计算机网络学习笔记

学习笔记：计算机⽹络⾃顶向下⽅法⽬录1. 计算机⽹络与互联⽹1.1 什么是互联⽹终端系统通过通信连接(communication links)和包交换机(packet switches)连接在⼀起包交换机的两种主要类型路由器(routers)与链路层交换机(link-layer swtiches)路由器应⽤于⽹络核⼼，链路层交换机⽤于接⼊层transmission ratepackets = header bytes + data通路终端系统通过⽹络服务提供商(Internet Service Providers , ISPs)访问互联⽹每个ISP⾃⾝都是包交换机和通信连接的⽹络协议定义了两个或多个通信实体之间交换的消息的格式和顺序，以及在发送和/或接收消息或其他事件时所采取的操作。

1.2 ⽹络边缘1.2.1 接⼊⽹end systems = hostsserversclients互联⽹中最常见的家庭访问⽅式数字⽤户线(Digital Subscriber Line, DSL)，通常和电话线是⼀体的数字⽤户线接⼊复⽤器(digital subscriber line access multiplexer, DSLAM)是⼈们进⾏数据交换的中⼼，位于运营商的本地中⼼局。

DSL在不同频段上同时传输电话信号与⽹络信号独占线路电缆(cable)电缆因特⽹接⼊(cable Internet access)利⽤了有线电视公司现有的有线电视基础设施。

光缆将电缆头端连接到地区枢纽，从这⾥使⽤传统的同轴电缆到达各家各户和公寓。

因为在这个系统中应⽤了光纤和同轴电缆，所以它经常被称为混合光纤同轴（Hybrid Fiber Coax, HFC)。

电缆调制解调器(cable modem)通常是⼀个外部设备，通过⼀个以太⽹端⼝连接到家庭PC。

在电缆头端，电缆调制解调器端接系统(Cable Modem Termination System, CMTS)起到如同DSL⽹络的DSLAM 类似的功能。

计算机⽹络学习笔记3.3差错控制⼀、产⽣差错的原因概括来说，传输中的差错都是由于噪声引起的。

全局性由于线路本⾝电⽓特性所产⽣的随机噪声（热噪声），是信道固有的，随机存在的。

解决办法：提⾼信噪⽐来减少或避免⼲扰。

（对传感器下⼿）局部性外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产⽣差错的主要原因。

解决办法：通常利⽤编码技术来解决。

⼆、差错类型差错分为两类：位错（⽐特错）⽐特位出错，1变成0，0变成1帧错发送：[#1]-[#2]-[#3]发⽣帧错：丢失：收到[#1]-[#3]重复：收到[#1]-[#2]-[#2]-[#3]失序：收到[#1]-[#3]-[(2]链路层为⽹络层提供服务：⽆确认⽆连接服务，有确认⽆连接服务，有确认⾯向连接服务。

通信质量好、有线传输链路：不使⽤确认和重传机制通信质量差的⽆线传输链路：使⽤确认和重传机制三、差错控制这⾥主要讨论⽐特错（位错）冗余编码在有效数据（信息位）发送之前，先按某种关系附加上⼀定的冗余位，构成⼀个符合某⼀规则的码字后再发送。

当要发送的有效数据变化时，相应的冗余位也随之变化，使码字遵从不变的规则。

接收端根据收到码字是否仍符合原规则，从⽽判断是否出错。

检错编码检错编码都采⽤冗余编码技术。

仅能检查出错误，不能纠正错误常见的检错编码有奇偶校验码和循环冗余码。

奇偶校验码奇偶校验码是奇校验码和偶校验码的统称，它由n-1位信息元和1位校验元组成奇校验码在附加⼀个校验元后，码长为n的码字中"1"的个数为奇数偶校验码在附加⼀个校验元以后，码长为n的码字中"1"的个数为偶数例：如果⼀个字符S的ASCI编码从低到⾼依次为1100101，采⽤奇校验，在下述收到的传输后字符中，哪种错误不能检测？A. 11000011B. 11001010C. 11001100D.11010011答案：D奇偶校验码特点只能检查出奇数个⽐特错误，检错能⼒为 50% 。

计算机网络第一章：概述基本概念1.网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。

2.互联网是“网络的网络”(network of networks)。

3.因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。

4.网络把许多计算机连接在一起。

5.因特网则把许多网络连接在一起。

6.计算机网络的定义:计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。

因特网的工作方式分为两大块：（老师提到）(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，用来进行通信和资源共享。

(2)核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。

这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

概念：处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。

这些主机又称为端系统(end system)。

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）即Client/Server方式对等方式（P2P 方式）即 Peer-to-Peer方式概念：客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。

客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。

客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

服务器软件的特点：系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。

因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。

对等连接(peer-to-peer，简写为 P2P)两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。

运行了对等连接软件，就可以进行平等的、对等连接通信。

在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。

路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

路由器处理分组的过程是：1.把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；2.查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；3.把分组送到适当的端口转发出去。

