1、计算机网络基础总结一、1 协议2网络体系结构：OSI与TCP/IP协议3三种交换方式：电路交换、报文交换、分组交换4网络的不同角度分类二、1 数据通信模型2 三种媒介：双绞线、同轴电缆、光纤3 信道复用技术：频分和时分复用三、1 停止等待协议及其定量分析2 滑动窗口协议3 差错控制的基本方法四、1 以太网的工作原理：CSMA/CD协议、计算2 MAC层：MAC地址及MAC帧格式3 以太网的结构：逻辑与物理5以太网的扩展：网桥的工作原理五、1 数据报与虚电路：对比2 ATM（异步传递方式）：应用于Internet主干部分3 什么是广域网六、1 路由器运用2 IP地址分类及分类法和表示方法（点分十
2、进制）3 ARP4 IP数据报格式6子网划分：why and how 作用7ICMP（ping命令）8路由选择协议：RIP、OSPF七、1 运输层作用2 端口概念3 UDP和：区别、使用的条件4 TCP与TCP关联，如何结合5 TCP报文控制的连接八、DNS/FTP/E-MAIL/WWW/GOOGLE九、1 网络存在的安全问题2 加密算法：对称和公钥：各自特点及定量3 数字签名和防火墙整理自PPT -by LiKe1、协议 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol)，简称为协议。 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
3、，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。2、网络体系结构：OSI与TCP/IP协议分层的好处:各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。 3、三种交换方式：电路交换、报文交换、分组交换电路交换必定是面向连接的电路交换的三个阶段：建立连接、通信、释放连接电路交换的特点：延迟小。导致通信线路的利用率很低。不能充分利用线路容量。无差错控制。 分组交换原理1在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 2每一个数据段前面添加上首部构成分组。3分组交换网以“分组”作为数据传输单元。4依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。5接
4、收端收到分组后剥去首部还原成报文。6最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。分组交换的优点高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。缺点：分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。 4、网络的不同角度分类从网络的交换功能分类电路交换报文交换分组交换混合交换从网络的作用范围进行分类广域网 WAN (Wide Area Network)局域网 LAN (L
5、ocal Area Network) 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)接入网 AN (Access Network) 从网络的使用者进行分类公用网 (public network) 专用网 (private network)5、数据通信模型一个数据通信系统各一划分为三部分：发送端、传输网络和接收端。6、三种媒介：双绞线、同轴电缆、光纤双绞线屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆50欧同轴电缆，主要用于传送基带数字信号75欧同轴电缆，主要用于传输模拟
6、传输系统光缆7、信道复用技术：频分和时分复用在数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号,这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Division Multiplexing)是两种最常用的多路复用技术。频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。时分复用：所有
7、用户在不同的时间占用同样的频带宽度。 特点：每个用户轮流瞬间地占有主干线路的整个带宽。 在数字通信系统中，对主干线路的多路复用只能采用TDM，因为数字信号的频谱有可能占居整个信道带宽。统计时分复用（STDM）：它使用STDM帧来传送复用的数据。但每一个STDM帧的时隙数小于连接在集中器上的用户。各用户有了数据随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，将缓存中的输入数据放入STDM帧中。当一个帧的数据满了，就发送出去。因此，帧不是固定的分配时隙，而是按需动态的分配时隙，提高信道利用率。8、 停止等待协议及其定量分析在发送结点： (1) 从主机取一个数据帧。 (2) 将数据帧送到
8、数据链路层的发送缓存。 (3) 将发送缓存中的数据帧发送出去。 (4) 等待。 (5) 若收到由接收结点发过来的信息(此信息 的格式与内容可由双方事先商定好)，则 从主机取一个新的数据帧，然后转到(2)。在接收结点： (1) 等待。 (2) 若收到由发送结点发过来的数据帧， 则将其放入数据链路层的接收缓存。 (3) 将接收缓存中的数据帧上交主机。 (4) 向发送结点发一信息，表示数据帧已 经上交给主机。(5) 转到(1)。停止等待协议的定量分析设 tf 是一个数据帧的发送时间，且数据帧的长度是固定不变的。显然，数据帧的发送时间 tf 是数据帧的长度 lf (bit)与数据的发送速率 C (bi
