计算机网络复习笔记.docx

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计算机网络复习笔记

第一章概论

Internet：

指当前全球最大的、开放的、有众多网络相互连接而成的特定计算机网路，它采用TCP/IP协议族。

1、因特网：

从硬件和软件方面来说：

数以百万计的互联的计算设备（主机=端系统，通信链路communicationlink，运行网络应用）；从分布式应用提供服务的联网基础设施：

通信基础设施使能分布式应用，提供给应用通信服务。

2、协议：

定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接受或其他事件方面所采取的动作。

一组控制数据通信的规则。

3、网络组成：

网络边缘（应用与主机）、网络核心（路由器，网络的网络），接入网。

4、网络边缘：

面向连接服务——TCP（transmissionControlprotocol）：

可靠的，有序的字节流数据传送（丢包：

确认和重传），采用流控制（发送方不能过载接收方），拥塞控制（当网络拥塞时发送方“降低发送速率”）。

5、网络边缘：

无连接服务——UDP（UserDataprotocol）用户数据报协议，无连接，不可靠的数据传送，无流控，无拥塞控制。

6、网络核心：

电路交换（circuitswitching）和分组交换（packetswitching）。

7、电路交换：

为“呼叫”预留端到端资源，在电路交换网络中，沿着端系统通信路径，为端系统之间通信所提供的资源在（缓存、链路传输速率）在通信会话期间会被预留。

（非共享）。

将链路带宽划分为“片”，FDM和TDM。

8、FDM（frequency-divisionmultiplexing）频分多路复用，该链路在连接期间为每条连接专用一个频段。

TDM（time-divisionmultiplexing）时分多路复用，时间被划分为固定区间的帧，并且每帧又被划分为固定数量的时隙，一个时隙可用于传输该连接。

9、分组交换（统计多路复用statisticalmultiplexing）：

每个端到端数据划分为分组，分组交换使用按需的方式分配链路。

10、分组交换与电路交换的对比：

分组交换允许更多的用户使用网络；对突发数据极为有效，资源共享，较简单，无呼叫建立。

但是分组交换需要可靠数据传送、拥塞控制协议。

11、分组交换——存储转发：

从源到目的地通过路由器移动分组，几种路径选择算法（数据报网络，虚电路网络）。

12、数据报网络：

分组中的目的地址决定下一跳，在会话中路由可以变化。

不是面向连接的，而是无连接的。

13、虚电路网络：

每个分组携带标签（虚电路ID），标签决定下一跳，固定的路径在呼叫建立时决定，在呼叫期间保持不变，路由器保持呼叫状态。

14、分组交换中丢包和时延出现的原因：

分组到达链路的速率超过输出链路能力，分组排队，等待交换，如果无空闲缓存则到达的分组丢失，出现丢包现象。

分组时延的4种来源：

（1）、节点处理（检查比特差错）；

（2）、排队（等待输出链路传输的时间，取决于路由器拥塞的等级）；（3）、传输时延：

R=链路宽带（bps），L=分组长度（比特），发送比特进入链路的时间=L/R；（4）、传播时延：

d=物理链路的长度，s=在媒体中传播的速度（~2*108m/sec），传播时延=d/s。

15、协议分层：

每一层实现一种服务，经他自己的层内动作，依赖由下面层次提供的服务。

分层是为了处理复杂系统，明确的结构使得能够标识复杂构件的关系，模块化易于维护、系统的更新。

16、因特网协议栈：

应用（支持网络应用，FTP，SMTP，HTTP）；运输（主机到主机数据传输，TCP，UDP）；网络（从源目的地数据报的选路，IP，选路协议）；链路（在邻近网元之间传输数据，PPP，以太网）；物理（“在线上”的比特）。

第二章应用层

1、应用体系结构：

客户机/服务器，对等（P2P），客户机/服务器与P2P的混合。

2、客户机/服务器体系结构：

服务器（总是打开的主机，永久的IP地址，可扩展为服务器池）；客户机（与服务器通信，可以间歇地连接，可以具有动态的IP地址，彼此不直接地通信）。

3、纯P2P体系结构：

无总是打开的服务器，任意的端系统直接通信，对等方间歇地连接，改变IP地址。

4、混合：

例——Napster（文件传送P2P，集中式文件搜索：

对等方在中心服务器上注册内容对等方查询相同的中心服务器以定位内容）。

5、进程通信——进程：

在一台主机上运行的程序。

客户机进程（发起通信的进程），服务器进程（等待联系的进程）。

进程通过一个称为套接字的软件接口在网络上发送和接收报文。

套接字是同一台主机内应用层与运输层之间的接口。

网络应用从运输层协议获得的服务：

TCP和UDP

6、TCP：

面向连接（客户机和服务器之间所需的建立）；可靠传输（在发送和接收进程之间）；流控制（发送方不会淹没接收方）；拥塞控制（当网络过载时抑制发送方）；并不提供定时，最小带宽保证。

