计算机网络复习总结杭电讲解.docx
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计算机网络复习总结杭电讲解
计算机网络（甲）
1计算机网络概述
网络的边缘与网络核心、两级子网
网络中的地址及地址之间的关系
知识点：
两级子网：
通信子网：
网络的核心，用于数据的传输，交换连接和通信控制。
访问节点：
即数据电路端接设备（DCE）位于通信子网边缘。
用于连接资源子网的计算机设备。
交换节点：
位于通信子网内部用于数据的连接和交换，主要工作是储存转发。
资源子网：
也叫用户子网，网络的边缘。
用于数据的发送、接收和处理，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。
端节点：
也叫做数据终端设备，用于发送、接收和处理数据。
1、认知计算机网络的拓扑结构
总线型、
优点：
结构简单、节点接入网络方便、成本低、易于实现和管理；
缺点：
多个节点使用信道时容易产生冲突。
星形、
优点：
节点之间通过中心节点通信，节点接入网络方便。
缺点：
中心节点容易成为网络的瓶颈。
环形、
优点：
环路上的数据传输有确定的延时，节点对信道不会存在冲突。
缺点：
需要较复杂的环路维护。
树形、
是星形拓扑的扩展，节点层次连接数据交换主要在上下节点进行，适宜汇集数据信息的需求，是intranet中常用的拓扑结构。
回路形、
全连接或网状、
形式上无规则，节点间任意连接，优点是系统可靠性高，适宜广域网的组建。
缺点是网络结构复杂，需要复杂的路由选择技术，流量控制和拥塞控制技术。
不规则型、卫星或无线电型等。
总结：
计算机网络是通过通信设施、传输介质和通信协议，将分散在不同地点的计算机设备互连起来，实现资源共享、数据传输的系统
计算机网络技术的发展经历了4个阶段：
联机终端通信网络
计算机-计算机网络
开放式标准化网络
因特网时代
计算机网络的组成和结构从三个方面进行讨论：
计算机网络的物理构成；计算机网络的拓扑结构；计算机网络的协议体系结构
因特网的技术标准以请求注释RFC文件给出
因特网体系结构委员会IAB在协议产生前或审核作业中，负责验证RFC文件
2计算机网络体系结构和网络协议
提纲：
OSI参考模型的分层及各层的功能（协议数据单元）
物理层：
利用传输介质为通信的主机之间的建立、管理和释放物理连接，实现比特流的透明传输，为数据联立层提供数据传输服务。
比特流
数据链路层：
在物理层提供比特流的基础上通过建立数据链路连接，采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。
帧
网络层：
通过路由选择算法为分组通过通信子网选择适当的传输路径，实现流量控制，拥塞控制与网络互联的功能。
分组
传输层：
为分布不同地理位置计算机的进程提供可靠的端-端链接与数据传输服务；传输层向高层屏蔽了底层数据通信的细节。
报文
会话层：
负责维护两个会话主机之间连接的建立、管理和终止，以及数据的交换。
表示层：
负责通信系统之间的数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复。
应用层：
实现协同工作的应用程序之间的通信过程控制。
TCP/IP协议簇
TCP/IP结构：
应用层：
向用户提供一组常用的应用程序，协议主要包括FTP、TELNET、DNS、SMTP、NFS、HTTP。
TCP层（运输层）：
涉及两个协议（TCP和UDP）,TCP提供面向连接的服务，UDP提供无连接的服务。
区别：
1、TCP具有高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序；UDP在传输数据前不建立连接，不对数据报进行检查与修改，无须等待对方的应答，所以会出现分组丢失、重复、乱序，应用程序需要负责传输可靠性方面的所有工作；
2、也正因为以上特征，UDP具有较好的实时性，工作效率较TCP协议高；
3、UDP段结构比TCP的段结构简单，因此网络开销也小。
IP层（网络层）：
包括5种协议（IP,ICMP,IGMP,ARP,RARP），ip协议一种不可靠，无连接的数据报协议。
ip协议用32位二进制地址标示互联网中的网络和主机，通过ip地址实现Internet中的寻址。
主要功能：
解决异构网络的互联问题；
处理报文，并发送IP分组；
处理接收的IP分组，决定接收还是转发；
路由选择；
网络寻址和网络互连；
对网络中的流量控制，处理拥塞问题。
网络接口层：
没有给出具体的协议描述，对应着物理层和数据链路层，因为TCP/IP协议支持所有的底层网络结构和网络协议。
分组交换、存储转发
分组交换：
在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地
存储转发：
要求交换机在接收到全部数据包后再决定如何转发
知识点：
1、了解网络协议的3个要素，与人类社会通信的类比方法
三要素：
语义：
语义是解释控制信息每个部分的意义.它规定了需要发出何种控制信息,以及完成的动作与做出什么样的响应.