1.1计算机网络在信息时代的作用三网: 电信网络,有线电视网络,计算机网络计算机网络的重要功能:1)连通性彼此连通,交换信息2)共享信息共享,软硬件共享1.2 因特网概述我们先给出关于网络,互联网,因特网的一些最基本概念.网络:许多计算机连接在一起互联网:internet 许多网络连接在一起因特网:Internet 全球最大的,开放的,有众多网络相互连接而成的计算机网络(一个互联网),其采用TCP/IP协议因特网发展的三个阶段:1.单个网络ARPANET向互联网发展的过程.1983年,TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议.人们把1983年看成是现在因特网的诞生时间.2.三级结构的因特网.分为主干网,地区网,校园网(企业网).3.多层次ISP结构的因特网.ISP称为因特网服务提供商.1.3 英特网组成从工作形式上分为两大块:1)边缘部分由所连接在因特网上的主机组成.这部分使用户直接使用的.2)核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成,这部分是为边缘部分提供服务的.在往里边缘的端系统之间的通信方式可划分为两大类:客户-服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)1.客户-服务器方式特征:客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方.服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的的服务2.对等连接(peer-to-peer,简写P2P)指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方.因特网的核心部分1.电路交换从通信资源的分配角度来看,交换(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线的资源.在使用电路交换打电话之前,必须先拨号请求连接.这种必须经过”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)”三个步骤的交换方式称为电路交换.其一个重要特点:在通话的全部时间内,通话的两个用户是指占用端到端的通信资源.2.分组交换分组交换采用存储转发技术.把要发送的的整块数据称为一个报文(message).在发送之前,先把其分为一个个小的等长数据段.在每一个数据段前面加上一些必要控制信息组成的首部(header)后,就构成了一个分组(packet),其又称为包.分组是在因特网中传送的数据单元,分组中的首部包含了如目的地址和原地址等重要信息,每一个分组才能在因特网中独立地选择传输路径,并最终正确地交付到分组传输的终点.位于网络边缘的主机和网络核心部分的路由器都是计算机,但它们的作用却不一样.主机是为用户进行信息处理的,并且可以和其他主机通过网络交换信息.路由器是用来转发分组的,即进行分组交换的.优点: 高效灵活迅速可靠缺点:分组在各路由器存储转发时需要排队,这就会造成一定时延.另外,各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销.3.报文交换整个报文先传送到相邻结点,全部存储下来后查找转发表,转到下一个结点.1.5 计算机网络的类别1.按照作用范围分类: 广域网WAN(运用了广域网技术) 城域网MAN 局域网LAN(运用了局域网技术) 个人区域网PAN 1.6 计算机网络性能7个性能指标.速率带宽吞吐量时延时延带宽积往返时间利用率1.速率:连接在计算机网络上的主机在数字信号道上传送数据位数的速率,单位b/s,kb/s,Mb/s2.带宽计算机领域中,带宽来表示网络的通信线路传送数据的能力,表示单位时间内从网络中的某一点到另一点所通过的”最高数据率”数据通信领域中,数字信道所传送的最高数据率单位b/s,kb/s,Mb/s3.吞吐量即在单位时间内通过某个网络的数据量;单位b/s,Mb/s等4.时延是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间(1)发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间发送时延=数据帧长度(b)发送速率(b/s)=数据长度信道带宽(2)传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要发费的时间传播时延=信道长度(m)电磁波在信道上的传播速率(m/s)(3)处理时延主机或路由器在收到分组是要花费一定的时间进行处理,例如分析分组的首部,从分组中提取数据部分.(4)排队时延分组在经过网络传输时,要经过许多路由器.但分组在进入路由器后要先在输入队列中等待处理.在路由器确定了转发接口后,还要在输出队列中排队等待转发.这就产生了排队延时.5.时延带宽积时延带宽积=传播时延×带宽表示这样的链路可容纳多少个比特.又称以比特为单位的链路长度6.往返时间RTT表示从发送方发送数据开始,到发送方收到来自接收方的确认,总共经历的时间.7.利用率信道利用率:有数据通过时间(有+无)数据通过时间网络利用率:信道利用率加权平均值,D0网络空闲时的时延,D表示网络当前的时延,U表示网络利用率D=D0 1−U1.7 计算机网络体系结构开放系统信息交换涉及的几个概念实体(entry): 交换信息的硬件或软件进程协议(protrocol): 控制两个对等实体通信的规则服务(service): 下层向上层提供服务,上层需要下层提供的服务来实现本层功能服务访问点(SAP): 相邻两层实体间交换信息的地方开发系统胡来年基本参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection Reference Model) 七层应用层能够产生流量能够和用户交互的应用程序表示层加密压缩开发人员会话层服务和客户端建立的会话查木马netstat –nb传输层可靠传输(要建立回话的) 不可靠传输流量控制网络层IP地址编址选择最佳路径数据链路层输入如何封装添加物理层地址MAC物理层电压接口标准网络排错从底层到高层网络安全和OSI参考模型物理层安全数据链路层安全ADSL网络层安全应用层安全SQL注入漏洞上传漏洞TCP/IP四层模型应用层运输层(TCP或UDP)网际层IP网络接口层综合OSI和TCP/IP的优点,采用一种五层协议的体系结构应用层→应用层(传输数据单元PDU)运输层→运输层报文网络层→IP数据报(IP分组)数据链路层→数据帧物理层→0010101010100001101012.1物理层的基本概念物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上数据比特流,而不指具体的传输媒体.可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性.机械特性接口形状,尺寸,引脚数目和排列2.2 数据通信的基础知识一个数据通信系统可划为三大部分: 原系统(或发送端,发送方) 传输系统(传输网络) 目的系统(接收端,接收方)相关术语通信的目的是传送消息.数据（data）——运送消息的实体信号（signal）——数据二等电气的或电磁的表现“模拟信号”——代表消息的参数的取值是连续的“数字信号”——代表消息的参数的取值是离散的码元（code）——在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就形成码元有关信道的几个基本概念信道一般表示一个方向传送信息的媒体。

