[网络协议]计算机网络学习日志

第一章-计算机网络概述

计算机网络的功能：

• 数据通信
• 资源共享

计算机网络的组成：

1. 组成部分：

   1. 硬件

   2. 软件

   3. 协议

2. 工作方式：

   1. 边缘部分（用户直接使用，主机，端系统）

   2. 核心部分（为边缘部分服务，路由器）

3. 功能组成：

   1. 通信子网

   2. 资源子网

计算机网络的分类：

1. 按交换技术分：

   1. 电路交换
   2. 报文交换
   3. 分组交换

2. 按传输技术分：

   1. 广播式网络（共享通用信道）
   2. 点对点网络（使用分组存储转发和路由选择机制）

计算机网络性能指标：

• 速率（传输速率）

  • 即数据率，或比特率

  • 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率

  • 单位换算

• 带宽（发送速率）

  • 带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力。（网络设备所支持的最高速度）
  • 把单位数据发送到网络上的速率
  • 单位是“比特每秒”，b/s， kb/s， Mb/s， Gb/s。

• 吞吐量

  • 单位时间内通过某个网络的数据量。

• 时延

  • 数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间。

• 时延带宽积

  • 时延带宽积=传播时延*带宽
  • 某链路现在有多少比特

• 往返时延RTT

  • 从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认总共经历的时延。

• 利用率

  • 信道利用率
    • 
  • 网络利用率
    • 信道利用率加权平均值

计算机网络分层

结构

• 实体

  • 第n层中活动元素成为n层实体，同一层成为对等实体

• 协议（水平）

  • 对等实体数据交换而建立的规则。

• 接口

  • 上层使用下层服务的入口

• 服务(垂直)

  • 下层为相邻上层提供的功能调用

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?OSI参考模型

?

?

?应用层

• 与用户交互，产生流量的程序
• FTP、SMTP、HTTP

表示层

• 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式
• 功能
  • 数据格式变换
  • 数据加密解密
  • 数据的压缩与恢复

会话层

• 向用户进程提供建立连接并在连接上有序的传输数据（成为会话或? 建立同步）
• 功能
  • 建立、管理、终止会话
  • 使用校验点可使会话在通信失效时恢复通信

传输层

• 负责两个进程的通信，即端到端通信。
• 传输单位是报文段或用户数据报
• 功能（使用tcp\udp协议）（记忆点：可差刘墉，干净卫生的传输层）
  • 复用分用
  • 流量控制
  • 差错控制
  • 可靠传输、不可靠传输

网络层

• 把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
• 传输单位是数据报
• 功能
  • 路由选择
  • 流量控制
  • 差错控制
  • 拥塞控制

数据链路层

• 把网络层传下来的数据组装成帧
• 功能
  • 成帧
  • 差错控制
  • 流量控制
  • 访问控制

物理层

• 在物理媒体上实现比特流的传输
• 功能
  • 定义接口特性
  • 定义传输模式
  • 定义传输速率
  • 比特编码
  • 比特同步

TCP/IP协议参考模型

?5层参考模型

?5层参考模型的数据封装与解封装

第一章总结

?

第二章-物理层

数据通信

通信方式

• ?单工通信：只有一个方向的通信，没有反方向的交互，仅需一条信道
• 半双工通信：通信的双方都可以发送或接收消息，但不能同时发送和接受。需要两条信道
• 全双工通信通信双方可以同时发送和接受信息，需要两条信道

数据传送方式

• 穿行传输
  • 速度慢、费用低、适合远距离
• 并行传输
  • 速度快、费用高、适合近距离

码元、波特、速率、带宽

码元（一小横）

• 码元是指用一个固定时长的信号波形(数字脉冲)，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位。
• 这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。
• 当码元的离散状态有M个时(M大于2)，此时码元为M进制码元。1码元可以携带多个比特的信息量。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态， 另-一种代
  表1状态。

速率

• 速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

波特

• 码元传输速率的单位，每秒多少码元

习题

?奈氏准则和香农定理

奈氏准则:

? ? ? 规定了极限码元传输速率，解决码间串扰的影响

?香浓定理

规定了信道的极限数据传输速率，解决噪声影响

?编码与调制

基带信号与宽带信号

基带信号：信源刚发送，没有调制，在数字信道传输（距离近时，使用）

宽带信号：对基带信号调制后产生宽带信号，在模拟信道传输（距离远时，使用）

编码与调制

数据——数字信号 编码

数据——模拟信号 调制

数据编码方式

?物理层传输介质

传输介质：

• 传输介质又称传输媒体，是传输系统中在发送设备和接受设备之间的物理通路。
• 导向型传输介质：固定的固体媒介传播
  • 双绞线
  • 同轴电缆
  • 光纤
• 非导向型传输介质：无线电波、微波、红外线、激光