语法：
语法是用户数据与控制信息的结构与格式,以及数据出现的顺序.
时序：
时序是对事件发生顺序的详细说明
人们形象地把这三个要素描述为：
语义表示要做什么,语法表示要怎么做,时序表示做的顺序
人类社会通信的类比方法：
协议和分层
2、熟知网络层次的功能划分方法
计算机网络层次结构划分应按照层内功能内聚和层间耦合松散的原则
3、了解OSI/RM与TCP/IP的比较
4、认知网络中的服务、层次、接口和协议之间的关系
服务需要靠协议来实现。
上下层之间通过接口交换服务原语实现通信。
5、熟知网络中的节点、以及节点的位置和用途
总结：
计算机网络是一个复杂的系统，采用层次结构
把复杂的功能要求分解到每一个层次
每个层次独立设计，层次之间通过清晰的接口联系
网络协议有三个要素：
语法，表示数据与控制信息的组成和格式
语义，表示二进制位组合给出何种控制信息，完成何种动作、何种应答
同步，事件实现顺序的说明，哪些动作先执行，哪些动作在其后执行
服务要靠协议来实现。
上、下层之间和对等层之间用到多种数据单元
开放系统互连OSI给出计算机网络设计时遵循的体系结构框架
目前计算机网络体系结构以五个层次讨论，将OSI的高三层合为一个应用层
TCP/IP协议结构由四个层次组成，是一个具体的实现产品，是因特网的语言，是一个事实上的工业标准
局域网络（LAN）体系结构参考模型描述低层通信网络层次和协议
LAN的体系结构仅涉及到计算机网络体系结构的低两层
3数据通信技术基础
提纲：
信道复用技术
数据编码技术
差错控制技术
前向纠错和ARQ技术
知识点：
1、了解信息、数据和信号的基本知识
信息：
人们之间传递的知识。
数据：
信息的表现形式。
信号：
数据的编码。
2、掌握常用的信道复用概念和方法
频分复用（FDM）：
带宽足够时把信道分成多个子信道，每个子信道传输一路信号，子信道间要有隔离频带，每个子信道传输的频率不同，传输到目的地在恢复原始信号。
如有线电视CATV。
时分复用（TDM）：
因为信道数据传输率大于一路信号传输所需的数据传输率。
可以把传输时间分成时间片帧，每个时间片帧包含若干时间间隙，每个时间间隙对应一路信号的若干位。
这样交叉进行数据插入实现多路信号传输。
频分复用与时分复用比较：
（1）时分多路复用比频分多路复用传输速率高，可以充分利用信道的全部带宽。
（2）在时分多路复用中只需要一个MODEM，而在频分多路复用中，每个通道均需一个MODEM
（3）在频分多路复用中，通常需要模/数转换设备，而在时分多路复用中具有明显的数字形式，特别适用于与计算机的直接连接。
（4）时分多路复用混合不同速率的同步方式的终端，能适应新的数据通信网。
（5）在进行数据传输的差错控制和校正操作时，时分多路复用比频分多路复用产生较多的时间延迟
波分复用（WDM）：
其本质上是频分复用而已。
WDM是在1根光纤上承载多个波长（信道）系统，将1根光纤转换为多条“虚拟”纤，当然每条虚拟纤独立工作在不同波长上，这样极大地提高了光纤的传输容量。
由于WDM系统技术的经济性与有效性，使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。
波分复用技术作为一种系统概念，通常有3种复用方式，即1310nm和1550nm波长的波分复用、粗波分复用（CWDM，CoarseWavelengthDivisionMultiplexing）和密集波分复用（DWDM，DenseWavelengthDivisionMultiplexing）。
3、掌握数据编码的基本技术方法（曼切斯特和差分曼切斯特）
彻斯特编码:
在信号位中电平从低到高跳变表示1
在信号位中电平从高到低跳变表示0
差分曼彻斯特编码:
在信号位开始时不改变信号极性，表示辑"1"
在信号位开始时改变信号极性，表示逻辑"0"
4、熟知前向纠错和ARQ技术的实现方法
前向纠错（FEC）：
在接收端不仅可以检测出错位置而且能够纠正错误
用例：
海明校验：
通过在数据位之间插入k个校验位,来扩大码距,从而实现检错和纠错.