第1章网络及其系统设计本章要点：1.1 网络的基本概念1.2 局域网、城域网与广域网1.3 宽带城域网的设计与管理1.4 接入网技术1.1 网络的基本概念1.1.1 网络的定义计算机网络是指将地理位置不同的功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。

重点：组建计算机网络的根本目的是为了实现资源共享。

这里既包括计算机网络中的硬件资源，如磁盘空间、打印机、绘图仪等，也包括软件资源，如程序、数据等。

1.1.2 网络的发展过程1．终端-通信线路-计算机阶段人们通过通信线将计算机与终端（terminal）相连，通过终端进行数据的发送与接收。

2．计算机-计算机网络阶段以通信子网为中心，多主机多终端。

1969年在美国建成的ARPAnet是这一阶段的代表。

在ARPAnet上首先实现了以资源共享为目的的不同计算机互连的网络，它是今天因特网的前身。

3．计算机网络成熟阶段国际标准化组织于1984年颁布了“开放系统互连基本参考模型”问题的研究，即为OSI参考模型。

4．高速的计算机网络阶段光纤在各国的信息基础建设中被逐渐广泛使用，这为建立高速的网络辅垫了基础。

千兆乃至万兆传输速率的Ethernet已经被越来越多地用于局域网和城域网中，而基于光纤的广域网链路的主干带宽也已达到10G 数量级。

1.1.3 计算机网络的分类1．以通信所使用的介质分类有线网络和无线网络2．以使用网络的对象分类公众网络和专用网络3．以网络传输技术分类广播式网络和点到点式网络4．以网络传输速度的高低分类低速网络和高速网络5．按互连规模与通信方式分类局域网、城域网与广域网重点：最常用的两种计算机分类方法为：（1）按传输技术将其分为广播式网络与点-点式网络；（2）按覆盖范围与规模将其分为局域网、城域网与广域网。

1.1.4 计算机网络的应用1．办公自动化计算机网络能过将一个企业或机关的办公电脑及其外部设备联成网络，可以实现在信息共享和公文流传。

第6章应用层6.1复习笔记一、域名系统DNS（一）域名系统概述域名系统DNS（Domain Name System）是因特网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字转换为IP地址。

因特网的域名系统DNS被设计成一个联机分布式数据库系统，并采用客户/服务器方式。

DNS使大多数名字都可以在本地进行解析（Resolve），仅少量解析需要在因特网上通信，因此DNS系统的效率很高。

（二）因特网的域名结构DNS规定，域名中的标号都由英文字母和数字组成，每一个标号不超过63个字符，也不区分大小写字母。

标号中除连字符（-）外不能使用其他的标点符号。

级别最低的域名写在最左边，而级别最高的顶级域名则写在最右边。

由多个标号组成的完整域名总共不超过255个字符。

如图6-1所示列举了一些域名作为例子。

图6-1因特网的域名空间（三）域名服务器如图6-2所示可看出，因特网上的DNS域名服务器也是按照层次安排的。

图6-2树状结构的DNS域名服务器1．主机向本地域名服务器的查询一般采用递归查询（Recursive Query）方式。

所谓递归查询就是：如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询域名的IP地址，那么本地域名服务器就以DNS客户的身份，向其他根域名服务器继续发出查询请求报文（即替该主机继续查询），而不是让该主机自己进行下一步的查询。

因此，递归查询返回的查询结果或者是所要查询的IP地址，或者是报错，表示无法查询到所需的IP地址；2．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（Iterative Query）。

迭代查询的特点是：当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地域名服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。

然后让本地域名服务器进行后续的查询（而不是替本地域名服务器进行后续的查询）。

如图6-3所示用例子说明了这两种查询的区别。

图6-3DNS查询举例：（a）本地域名服务器采用迭代查询；（b）本地域名服务器采用递归查询二、文件传送协议（一）FTP概述文件传送协议FTP（File Transfer Protocol）是因特网上使用最广泛的文件传送协议。

