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网络复习材料
第一章概述
1Internet采用TCP/IP协议族作为通信的规则
三网:
电信网络,有线电视网络,计算机网络
计算机网络向用户提供的最重要的两个功能:
连通性,共享。
网络把许多计算机连接在一起,因特网则把许多网络连接在一起
2从因特网的工作方式上看,可以划分为以下的两大块:
边缘部分,核心部分
主机处在因特网的边缘部分,通过核心部分通信
3在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类:
客户服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)
4电路交换的三个阶段:
建立连接,通信,释放连接
5计算机网络最简单的定义:
计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合
6不同作用范围的网络:
广域网WAN局域网LAN城域网MAN个人区域网PAN
从网络的使用者进行分类:
公用网专用网
7传输时延(发送时延):
发送数据时,数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间
传播时延:
电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间
信道利用率并非越高越好
8若令D0表示网络空闲时的时延,D表示网络当前的时延,则在适当的假定条件下,可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系:
9网络协议(networkprotocol),简称为协议,是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
网络协议的组成要素:
语法,语义,同步
10计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
11三种协议的图如书上P27
12OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU
14协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合在协议的控制下,两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务要实现本层协议,还需要使用下层所提供的服务
本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议,下面的协议对上面的服务用户是透明的(所以会看不见,透明了,好似看不见玻璃)
第二章物理层
1物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性:
机械特性,电气特性,功能特性,过程特性
2数据:
运送消息的实体信号:
数据的电气的或电磁的表现模拟(取值连续)离散(取值离散)
3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
4基带信号(即基本频带信号)——来自信源的信号。
像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号调制带通信号——把基带信号经过载波调制后,把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输
最基本的二元制调制方法有以下几种:
调幅(AM)调频(FM)调相(PM)
5任何实际的信道都不是理想的,在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰
6信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)
香农定理,信道的极限信息传输速率C可表达为C=Wlog2(1+S/N)b/s
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
香农公式表明:
1信道的带宽或信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率就越高
2只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率,就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输
奈氏准则给出了在假定的理想条件下,为了避免码间串扰,码元的传输速率的上限值(2倍)
7频分复用FDM的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源
时分复用TDM的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度
这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率
8,非导向传输媒体:
微波,无线电波,卫星通信
10宽带接入技术:
1xDSL技术(DMT技术第二代ADSL?
?
)2光纤同轴混合网HFC(主干线路采用光纤)3FTTx技术(光纤到家FTTH光纤到大楼FTTB光纤到路边FTTC)
第三章数据链路层
1数据链路层协议的三个基本问题:
封装成帧透明传输差错控制
2数据链路层使用的信道主要有以下两种类型:
点对点信道(PPP[零比特填充]协议)广播信道
3数据链路层传送的是帧(在数据链路层,规程和协议是同义语)
4在数据链路层传送的帧中,广泛使用了循环冗余检验CRC的检错技术。
冗余码的计算见书上在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS
注意:
仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受(accept)
5媒体共享技术静态划分信道:
频分复用时分复用波分复用码分复用
动态媒体接入控制(多点接入):
随机接入受控接入
6以太网的两个标准:
DIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品(以太网)的规约
IEEE的802.3标准
相应地常用的以太网MAC帧格式有两种标准:
DIXEthernetV2标准IEEE的802.3标准
最小长度64字节18字节的首部和尾部=数据字段的最小长度
有效的MAC帧长度为64~1518字节之间。
帧间最小间隔为9.6s,相当于96bit的发送时间
7数据链路层的两个子层:
逻辑链路控制LLC媒体接入控制MAC子层
局域网对LLC子层来说都是透明的
10以太网提供的服务是不可靠的交付,即尽最大努力的交付。
当目的站收到有差错的数据帧时就丢弃此帧,其他什么也不做。
差错的纠正由高层来决定
11以太网发送的数据都使用曼彻斯特(Manchester)编码
12载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD
使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工通信)。
以太网的端到端往返时延2称为争用期,或碰撞窗口。
以太网取51.2s为争用期的长度。
对于10Mb/s以太网,在争用期内可发送512bit,即64字节。
冲突一定是在发送的前64字节之内
以太网最短有效帧长为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
当某个站监听到总线是空闲时,也可能总线并非真正是空闲的。
碰撞的结果是两个帧都变得无用
CSMA/CD:
先听后发,边听边发,冲突停止,随机延发。
13物理层中继系统:
集线器,转发器。
(集线器很像一个多接口的转发器)
数据链路层中继系统:
网桥或桥接器(bridge)。
交换机
网络层中继系统:
路由器(router)。
网桥和路由器的混合物:
桥路器(brouter)。
网络层以上的中继系统:
网关(gateway
14用多个集线器可连成更大的局域网(不适用于不同数据率的碰撞域[看成LAN]),在数据层则用网桥扩展LAN
网桥和集线器(或转发器)不同:
集线器在转发帧时,不对传输媒体进行检测。
网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD算法
网桥应当按照自学习算法处理收到的帧和建立转发表
透明网桥使用了生成树(个连通的网络中不存在回路,即在任何两个站之间只有一条路径)算法
源路由网桥
以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥,可见交换机(工作在全双工方式)工作在数据链路层。
15在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或MAC地址48位
16虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务,而并不是一种新型局域网
17速率达到或超过100Mb/s的以太网称为高速以太网(快速以太网?