9、t/s)之比，即 tf = lf /C = lf /C (s) （3-1） 发送时间 tf 也就是数据帧的发送时延。数据帧沿链路传到结点B还要经历一个传播时延 tp。结点 B 收到数据帧要花费时间进行处理，此时间称为处理时间 tpr，发送确认帧 ACK 的发送时间为 ta。 重传时间重传时间的作用是：数据帧发送完毕后若经过了这样长的时间还没有收到确认帧，就重传这个数据帧。 为方便起见，我们设重传时间为 tout = tp + tpr+ ta + tp + tpr (3-2) 设上式右端的处理时间 tpr 和确认帧的发送时间 ta 都远小于传播时延 tp，因此可将重传时间取为两倍的传播时延，即
10、tout = 2tp (3-3)停止等待协议 ARQ 的优缺点优点：比较简单 。缺点：通信信道的利用率不高，也就是说，信道还远远没有被数据比特填满。为了克服这一缺点，就产生了另外两种协议，即连续 ARQ 和选择重传 ARQ。这将在后面进一步讨论。 9、滑动窗口协议 发送端和接收端分别设定发送窗口和接收窗口 。发送窗口用来对发送端进行流量控制。发送窗口的大小 WT 代表在还没有收到对方确认信息的情况下发送端最多可以发送多少个数据帧。 滑动窗口的重要特性只有在接收窗口向前滑动时（与此同时也发送了确认），发送窗口才有可能向前滑动。收发两端的窗口按照以上规律不断地向前滑动，因此这种协议又称为滑动窗口协
11、议。当发送窗口和接收窗口的大小都等于 1时，就是停止等待协议。 10、差错控制的基本方法：循环冗余检验 CRC 的检错技术 冗余码的计算（使用n bit的冗余码）用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n 个 0。得到的 (k + n) bit 的数除以事先选定好的长度为 (n + 1) bit 的数 P，得出商是 Q 而余数是 R，余数 R 比除数 P 至少要少1 个比特。 例如：设 n = 5, P = 110101，模 2 运算的结果是：商 Q = 1101010110， 余数R = 01110。将余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发送出去，即
12、发送的数据是101000110101110，或 2nM + R。循环冗余检验的原理说明数据为M数；P事先约定好；余数R即可置于数据最后作为帧检验序列最后，收到的数据若没有差错应该是：2n 乘 M+R。可用这个数除以P，观察是否余数为0判断。【第四版P74】11、以太网的工作原理：CSMA/CD协议、计算 CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。实质就是多点接入、载波监听、碰撞检测。“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其
13、他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。争用期最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2t （两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。以太网的端到端往返时延 2t 称为争用期，或碰撞窗口。争用期长度：以太网取 51.2 ms 为争用期的长度。对于 10 Mb/s 以太网，在争用期内可发送512 bit，即 64 字节。故以太网在发送数据时，若前 64 字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突。 最短有效帧：如
14、果发生冲突，就一定是在发送的前 64 字节之内。 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于 64 字节。 以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。小结：CSMA/CD如何解决冲突CSMA/CD是以太网中解决冲突最常用的方法。该媒体访问控制方法属于一种随机访问控制方法，各站根据自己的需要随机的发送信息，通过竞争获得发送权。CSMA/CD解决冲突的方法是：每站在发送数据前，先监听信道是否空闲；若信道空闲，则发送数据，并继续监听下去；一旦监听到冲突，便立即停止发送，并在短时间内坚持持续向总线上发一串阻塞信号，强化冲突，通
15、知总线上各站有冲突发生，以便及早空出信道，提高信道的利用率。如果信道忙，则暂不发送，退避一段时间，再尝试。 习题讨论12、MAC层：MAC地址及MAC帧格式在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。 802 标准所说的“地址”严格地讲应当是每一个站的“名字”或标识符。 但鉴于大家都早已习惯了将这种 48 bit 的“名字”称为“地址”，所以本书也采用这种习惯用法，尽管这种说法并不太严格。路由器由于同时连接到两个网络上，因此它有两块网卡和两个硬件地址。 常用的以太网MAC帧格式有两种标准 ：DIX Ethernet V2 标准IEEE 的 802.3 标准最常用的 MAC 帧是以太网