第一章1、什么是计算机网络：计算机网络是由各自具有自主功能而又通过各种通信手段相互联接起来以便进行信息交换、资源共享或协同工作的计算机组成的复合系统。

常见的网络拓扑结构有星型网络、总线型网络、树型网络、环型网络和网状型网络2、各层的功能：物理层：在物理媒体上传输原始的比特流数据链路层：将原始的物理连接改造成无差错的、可靠的数据传输链路网络层：路由选择传输层：为高层用户提供可靠的、透明的、有效的数据传输服务会话层：完成会话的组织、建立、同步和维护及断开等管理表示层：处理在两个通信系统中交换信息的表示方式应用层：为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段3 IEEE 802.3—CSMA/CD网络，定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规范。

IEEE 802.4—令牌总线网。

定义令牌传递总线网的MAC子层和物理层的规范。

IEEE 802.5—令牌环形网。

定义令牌传递环形网的MAC子层和物理层的规范。

IEEE 802.6—城域网。

在使用时间域的波形数字信号中，代表不同离散的基本波形称为码元4码元传输速率又称波特率,有些书上叫做传码率或调制速率，记作RB以波形每秒的振荡数来衡量。

如果数据不压缩，波特率等于每秒钟传输的数据位数，如果数据进行了压缩，那么每秒钟传输的数据位数通常大于调制速率，使得交换使用波特和比特/秒偶尔会产生错误。

波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示，其单位是波特（Baud）。

波特率与比特率的关系是比特率= 波特率×单个调制状态对应的二进制位数（1）计算机向用户提供的两种最重要的功能是：连通性和共享性（2）网络的边缘部分通信方式可分为c/s方式和对等方式（Peer-to-Peer，p2p方式）（3）三种交换方式的特点和区别答：（1）电路交换就是计算机终端之间通信时，一方发起呼叫，独占一条物理线路。

当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信。

计算机网络学习笔记概述网络技巧电脑资料1、计算机网络向用户提供的两个最重要的功能：（1）连通性；（2）共享2、网络、互联网以及因特网（1）网络（work）：由假设干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成，（2）互联网：将网络和网络通过路由器互连起来。

因而也是“网络的网络”。

（3）因特网（Inter）：世界上最大的互连网络。

主机（host）是指连接在因特网上的计算机。

综上：网络把许多计算机连接在一起，而因特网那么把许多网络连接在一起。

3、因特网开展的三个阶段：第一阶段：从单个网络 ARPANET 向互联网开展的过程。

1983 年TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。

第二阶段：建成三级构造的因特网：主干网、地区网和校园网（或企业网）。

第三阶段：形成多层次的ISP（Inter Service Provider 因特网效劳提供者）构造的因特网4、Inter 和 Inter 的区别：inter：通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。

Inter：专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规那么，且其前身是美国的 ARPANET。

5、制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段：因特网草案（非RFC文档），建议标准，草案标准，因特网标准6、因特网的组成：（1）边缘部分，用户直接使用，用来进展通信（传送数据、音频或视频）和资源共享；（2）核心部分，由大量网络和连接这些网络的路由器（边缘部分，称端系统(end system)）组成。

提供连通性和交换。

7、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：（1）客户效劳器方式（C/S 方式），即Client/Server方式。

