体间进行通信的规则，协议必须能应付各种可能的情况。协议是水平的
• 服务：下层为上层提供服务。上下层实体进行信息交互的地方称为服务访问点SAP。服务是垂直的

第2章 物理层

公式

• 信噪比

• 香农公式

传输媒体

• 导引型：
  • 双绞线
  • 同轴电缆
  • 光缆
• 非导引型：
  • 短波通信
  • 无线电微波
  • 卫星通信

信道复用技术

• 信道复用即通过共享信道、最大限度提高信道的利用率

1. 频分 FDM

• 将一条信道按频带分配给不同的用户
• 优点：
  • 技术成熟
• 缺点：
  • 不够灵活

2. 时分 TDM

• 将时间分为一段段等长的TDM帧
• 优点：
  • 技术成熟
• 缺点：
  • 不够灵活，空闲时造成资源浪费

3. 统计时分 STDM

• 扫描正在使用信道的用户，动态分配时隙
• 优点：
  • 提高线路的利用率
• 缺点：
  • 扫描时使用了缓存，对于智能复用器的性能要求高
  • 由于时隙不是固定分配的，所以每个时隙中需要带有地址等信息，造成额外开销

4. 波分 WDM/DWDM

• 按波长将一条光纤划分成多个信道
• 优点：
  • 极大提升传输速率
• 缺点：价格昂贵

5. 码分 CDM

• 每个站被指派一个唯一的码片序列，1就是这个序列，0是这个序列的反码
• 各个站的码片序列各不相同，相互正交
• 优点：
  • 用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信
  • 信 有很强的抗干扰能力
• 缺点：一个bit转换成m个比特的码片，需要传送的数据量增大

宽带接入技术

• 宽带接入即用户连接到 ISP的方式

1. xDSL

• 特点：
  • 在电话线()的基础上改造
  • 0~4kHz 频段用于电话，高频用于上
  • ASDL使用DMT技术：将高频分段，少部分用于上行信道，其他用于下行信道
  • 采用频分复用
  • ISP<–>端局DSLAM<–>ATU-C<–>电话分离器()<–>电话分离器()<–>ATU-R<–>用户电脑
• 优点：
  • 改造成本低，在电话线基础上改造，不需要破坏原有的物理结构
  • ATU是无源的，使用物理方法进行滤波，维护成本低
• 缺点：
  • 受用户线条件影响，无法保证固定的数据率

2. HFC

• 特点：
  • 在电视线的基础上改造
  • 原本电视线的单向传输改造为双向传输
  • 主干使用光纤，在光纤节点中转换为电信 ，再由一条大同轴电缆送至用户家庭
• 优点：
  • 在电视线的基础上改造，提高电视信 质量
• 缺点：
  • 多个用户同时上 时，速率将会非常低

3. FTTx

• 特点：
  • 不同与DSL的电话线和FHC的同轴电缆，FTTx使用光纤进行近距离传输
  • 为了有效利用光纤，数十个用户使用一个光配线 ODN()对一条光纤进行分用
  • 采用波分复用
• 优点：
  • 速度快
  • ODN无源，维护成本低
• 缺点：
  • 成本大

第3章 数据链路层

循环冗余检验 CRC

• 存在一个数据101001需要计算FCS：

1. 双方协议生成多项式的方式，例如

2. 得出除数就是1101，最高项次数n = 3
3. 数据后面补n个0：101001,000
4. 101001,000除以1101，相同为0，不同为1
5. 最后的余数取n位：001即FCS

• 由数据101001和FCS 001检验数据是否正确：

1. 将FCS拼接到数据后面：101001,001
2. 由多项式得出除数1001
3. 若101001,001除1001不为0，则数据错误

点对点协议 PPP

PPP协议就是用户和 ISP进行通信时使用的数据链路层协议

• 帧格式：

• 协议：

  • 0x0021：信息部分为 IP数据
  • 0xC021：信息部分为 链路控制协议LCP的数据
  • 0x8021：信息部分为 络控制协议NCP的数据

• 连接过程：

  • 物理链路：物理层建立连接
  • LCP链路：发送一系列LCP分组–>对方返回配置确认帧–>LCP配置鉴别成功
  • NCP链路：发送NCP帧–>建立NCP链路

• 封装和透明性：

  • 使用标志字段7E表示一个帧的开始和结束
  • 使用字节填充，转义字符7D
  • 数据中的帧边界()转义为7D 5E，数据中的转义字符()转义为7D 5D
  • PPP协议用在SONET/SDH链路时使用零比特填充，每5个1填入一个0

CSMA/CD协议

CSMA/CD协议是使用在以太 ()上的数据链路层协议，解决一条总线上如何实现一对一通信的问题

• 帧格式()：

• 帧格式说明：

  • 前同步码：在不使用SONET/SDH时发送需要插入前同步码，目的是使适配器的时钟与比特流达成同步
  • 帧开始定界符：分开前同步码和MAC帧
  • 类型：标志上一层使用的协议，例如IP或IPX
  • 数据：数据不够46字节时将会在数据后面进行填充

• MAC地址：

  • MAC存在于硬件适配器()中
  • 长度为6字节、48位
  • 前24位由 IEEE的RA管理出售，第7位为G/L位()，第8位为I/G位()
  • 后24位由厂家自行指派

• 利用率：

• 封装和透明性：

  • 不需要帧结束定界
  • 不需要使用字节插入来保证透明传输

• 碰撞、退避：

  • 基本退避时间S = RTT = 512比特时间 = 64字节传输时延 = 51.2 μs(10 Mb/s)
  • 截断二进制指数退避：
  • 重传16次时丢弃该帧，向上层 错
  • 最短帧64 B

