计算机网络总结

21世纪的一些重要特征就是数字化网络化和信息化,他是一个以网络为核心的信息时代.“三网”指电信网络，有线电视网络和计算机网络。

计算机网络的两个重要功能：连通性、共享性。

因特网发展的三个阶段。

internet是一个通用名词，泛指多个计算机网络互连而成的网络。

Internet 是一个专用名词，指当前世界上最大的、开放的、由多个网络互连而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。

ISP因特网服务提供者。

RFC请求评论。

按作用范围，计算机网络分为广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN和个人区域网PAN。

电磁波在1km电缆的传播时延约为5μs.电路交换:特点:①在通话的全部时间内用户独占分配的传输线路或信道带宽,采用静态分配策略;②通路中任何一点故障,就会中断通话,必须重新拨号建立连接,适应模拟信号的数据传输。

③可能造成线路资源的极大浪费.分组交换具有高效灵活可靠等优点.传输时延较电路交换要大,不适用实时数据业务的传输.报文交换传输时延最大.因特网组成：核心部分由大量网络和路由器组成，提供连通性，边缘部分由主机组成，提供共享性.分为客户-服务器方式C/S和对等方式P2P。

网络协议的组成要素:语法(数据控制信息的结构格式),语义(发出何种控制信息,完成何种动作做出何种响应),同步(事件出现顺序说明)/计算机网络的性能-速率（b/s）、带宽（网络通信线路传送数据的能力.Hz,b/s）、吞吐量（单位时间内通过的数据量）、时延（发送+传播+处理+排队）、时延带宽积（传播时延*带宽）、利用率（有数据通过的时间占总时间的比例）物理层的功能：提供相邻设备之间的比特流传输。

透明传输：指经过实际电路后的比特流没有变化，即任意组合的比特流都可以传输。

一个数据通信系统可分为三大部分：源系统、传输系统和目的系统。

常用编码方式：不归零制、归零制、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。

传输媒体：双绞线、同轴电缆、光缆和和飞引导型传输媒体无线或红外或大气激光。

道极限传输速率:C = W log2(1+S/N) b/s W-信道带宽多路复用的速率体系有两个互不兼容的国际标准，北美和日本的T1速率1.544Mb/s和欧洲的E1速率2.048Mb/s。

88年美国推出一个数字传输标准，同步光纤网SONET，51.84Mb/s。

ADSL非对称数字用户线，是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，一般下行带宽大于上行带宽；ADSL接入网由三大部分组成：数字用户线接入复用器DSLAM，用户线和用户家中的一些设施。

光纤同轴混合网（HFC）。

FTTx技术。

数据链路层的三个基本问题：封装成帧（利用帧界定符）、透明传输（字节填充7E变成7D,5E;7D变成7D,5D，或字符填充SOH/EOT前插入ESC;零比特填充：）、差错检测（CRC(实现无差错传输，而不是可靠传输)）。

数据链路层使用的信道有以下两种类型：1点对点信道PPPoE协议，2广播信道。

星型网是使用最广泛的网络结构。

以太网的两个标准分别为DIX Ethernet V2和IEEE的802.3。

CSMA/CD协议：载波监听多点接入/差错检测。

电磁波在1km的电缆的传播时延约为5us。

征用期2t=51.2us，即10Mb/s以太网发送512位的时间。

以太网规定最小帧长就为64字节，即512位。

以太网规定帧间最小间隔为9.6us。

CSMA/CD要点：1准备发送：适配器从网络层获得一个分组，封装成帧。

发送之前必须先检测信道。

2检测信道：若信道忙，则不停检测，若检测到空闲，则等待96个比特时间若还为空闲就发送该帧。

3适配器边发送边监听，若发送完毕，则什么也不做，若发送失败，则适配器执行指数退避算法，等待r倍512比特时间后重新发送。

以太网帧格式：目的源地址各6字节+类型2字节+IP数据报+4字节FCS。

一共18字节。

以太网规则最长数据段不得超过1500字节。

即以太网帧长为64~1518字节。

物理层用转发器来扩展以太网；链路层用网桥来扩展。

两种帧格式的不同:1.IEEE802.3规定MAC帧的第三个字段是”长度/类型”2.当“长度/类型”字段值小于0x0600时，数据字段必须装入逻辑链路控制LLC子层的LLC帧。

转发器和网桥的对比：工作在不同的层次；转发器不能隔开碰撞域，而网桥可以；网桥要根据MAC地址对收到的帧进行转发和过滤(具有网络过滤功能);转发器在转发之前不进行碰撞检测，而网桥要执行CSMA/CD算法.网桥的优点：过滤通信量，增大吞吐量；扩大了物理范围；提高可靠性；可连接不同物理层、不同mac子层和不同速率的以太网。

缺点：增加了时延；没有流量控制功能；可能产生广播风暴。

透明网桥(以太网上的站点并不知道所发送的帧要经过哪几个网桥，以太网上的站点都看不见以太网上的网桥)即插即用，自学习。

源路由网桥实现负载均衡。

多接口网桥-以太网交换机（二层交换机），全双工通信，可实现虚拟局域网VLAN。

网桥自学习算法。

虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求.不同的VLAN 相互不能通行，它其实是局域网给用户提供的一种服务，而不是一种新型网络.每一个VLAN工作站可处在不同的局域网中.10BASE-T(10Mb/s,基带信号,双绞线星形网), 100BASE-F(100Mb/s,基带,F-光纤), 10BASE2(细缆网,10Mb/s,基带传输,200米)网络层提供的服务：虚电路服务和数据报服务。