（客户是效劳的请求方，效劳器是效劳的提供方）（2）对等方式（P2P 方式），即 Peer-to-Peer方式。

（对等连接中的每一个主机既是客户又同时是效劳器。

2物理层基本概念物理层的主要任务——确定与传输媒体接口的一些特性四个特性：机械特性——指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线的数目和排列、固定的所锁定装置等电气特性——指明接口电缆各条线上出现的电压范围功能特性——指明某条线上出现的某条电平的电压表示何种意义过程特性——指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序数据通信的基础知识数据通信系统的三大部分——源系统、传输系统、目的系统数据——运送消息的实体信号——数据的电气或电磁表现模拟的——表示消息的参数的取值是连续的数字的——表示消息的参数的取值是离散的码元——在使用时间域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值表示的基本波形单工通信单向通信——只能有一个方向的通信不允许反方向的交互半双工通信双向交替通信——通信的双方都可以发送消息,不允许同时发送或接收全双工通信双向同时通信——通信双方可以同时发送接收消息基带信号——来自源的信号调制——基带信号含有信道不能传输的低频分量或直流分量,必须对基带信号进行调制基带调制编码——仅仅变换波形,变换后仍是基带信号带通调制——使用载波调制,把信号的频率范围搬到较高频段,并转换为模拟信号带通信号——经过载波调制后的信号仅在一段频率范围内能通过信道基本带通调制方法——调幅AM、调频FM、调相PM码间串扰——在接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限的现象奈式准则——在任何信道中,码元的传输速率是有上限的,传输速率超过此上限就会出现严重的码间串扰,使接收端对码元的判决成为不可能数据的传输速率比特率——每秒传输的比特数即二进制数字0或1,单位bit/s、b/s、bps码元传输率波特率——每秒信道传输的码元个数,单位B传信率比特率与传码率波特率的关系——N为码元的进制数比特率=n波特率n为每个码元的比特,二进制时带1比特,三进制时带2比特,八进制带3bit信噪比——信号的平均功率和噪声的平均功率之比,记为S/N,单位分贝dB 信噪比dB=10log10S/NdB 如当S/N为10时信噪比10,S/N为1000为30 香农公式——信道极限信息传输率C = W log21+S/N b/sW信道带宽单位Hz、S信道内所传信号的平均功率、N为高斯噪声功率奈氏准则公式——C=2WRb=2WRBlog2N即每赫带宽理想低通信道的最高码元传输率是每秒2个码元通道复用技术频分复用FDM——用户在分配到一定频带后,在通信过程中自始至终都占用这个频带频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽时分复用TDM——将时间划分为一段段等长的时分复用帧TDM帧,每一个时分复用用户在每一个TDM帧中占用固定序号的间隙;信道利用率不高统计时分复用STDM——前提是假定各用户都是间歇地工作,每个时隙要有用户地址信息波分复用WDM——光的频分复用,因光载波频率很高,习惯上用波长表示使用的光载波8路s光载波经光的调制,在一根光纤上的总速率为20Gb/s100根s光纤的光缆,采用16倍密集波分复用,得一根4Tb/s\ 码分复用CDM ——将每一个比特时间划分为m个短的码片码分地址CDMA 给每个站点分配码片序列,不同站点的码片序列正交当发送码片1时就发送该站点码片序列,比特0时发送反码当S站点向T站点发送数据时,T站点接收的是所有站点发送的序列和T站点用S站点的码片序列与接收的序列和做内积运算非S站点的序列得0,,S站发送的比特0得-1、比特1得1规格化内积公式——各项相乘之和除以项数量脉冲调制PCM体制——北美24路PCM标准T1速率为s欧洲30路PCM标准E1速率为s同步光纤网SONET—第一级同步传送信号STS-1传输速率s第一级光载波OC-1 同步数字系列SDH——基本速率第一级同步传递模块STM-1为sOC-33数据链路层数据链路层使用的信道主要有两种类型：点对点信道——使用一对一的点对点通信方式广播通信——使用一对多的广播通信方式链路——是从一个结点到相邻结点的一段物理线路,中间没有其他交换结点;链路只是一条路径的组成部分数据链路——除了这些物理线路,还必须有通信协议来控制数据的传输,如果把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路帧——数据链路层协议数据单元IP数据报——网络层协议数据单元数据链路层三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检验封装成帧——在一段数据的前后分别添加首部和尾部,这样就构成了一个帧帧定界——首部和尾部的一个重要作用最大传送单元MTU——链路层协议规定的所能传送的帧的数据部分长度上限帧定界符——当数据是由可打印的ASCII码组成的文本文件时,帧定界可使用帧定界符SOH——帧开始符,十六进制编码01,二进制编码00000001,Start Of Header EOT——帧结束符,十六进制编码04,二进制编码00000100,End Of Transmission透明传输——无论什么样的比特组合的数据都能通过这个数据链路层字节填充——发送端的数据链路层在数据中出现控制字符前插入一个转义字符“ESC”在接收端的数据链路层把数据送往网络层之前删除插入的转义字符ESC——转义字符,十六进制编码1B,二进制编码00011011,Byte Stuffing差错检测：比特差错——比特在传输过程中可能会发生差错：1变成0,0变成1误码率BER——在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比例,Bit