16、 V2 的格式。帧间最小间隔：帧间最小间隔为 9.6 ms，相当于 96 bit 的发送时间。13、 以太网的结构：逻辑与物理【书】14、以太网的扩展：网桥的基本工作原理 数据链路层互联的设备是网桥(bridge),在网络互联中它起到数据接收、地址过滤与数据转发的作用，用来实现多个网络系统之间的数据交换。 网桥的基本特征 1.网桥在数据链路层上实现局域网互连； 2.网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络； 3.网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通信； 4.网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议； 5.网桥可以分隔两个网络之间的
17、广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。 网桥的工作过程 网桥最常见的用法是用于连接两个局域网，下图给出了两个局域网通过网桥互联的工作原理。 网桥的基本分类 网桥按照其路由表的建立方法分为两类 -透明网桥（transparent bridge） -源路选网桥（source routing bridge） 透明网桥的主要特点 透明网桥由各个网桥自己来决定路由选择，局域网上的各结点不负责路由选择，网桥对于互连局域网的各结点来说是“透明”的； 透明网桥一般用在两个使用同样的MAC层协议的网段之间的互连。例如连接两个Ethernet网段，或两个令牌环网； 透明网桥的最大优点是容易安装，是一种即插
18、即用设备15、数据报与虚电路：对比网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类：无连接的网络服务（数据报服务）面向连接的网络服务（虚电路服务）。 QoS (Quality of Service)有较好的保证 思路来源：虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证两种服务的比较小结虚电路服务的思路来源于电信网，电信网负责可靠的通信，结点交换机很复杂；数据报服务力求网络的顽存性好，对网络的控制功能分散
19、，网络提供最大努力的服务，可靠性由用户端软件（TCP）完成，简化了网络层的结构。数据报适合发送计算机的数据（突发性强，数据包短）；虚电路的额外开销小习题：从不同方面简要分析和比较虚电路和数据报服务 分析：从占用通信子网资源方面看:虚电路服务将占用结点交换机的存储空间，而数据报服务对每个 其完整的目标地址独立选径，如果传送大量短的分组，数据头部分远大于数据部分，则会浪费带宽。从时间开销方面看:虚电路服务有创建连接的时间开销，对传送小量的短分组，显得很浪费；而数据报服务决定分组的去向过程很复杂，对每个分组都有分析时间的开销。从拥塞避免方面看:虚电路服务因连接起来的资源可以预留下来，一旦分组到达，所
20、需的带宽和结点交换机的容量便已具有，因此有一些避免拥塞的优势。而数据报服务则很困难。从健壮性方面看:通信线路的故障对虚电路服务是致命的因素，但对数据报服务则容易通过调整路由得到补偿。因此虚电路服务更脆弱。16、 ATM（异步传递方式）：应用于Internet主干部分ATM 是建立在电路交换和分组交换的基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。ATM 采用定长分组作为传输和交换的单位。这种定长分组叫做信元(cell)。 缺点1.ATM 的一个明显缺点就是信元首部的开销太大，即 5 字节的信元首部在整个 53 字节的信元中所占的比例相当大。 2.ATM 的技术复杂且价格较高。 3.ATM 能够直接支
21、持的应用不多。 4.10 千兆以太网的问世，进一步削弱了 ATM 在因特网高速主干网领域的竞争能力。ATM 网络中的网络元素ATM端点（又称为 ATM 端系统）通过点到点链路与 ATM 交换机相连。 ATM 交换机是一个快速分组交换机（交换容量高达数百 Gb/s），其主要构件是： 1.交换结构(switching fabric) 2.若干个高速输入端口和输出端口必要的缓存协议参考模型ATM 的协议参考模型共有三层，大体上与 OSI的最低两层相当（但无法严格对应）。 物理层:TC子层/PMD子层 物理层：负责在物理媒体上正确传输和接收比特流；实现信元流和比特流的转换。PMD 子层负责在物理媒体上
22、正确传输和接收比特流。它完成只和媒体相关的功能，如线路编码和解码、比特定时以及光电转换等。TC 子层实现信元流和比特流的转换，包括速率适配（空闲信元的插入）、信元定界与同步、传输帧的产生与恢复等。ATM 层：信元的复用与分用信元的 VPI/VCI 转换（就是将一个入信元的 VPI/VCI 转换成新的数值）信元首部的产生与提取流量控制VCI 与 VPI（ VPI 包含 VCI）ATM 连接用信元首部中的两级标号来识别。虚通路标识 VCI (Virtual Channel Identifier)虚通道标识符 VPI (Virtual Path Identifier) 1.一个虚通路 VC 是在两个