IP地址的划分：A类网络号0开始第一字节，1~126；B类网络号10开始2个字节，128~191；C类110开始3个字节，192~233D类1110+多播地址，224~239；E类1111+今后使用239~255；子网划分，即在ABCDE划分的基础上，增加子网部分，形成三级IP地址。

CIDR无分类域间路由选择：/后面表示有多少网络号位数，路由聚合减少路由表中的项目，减少了路由交换次数，从而提高了整个因特网的性能。

IP数据报的格式：一共20字节+可变部分（最大40字节）。

重要字段：总长度16位，数据报最长为65535字节；标志MF=1表示后面还有分片；DF=1表示不能分片；片偏移13位=本片第一个字节数除以8；生存时间TTL8位。

首部校验和16位，只校验首部。

(首部校验和和TTL在传输过程中会发生改变)。

路由选择协议：内部网关协议(IGP):RIP和OSPF；外部网关协议(EGP):BGP-4；RIP是基于距离向量的路由选择协议，适用于小型互联网，按照固定的时间间隔与相邻路由器交换信息,他的特点是好消息传的快,坏消息传的慢,优点是实现简单,开销较小；RIP限制了网络的规模,能使用的最大距离为15。

自治系统AS就是在单一的技术管理下的一组路由器，对其他AS表现出单一的和一致的路由选择策略。

IP地址和硬件地址的区别：物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址；IP地址放在IP数据报的首部，而物理地址放在MAC帧的首部。

IP地址对于数据链路层和物理层是透明的；网络层以上则只看得到IP地址。

CIDR无分类域间路由选择：/后面表示有多少网络号位数，路由聚合减少路由表中的项目，减少了路由交换次数，从而提高了整个因特网的性能与IP协议配套的3个协议：地址解析协议ARP（用来找出IP地址对应的物理地址）；网际控制报文协议ICMP（提供差错情况和提供有关异常情况的报告，分为ICMP差错报告报文和ICMP询问报文，注意的两个应用是PING和traceroute,差错报文有:重点不可达，源点抑制，时间超时，参数问题和改变路由五种。

）;网际组管理协议IGMP；虚拟专用网VPN中专用网地址：10.0.0.0/8;172.16.0.0/12;192.168.0.0/16.称之为专用网。

使用NAT网络地址转换技术可以在专用网内使用专用IP地址，而仅在连接到因特网的路由器使用全球IP地址，这样大大节省了IP地址。

运输层的功能: 运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。

运输层还要对收到的报文进行差错检测。

可选功能:可靠数据传输、流量控制、拥塞控制。

运输层向应用层提供通信服务, 属于面向通信部分的最高层,同时也是用户功能中的最低层。

TCP 与UDP 的对比:UDP在传送数据之前不需要先建立连接,对方的运输层在收到UDP报文后,不需要给出任何确认,UDP 不提供可靠交付, 在某些情况下UDP是一种最有效的工作方式。

TCP则提供面向连接的服务,TCP提供可靠的服务, 因此增加了许多的开销,TCP 不提供广播或多播服务。

UDP特点:1UDP是无连接的;2UDP使用尽最大努力交付;3UDP是面向报文的;4UDP没有拥塞控制;5支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信；6UDP首部开销小。

TCP特点：1TCP是面向连接的运输层协议；2每一条TCP连接只能有两个端点，是点对点的；3TCP提供可靠交付的服务；4TCP提供全双工通信；5面向字节流的。

UDP首部：源端口+目的端口+长度+校验和；共8个字节，每个字段2字节。

TCP首部：源端口+目的端口+序号+确认号+数据偏移+保留+URG+ACK+PSH+RST+SYN+FIN+窗口+校验和+紧急指针；一共20字节+可变长度（最长40字节）.序号是指每一个字节的编号,4个字节,该字段指发送本报文第一个字节的序号；确认号表示期望收到对方下一个报文段的第一个字节的序号;数据偏移4位,表示TCP报文第一个字节序号除以4；URG表示紧急数据;ACK,在建立连接后所有报文都要把ACK置1;RST表示发生严重错误,必须重新建立连接;SYN同步,SYN=1,ACK=0时为请求建立连接报文.FIN释放连接.窗口2字节,表示允许对方发送的最大数据量.紧急指针指向紧急数据在本报文所在位置.校验和也是校验伪首部12字节。

SYN报文段不能携带数据，消耗一个序号.ACK报文段可以携带数据，如果不携带则不消耗数据。

运输连接的三个阶段：建立连接、数据传输、释放连接。

套接字 socket = (IP地址: 端口)。

TCP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 可靠通信的实现：数据编号与确认；滑动窗口协议；超时重传与快速重传；流量控制。

TCP用加权平均往返时间RTTS来估计当前RTT。

RTTS的初始值是第一次测量到的RTT。

以后每测量到一个新的RTT, 就按下式重新计算一次RTTS:RTTs=7/8*旧的RTT+1/8新的RTT; α值为1/8超时重传时间RTO :RTO = RTTS + 4 * RTTD;RTTD 的初始值为第一次测量到的RTT值的一半。