Error Rate信噪比越大,误码率越小循环冗余检验CRC——把数据分为每组k个比特在待传送的一组数据M后添加n位冗余码冗余码的计算方法——在M后加上n个0得到2^nM除以事先选定好的n+1位除数P得到商Q和n位余数R用竖式做除法,商右移补0至位数与除数相等,相异得1,相同得0余数R作为冗余码接在M后发送出去循环冗余检验CRC——把收到的每一帧除以P,检查得到的余数R’若R’=0,则判定这个帧没有差错,就接受若R’=0,则判定有差错,就丢弃帧件检验序列FCS——在数据后面添加冗余码,Frame Check Sequence而CRC是一种常见的检错方法FCS可以用CRC这种方法得出,但CRC并非获得FCS的唯一方法在数据链路层使用CRC检验,能实现无比特差错传输,但这还不是可靠传输,只能做到无差错接收,要做到可靠传输,必须加上确认和重传机制;点对点协议PPP——用户计算机和ISP进行通信时使用的链路层协议只支持全双工链路PPP协议应满足的需求——简单——这是首要的要求封装成帧透明性多种网络层协议多种类型链路差错检测检测连接状态最大传送单元网络层地址协商数据压缩协商PPP协议不需要的功能——纠错流量控制序号多点线路半双工或单工链路PPP协议三个组成部分——一个将IP数据报封装到串行链路的方法链路控制协议LPCLink Control Protocol网络控制协议NPCNetwork Control ProtocolPPP用同步传输链路,采用硬件完成比特填充；异步传输时使用字符填充法P75 零比特填充——PPP协议在使用SONET/SDH链路时,是使用同步传输的,此时采用零比特填充实现透明传输；发送端：5个连续1填一个0,接收端删除; 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：随机接入、受控接入世界第一个局域网产品以太网规约——DIX Ethernet V2IEEE的标准——与DIX Ethernet V2差别很小,可以简称为“以太网”局域网数据链路层的两个子层——逻辑链路控制LLC子层媒体接入控制MAC子层局域网的主要优点——具有广播功能,从一个站点可很方便的访问全网便于系统的扩展和演变,各设备的位置可灵活调整和改变提高了系统的可靠性、可用性和生存性适配器——连接计算机与外部局域网,嵌在计算机主板上适配器的主要功能——进行串行/并行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计算机硬件地址在适配器的ROM中,计算机软件地址—IP地址在计算机的存储器中以太网采取的两种措施——无连接的工作方式,尽最大努力交付,即不可靠交付发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号CSMA/CD协议——载波监听多点接入/碰撞检测只能进行半双工通信多点接入——总线型网络,许多计算机以多点接入方式连接在一根总线上载波监听——在发送数据前检测总线上是否有其他计算机子在发送数据碰撞检测——计算机边发送数据边检测信道电磁波在1km电缆的传播时延——5μs争用期2τ——以太网端到端往返时延,具体争用期时间为μs对于10Mb/s的以太网,在争用期可发送512bit,即64字节退避算法——确定基本退避时间,一般取争用期2τ定义重传次数k=Min已经重传的次数,10从0,1,...,2^k-1中随机抽取数r重传推后时间为r倍争用期重传达16次仍不成功,抛弃该帧最短有效帧长——争用期是512比特时间时,发生冲突一定在前64字节内以太网规定了最短有效帧长为64字节,小于64字节的都是无效帧强化碰撞——当发现碰撞时,停止发送数据,再继续发送若干比特人为干扰信号帧间最小间隔——μs,即96比特时间CSMA/CD——从网络层获得一个分组,加上首尾组成以太帧,放入适配器缓存准备发送检测到信道96比特时间内保持空闲,就发送这个帧若检测到碰撞,则中止数据的发送,并发送人为干扰信号发送完干扰信号后适配器执行退避算法,等待r倍512比特时间,返回步骤2CSMA/CD十六字方针：先听先发,边听边发,冲突停发,随机重发双绞线以太网采用星状拓补在星形的中心增加集线器星形网 10BASE-T 的标准是定义参数a=τ/To ——a的值越小信道利用率越高极限信道利用率Smax=To/To+τ=1/1+a——只有a远小于1才能得到尽可能高的SmaxI/G位——IEEE规定地址字段第一个字节最低位,0表示单个地址,1表示组地址G/L位——地址字段第一个字节最低第二位,0表示全球管理,1表示本地管理三种帧——单播,广播,多播常用以太网MAC帧格式两种标准——DIX Ethernet V2标准IEEE的标准左图数字的规定无效的帧——帧长度不是整数字节用收到的帧检验序列FCS查出有差错收到数据字段长度不在46到1500字节之间在物理层扩展局域网——主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器用集线器扩展局域网的优点——使计算机能够跨碰撞域通信扩大了局域网覆盖的地理范围缺点——碰撞域增大了,吞吐量并未提高不同数据率的碰撞域无法互联网桥——在数据链路层扩展以太网;网桥依靠转发表来转发帧;网桥的好处——过滤通信量,增大吞吐量提高可靠性扩大物理范围可以连接不同物理层、不同MAC子层、不同数据率的局域网网桥的缺点——存储转发增加了时延MAC子层没有流量控制功能只适合用户不太多和通信量不太大的局域网网桥和集线器的不同——网桥是按存储转发方式工作的,一定是先把整个帧收下来子啊处理但集线器或转发器是逐比特转发;网桥丢弃CRC检验有差错以及无效的帧网桥在转发帧前必须执行CSMA/CD算法集线器在转发帧时,不对传输媒体进行检测、透明网桥是一种即插即用设备透明网桥——自学习和转发帧在网桥的转发表中记录地址、接