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计算机网络复习

期末考试复习笔记

第一章 计算机网络和因特网

1. 网络互连设备

名称设备功能
应用层网关协议转换,数据重新分组
传输层网关协议转换,数据重新分组
网络层路由器将不同网络互连,路由选择
链路层交换机扩大网络规模,过滤
物理层集线器对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络规模

2. 网络的边缘

与因特网相连的计算机等设备通常称为端系统(也称为主机),它们位于因特网的边缘。因特网的端系统包括:桌面计算机、服务器、移动计算机、其他

端系统通过通信链路(communication link)和分组交换机(packet switch)连接到一起

3. 网络的核心

互联了因特网端系统的分组交换机和链路的网状网络

交换机有两类:路由器和链路层交换机
多数分组交换机采用存储转发机制,指交换机在能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前,必须接收整个分组

排队延时出现的原因和地点:

原因:进入Buffer比出快

地点:有buffer的地方,主要是路由的入口和出口

时延

  1. 处理时延:检查分组首部和决定将分组导向何处

  2. 排队时延:

  3. 传输时延:又称存储转发时延,将分组推向链路需要的时间

  4. 传播时延

传输时延和传播时延:
传输时延和分组长度和链路的传输速率有关,传播时延和两台路由之间的距离有关,与分组长度链路速率无关

3. 协议分层

功能PDU协议编址
应用层提供并运行各种网络应用Message 报文HTTP、FTP、SMTP、POP3、Telnet、DNSURL
运输层提供端到端进程之间的数据传输Segment 报文段TCP、UDPPort
网络层主机到主机的数据传输Datagram 数据报IP、ICMP、RIP、OSPFIP
链路层节点间建立数据链路连接frame 帧ARP、PPPMAC
物理层在物理线路上传输原始的二进制数据bit stream 数据位

4.流量强度

流量强度

第二章 应用层

1. 套接字

进程通过一个套接字软件接口在网络上发送和接收报文
套接字是应用程序和运输层协议之间的接口

SSL(Secure Socket Layer,安全套接字层)不是独立于TCP和UDP的第三种因特网运输层协议,而只是对TCP的加强,这种加强是在应用层上实现的。

2. 应用层的协议

常用的服务协议及端口

常用服务协议端口
DNSUDP53
POP3TCP110
IMAPTCP143
SMTPTCP25
TelnetTCP23
终端服务TCP3389
PPTPTCP1723
HTTPTCP80
FTPTCP控制 21 数据 20
HTTPSTCP443
NTPUDP123
RADIUSUDP1645
DHCPUDP67
SNMPUDP161
ipsecUDP500
TFTPUDP69
L2TPUDP1701

3. 网络应用程序体系结构

  • 客户机/服务器体系结构

  • P2P体系结构

4. HTTP状态码

  • 200 OK:请求成功,信息包含在返回的响应报文中

  • 301 Moved Permanently:请求的对象已经被永久转移了,新的URL定义在响应报文中的Location:首部行中指定。客户机软件自动用新的URL获取该对象。

  • 400 Bad Request:一个通用差错代码,指示该请求不能被服务器理解。

  • 404 Not Found:被请求的文档不在服务器上。

  • 505 Http Version Not Supported:服务器不支持请求报文使用的HTTP协议版本。

  • 304:客户端已经执行了GET,但文件未变化

第三章 运输层

1.作用:运输层协议为运行在不同主机上的应用进程之间提供了逻辑通信功能。

2. 运输层协议是在端系统中而不是在网络路由器中实现的。

3. 多路复用与多路分解

将运输层报文段中的数据交付到正确的套接字的工作称为多路分解(demultiplexing)

从源主机的不同套接字中收集数据块,并为每个数据块封装上首部信息从而生成报文段,然后将报文段传递到网络层的工作称为多路复用(multiplexing)

4.UDP协议

提供不可靠的无连接的服务

UDP的优势、为什么还有UDP?

优势:快

  • 没有流量控制、拥塞控制

  • 无需建立连接、无需维护连接

  • 分组首部开销小

  • 无重传机制

5.TCP报文段结构

TCP报文格式

6. TCP的功能

  • 面向连接的服务

  • 可靠的数据传输

  • 有序的字符流数据传输

  • 拥塞控制

  • 流量控制

7. 端口

The port numbers ranging ( 0~1023 ) are called well-known port numbers.
0~65535共$2^{16}$个可用端口

第四章 网络层

IP协议,全称网际协议。IP尽它最大努力在通信的主机之前交付报文段,不做任何担保。

The Internet' network layer provides asingle service known as best-effort service

1.IP协议提供的功能

IP协议的主要功能-用途:在相互连接的网络之间传递IP数据报。
其中包括两个部分:

(1)寻址与路由。
(a)用IP地址来标识Internet的主机:在每个IP数据报中,都会携带源IP地址和目标IP地址来标识该IP数据报的源和目的主机。IP数据报在传输过程中,每个中间节点(IP 网关)还需要为其选择从源主机到目的主机的合适的转发路径(即路由)。IP协议可以根据路由选择协议提供的路由信息对IP数据报进行转发,直至抵达目的主机。
(b)IP地址和MAC地址的匹配,ARP协议。数据链路层使用MAC地址来发送数据帧,因此在实际发送IP报文时,还需要进行IP地址和MAC地址的匹配,由TCP/IP协议簇中的ARP(地址解析协议)完成。

(2) 分段与重组。
(a) IP数据报通过不同类型的通信网络发送,IP数据报的大小会受到这些网络所规定的最大传输单元(MTU)的限制。
(b)将IP数据报拆分成一个个能够适合下层技术传输的小数据报,被分段后的IP数据报可以独立地在网络中进行转发,在到达目的主机后被重组,恢复成原来的IP数据报。

2.网络层功能

转发:当一个分组到达某路由的一条输入链路时,该路由必需将该分组移动到适当的输出链路。

选路:当分组从发送方流向接收方时,网络层必需决定这些分组所采用的路由或路径。

3.交换机

某些分组交换机称为链路层交换机,它们基于链路层字段中的值作转发决定。其他分组交换机称为路由器,基于网络层的字段值作转发决定

4. 网络层提供的服务

  • 确保交付。该服务确保分组将最终到达其目的地

  • 具有时延上界的确保交付。确保在特定的主机到主机时延上界内交付

  • 有序分组交付。确保分组以它们被发送的顺序到达目的地

  • 确保最小带宽。

  • 确保最大时延抖动。

  • 安全性服务。

5.IPv4数据报格式

IP数据报格式.png

6. IP数据报分片与重组

分片的原因:不是所有的链路层协议都能承载相同长度的网络层分组

MTU: Maximum Transmission Unit 最大传输单元

一个4000字节的数据报(20字节IP首部加上3980字节IP有效载荷)到达一台路由器,且必须被转发到一条MTU为1500字节的链路上。

除最后一片外所有初始有效载荷数据的数量应为8字节的倍数。

IP分片

数据报的重组工作放到端系统中,而不是放到网络路由器中

数据报的有效载荷公当在IP层完全重构为初始IP数据报时,才被传递给目的地运输层。如果一个或多个片没有到达,则不完整的数据报被丢弃且不会交给运输层(但是如果运输层使用TCP,则TCP会让源重传数据并恢复丢失的片)

7. 网络中最重要的两个协议:TCP/IP

8. IPv4编址

一个IP地址在技术上是与一个接口相关联的,而不是与包括该接口的主机或者路由器相关联 的

9. CIDR 无类别域间选路

因特网中的地址分配策略被称为无类别域间选路(CIDR)

形式为 a.b.c.d/x的地址的x最高比特位构成了IP地址的网络部分(前缀prefix),其余的32-x比特用于区别内部的设备

10. 分类编址

A类地址/8
B类地址/16
C类地址/24

广播地址

当一台主机发出一个目的地址为 255.255.255.255 的数据报时,该报文会被交付给同一个子网中的所有主机。路由器也会有选择地向邻近的子网转发该报文(虽然它们通常不这样做)

11. NAT

Network Address Translation

NAT使路由器对外部隐藏了家庭网络的细节

NAT转换表:端口号和IP地址

12. ICMP 互联网控制报文协议

ICMP用于主机和路由器之间交互网络层信息,最典型的应用是差错报告

13. DV算法

距离向量算法,迭代的、异步的、分布式的

第五章 链路层和局域网

1. 三种类型的地址:

应用层的主机名
网络层的IP地址
链路层的MAC地址

2. MAC地址

不是主机(节点或路由器)有MAC地址,而是节点的适配器具有链路层地址

MAC地址 即 LAN地址、物理地址

MAC地址长度6字节,共有 $2^{48}$ 个可能的MAC地址,常用16进制表示
如:1A-23-F9-CD-06-9B

没有两个适配器有相同的MAC地址:IEEE为公司分配(固定)前24比特,公司自己决定后24比特

2.1 MAC广播地址

FF-FF-FF-FF-FF-FF

2. 地址解析协议 ARP

将网络层地址(如IP地址)和链路层地址(MAC地址)进行转换

和DNS类似,DNS是将主机名解析为IP地址
但是,DNS将因特网中任何地方的主机名解析为IP地址;ARP仅为在同一个子网中的节点解析IP

ARP查询分组利用广播地址(FF-FF-FF-FF-FF-FF)发送

补充

应用程序需要的服务

-丢包最小带宽是否时间敏感
HTTPNNN
多媒体YYY

各种报文大小

单位:字节

TCP 20
UDP 8
IP 20 (地址是32位)
IPv6 40 (地址是128位)