交换机

• 桥：通过MAC地址表查找目标地址，确定后将帧转发到目标地址上，使用软件转发
• 交换机：
  • 并行传输，无碰撞
  • 内置缓存
  • 通过自学习方法建立交换表，使用硬件转发

虚拟局域 VLAN

• 帧格式()：

• VID：标志这一帧属于虚拟局域 中哪一个VLAN

第4章 络层

• 络层提供的两种服务：虚电路服务和数据 服务
• 络层中间设备：路由器
• IP地址：分类的IP地址、子 掩码、掩码、CIDR、回环地址、私有地址（10/8，172.16/12，192.168/16）、 络地址与广播地址、单播地址与多播地址。

IPv4

1. 分类的IP地址

• A类：前面1个字节是 络 ，1.x.x.x~126.x.x.x
• B类：前面2个字节是 络 ，128.1.x.x~191.255.x.x
• C类：前面3个字节是 络 ，192.0.1.x~223.255.255.x

2. 划分子

• 络地址 = IP地址 与 子 掩码

3. 超 CIDR

• IP/掩码1的个数

4. IP数据

• 帧格式：

IPv6

• 帧格式：

地址解析协议 ARP

• IP地址通过ARP转变为物理地址。

1. ARP进程在本局域 上广播发送一个ARP请求分组
2. 在本局域 上所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组
3. 主机B在ARP分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送ARP响应分组，并写入自己的硬件地址
4. 主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到硬件地址的映射

际控制 文协议 ICMP

• 有ICMP差错 告 文和ICMP询问 文两种
• ICMP 允许主机或路由器 告差错情况和提供有关异常情况的 告
• 应用程序PING采用的就是ICMP 请求与响应 文。

内部/外部 关协议

1. 路由信息协议 RIP

• 一种分布式的基于距离向量的路由选择协议
• 相邻路由器间定时交换各自的路由表
• 基于UDP

2. 开放最短路径优先协议 OSPF

• 一种分布式的链路状态路由协议
• 链路状态改变时洪泛发送邻居信息。基于IP协议进行传输

3. 边界 关协议 BGP

• 一种基于路径向量的路由选择协议
• 基于TCP。

际组管理协议 IGMP

让连接在本地局域 上的多播路由器知道本局域 上是否有主机参加或退出了某个多播组。

虚拟专用 VPN

通过一个公用 络建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用 络的安全、稳定的隧道。

络地址转换 NAT

将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术,被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的 络中。原因很简单，NAT不仅完美地解决了IP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自 络外部的攻击，隐藏并保护 络内部的计算机。

第5章 运输层

UDP

• 伪首部：

• 17表示UDP检验和，TCP的伪首部将17换为6

• 文格式：

TCP

• 文格式：

• 序 ：本 文段数据的第一个字节的编
• 确认 ：下一个 文第一个字节的编
• 数据偏移：因为首部有可选项，所以数据位置不确定，需要指明偏移值用于找到数据部分
• ACK：建立连接后ACK=1
• PSH：PSH=1相当于flush
• RST：RST=1释放和复位
• SYN：SYN=1表示这是一个连接请求或连接接受 文
• FIN：FIN=1释放连接
• 窗口：接收方窗口的大小

1. 超时重传 ARQ

• 平滑往返时间RTTs的计算：

• 超时重传时间RTO的计算：

• RTTd是RTTs和RTT样本的加权偏差：

2. 拥塞控制*

3. 握手

• 连接建立

• 连接释放

UDP和TCP的区别

第6章 应用层

域名解析 DNS

• 主机访问 www.baidu.com：
  • 主机本地的映射缓存
  • 本地域名服务器的映射缓存
  • 本地域名服务器向根域名服务器查询，活得顶级域名服务器的地址
  • 本地域名服务器向顶级域名服务器查询，获得权限域名服务器的地址
  • 本地域名服务器向权限域名服务器查询，获得的IP地址

文件传输 FTP

• FTP：
  • 使用TCP
  • 一个端口21负责传送控制信息
  • 一个端口20负责传送数据
• TFTP：
  • 使用UDP
  • 每次传送512字节
  • 数据 文编 ，从1开始
  • 使用类似停止等待的方式实现可靠传输

超文本传输协议 HTTP

• URL：
  • <协议> <主机> : [端口] / [路径]
  • HTTP的端口默认为 80
• HTTP：
  • 使用TCP
  • 在建立TCP连接的第三次握手中发送HTTP请求 文
  • HTTP/1.1使用长连接
• Proxy Server：
  • 使用一台主机用作 络请求和回应的缓存
• 请求 文：
  • GET /dir/index.html HTTP/1.1
  • Host: www.xyz.edu.cn
  • Connection: close
  • User-Agent:

电子邮件

• 组成构件：
  • 用户代理 UA
  • 邮件服务器
  • 发送协议、读取协议
• 邮件地址：
  • 用户名 @ 邮件服务器的域名

1. 简单邮件传送协议 SMTP

• 电子邮件分信封()和内容
• 内容分首部和主体
  • To: 收件人地址
  • Subject: 主题
  • Cc: 抄送
  • Bcc: 暗送
  • Reply-To: 让对方回信的地址
  • From: 来自()
  • Date: 发信日期()

3. 万维 电子邮件

• 浏览器和邮件服务器间使用HTTP协议
• 邮件在服务器之间传送仍然使用SMTP

动态主机配置协议 DHCP

• DHCP可以让主机自动获得IP地址
• 使用UDP
• 租用时间过了一半后像DHCP服务器申请延时
• DHCP客户端口68，DHCP服务器端口67

文章知识点与官方知识档案匹配，可进一步学习相关知识 络技能树认识身边的计算机 络常见的 络设备22229 人正在系统学习中