口和时间生成树算法——为了避免转发帧在网络上不断的兜圈子源路由网桥——源路由网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧首部该网桥对主机是不透明的以太网交换机——实际上就是一个多接口网桥,工作在链路层每个接口都直接与主机相连,一般工作在全双工方式虚拟局域网VLAN——是一些由局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组它只是局域网给用户提供的一种服务,不是一种新型的局域网VLAN的优点——限制了接收广播信息的工作站数使网络不会因传播过多的广播信息而引起性能恶化虚拟局域网使用的以太网MAC帧格式最大帧长由1518变为1522字节：高速以太网——速率超过100Mb/s的以太网快速以太网——100BAST-T争用期是μs,帧最小间隔是μs,最短仍是64字节吉比特以太网标准的特点：允许在1Gb/s下全双工和半双工两种方式工作；在半双工方式下使用CSMA/CD协议；使用率协议规定的帧格式；与10BAST-T和100BASET-T技术向后兼容;吉比特以太网在半双工方式小采用“载波延伸”和发“分组突发”的方法,在全双工下不用;10吉比特以太网——与10Mb/s以太网帧格式完全相同,保留了规定的最大小帧长,只在全双工方式下工作,因此不存在争用问题,也使用CSMA/CD协议;以太网是——可扩展的、灵活的、易于安装、稳健性好补充PPP帧格式：网络层采用分组交换方式传输数据分组交换有两种形式——数据报、虚电路因特网的设计思路——网络层向上只提供灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务传输的可靠性不是由网络而是由端系统完成的网络互连的层次及设备——物理层：使用中继站如HUB在不同电缆段之间复制位信号链路层：使用网桥或交换机在局域网之间存储转发数据帧网络层：使用路由器在不同网络间存储转发分组传输层及以上：使用协议转换器网关提供更高层次的接口虚拟互连网络IP网——逻辑互连网络互联网可以由很多异构网络组成主机协议五层,路由协议只有下三层网际协议IP——TCP/IP体系中两个最主要的协议之一解决因特网互连问题与IP协议配套使用的协议——地址解析协议ARP网际控制报文协议ICMP网际组管理协议IGMPIP地址——给因特网上的每个主机或路由器的每一个接口分配一个全网唯一的32bit的标识符；由因特网名字和数字分配机构ICANN进行分配采用点分十进制法表示IP地址的编址方法——分类的IP地址、子网的划分、无分类编址构成超网IP地址的组成——网络号：标志主机所连接到的网络整个因特网范围内唯一主机号：标志该主机或路友器在网络号指明的网络范围内唯一IP地址分级的好处——方便IP地址的管理、省路由空间并提高路由表查找速度IP 地址与硬件地址作用层次 IP地址与硬件地址理解ARP协议的用途——从网络层使用的IP地址解析出数据链路层使用的物理地址ARP高速缓存——含有最近使用过的IP地址和物理地址的映射列表本局域网上主机,路由APR请求和答应方都把对方的地址映射存储在APR高速缓存中ARP运行过程——当主机A向本局域网上主机B发送IP数据报时,没有在ARP高速缓存中找到主机B的IP项目,主机A就自动运行ARP(1)ARP进程在本局域网上广播一个ARP请求分组(2)该局域网上所有主机运行的APR进程都收到这个ARP请求分组(3)主机B的IP地址与ARP请求分组要查询的IP地址一致,就收下这个ARP请求分组,并向A发送ARP响应分组,其中写入自己的硬件地址, 并在自己的ARP高速缓存中写入主机A的IP地址到硬件地址的映射;(4)主机A收到B的ARP响应分组,就在自己的ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到硬件地址的映射;生存时间——ARP把保存在高速缓存中的映射地址项目都设置生存时间凡超过这个生存时间的项目就从高速缓存中删除掉注意——ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器IP地址和硬件地址映射问题的不同局域网则通过中间路由器不断重复这个过程从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的,主机用户不知道这一过程IP数据报格式：IP首部检验：早期IP地址设计不合理——IP地址空间利用率有时很低给每个物理网络分配一个网络号使路由表变大网络性能变差两级IP地址不够灵活划分子网的原因——有效利用地址空间；便于管理；隔离广播和通信,减少网络阻塞；出于安全方面的考虑;划分子网的方法——将IP地址的主机号部分划分为两个部分,一部分用来标识子网,一部分仍作为主机号;IP地址结构由两级变为三级;划分子网增加了灵活性,却减少了能连接在网络上的主机数;不同的子网掩码可能得出相同的网络地址,但是不同的掩码效果是不同的;划分子网的缺点——浪费了一些IP地址；使路由表项目增长无分类编址CIDR使用二叉线索查找路由表网络控制报文协议ICMPICMP差错报告文：终点不可达、源点抑制、时间超过、参数问题、改变路由重定向不应发送ICMP差错报告文的情况：ICMP差错报告文、后续分片、多播数据报、特殊地址ICMP询问报告文：回送请求和回答、时间戳请求和回答路由协议——内部网关协议IGP如RIP和OSPF协议等外部网关协议EGP如BGP路由信息协议RIP——分布式的基于距离向量的路由选择协议,是因特网标准协议,简单最多包含15个路由器距离16,只适合小型互联网RIP协议特点——仅和相邻路由器交换信息；交换的是路由表即所有信息；按固定时间间隔交换路由信息;使用用户层数据报UDP传送路由表更新原则——找出到每个目的网络的最短距离距离向量算法——将原来没有的目的网络加入,下一跳改为R1,距离加1R1给R2 