k值确定：
2^k>=k+r+1.其中r为信息位个数。
插入位置：
2^n位。
校验位计算：
自动请求重发（ARQ）：
在接收端检测出错误，然后把出错信息发送给发送方，请求在重发一个正确的数据副本。
用例：
循环冗余效验码（CRC）：
把任何一个二进制代码与一个只含0、1两个系数的多项式建立一一对应关系。
发送端发送T（x），接收端用T（x）/G（x）若余数为0，则正确，否则重发。
K（x）（信息位）:
k位要发送的信息位对应的（k-1）次多项式
G（x）:
通信双方遵守的r次多项式
R（x）（校验位）：
x^rK（x）除以G（x）的余数，若余数小于r，则在前面补0。
（运算过程中加法使用摸2加法，即异或）
T（x）：
x^rK（x）+R（x）
总结：
传输介质分为
有线传输介质和无线传输介质
数据通信是指计算机之间或其它数字终端装置之间的通信。
信道传输数据的能力是受到限制的
信道的最大容量与信道的带宽有关
复用技术用于在一个信道上同时传输多路信号
模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信号或数字信号
传统的交换技术有：
电路交换；报文交换；分组交换
数据通信和计算机网络中的差错控制方法采用编码的方法，分为
检错编码和纠错编码
1895年马可尼（Marconi）首次从英国怀特岛（IsleofWight）与30Km之外的一艘船进行了无线传输
揭开了人类社会无线通信的序幕，无线通信由此诞生
4应用层协议的原理
授课提纲：
HTTP连接类型及特点：
持续连接（流水线和非流水线方式）和非持续连接
持续连接：
HTTP/1.1,特点——服务器响应后在一段时间内仍然保持TCP连接，不管客户端是否在同一页面传输文档，都可以连接。
持续连接有流水线和非流水线两种工作方式。
非持续连接：
HTTP/1.0，特点——每建立一次TCP连接都需要重新分配缓存和建立变量。
文件传输和FTP协议
FTP的客户机和服务器之间需要建立并行的“控制连接”和“数据连接”，分别通过端口号（服务器）21和20进行。
控制连接在会话期间一直打开，用于传送和处理客户的连接请求，数据连接用于传输文件。
因特网中的电子邮件
SMTP协议，使用端口号25
域名解析系统DNS
作用：
用于域名地址与IP地址间进行解析。
结构：
树型结构,根->顶级域名->二级域名->三级域名->四级域名
解析过程：
1.客户机提出域名解析请求,并将该请求发送给本地的域名服务器。
2.当本地的域名服务器收到请求后,就先查询本地的缓存,如果有该纪录项,则本地的域名服务器就直接把查询的结果返回。
3.如果本地的缓存中没有该纪录,则本地域名服务器就直接把请求发给根域名服务器,然后根域名服务器再返回给本地域名服务器一个所查询域（根的子域）的主域名服务器的地址。
4.本地服务器再向上一步返回的域名服务器发送请求,然后接受请求的服务器查询自己的缓存,如果没有该纪录,则返回相关的下级的域名服务器的地址。
5.重复第四步,直到找到正确的纪录。
6.本地域名服务器把返回的结果保存到缓存,以备下一次使用,同时还将结果返回给客户机。
知识点：
FTP与Http的比较、Smtp与HHTP比较
FTP与Http的比较：
FTP使用两个并行的TCP连接。
FTP的空盒子信息是属于带外传送的，HTTP控制信息在TCP连接中请求和发送信息的首部。
FTP请求有状态，HTTP是无状态协议。
Smtp与HHTP比较：
HTTP是客户端从服务器拉取信息，SMTP由服务器向客户端推送消息。
SMTP要求邮件使用7位ASCII码，HTTP中不需要。