)[细节都不用掌握]
100BASE-T以太网不使用CSMA/CD协议,帧间时间间隔从原来的9.6s改为现在的0.96s
吉比特以太网在半双工方式下使用CSMA/CD协议(全双工方式不需要使用CSMA/CD协议)
10吉比特以太网与10Mb/s,100Mb/s和1Gb/s以太网的帧格式完全相同,只使用光纤作为传输媒体,只工作在全双工方式,不使用CSMA/CD协议
第四章网络层
1虚电路表示这只是一条逻辑上的连接
2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
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
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,每个分组使用短的虚电路号
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
当结点出故障时
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
3TCP/IP体系中两个最主要的协议:
TCP和IP。
与IP协议配套使用的还有四个协议:
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IGMP
4
A类默认子网掩码255.0.0.0B类默认子网掩码255.255.0.0C类默认子网掩码255.255.255.0
网络号A1字节B2字节C3字节,主机号:
321字节D类是多播地址
6路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择,在具体的物理网络的链路层只能看见MAC帧而看不见IP数据报
8一个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。
数据报的最大长度为65535字节。
总长度必须不超过最大传送单元MTU
标志字段的最低位是MF。
MF1表示后面“还有分片”。
MF0表示最后一个分片
源地址和目的地址都各占4字节。
IP数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的IP地址
9默认路由在一个网络只有很少的对外连接时是很有用。
直接交付,间接交付
10划分子网纯属一个单位内部的事情。
单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。
不同的子网掩码得出相同的网络地址。
但不同的掩码的效果是不同的
当没有划分子网时,IP地址是两级结构。
划分子网后IP地址就变成了三级结构
划分子网只是把IP地址的主机号host-id这部分进行再划分,而不改变IP地址原来的网络号net-id
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
划分子网后,路由表必须包含以下三项内容:
目的网络地址,子网掩码,下一跳地址
CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。
IP地址从三级编址(使用子网掩码)又回到了两级编址。
11三级IP地址才有子网掩码
12一个CIDR地址块可以表示很多地址,这种地址的聚合常称为路由聚合,也称为构成超网。
对于/20地址块,它的掩码是20个连续的1。
斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。
CIDR地址块中的地址数一定是2的整数次幂。
网络前缀越短,其地址块所包含的地址数就越多。
而在三级结构的IP地址中,划分子网是使网络前缀变长。
最长前缀匹配。
13二叉线索中的各个路径就代表路由表中存放的各个地址
14为了提高IP数据报交付成功的机会(功能),在网际层使用了网际控制报文协议ICMP
ICMP不是高层协议,而是IP层的协议
ICMP报文的种类有两种,即ICMP差错报告报文和ICMP询问报文
ICMP报文的前4个字节是统一的格式,共有三个字段:
即类型、代码和检验和
ICMP差错报告报文共有5种:
终点不可达,源点抑制,时间超过,参数问题,改变路由(重定向)
ICMP询问报文有两种:
回送请求和回答报文,时间戳请求和回答报文
15静态路由选择策略,动态路由选择策略。
因特网采用分层次的路由选择协议
16因特网有两大类路由选择协议:
内部网关协议IGP(如RIP和OSPF协议)
外部网关协议EGP(BGP-4或叫做BGP)
17自治系统之间的路由选择也叫做域间路由选择,在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择。
18RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。
从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1。
RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器,值为16时即相当于不可达。
RIP不能在两个网络之间同时使用多条路
19RIP2的报文由首部和路由部分组成。
RIP协议最大的优点就是实现简单,开销较小。
RIP限制了网络的规模,它能使用的最大距离为15(16表示不可达)【好消息传播得快,而坏消息传播得慢】
