计算机网络复习大纲-2017.05奇小猪aqi

计算机网络的基本概念（一）基本概念NAP（networkaccesspoint,网络接入点）：用来交换因特网上流量；NAP是最高等级的接入点，主要向各ISP提供交换设施，使他们能够互相平等通信。ISP（internetserviceprovider,互联网服务提供商）（二）概述1、因特网发展的三个阶段①从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。②建成了三级结构的因特网。③逐渐形成了多层次ISP（Internetserviceprovider）结构的因特网。计算机网络定义：一些相互连接的、自治的计算机的集合。计算机网络功能：两大功能，连通性和共享；2、计算机网络组成（1）边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来通信和资源共享。这些主机又称端系统。端系统中运行的程序间通信方式分两类：客户服务器方式（C/S）：客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方；客户程序：一对多，必须知道服务器程序的地址；服务程序：可同时处理多个远地或本地客户的请求（被动等待）；对等连接方式（p2p)：平等的、对等连接通信。既是客户端又是服务端；（2）核心部分为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）（主要由路由器和网络组成）；核心中的核心：路由器（转发收到的分组，实现分组交换）交换——按照某种方式动态地分配传输线路的资源：交换类型描述优点电路交换建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放资源（归还通信资源）始终占用资源报文交换基于存储转发原理（时延较长）分组交换报文（message）切割加上首部（包头header）形成分组（包packet）高效（逐段占用链路，动态分配带宽）;灵活（独立选择转发路由）;迅速（不建立连接就发送分组）;可靠（保证可靠性的网络协议）；存储转发时造成时延；后两者不需要预先分配传输带宽；路由器处理分组过程：缓存→查找转发表→找到合适端口；计算机网络结构：3、计算机网络类型:按作用范围：WAN(广），MAN（城），LAN（局），PAN（个人）；按使用者：公用网，专用网；按介质：有线网，光纤网，无线网络；按无线上网方式：WLAN，WWAN（手机）；按通信性能：资源共享，分布式计算机，远程通信网络。从涵盖面积最广的无线广域网路(WWAN)，到通讯距离小于10公尺的无线个人区域网路(WPAN)等多种类型。名称描述无线广域网络(WWAN)无线广域网络是行动电话及数据服务所使用的数字移动通讯网络，由电信运营商所经营，例如CingularWireless、Vodafone、VerizonWireless等公司。无线广域网络的连线能力可涵盖相当广泛的地理区域，但到目前为止资料传输率都偏低，只有115Kbps，和其他较为区域性的无线技术相去甚远。目前全球的无线广域网络主要采用两大技术——分别是GSM及CDMA技术无线区域网络(WLAN)与无线个人区域网络相较之下，无线区域网络能提供强大的无线网络连结能力，范围可涵盖存取点到客户端中间大约100公尺的距离。目前的无线区域网络以IEEE802.11标准为基础，称为Wi-Fi网络。无线社区区域网络(WMAN)无线都会区域网络是一种可涵盖城市或郊区等较大地理区域的无线通讯网络。以往具备T1或T3等级资料速率的长距离无线技术都是由大型电话业者、独立区域电信业者(IndependentLocalExchangeCarriers；ILEC)、以及其他供应商所专有及经营，用来连接距离较远的地区或大范围校园无线个人区域网络(WPAN)无线个人区域网络是相当小型的随意网络(adhocnetwork)，通常范围不超过10公尺。由于通讯范围有限，无线个人区域网络通常用于取代实体传输线，让不同的系统能够近距离进行资料同步或连线。蓝芽无线技术(Bluetooth)是目前最盛行的无线个人区域网络(WPAN)技术4、计算机网络的性能指标：1.速率（比特每秒b/s）：数据量/信息量的单位；2.带宽（两种）：①频域称谓，赫兹Hz，信号具有的频带宽度；②时域称谓，比特每秒（b/s），通信线路的最高数据率；两者本质一样,宽度越大，传输速率自然越高；3.吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。受网络的带宽或网络的额定速率的限制。4.时延：公式描述发送时延（传输时延）主机或路由发送数据帧所需要时间传播时延点此波在信道中传播一定距离需要花费的时间处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。排队时延分组进入路由器后先在输入队列排队等等待处理；确定转发接口后，还要在输出中排队等待转发总时延总延时=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延数据的发送速率不是比特在链路上的传播速率。时延带宽积：时延带宽积（体积）=传播时延（长）X带宽（截面积），以比特为单位的链路长度；往返时间（RTT)：简单来说，就是两倍传播时延（实际上还包括处理时延，排队时延，转发时的发送时延）；利用率：信道利用率→网络利用率（全网络的信道利用率的加权平均值），U为利用率，D为时延，Do为网络空间时延，因此利用率不是越高越好。减少方法：增大线路的带宽。当网络利用率接近1时，网络时延将无穷大。非特征性能：费用，质量，标准化，可靠性，可扩展性和可升级性，易于管理和维护。

