计算机网络期末冲刺

因特网发展的三个阶段

第一阶段是从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。

第二阶段 ：Internet 网

第三阶段形成了多层次 ISP 结构的因特网（因特网服务提供者 ISP）

因特网的组成

边缘部分：所有连接在因特网上的主机组成

核心部分 ：大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

两种通信方式

客户-服务器方式（C/S 方式）

对等方式（P2P 方式）

路由器的重要任务

网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)，它是实现分组交换(packet switching)的关键构件

三种交换

电路交换

报文交换

分组交换

几种不同类别的网络

作用范围进行分类：

  • 广域网 WAN (Wide Area Network)
  • 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
  • 局域网 LAN (Local Area Network)
  • 个人区域网 PAN (Personal Area Network)

网络的使用者进行分类：

  • 公用网 (public network)
  • 专用网 (private network)
  • 虚拟专用网络（Virtual Private Network：VPN）

*性能指标

  • 速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)，单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等

  • “带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。

    • 在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。（带宽越大，所需要的时间越少）

  • 总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

  • 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。(信道利用率并非越高越好。 )

  • 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

  • 吞吐量（throughput）：表示在单位时间内通过某个网络（或者信道、接口）的数据量

协议与划分层次

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

五层协议体系

应用层(application layer)-主机

表示层

会话层

运输层(transport layer)

网络层(network layer) –路由器

数据链路层(data link layer)

物理层(physical layer)（不属于TCP/IP） ：传输数据比特流

信噪比

信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比

信噪比(dB) = 10 log10(S/N) (dB)

信道的极限信息传输速率 C 可表达为：

C = W log2(1+S/N) (bit/s)

其中：

  • W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；

  • S 为信道内所传信号的平均功率；

  • N 为信道内部的高斯噪声功率。

“模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。

“数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。

可自由使用的ISM频段

使用某一段无线电频谱进行通信，通常必须得到本国政府有关无线电频谱管理机构的许可证。有一些无线电频段是可以自由使用的。例如：ISM

物理层的传输媒体

传输媒体也称为传输介质或传输媒介

导引型传输媒体 有线

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非导引型传输媒体就是指自由空间 无线传输

信道的基本概念

信道的通信方式

  • 单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

  • 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。

  • 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。

信道的调制

基带调制：变换后的信号仍然是基带信号。过程称为编码 (coding)

带通调制：使用载波 (carrier)进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号。

常用编码方式

曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力

*常用信道复用方式

之所以要使用信道复用技术，是因为它可以通过共享信道、最大限度提高信道利用率。

频分复用：同样的时间占用不同的带宽资源

波分复用：是一种特殊的频分复用

时分复用：时间划分为一段段等长的时分复用帧

非对称数字用户线 ADSL ：把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

上行和下行带宽做成不对称的。上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户

数据链路层

链路(link)：中间没有任何其他的交换结点。

信道：

  • 点对点信道：一对一的点对点通信方式。

  • 广播信道：一对多的广播通信方式。

现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用 PPP 协议。

以太网的两个标准

DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。

IEEE 802.3 是第一个 IEEE 的以太网标准。

网卡

网络接口板又称为通信适配器 (adapter) 或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“网卡”。

重要功能：

  • 进行串行/并行转换。

  • 对数据进行缓存。

  • 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。

  • 实现以太网协议。

CSMA/CD

CS：载波监听

MA：多点接入

CD：碰撞检测(冲突检测)

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。

  • 发送最短帧要经过争用期这段时间，此时间段内没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

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。

MAC帧

“发往本站的帧”包括以下三种帧：

  • 单播(unicast)帧（一对一）

  • 广播(broadcast)帧（一对全体）

  • 多播(multicast)帧（一对多）

网络层

网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

协议

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只属于网络层的协议：

  • 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)

  • 网际控制报文协议 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。
    • 差错报告报文共有 5 种 ：介绍其一，终点不可达 （出现丢包就发这个）
    • 不是高层协议，而是 IP 层的协议。
    • 报文的种类有两种，即 ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文。
    • ICMP的应用举例：PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文，它没有通过运输层的 TCP 或UDP。