HTTP把每个对象封装在自己的响应报文中，SMTP把所有报文封装在一个邮件报文中。
总结：
DNS（DomainNameSystem）是TCP/IP协议中制定的层次结构名字管理机制，实现域名地址到IP地址解析的系统称为域名解析系统DNS，用于域名地址与IP地址之间进行解析
WWW使用超文本传输协议HTTP、超文本传输语言HTML标记和组织信息
FTP使用运输层协议TCP，FTP使用客户机/服务器模式，FTP采用交互式地工作方式
一个电子邮件系统的构成包括：
电子邮件协议，用户代理、电子邮件服务器
5运输层服务和工作原理
授课提纲：
应用程序的多路复用和多路分解
无连接的传输：
UDP
面向连接的传输：
TCP，TCP包格式
拥塞控制原理、流量控制
拥塞控制：
对整个通信子网的流量进行控制。
目的是防止由于网络中PDU过载二使网络的吞吐量下降，合理分配网络资源，避免死锁，匹配数据传输速度。
原理：
开环控制——通过来良好的设计，事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，避免拥塞问题出现。
闭环控制——通过反馈控制，在工作过程中动态控制拥塞。
流量控制：
对一条通信路径上的流量进行控制。
目的是保证发送者速度不超过接收者的接收速度。
TCP拥塞控制
慢速启动、快速增长、拥塞避免机制：
由小到大逐渐增大发送方拥塞窗口的值，使向网络中发送PDU的速率更加合理。
快重传和快恢复：
知识点：
1.网络中的寻址：
通过IP找到网络中的节点，通过端口地址区分不同的网络应用进程，通过套接字找到一个进程连接。
2.计算机网络中的地址：
域名地址，端口地址，IP地址，物理地址。
3.掌握可靠数据传输实现的基本原理（停等协议、回退N协议（连续ARQ协议）、选择重传协议）以及协议效率计算
停止等待协议：
每发送完一个分组就停止发送，并把发送的数据副本保存下来，等待对方的确认，在收到肯定的确认后再发送下一个分组，收到否定的确认则重新发送。
（半双工通信）。
信道利用率：
U=Tf/（Tf+2Tp）Tf:
发送一个PDU的传输延时，Tp：
电信号从发送方到接收方的传播延时。
Wt一个，Wr一个。
回退N协议：
发送方可以连续发送落在发送窗口中的多个PDU，然后停止发送，等待接收方确认。
接收方接收一个发送确认信息，若错误则丢弃请求重发。
发送方在给定超时时间内未接收到确认消息则重发（从错误的序号开始）。
Wt多个，Wr一个。
选择重传协议：
只传送回退N中错误的数据。
4.网络延迟是由哪几种类型延迟造成的？
滑动窗口机制，网络延时、效率的计算
传输延时，传播时延，处理时延，确认时延。
U=Tf/TrTf:
传输时延Tr：
成功发送两个数据单元间间隔。
滑动窗口机制：
接收窗口控制发送窗口滑动。
Wt+Wr<=2^kWt：
传送方滑动窗口数，Wr：
接收方滑动窗口数，k：
序号标示二进制位数。
5.掌握TCP和UDP的基本内容及其他们的区别
TCP:
传输控制协议，是一种面向连接的，可靠的，基于字节流的传输层通信协议。
特点：
1、通信的双方必须先建立连接，然后才能开始数据的读
2、连接是一对一的
格式：
UDP:
用户数据报协议，是一种简单的面向数据报的传输层协议。
是不可靠的，不面向连接的。
特点：
1、发送用户数据之前不需要建立连接。
2、UDP协议简单，协议头部仅有8个字节。
3、UDP不支持拥塞控制。
4、UDP是面向报文的。
5、UDP支持一对一，一对多，多对一，多对多的交互通信。
格式：
TCP/UDP的区别主要在于：
1.连接性：
TCP基于连接；UDP基于无连接。