计算机网络体系结构（一）基本概念ISO国际标准化组织OSI/RM——开放系统互连参考模型（法律上的国际标准）；TCP/IP——事实上的国际标准；（二）网络协议网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。协议组成的三要素：语法（结构和格式），语义（动作），同步（顺序）；分层的好处：①各层之间是独立的；②灵活性好；③结构上可分割开；④易于实现和维护；⑤能促进标准化工作。（三）网络体系结构计算机网络体系结构：这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义。ISO/OSITCP/IP五层协议7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层应用层（各种应用层协议，如telnet、FTP、SMTP）传输层（TCP或UDP）网际层（IP）网络接口层5应用层4传输层3网络层2数据链路层1物理层1、应用层：直接为用户的应用提供服务。包括http、smtp、ftp协议等2、传输层：两个主机中进程之间的通信提供服务。运输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可以同时使用下面传输层的服务，分用指传输层把收到的信息分别交付给上层应用层的相应进程。传输控制协议TCP:面向链接的，数据传输的单位是报文段。用户数据报协议UDP:无连接，数据传输单位是用户数据报。3、网络层：为分组交换上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把传输层产生的报文段或者用户数据报封装成分组或报进行传送。因特网主要的网络层协议是无连接的网际协议IP和许多路由选择协议。如IP、ICMP、RIP4、数据链路层：相邻结点间的数据传送。数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧5、物理层：在物理层所传数据的单位是比特。协议与服务的区别：协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。使用本层服务的实体只能看到服务而无法看到下层协议。下面的协议对上层的实体是透明的。其次，协议是水平的，是控制对等实体间通信的规则，而服务是垂直的，即服务由下层想上层通过层间接口提供。

物理层（一）基本概念数据：运送消息的实体。信号:数据的电磁表示。信号分为两大类：模拟信号——消息的参数的取值是连续的数字信号——消息的参数的取值是离散的通信的三种基本方式：单向通信（单工通信），只能从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），通信双方可以发送消息，但不能同时。双向同时通信(双工通信)，通信双方可以同时发送和接受信息。（二）数据通信基础1、噪声比S/N:信号的平均功率和噪声的平均功率之比；信躁比=10log10(S/N)dB(分贝)2、香农容量（极限信息速率）W为信道带宽;极限信息传输速率C=Wlog2(1+S/N)b/s低于C即可实现无差错传输让每个码元携带更多比特的信息量；（三）传输介质信号在链路上以电磁波形式传输。1、导向型传输媒体:（1）双绞线（衰减随着频率的升高而增大）屏蔽双绞线STP(ShieldedTwistedPair)加强抗电磁干扰能力无屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedPair)（2）同轴电缆（用于传输较高速率的数据）50Ω同轴电缆75Ω同轴电缆（3）光缆多模光纤单模光纤（光纤直径下只有一个光的波长）2、非导向型传输媒体短波通信（靠电离层的反射）；微波通信：①地面微波接力通信（中继站）；②卫星通信（较大的传播时延）；微波频率范围：300MHZ-300GHZ微波在空间主要是直线传播。（四）信道复用技术复用技术:多路信号在一条传输线路上用单一的传输设备传输的技术。频分复用FDM所有信号在同样时间占用不同带宽信道划分为频段为每个站分配固定频段不传输信号，则频段空闲时分复用TDM所有信号在不同时间占用相同频带按“轮”访问信道，每轮，每个站得到固定长度的时隙统计时分复用STDM动态分配时隙码分复用CDMA每个用户可以在同样时间使用同样频带进行通信波分复用WDM光的频分复用（五）接入技术1、xDSLxDSL是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造。包括ADSL（非对称数字用户线）、HDSL（高速数字用户线）、SDSL、VSDL。ADSL把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。上行和下行带宽不对称；极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有很大的关系；离散多音调DMT——频分复用；组成：数字用户线接入复用器（DSLAM）、用户线和用户家中的一些设施；2、光纤同轴混合网HFC基于有线电视网CATV（树型拓扑结构，模拟技术的频分复用）改造的；使用光纤模拟技术，采用光的振幅调制AM；节点体系结构——模拟光纤连接，构成星形网；提高网络的可靠性，简化了上行信道的设计；比CATV网更宽的频谱，且具有双向传输功能；