20OSPF只是一个协议的名字,它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”,它是分布式的链路状态协议。
OSPF的更新过程收敛得快是其重要优点。
OSPF不用UDP而是直接用IP数据报传送
23OSPF的五种分组类型:
问候(Hello)分组,数据库描述分组,链路状态请求分组,链路状态更新分组(用洪泛法对全网更新链路状态),链路状态确认分组
24边界网关协议BGP只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由(不能兜圈子),而并非要寻找一条最佳路由
BGP-4共使用四种报文:
打开报文,更报文,保活报文,通知报文
25“转发”和“路由选择”的区别:
1“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。
2“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
3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4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
26路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因
27IP多播需要两种协议:
网际组管理协议IGMP(使路由器知道多播组成员的信息)和多播路由选择协议(路由器协同工作)
28转发多播数据报使用的方法:
(1)洪泛与剪除,
(2)隧道技术(tunneling)(3)基于核心的发现技术
29虚拟专用网VPN和网络地址转换NAT本地地址全球地址
专用地址下面这些地址只能用于一个机构的内部通信,而不能用于和因特网上的主机通信
10.0.0.0到10.255.255.255172.16.0.0到172.31.255.255192.168.0.0到192.168.255.255
30内部主机X用本地地址IPX和因特网上主机Y通信所发送的数据报必须经过NAT路由器。
第五章运输层
1应用进程之间的通信又称为端到端的通信,但网络层是为主机之间提供逻辑通信。
运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。
运输层提供应用进程间的逻辑通信
运输层需要有两种不同的运输协议,即面向连接的TCP和无连接的UDP
2两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元TPDU
TCP传送的数据单位协议是TCP报文段,UDP传送的数据单位协议是UDP报文或用户数据报。
每一条TCP连接只能有两个端点,不提供广播或多播服务。
每一条TCP连接只能是点对点的(一对一)。
而UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
TCP提供可靠交付的服务,全双工通信,UDP则不可靠,使用尽最大努力交付
TCP是面向字节流的。
UDP是面向报文的。
TCP则提供面向连接的服务。
UDP在传送数据之前不需要先建立连接。
UDP没有拥塞控制,很适合多媒体通信的要求
3软件端口,硬件端口端口用一个16位端口号进行标志,端口号只具有本地意义
三类端口:
熟知端口登记端口号客户端口号或短暂端口号
4用户数据报UDP有两个字段:
数据字段和首部字段。
首部字段有8个字节,由4个字段组成,每个字段都是两个字节
5TCP连接的端点不是主机,不是主机的IP地址,不是应用进程,也不是运输层的协议端口。
TCP连接的端点叫做套接字(socket)或插口。
端口号拼接到IP地址即构成了套接字。
套接字socket=(IP地址:
端口号)(5-1)
TCP连接:
:
={socket1,socket2}={(IP1:
port1),(IP2:
port2)}(5-2)
6使用确认和重传机制,就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。
这种可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ
7信道的利用率U
8连续ARQ协议接收方一般采用累积确认的方式
9TCP连接的每一端都必须设有两个窗口——一个发送窗口和一个接收窗口
TCP的可靠传输机制用字节的序号进行控制。
TCP所有的确认都是基于序号而不是基于报文段
A的发送窗口并不总是和B的接收窗口一样大(因为有一定的时间滞后)。
TCP要求接收方必须有累积确认的功能,这样可以减小传输开销
ACK——只有当ACK1时确认号字段才有效。
当ACK0时,确认号无效。
10流量控制就是让发送方的发送速率不要太快,既要让接收方来得及接收,也不要使网络发生拥塞。
利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现流量控制。
出现资源拥塞的条件:
对资源需求的总和>可用资源(5-7)
拥塞控制与流量控制的关系:
1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
2拥塞控制是一个全局性的过程,涉及到所有的主机、所有的路由器,以及与降低网络传输性能有关的所有因素
3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。