2.传输模式：
TCP使用流模式，能保证数据顺序；UDP使用数据报模式，不能保证数据顺序。
3.数据可靠性：
TCP能保证数据的正确；UDP不能保证，会有丢包，重复数据包等情况。
4.资源占用：
TCP多;UPD少。
6.TCP协议三次握手的过程
第一次握手：
建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
第二次握手：
服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：
客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK（ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据.
7.造成拥塞的原因：
1、网络节点处理器速度太慢。
2、通信线路容量限制。
3、借点缓冲区过小。
总结：
运输层为高层用户屏蔽了下面通信子网（网络核心）的细节，把尽力交付的不可靠的网络服务演变成为支持网络应用可靠的网络服务
运输层除了要为应用进程提供复用和分用，还要为应用报文提供差错检测，包括传输数据出错、传输数据丢失、应答数据丢失、重复、失序、超时等，运输协议要为端系统提供流量控制，并对尽力交付的网络提供拥塞控制等。
还有连接建立与连接释放、连接控制和序号设置等
网络协议设计的目的是实现网络中的可靠数据传输RDT（reliabilitydatatransfer），对网络协议的描述可以通过滑动窗口协议，也可以使用有限状态机方法
拥塞控制方法有：
连接接纳控制CAC；基于许可证方法；通信量整形（trafficshaping）；负载丢弃；拥塞抑制；基于窗口的拥塞控制；基于速率的拥塞控制。
讨论了ATM网络中基于速率的拥塞控制
TCP/IP协议簇的运输层协议有两个:
即TCP协议和UDP协议
QoS（QualityofService）是为了实现持续的、可以预测和可靠的网络传输服务
6网络层和路由
授课提纲：
路由选择原理
通过路由选择算法在每个节点通过查找路由表，寻找适合的转发路径
静态和动态路由
静态路由的改变和设置是由人工完成的，一旦确定了分组路由，在一段时间内一般不会再重新设置路由
静态路由选择算法的特点是：
简单、开销小，以及路由过程是已知的
算法：
固定路由选择算法，随机路由选择算法，扩散路由选择算法，最短路由选择算法
动态路由选择也称为自适应性的路由选择，能够适应网络状态的变化，动态的改变和设置路由
动态路由选择可以分为三类：
孤立式：
热土豆算法、反向探知算法
集中式：
分布式：
工作过程：
⑴测量并感知网络状态，主要包括拓扑结构、流量及通信时延
⑵与相邻节点交换路由信息，或向有关进程或节点报告新的路由信息
⑶依据新的路由信息更新路由表
⑷依据新路由表中更新过的路由信息，选择合适路径转发分组
网络层协议IP，IP包格式
格式：
ICMP协议
ICMP（InternetControlMessageProtocol）是用于监视与检测网络、报告意外事件的因特网标准协议
ICMP将检测的结果封装在IP分组中，ICMP报文作为IP分组的数据部分
ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常的报告，传送到给定的目的地，以实现对网络的监视和管理
ICMP分为询问报文和差错报告报文
IPv6协议与IPv4协议，IPV4->IPv6的过度技术:
双栈、隧道等技术
知识点：
路由器由哪几部分组成，并阐述各部分的功能？
虚电路与数据报子网
虚电路：