数据链路层（一）基本概念①点对点信道；②广播信道。链路：从一个结点到相邻结点的一段物理线路，总结没有任何其他交换结点。数据链路：必须有一条物理链路外，还需有必要的通信协议来控制数据传输。数据链路（逻辑链路）与链路不一样，数据链路还加上实现通信协议的硬件（网络适配器）和软件。帧：数据链路层的数据单元。（二）使用点对点信道的数据链路层1、三个基本问题封装成帧——加上首部和尾部进行帧定界；透明传输——字节填充，加上转义字符ESC（1B）；差错检测——循环冗余检验CRC。进行模二运算得到的余数（比除数少一位）作为冗余码，数据加上冗余码在除以除数P，得到的余数为0即为无差错。凡是接收端数据链路层接受的帧均无差错（无比特差错）；要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上帧编号、确认和重传机制。2、点对点协议（1）PPP协议组成一个将IP数据报封装到串行链路的方法。链路控制协议LCP(LinkControlProtocol)。（数据链路）网络控制协议NCP(NetworkControlProtocol)。——用于支持不同的网络层协议（2）PPP协议帧的格式PPP使用同步传输：字节填充——转义字符（0x7D）；0x7E转换为2字节序列(0x7D,0x5E)0x7D转换为2字节序列(0x7D,0x5D)ASCII控制符（即数值小于0x20）,该字符前加0x7D，同时改变该字符的编码。PPP使用异步传输：零比特填充——5个1后加0；（4）PPP协议工作状态物理链路→LCP链路→鉴别的LCP链路（PAP）→NCP链路（IP协议对应IPCP）（三）使用广播信道的数据链路层1、局域网数据链路层局域网的特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限，具有广播功能，便于扩展，提高系统的R（可靠）A（可用）S（生存）。（1）局域网的拓扑：星形网，环形网（令牌环形），总线网（CSMA/CD和令牌传递），树形网（频分复用的宽带局域网）。（2）共享信道分为静态划分信道，包括频分复用、时分复用、波分复用、码分复用；动态媒体接入控制，包括随机接入和受控接入。（3）以太网的两个标准：DIXEthernetV2和IEEE802.3（4）适配器的作用：进行数据串行/并行传输的转换；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。2、CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）协议实施通信简便的两个措施：①采用无连接的工作方式（不编号，不确认）；②曼切斯特编码（一分为二）；对点接入——总线型网络；载波监听——发送前先监听；碰撞检测（冲突检测）——边发送边监听，发送的不确定性；争用期（碰撞窗口）：以太网端到端往返时间2t时间内如果没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。最短有效帧长度为64字节；（五）使用广播信道的以太网1、集线器集线器：以太网采用星形拓扑，在星形的中心增加了一个可靠的设备。（1）特点以太网物理上星形网，逻辑上总线网；一个集线器有许多接口；工作在物理层，简单地转发比特，不进行碰撞检测；2、以太网的信道利用率成功发送一个帧占用信道的时间=T（帧长除以发送速率）+τ；参数a：，越小越好，帧长度要够长；极限信道利用率；以太网的MAC层名字指出我们所要寻找的那个资源，地址指出那个资源在何处，路由告诉我们如何到达该处；RA——注册管理机构；OUI——组织唯一标识符（公司的）；EUI——扩展唯一标识符；适配器检测MAC帧中的目的地址是否发往本帧——单播，广播，多播；最常用的MAC帧是以太网V2的格式。利用曼切斯特编码来确定长度；帧间最小间隔导致不需要帧结束定界符；以太网不负责重传丢弃的MAC帧；（六）扩展的以太网1、物理层扩展以太网 使用光纤和集线器扩展优点缺点A使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。B扩大了局域网覆盖的地理范围。A碰撞域增大了，但总吞吐量并未提高。B如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。2、数据链路层扩展以太网在数据链路层扩展以太网主要使用网桥。根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发（存储转发）。