  • 网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)

中间设备（包括别的层）

中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。

  • 物理层中继系统：转发器又叫中继器(repeater), 。

  • 数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。

  • 网络层中继系统：路由器(router)。

  • 网络层以上的中继系统：网关(gateway)-通过高层协议转换链接两个不兼容的系统（无线，有线；以太网，光纤）。

IP地址

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一般全0地址和全1地址都不可用作主机地址。因此C类地址最大可用主机数为：254个（255-1个全1广播）

地址解析协议 ARP

ARP：IP–>MAC，IP地址与MAC地址的映射问题

ARP由于ARP协议没有相关的安全验证之类的设计,导致了ARP欺骗的产生

划分子网

思路

从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。

子网掩码

从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。

  • 子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。

路由算法自适应性

静态路由选择策略——人工配置。

动态路由选择策略—-路由算法自动生成。

RIP

一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。

一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加 1。

RIP 协议中的“距离”也称为“跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。

这里的“距离”实际上指的是“最短距离”

RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由器

“距离”的最大值为16 时即相当于不可达。可见 RIP 只适用于小型互联网。

RIP三个要点

  • 仅和相邻路由器交换信息。

  • 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。

  • 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。

特点：好消息传得快,坏消息传得慢

*RIP与OSPF不同

RIP是一种距离向量协议，而OSPF是一种链路状态协议

RIP只跟邻居路由器交换信息，OSPF是泛洪

RIP最大距离16，只适合小规模网络。OSPF适合大规模网络

* 路由表和转发表的区别和联系，影子副本的作用

路由表：这是由路由器维护的一个数据结构，用于记录所有可以到达的网络和对应的下一跳信息。

转发表：当数据包到达路由器时，路由器会查看其转发表，根据数据包的目的地址来决定下一跳。

联系：转发表通常是从路由表生成的，但其只包含被用来实际转发数据包的最佳路径信息。

影子副本通常用于备份和故障恢复，或者在处理并发更新时减少冲突。

路由器的交换方法

通过存储器

通过总线

通过纵横交换结构

IPv6特点

支持无连接的传送，IPv6 将地址从 IPv4 的 32 位 增大到了 128 位。

  • 基本首部 (base header)

  • 有效载荷 (payload)。有效载荷也称为净负荷。有效载荷允许有零个或多个扩展首部 (extension header)，再后面是数据部分。

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Ipv4-》ipv6过渡

  • 使用双协议栈

  • 使用隧道技术

*虚拟专用网VPN

虚拟专用网 VPN 利用公用的互联网作为本机构的通信载体, “专用网”是因为这种网络是为本机构的主机用于机构内部的通信

本地/全球地址二义性

定义了一些专用地址，只能用作本地地址。

  • 10.0.0.0 到 10.255.255.255

  • 172.16.0.0 到 172.31.255.255

  • 192.168.0.0 到 192.168.255.255

在互联网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。

运输层

TCP/IP 的运输层有两个不同的协议：

(1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)

(2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)

熟知端口：0~1023

登记端口号：1024~49151，应用程序使用的，必须在 IANA 登记

客户端口号\短暂端口号：49152~65535，留给客户进程选择暂时使用。

UDP特点

UDP 是无连接的，用尽最大努力交付，面向报文，没有拥塞控制的

UDP 的首部开销小，只有 8 个字节，比 TCP 的 20 个字节的首部要短。

UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信

*TCP特点

TCP提供面向连接的，可靠的，字节流服务

可靠传输的实现：自动重传请求ARQ (Automatic Repeat reQuest)。

*零窗口与持续计时器

TCP 为每一个连接设有一个持续计时器，TCP 连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器，持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段（仅携带 1 字节的数据），而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值。n若窗口仍然是零，则收到这个报文段的一方就重新设置持续计时器。若窗口不是零，则死锁的僵局就可以打破了。