将原表中所有下一跳是R1的都按照收到的表更新,距离加1若目的网络相同,但但下一跳不是R1,比较它们的距离,选择短的留下RIP优缺点——RIP限制了网络规模；坏消息传播得慢；随着网络规模扩大,开销也增加;实现简单,开销较小;开放最短路径优先OSPF——使用分布式的链路状态协议用IP数据报传送OSPF特点——向本自治系统所有路由器发送信息范洪法发送的是与相邻所有路由器的链路状态部分信息：相邻的路由器及其度量只有当链路状态改变时才向所有路由器用范宏法发送此信息OSPF的五种分组类型—问候、数据库描述、链路状态请求、链路状态更新、链路状态确认OSPF协议对多点接入的局域网采用了制定指定的路由器的方法边界网关协议BGP——采用路径向量路由选择协议使用BGP的原因——因特网规模太大,使得AS之间的路由选择非常困难AS之间的路由选择必须考虑有关策略BGP-4的四种报文——OPEN、UPDATE、KEEPALIVE、NOTIFICATION路由器——是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机其任务是转发分组路由器的两大部分——路由选择部分和分组转发部分分组转发的三个部分——交换结构、一组输入端口、一组输出端口交换结构的作用——根据转发表对分组进行处理将某个输入端口进入的分组从一个合适的输出端口转发出去交换结构常用的交换方法——通过存储器、通过总线、通过互连网络IP多播—网际组管理协议IGMP：使用IP数据报传递报文,是网际协议IP的一个组成部分IP多播—多播路由选择协议：找出以源主机为根节点的多播转发树多播路由选择协议在转发多播数据报的方法：泛洪与剪除、隧道技术、基于核心发现技术第五章：运输层端到端通信——应用进程间的通信运输层重要功能——复用和分用网络层为主机之间提供逻辑通信,运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信运输层主要功能——为进程间提供端到端的逻辑通信对收到的报文进行差错检验需要两种运输协议：面向连接的TCP、无连接的UDP端口号的分类——服务器端使用的端口号：熟知端口号和登记端口号客户端使用端口号UDP在IP数据报服务之上增加的功能：复用分用功能和差错检测功能UDP特点——无连接、尽最大努力交付、面向报文、无拥塞控制、首部开销小支持一对一、一对多、多对一和多对多交互通信UDP——用户数据报协议TCP——传输控制协议TCP主要特点——TCP是面向连接的运输层协议每一条TCP连接只能有两个端点,每一条TCP连接只能是点对点的TCP提供可靠交付服务TCP提供全双工通信TCP是面向字节流的TCP连接的端点——套接字socketIP地址：端口号停止等待协议：自动重传请求ARQ优点简单、缺点信道利用率低连续ARQ协议：优点容易实现;缺点不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组信息UDP检验和计算：伪首部+首部+数据部分TCP首部——序号：本报文段所发送的数据的第一个字节的序号确认号：期望收到对方下一个报文的第一个数据字节序号确认ACK：ACK=1确认号字段有效,ACK=0无效同步SYN：SYN=1表示这是一个连接请求或连接接受报文窗口：允许对方发送的数据量以字节为单位终止FIN：用来释放一个连接,FIN=1表示此报文发送方数据发送完毕,要求释放运输连接检验和：伪首部+首部+数据选择确认SACK:指明一个边界要4个字节,最多指明4个字节块,另还需2字节RTT：报文段往返时间RTTs：加权平均往返时间新RRTs=1-a旧RTTs+a新RTT样本RTO：超时重传时间RTTD：RTT的偏差的加权平均值RTO=RTTs+4RTTD RTTD=1-b旧RTTD+b|RTTs-新RTT样本|流量控制——让发送方的发送速率不要太快,让接收方来得及接收利用滑动窗口实现流量控制拥塞——对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分,网络性能就要变坏拥塞控制与流量控制的区别：拥塞控制——防止过多的数据注入到网络中,这样可以使网络中的路由器或链路不致过载所前提要做的都有一个前提,就是网络能够承受现在所有的网络负荷是一个全局性过程流量控制——往往指点对点通信量控制,是个端到端的问题所要做的就是抑制发送端发送数据的速率,以便接收端来得及接收提供的负载——单位时间内输入给网络的分组数目输入负载、网络负载吞吐量——单位时间内网络输出的分组数目拥塞控制大方面分为两种方法：开环控制、闭环控制拥塞控制的具体四种算法：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复慢开始算法——由小到大逐渐增大发送窗口每经过一个往返时间RTT,发送方拥塞窗口cwnd就加倍慢开始门限——cwnd<ssthrest时,使用慢开始算法cwnd=ssthrest时,既可使用慢开始算法,也可用拥塞避免算法cwnd>ssthrest时,使用拥塞避免算法拥塞避免算法——没经过一个往返时间RTT,cwnd就加1无哪种阶段,只要发送方判断网络出现拥塞没有按时收到确认,就把慢开始门限ssthrest设置为出现拥塞时的发送方窗口值得一半,拥塞窗口cwnd重新设置为1,执行慢开始算法;AIMD算法——加法增大乘法减小快重传——接收方每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认发送方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快恢复——当发送方连续收到三个重复确认时,执行乘法减小算法,把慢开始门限减半发送方不执行慢开始算法,而是把拥塞窗口cwnd设置为慢开始门限减半后的数值,进行拥塞避免算法;随机早期检验RED——为了避免发生网络中的全局同步现象,路由器采用的措施TCP运输连接三个阶段——连接建立、数据传送、连接释放TCP连接建立方式——客户服务器方式。