23、或两个以上的端点之间的一个运送 ATM 信元的通信通路。一个虚通道 VP 包含有许多相同端点的虚通路 VC，而这许多 VC 都使用同一个 VPI。 2.在一个给定的接口，复用在一条链路上的许多不同的 VP，用它们的 VPI 来识别。复用在一个 VP 中的不同的 VC，用它们的 VCI 来识别。 3.一个给定的 VCI 值没有端到端的意义。VP 在经过集中器或交换机时，其 VPI 也会改变。 ATM 适配层 ( AAL，ATM Adaptation Layer) 的作用就是增强 ATM 层所提供的服务，并向上面高层提供各种不同的服务。AAL 层又划分为两个子层: 汇聚子层 CS子层和拆装子层 S
24、AR子层在 CS 子层形成的协议数据单元叫做 CS-PDU。 在发送时， SAR 子层将 CS 子层传下来的协议数据单元 CS-PDU 划分成为 48 字节的单元，交给 ATM 层作为信元的有效载荷。在接收时，SAR 子层进行相反的操作，将 ATM 层交上来的 48 字节长的有效载荷装配成 CS-PDU。SAR 子层就使得 ATM 层与上面的应用无关。 5.6.3 ATM 的逻辑连接机制在 ATM 中使用的虚通路是一种逻辑连接。虚通路是 ATM 网络中的基本交换单元。两个端用户要进行通信，首先必须建立虚通路连接，然后才能在这个端到端连接上以固定信元长度和可变速率进行全双工的通信。数据传送完毕后
25、再释放连接。17、什么是广域网当主机之间的距离较远时，例如，相隔几十或几百公里，甚至几千公里，局域网显然就无法完成主机之间的通信任务。这时就需要另一种结构的网络，即广域网。 18、路由器运用“转发”和“路由选择”的区别“转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。“路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化 情况，动态地改变所选择的路由。路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别19、IP地址分类及分类法和表示方法（点分十进制
26、）：128.11.3.31（1）IP 地址是一种分等级的地址结构。（3）实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。(4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。20、ARP 网际层的几个重要协议地址解析协议ARP逆地址解析协议RARP逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址。这种主机往往是无盘工作站。 因此 RARP协议目前已很少使用。 因特网控制报文协议ICMP网际协议
27、：IPIP 地址与硬件地址ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信，ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址为什么我们不直接使用硬件地址进行通信？由于全世界存在着各式各样的网络
28、，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。 21、IP数据报格式一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。 22、子网划分：why and how 作用Why：IP 地址空间的利用率有时很低。
29、给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。 两级的 IP 地址不够灵活。 How 划分子网：IP地址 := , , 子网掩码23、ICMP（ping命令）为了提高 IP 数据报交付成功的机会，在网际层使用了因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)。ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加上数据报的首部，组成 IP 数据报发送出去。 ICMP 报文的前 4 个字节是统一的格式，共有三个字段：即类型、
30、代码和检验和。接着的 4 个字节的内容与 ICMP 的类型有关。ICMP 报文的种类有两种，即 ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文。 ICMP 差错报告报文共有 5 种终点不可达 源站抑制 时间超过 参数问题 改变路由（重定向）不应发送 ICMP 差错报告报文的几种情况对 ICMP 差错报告报文不再发送 ICMP 差错报告报文。对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送 ICMP 差错报告报文。对具有多播地址的数据报都不发送 ICMP 差错报告报文。对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送 ICMP 差错报告报文。ICMP 询问报文有四种回送请求和回答报文时间戳请求和回答报文掩码地址请求和回答报文路由器询问和通告报文PingPING 用来测试两个主机之间的连通性。PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过运输层的 TCP 或UDP。 24路由选择协议：RIP、OSPF内部网关协议 IGP：具体的协议有多种，如 RIP 和