（1）网桥的结构网桥依靠转发表转发帧。优点缺点A过滤通信量，增大了吞吐量；（隔离开碰撞域）B扩大了物理范围。（增大工作站的数目）C提高了可靠性。（出现故障只影响个别网段）D可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率（如10Mb/s和100Mb/s以太网）的局域网。A存储转发增加了时延。B在MAC子层并没有流量控制功能。（缓存空间不够造成溢出导致帧丢失）C只适合用户数不多太多和通信量不太大的以太网，否则会产生广播风暴。（网络拥塞）（2）透明网桥自学习，即插即用（IEEE802.1D）组成：地址（源地址）+接口+时间（更新用的）；生成树算法——任何两个站之间只有一条路径。。。（3）源路由网桥源站以广播形式向欲通信的目标发送一个发送帧，发现帧记录所有可能的路由传送，从中选出最佳路网桥由。最佳路由；（4）多接口—以太网交换机全双工；独占通信媒体，无碰撞地传输数据；有存储转发，也有直通（不检查差错，但提高速率减少时延）；虚拟局域网（VLAN）由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。同一VLAN的成员可以收到其他成员的广播信息；增加了VLAN标记位，4个字节。（七）高速以太网（大于100Mb/s）1、100BASE-T以太网双绞线；星形拓扑结构；IEEE802.3的CSMA/CD;2、吉比特以太网全双工和半双工都可以；1Gb/s；

五、网络层（一）基本概念1、虚电路服务和数据包服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证（尽最大努力交付）连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用段的虚电路号每个分组都有终点的完整地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发（独立发送）当节点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责，也可以由用户主机负责由用户主机负责（二）网际协议IP网际协议IP是TCP/IP体系中最重要两个协议之一。与其配套的协议还有：地址解析协议ARP逆地址解析协议RARP网际控制报文协议ICMP网际组管理协议IGMP1、虚拟互连网络使用路由器解决各种异构的物理网络连接在一起的问题；2、分类的IP地址IP地址由ICANN进行分配A类地址-50%网络号全0表示本机，全1表示环回测试；——主机号全0表示本主机的网络地址，全1表示所有主机；——B类地址-25%网络号——；128.1191.255主机号跟A类一样——C类地址-12.5%网络号；192.0.1223.255.255主机号（同上）——IP地址特点：IP管理机构在分配IP地址时只分配网络号，主机号由申请单位自行分配；路由器仅根据网络号来转发分组，减少了路由表所占的存储空间和查找时间；多归属主机——一个路由器至少要有两个不同的IP地址（每个接口一个）；用网桥或转发器连接的局域网仍属于一个网络（相同网络号），用路由器才能连接不同网络；3、IP地址与硬件地址IP地址与硬件地址区别：物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，IP地址是网络层和以上各层使用的一种逻辑地址。IP地址放在IP数据报的首部，硬件地址则放在MAC帧的首部。注意：在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报；路由器只根据目的IP地址的网络号进行路由选择；在局域网的链路层，只能看到MAC帧；使用IP地址是为了隐蔽各种底层网络的复杂性而便于分析和研究问题；4、ARP(地址解析协议)与RARPARP——IP地址转为MAC地址；ARPcache——本局域网的主机和路由表的IP地址到MAC地址的映射表；请求是广播，响应是单播，一次请求响应，两边同时把双方的信息写进ARPcache；不同局域网的主机，要通过路由器进行ARP查询；5、IP数据报格式04816192431版本首部长度区分服务总长度标识标志片偏移生存时间协议首部检验和源地址目的地址可选字段（长度可变）填充数据部分总长度——不少于576字节；标识，标志，片偏移——用于分片；TTL（现为跳数限制）——在经过路由器时才减1；协议：协议名ICMPIGMPTCPUDP协议字段值12617首部检验和——只检验首部，16位反码运算相加再求反码，检验时一样，得到为0即无差错；IP首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施。6、IP层转发分组的流程从一个路由器转发到下一个路由器（信息：目的网络地址，下一跳地址）；特定主机路由——对特定的目的主机指明一个路由，方便控制网络和测试网络；默认路由（）——下一跳路由器的地址不在IP数据包里，而在MAC帧里（转为MAC地址）；分组转发算法：直接交付→特定主机路由→下一跳路由器→默认路由。（二）划分子网和构造超网1、划分子网IP地址：：={