计算机网络复习总结-2018-杭电

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1 310 nm和1 550 nm波长的波分复用、粗波分复用(CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing)和密集波分复用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)。 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：2k = k+r+1.其中r为信息位个数。插入位置：2n位。 校验位计算： /yudandan10/article/details/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）：xrK(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)：xrK(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(Isle of Wight)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（Domain Name System）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/Tr Tf: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+WrIPv6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。地址表示本网络的本主机，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55B：16位表示网络16位表示主机、网络地址范围55C：24位表示网络8位表示主机、网络地址范围55DE五类。默认子网掩码：A: B: C: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:504BRIP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信息报文，报文内容是由若干（V,D）组成的表，其中：V代表矢量，表示该路由器可以到达的目的网络或目的主机，D代表距离，指出该路由器到达目的网络或目的主机的跳数，路由器在接收到某个路由器的（V,D）报文后，根据最短路径算法更新各自的路由表RIP的工作过程包括路由表的建立和路由表的更新开放最短路径优先OSPF:是内部（网关）路由协议,采用链路状态路由选择算法 链路（网络连接）类型：点对点链路，连接链路，末节链路，虚拟链路。分组类型：5种。比较：1、 rip协议是距离矢量路由选择协议，它选择路由的度量标准（metric)是跳数，最大跳数是15跳，如果大于15跳，它就会丢弃数据包。 ospf协议是链路状态路由选择协议，它选择路由的度量标准是带宽，延迟。2、 RIP协议是一种传统的路由协议，适合比较小型的网络，但是当前Internet网络的迅速发展和急剧膨胀使RIP协议无法适应今天的网络。OSPF协议则是在Internet网络急剧膨胀的时候制定出来的，它克服RIP协议的许多缺陷。总结：网络层是网络核心（通信子网）的最高层，网络层的协议数据单元是分组。网络层需要解决的问题主要有：网络连接的建立和释放；路由选择；网络互连；网络寻址；拥塞控制；分片和组块；服务选择等 路由选择算法是实现最佳路由选择的步骤和方法，在应用时是网络层软件的一部分。动态路由选择可以分为三类：孤立式；集中式；分布式 层次路由选择算法涉及到层次划分，在每一层上的路由选择算法可采用前面已经介绍的DV、LS方法实现 互连网络没有大小的限制，也没有对参与互连的网络有任何限制 有四种互连设备，分别对应不同的网络层次，网络互连设备之间的关系为包含关系IP协议是一个无连接协议，采用IP协议互连的网络为高层提供数据报服务，IP网络是一个尽力交付的网络IP地址的编址技术的发展经历了3个阶段ICMP将检测的结果封装在IP分组中支持移动性的Internet体系结构与协议称为移动IP 7 数据链路层和局域网授课提纲：局域网技术要素LAN三要素：拓扑结构：总线型，星形，环形，树型。传输介质：双绞线，同轴电缆（基带和宽带），光纤（多模和单模）。信道访问协议：CSMA/CD，CSMA/CA，令牌传递。信道访问协议信道共享技术的分类有：固定信道划分协议随机访问协议轮流访问协议固定信道划分协议主要有:时分复用；频分复用；码分多址等随机访问协议主要有：纯ALOHA、时隙ALOHA、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA等轮流访问协议主要有：轮询协议和令牌传递协议局域网地址和ARPMAC地址：硬件地址，物理地址。以太网中用48为二进制标识，通过12为16进制表示。ARP:IP地址到MAC地址的转换协议。从IP地址找到对应节点的MAC地址叫做地址解析。ARP表中的每个表项有三个字段：IP地址；LAN地址；TTLIEEE802.11无线局域网无线局域网采用的无线传输介质主要是微波和红外线采用微波的WLAN的调制方式主要是扩展频谱方式和窄带调制方式WLAN的网络接口大都采用从数据链路层接入网络无线网络不能代替有线网络，无线网络只能是有线网络的补充IEEE 802.11用来解决隐蔽站（也称为隐藏站点）引起冲突所采用的方法称为信道预约有固定基础设施的无线局域网：一个基本服务集（BSS）可以是单独的（孤立的），也可以通过接入点AP连接到一个分配系统（DS），通过DS再连接到一个BSS，这样可以构成一个扩展的服务集ESS无固定基础设施的自组网络：自组网络中站点之间的通信需要经过一些站点的转发，这些转发站点的作用类似于路由器。例如移动站源站点A和目的站点E通信，经过了一连串的转发过程，传输过程中途径的站点B、C、D是转发站点 知识点：掌握CAMS/CD的原理和工作过程工作原理是: 发送数据前 先侦听信道是否空闲 ,若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。若侦听到冲突,则立即停止发送数据，等待一段随机时间,再重新尝试。控制过程包含四个处理内容：监听、发送、检测、冲突处理（1） 监听：通过专门的检测机构，在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送（线路是否忙）？若“忙”则进入后述的“退避”处理程序，进而进一步反复进行侦听工作。若“闲”，则一定算法原则（“X坚持”算法）决定如何发送。（2） 发送：当确定要发送后，通过发送机构，向总线发送数据。（3） 检测：数据发送后，也可能发生数据碰撞。因而，要对数据边发送，边检测，以判断是否冲突了。（4）冲突处理：当确认发生冲突后，进