7、UDP：

在发送进程及接收进程之间的不可靠数据传输，不提供建立连接建立、可靠性流控制、拥塞控制、定时或带宽保证。

8、HTTP（超文本传输协议）和Web应用：

使用TCP，进程端口为80。

HTTP连接分为：

非持久连接（每个请求/响应是经一个单独的TCP连接发送）和持久连接（所有的请求及相应的响应经相同的TCP连接发送）。

RTT（往返时延）：

从客户机到服务器发送一个小分组并返回所经历的时间。

9、HTTP请求报文格式：

请求行、首部行和实体主体。

方法类型：

GET、POST、HEAD。

GET和POST的区别在于：

使用GET方法时实体主体为空，使用POST方法时实体主体看到用户在表单中所填的内容。

10、HTTP响应报文格式：

11、WEB缓存：

满足客户机请求而不涉及起始服务器。

12、FTP（文件传输协议）：

使用两个并行的TCP连接来传输文件，一个是控制连接（带外传送），端口号为21；一个是数据连接（带内连接），端口号为20。

13、电子邮件：

三个主要部分（用户代理、邮件服务器和SMTP（简单邮件传输协议））。

14、电子邮件：

SMTP（简单邮件传输协议），端口号25，使用持久连接，要求报文以7bitASCII格式，交付/存储到接收方服务器。

15、HTTP与SMTP比较：

HTTP：

拉，每个对象封装在其自己的响应报文中；SMTP：

推，多个对象在多方报文中发送。

两者都有ASCII命令/响应交互，状态码。

17、MIME（multipurposeInternetmailextension）多用途因特网邮件扩展：

为发送非ASCII文本的内容，发送方的用户代理必须在报文中使用附加的首部行。

在报文首部的附加行声明MIME内容类型。

18、邮件访问协议：

从服务器获取邮件。

POP3：

邮局协议；IMAP：

互联网邮件访问协议。

基于Web的电子邮件使用的是HTTP协议，例如：

Hotmail，Yahoo等。

19、DNS（DomainNameSystem）域名系统：

一个由分层的DNS服务器实现的分布式数据库，一个允许主机查询分布式数据库的应用层协议，主要任务是实现主机名到IP地址转换的目录服务。

识别主机的方式：

通过主机名或者IP地址。

DNS协议运行在UDP上，使用53号端口。

顶级域（TLD）服务器：

负责com,org,net,edu等，以及所有顶级国家域uk,fr,ca,jp。

权威DNS服务器：

组织的DNS服务器为组织的服务器提供对IP的权威主机名。

查询过程分为递归查询和迭代查询。

从请求主机到本地DNS服务器的查询是递归的，其余的查询是迭代的。

20、P2P文件共享，在对等方区域中组织和搜索索引的3种方法：

集中式索引（当用户启动P2P文件共享应用程序时，该应用程序将他的IP地址以及可供共享的文件名称通知索引服务器，该索引服务器从每个活动的对等方那里收集这些信息，从而建立一个集中式的动态索引，将每个文件拷贝映射到一个IP地址集合。

缺点是：

单点故障，如果索引服务器崩溃，则整个P2P应用也就随之崩溃；性能瓶颈和基础设施费用）；查询洪泛（查询报文经现有的TCP连接，对等方转发查询报文，查询命中经反向路径发送）；层次覆盖（结合前两者的优点，与洪泛查询类似，不使用专门的服务器来跟踪和索引文件，但不同的是，在层次覆盖设计中并非所有对等方都是平等的）。

第三章运输层

1、运输层协议为运行在不同主机上的应用进程之间提供了逻辑通信（logiccommunication），进程间的逻辑通信，端到端传输。

运输层协议是在端系统中而不是在网络路由器中实现的。

在发送方，运输层将接收到的来自发送应用进程的报文转换成运输层分组，用因特网术语称其为运输层报文段（segment），可能的方法是，将应用报文划分为较小的块，并为每块加上一个运输层首部来创建运输层报文段。