4流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率,以便使接收端来得及接收
11分组的丢失是网络发生拥塞的征兆而不是原因
12几种拥塞控制方法:
1.慢开始和拥塞避免2.快重传和快恢复
慢开始门限ssthresh的用法如下:
当cwnd 当cwnd>ssthresh时,停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法; 当cwnd=ssthresh时,既可使用慢开始算法,也可使用拥塞避免算法 当拥塞窗口cwnd增长到慢开始门限值ssthresh时,就改为执行拥塞避免算法,拥塞窗口按线性规律增长。 “拥塞避免”并非指完全能够避免了拥塞。 “拥塞避免”是说在拥塞避免阶段把拥塞窗口控制为按线性规律增长,使网络比较不容易出现拥塞。 13快重传和快恢复发送方只要一连收到三个重复确认就应当立即重传对方尚未收到的报文段。 由于发送方现在认为网络很可能没有发生拥塞,因此现在不执行慢开始算法,即拥塞窗口cwnd现在不设置为1,而是设置为慢开始门限ssthresh减半后的数值,然后开始执行拥塞避免算法(“加法增大”),使拥塞窗口缓慢地线性增大。 14发送窗口的上限值Min[rwnd,cwnd](5-8) 当rwnd 当cwnd 15TCP的运输连接管理: 运输连接的三个阶段: 连接建立(三次握手建立TCP连接同步位SYN=1,并选择序号seq=x)、数据传送和连接释放 第六章应用层 1任何一个连接在因特网上的主机或路由器,都有一个唯一的层次结构的名字,即域名。 2一个服务器所负责管辖的(或有权限的)范围叫做区(zone) DNS服务器的管辖范围不是以“域”为单位,而是以“区”为单位。 3域名服务器有以下四种类型: 根域名服务器,顶级域名服务器,权限域名服务器,本地域名服务器(默认域名服务器)。 DNS域名服务器都把数据复制到几个域名服务器来保存,其中的一个是主域名服务器,其他的是辅助域名服务器 4主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询 本地域名服务器向根域名服务器的查询通常是采用迭代查询 5文件传送协议FTP是因特网上使用得最广泛的文件传送协议 它使用两个(控制,数据)TCP可靠的运输服务服务器进程由两大部分组成: 一个主进程,负责接受新的请求;另外有若干个从属进程,负责处理单个请求。 两个连接: 控制连接(一直保持打开)数据连接 简单文件传送协议TFTP只支持文件传输而不支持交互 6按远程终端协议TELNET 7万维网提供分布式服务,万维网是分布式超媒体系统,它是超文本系统的扩充,超文本是万维网的基础。 万维网站点使用Cookie来跟踪用户 8怎样标志分布在整个因特网上的万维网文档? 1使用统一资源定位符URL来标志万维网上的各种文档2使每一个文档在整个因特网的范围内具有唯一的标识符URL 9超文本传送协议HTTP是一个应用层协议,它使用TCP连接进行可靠的传 HTTP有两类报文: 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 报文由三个部分组成,即开始行、首部行和实体主体,在请求报文中,开始行就是请求行。 响应报文的开始行是状态行 10超文本标记语言HTML用以显示页面 11代理服务器(又称为万维网高速缓存),它代表浏览器发出HTTP请求。 12Java技术装三个主要组成部分: 程序设计语言,运行环境,类库 13在万维网中用来进行搜索的程序叫做搜索引擎。 全文检索搜索引擎是一种纯技术型的检索工具,分类目录搜索引擎并不采集网站的任何信息 14电子邮件的一些标准(发送读取都是TCP可靠连接) 发送邮件的协议: SMTP,读取邮件的协议: POP3和IMAP 用户代理UA就是用户与电子邮件系统的接口,是电子邮件客户端软件。 邮件服务器需要使用发送和读取两个不同的协议 电子邮件由信封(envelope)和内容(content)两部分组成 IMAP最大的好处就是用户可以在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读和处理自己的邮件 电子邮件从A发送到1邮件服务器是使用HTTP协议,两个邮件服务器之间的传送使用SMTP,邮件从2邮件服务器传送到B是使用HTTP协议 15动态主机配置协议DHCP提供了即插即用连网的机制。 这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手工参与。 注意: DHCP报文只是UDP用户数据报中的数据。 16简单网络管理协议SNMP是有效的网络管理协议。 SNMP使用无连接的UDP,包括SNMP报文。 网络管理并不是指对网络进行行政上的管理 管理站(硬件)或管理程序(软件)都可称为管理者(manager),Manager不是指人而是指机器或软件。 网络管理员(administrator)指的是人。 网络的每一个被管设备中可能有多个被管对象。 被管设备有时可称为网络元素或网元,在被管设备中也会有一些不能被管的对象. 管理程序运行SNMP客户程序,代理程序运行SNMP服务器程序 在网络正常工作时,SNMP可实现统计、配置、和测试等功能。 当网络出故障时,可实现各种差错检测和恢复功能 SNMP的网络管理由三个部分组
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