拥塞控制与流量控制的关系

拥塞控制所要做的都有一个前提，就是网络能够承受现有的网络负荷。通常使用慢开始实现阻塞避免

流量控制往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信量的控制。 通常使用滑动窗口实现流量控制

下面哪一个是正确的？

B 流量控制使用了滑动窗口而拥塞避免使用了慢开始算法

C 流量控制着眼于源、目的点而阻塞避免着眼于网络全局

D TCP/IP中网络层有流控算法，而阻塞避免仅仅使用在传输层

选择 C 是正确的

选项B，拥塞避免和慢开始是两个同等地位的算法 选项D也不正确，因为在TCP/IP模型中，流量控制和拥塞避免都是在传输层实现的，而不是在网络层。网络层主要负责的是数据包的路由和转发。

*TCP 的运输连接管理

运输连接就有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。

CS方式

TCP 连接的建立都是采用客户服务器方式。

主动发起连接建立的应用进程叫做**客户(client)**。

被动等待连接建立的应用进程叫做**服务器(server)**。

域名系统 DNS

域名的结构由标号序列组成，各标号之间用点隔开：

​ … . 三级域名 . 二级域名 . 顶级域名

各标号分别代表不同级别的域名。

文件传送协议 FTP (File Transfer Protocol)

配合传输层TCP协议使用，因为需要保证文件的传输的可靠,完整,无差错。

URL 的一般形式

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HTTP 的报文结构

请求报文——从客户向服务器发送请求报文。

响应报文——从服务器到客户的回答。

由于 HTTP 是面向正文的 (text-oriented)，因此在报文中的每一个字段都是一些 ASCII 码串，因而每个字段的长度都是不确定的。

报文由三个部分组成，即开始行、首部行和实体主体。

HTTP 请求报文

GET 请求读取由 URL所标志的信息

POST 给服务器添加信息（例如，注释）

状态码

n1xx 表示通知信息的，如请求收到了或正在进行处理。

n2xx 表示成功，如接受或知道了。

n3xx 表示重定向，表示要完成请求还必须采取进一步的行动。

n4xx 表示客户的差错，如请求中有错误的语法或不能完成。

n5xx 表示服务器的差错，如服务器失效无法完成请求。

*其他应用协议

TCP：HTTP，FTP，SMTP，POP3，IMAP

UDP：SNMP，DNS

后记

每层的数据单位：

物理层：bit

数据链路层：帧

网络层：分组（报文）

传输层：TCP报文段，UDP数据报

每层的ID

物理层：无

数据链路层：MAC地址

网络层：IP地址

传输层：PORT端口

交换机能隔离冲突域，不能隔离广播域

从信息交互来看，通信有三种方式，单向通信（单工通信），双向交替通信（半双工通信），双向同时通信（全双工通信）

以太网最小发送帧长为64节

常见二元信号调制方式：幅度调制（AM），频率调制（FM），相位调制（PM）

停止等待协议（stop-and-wati），是数据链据层一个很重要的协议，基本原理就是说每发送一个分组，必须要停下来等待，等接收方确认后才可继续发送下一个分组。如果没收到确认，就只能超时重传。

ARP的请求是广播，应答是单播。

4-41 什么是VPN？VPN有何特点和优缺点？VPN有几种类型？

VPN是虚拟专用网，特点是采用TCP/IP与公用互联网为载体，使一个机构中分布在不同场所的主机能够像使用本机构专用网那样进行通信

优点是价格比专用网便宜，缺点是采用的技术复杂，通过公用互联网有安全风险

几种类型

内联网VPN：由本机构内部网络构成vpn

外联网VPN：有一些外部机构参加而构成的VPN

远程接入VPN：使得外地人员能通过拨号接入互联网，从而和本公司保持联系

4-55 Ipv6只允许在源点进行分片，有何好处？

分片非常耗时，Ipv6将其移动到网络边缘的主机中，大大加快了网络IP数据报的转发速度。