然后，在发送方端系统中，运输层将这些报文段传递给网络层，网络层将其封装成网络层分组并向目的地发送。

注意：

网络路由器仅作用于该数据报的网络层字段，即他们不会检查封装在该数据报的运输层报文段的字段。

在接收方，网络层从数据报中提取运输层报文段，并将该报文段向上交给运输层。

2、运输层VS网络层：

网络层是主机间的逻辑通信；运输层是进程间的逻辑通信，依赖、强化网络层服务。

3、将主机间交付扩展到进程间交付，成为运输层的多路复用（multiplexing）和多路分解（demultiplexing）。

多路复用（multiplexing）：

从源主机的不同套接字中搜集数据块，并为每个数据块封装上首部信息从而生成报文段，然后将报文段传递到网络层的工作。

多路分解（demultiplexing）：

将运输层报文段中的数据交付到正确的套接字的工作。

4、无连接分解：

UDP套接字由二元组标识（目的地IP地址，目的地端口号）；当主机接收UDP段时：

在段中检查目的地端口号，将UDP段定向到具有该端口号的套接字。

5、面向连接分解：

TCP套接字由四元组标识（源IP地址，源端口号，目的IP地址，目的端口号）；接收主机使用这四个值来将段定向到适当的套接字。

6、无连接传输——UDP：

“尽力而为”服务，UDP段可能丢包或者对应用程序交付失序。

首部只有4个字段，每个字段两个字节（即共8个字节）。

UDP检验和提供了差错检测功能，即检验和用于确定当UDP报文段从源到达目的时，其中的比特是否发生了改变。

7、可靠数据传输的原理（停等协议和流水线协议）：

不可靠信道的特点决定了可靠数据传输协议（rdt）的复杂性。

使用有限状态机（FSM）来定义发送方和接收方。

Rdt1.0：

经可靠信道的可靠传输（底层信道非常可靠：

无比特差错，无分组丢失）。

Rdt2.0：

具有比特差错的信道，该数据传输协议采用了差错检测、肯定确认与否定确认。

类似于Rdt2.0的协议被称为停等协议（stop-and-wait）。

自动重传请求（automaticrepeatrequest，ARQ）协议。

Rdt2.1：

如果ACK/NAK受损，将会出现发送方不知道在接收方发生了什么情况，不能只是重传，可能导致冗余。

处理冗余：

发送发对每个分组增加序列号，如果ACK/NAK受损，发送方重传当前的分组，接收方丢弃冗余分组。

Rdt2.2：

一种无NAK的协议，代替NAK，接收方对最后正确接收的分组发送ACK。

Rdt3.0：

具有差错和丢包的信道。

解决方法：

发送方等待ACK一段“合理的”时间，需要倒计时定时器。

其接收方的FSM和Rdt2.2的一样。

8、流水线协议：

发送方允许发送多个、“传输中的”、还没有应答的报文段（序号的范围必须增加，发送方和/或接收方设有缓冲）；有两种形式（回退N帧法go-back-N和选择重传S-R）。

9、Go-Back-N：

对失序的分组（丢弃，不缓存，没有接收缓冲区；重新确认具有按序的分组）

10、SR协议通过让发送方仅重传那些他怀疑在接收方出错的分组而避免了不必要的重传。

窗口长度必须小于或等于序号空间大小的一半。

11、TCP报文段结构：

由首部字段（一般是20字节）和一个数据字段组成。

MSS（maximumsegmentsize）最大报文段长；MTU（maximumtransmissionunit）最大传输单元。

MSS通常根据最初确定的最大链路层帧长度来设置。

12、TCP可靠数据传输：

TCP在IP不可靠服务的基础上创建可靠数据传输服务，流水线发送给报文段，累计确认，TCP使用单个重传计时器，重传超时事件和重复ACK事件触发。

快速重传：

如果对相同数据，发送方收到3个ACK，假定被确认的报文段以后的报文段丢失了，在定时器超时之前重传。

13、流量控制：

发送方不能发送太多、太快的数据让接收方缓冲溢出。

14、拥塞控制：

拥塞（太多的源发送太多太快的数据，使网络来不及处理），表现为丢包和长延时。

拥塞控制的两类方法（端到端的拥塞控制和网络辅助的拥塞控制）。

15、TCP拥塞控制：

端到端控制。

三个机制（AIMD加增倍减算法、慢启动和超时事件后的保守机制）。

慢启动（当连接开始的时候，速率呈指数式上升，直到第一次报文丢失事件发生为止或到达阀值Threshold）。

第四章网络层

1、关键的网络层功能：

转发（forwarding）和选路（routing）。

转发：

将分组从路由器的输入移动到适当的路由器输出。

选路：

决定分组从源到目的地所采用的路由。

2、网络层连接和无连接服务：

数据报网络提供网络层无连接服务；虚电路网络提供网络层连接服务。

3、一条VC的组成：

从源到目的地的路径；VC号是标志沿路径每条链路的号码；沿路径路由器中转发表中的项。

4、数据报网络：

无呼叫建立，路由器（没有端到端连接的状态），分组使用目的主机地址转发（在相同源和目的对可能采用不同的路径）。

采用最长前缀匹配。

5、路由器体系结构概述：

路由器的两个关键功能（运行选路算法/协议RIP、OSPF、BGP；从入链路到出链路转发数据报）。

6、IP分片和重新组装

7、IP编址：

IP地址（对主机、路由器接口的32bit标识符）。

采用无类型域间选路（CIDR，classlessinter-domainrouting任意长的地址的子网部分；地址格式:

a.b.c.d/x,其中x是地址子网部分的比特长度）。

8、子网：

从主机或路由器分离每个接口，生成孤立网路的岛，每个孤立的网络被称为一个子网。

IP地址（子网部分——高阶比特；主机部分——低阶比特）。

9、主机得到一个IP地址——DHCP（动态主机配置协议，DynamicHostConfigurationProtocol）：

动态地从服务器得到地址，“即插即用”。

10、网络从他的ISP的地址空间得到IP地址的子网部分；ISP通过ICANN得到地址块。

11、NAT（网络地址转换，networkaddresstranslation）

12、ICMP（互联网控制报文协议）：

用于主机和路由器彼此交互网络信息。

其功能时：

差错报告；回声请求/回答

13、IPV6：

数据报格式（固定长度40字节首部）。

与IPv4的变化：

IPv6没有检查和、选项，IPv6不允许在中间路由器上进行分片与重新组装。

从IPv4到IPv6的迁移，引入了隧道（在IPv路由器之间IPv6数据报作为IPv4数据报的负载）。

14、选路算法：

选路信息必须在两个方向流动（从一组参与路由器到一个非参与路由器；非参与路由器必须将隐藏网络的信息传给该组）。

全局选路算法（所有路由器具有完全的拓扑、链路费用信息，具有全局状态信息的算法常被称作链路状态（LS）算法；分布式选路算法（以迭代的、分布式的方式计算出最低费用路径，距离向量（DV）算法））。

15、LS算法可能振荡。

16、DV算法会增加毒性逆转。

17、RIP（选路信息协议）：

距离矢量算法；每30秒在邻居之间经响应报文（又称通告）交换；每个通告在AS中包括多大24个目的网络的列表。

18、OSPF（开放最短路优先）：

使用链路状态算法；公共可用；OSPF携带每个邻居路由器一个项；通告散布到整个AS。

19、BGP（边界网关协议）：

为每个AS提供了一种手段：

从相邻AS获得子网可达性信息；向AS内部的所有路由器传播可达性信息；基于可达性信息和策略，决定到子网的好路由。

20、广播选路（broadcastrouting）：

网络层提供了从一个源节点到网络中的所有其他节点交付分组的服务。

21、多播选路（multicastrouting）：

使单个源节点能够向其他网路节点的一个子集发送分组的拷贝。

22、IGMP：

Internet组管理协议。

第五章链路层

1、链路层服务：

成帧（将数据报封装进帧，加上首部和尾部）；链路接入（位于帧首部的“MAC”地址标识符、目的地）；相连节点间的可靠交付；流量控制（相邻发送和接收节点间的步调一致）；差错检测（差错由信号衰减、噪声所致，接收方检测差错的存在，信号发送方负责重传或丢弃帧）；纠错（接收方识别和纠正比特差错，而不采取重传）；半双工和全双工（使用半双工，链路的两端节点能够传输，但不能同时）。

2、差错检测：

奇偶校验，循环冗余检测

3、多路访问协议：

决定节点怎样共享信道的分布式算法，如何定何时节点能够传输。

三大类：

信道划分（将信道划分为较小的“段”——时隙、频率和编码；为节点分配一部分专用）；随机访问（不划分信道，允许碰撞，从“碰撞”恢复）；轮流（节点轮流，但有更多信息要发送的能够轮流的较长时间）。

4、信道划分MAC协议：

TDMA（时分多路访问）、FDMA（频分多路访问）。

5、随机访问MAC协议：

时隙ALHOHA；ALOHA；CSMA（载波侦听多路访问）；CSMA/CD（具有碰撞检测的载波侦听多路访问）。

6、CSMA/CD：

在短时间内检测到碰撞，碰撞的传输流产，减少信道浪费

7、“轮流”MAC协议：

轮询协议（主节点以循环的方式轮询每个节点）；令牌传递协议（当一个节点收到令牌时，仅当他有一些帧要发送时，他才持有这个令牌，否则，他立即向下一个节点转发该令牌）。

8、链路层编址——MAC地址：

长度6字节，固定一个MAC地址的前24比特，让公司自己为每个适配器生成后24比特的唯一组合。

9、ARP（地址解析协议）。

10、交换机：

链路层设备，存储并转发以太网帧；检查帧首部并基于MAC目的地址选择性地转发帧；当帧在网段上转发时，使用CSMA/CD访问网段；透明，主机不知道交换机的存在；即插即用，自学习，交换机不必配置。