面向连接的网络服务。
在通信前需要建立一条逻辑连接。
虚电路建立时途径的节点要为各个逻辑信道预留缓冲区，并建立虚电路转发表。
虚电路在节点间不需要进行路由选择，所有的分组首部都有虚电路标识，途径的节点通过查找虚电路转发表保证分组在建立的虚电路途径上有序传输。
数据传输完后要拆除虚电路，释放资源。
虚电路采用分组交换，并不是独占整个路径的连接。
虚电路连接与运输层连接区别：
运输连接仅涉及所连接的两个端节点，虚电路连接涉及途径的多个节点。
数据报：
无连接服务，尽力交付服务。
分组携带完整的地址，独立的在网络中传输，通信子网中每个节点都要有一张路由表，不同的分组在网络中经过的路径可能不一样，延时也可能不一样，所以到达接收方是无序的。
目的节点会对无序分组缓存，等待相关分组到达后在交付给目的主机。
数据报服务比虚电路服务健壮，当网络某条路径出现故障，分组可以绕道传输。
IP地址及子网编码的基本方法
IP地址：
唯一标识网络中一个节点的连接，是一个逻辑地址。
由网络号和主机号组成（IP地址与默认子网掩码“与”可以得出网络号，IP地址与子网掩码的反码“与”得到主机号）,有四个字节，每个字节用十进制表示，用“.”分开。
地址0.0.0.0表示本网络的本主机，1.1.1.1表示本网络的内部广播地址。
127.X.X.X本机环路地址。
IP地址分类：
A：
8位表示网络24位表示主机、网络地址范围1.0.0.0~127.255.255.255
B：
16位表示网络16位表示主机、网络地址范围128.0.0.0~191.255.255.255
C：
24位表示网络8位表示主机、网络地址范围192.0.0.0~223.255.255.255
DE五类。
默认子网掩码：
A:
255.0.0.0B:
255.255.0.0C:
255.255.255.0
子网编码的基本方法？
掌握链路状态算法和距离矢量算法，路由表的更新
距离矢量算法：
每个路由器维护一张路由表（即一个矢量），它以网络中的每个路由器为索引，表中列出了当前已知的路由器到每个目标路由器的最佳距离，以及所使用的线路。
通过在邻居之间相互交换信息，路由器不断地更新他们的内部路由表。
用bellman-ford算法。
路由更新规则：
1、路由是新的，并且度量值可达到的路由。
2、路由是已知的，并且下一跳地址与路由器中的表项内容一样，度量值改变了。
3、路由是已知的，下一跳地址与路由器中的表项不一样，度量值也不一样。
4、路由是已知的，下一跳地址与路由器中的表项不一样，度量值一样。
算法会有以下问题：
环回路由，慢收敛，无穷计算，扩展性差等。
链路状态算法：
以图论作为理论基础，用图来表示网络拓扑结构，并利用图论中的最短路径算法来计算网络间的最佳路由，因此链路状态算法又被称作最短路径优先算法SPF。
工作过程：
1、获知相邻节点
2、测量到各相邻节点的费用（度量标准以延迟为例）
3、用链路状态分组将所测量到的信息告诉其它节点
4、计算新的路由
路由表创建规则：
1、每个节点产生自己的链路状态分组（LSP）。
2、采用洪泛方法向网络区域其他每个节点洪泛LSP。
3、为每个节点形成最短路径数（SPT）。
4、基于该LSP计算路由表。
掌握RIP、OSPF（他们之间的比较）
RIP是基于Bellman-Foed算法的距离矢量路由协议，最初是在伯克利UNIX系统中开发的，报文最大长度:
504B
RIP对距离的定义是所经过路由器的跳数
RIP的设计思想是：
路由器周期地与相邻路由器交换路由刷新
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