第三章-数据链路层

数据链路层功能

基本概念

• 节点：主机、路由器。
• 链路：两个节点之间的物理通道。（物理通道）
• 数据链路：两个节点之间的逻辑通道。（逻辑通道）
• 帧：链路层的协议数据单元，封装数据报

主要功能

将源自网络层来的数据，可靠的传输到相邻节点的目标网络层

具体功能

• 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，有链接服务
• 链路管理：连接的建立、维持、释放
• 组帧
• 流量控制（限制发送方）
• 差错控制

封装成帧

?组帧的四种方法

1. 字符计数法
2. 字符填充法
3. 零比特填充法
4. 违规编码法

错误类型

• 位错：比特位出错，1变0，0变1
• 帧错：
  • 丢失
  • 重复
  • 失序

差错控制

• 检错编码
  • 奇偶校验码
  • 循环冗余码CRC
• 纠错编码
  • 海明码

流量控制与可靠传输机制

流量控制

• 较高的发送速度和较低的接受能力的不匹配
• 数据链路层与传输层的流量控制
  • 数据链路层的流量控制是点对点的，传输层的流量控制是端到端的
  • 数据链路层的流量控制：接收方收不下就不回复确认，传输层流量控制：接收端给发送端一个窗口公告
• 流量控制方法
  • 停止等待协议
    • 无差错
      • 每发送一个帧就停止发送，等待对方的确认，收到确认后再发送下一帧
    • 有差错
      • 数据帧丢失（超时重传）
      • ?ACK丢失
      • ACK迟到

    • ?信道利用率

      ?

  • 滑动窗口协议
    • 后退N帧协议（GBN）
      • 结构
      • 发送方
      • 接收方（只能按序接受）
      • 工作流程
      • 重点总结
        • 累积确认
        • 接受方只按顺序接受
        • 有差错时，返回确认序列号最大的，按序到达的帧的ACK
        • 发送窗口大小固定2^n-1(防止重复，识别不出是哪一个)，接受窗口为1
    • 选择重传协议（SR）
      • 窗口结构
      • 发送方?
      • 接收方
      • 运行流程
      • 重点总结

      

?可靠传输、滑动窗口、可靠传输三者关系

介质访问控制

传输数据使用的两种链路

• 点对点链路
  • 两个相邻节点通过一个链路相连
• 广播式链路
  • 所有主机共享通信介质

介质访问控制

? ? ? ? 采取一定措施，使得两节点之间的通信不会互相干扰的情况

频分多路复用：

所有用户在同样时间占用不同的频率带宽

时分多路复用：

每一个用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙，用户轮流占用信道

波分多路复用：

光的频分多路复用

码分多路复用：

也称码分多址：

一个比特分为多个码片，每一个站点被指定一个唯一的M位的芯片序列。发送1时站点发送芯片序列，发送0时发送芯片序列反码

多个站点同时发送数据时，要求各个站点芯片序列相互正交

ALOHA协议

思想：不监听信道，不按时间槽发送，随机重发

CSMA协议

CSMA/CD协议

定义

?为何需要CD

?争用期/冲突窗口/碰撞窗口（往返传播时延）

?如何确定碰撞后的重传时机

?最小帧长问题

防止还没检测到碰撞就已经发送完毕了

?CSMA/CA协议

?CSMA/CA与CAMA/CD?

轮询访问协议

轮询协议：

主节点轮流邀请从属节点发送数据

令牌传递协议：

总结

局域网

简介

MAC

?局域网分类

链路层的两个子层：

MAC子层与LLC子层

?以太网

• 使用CSMA/CD技术
• 提供无连接、不可靠服务
• 以太网拓扑：逻辑-总线型、物理-星型

适配器与MAC地址

适配器：计算机与外界有局域网的连接时通过适配器的

MAC地址：又称物理地址，在适配器上

以太网的MAC帧

无线局域网

802.11的MAC帧头格式

?无线局域网的分类

• 有固定基础设施无线局域网

• 无固定基础设施无线局域网的自组织网络

?PPP协议与HDLC协议

?广域网

?PPP协议（只支持全双工链路）

点对点协议，是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户用拨号电话接入因特网时一般都是用PP协议。

三个组成部分?

?LCP物理连接，NCP在其上配置NCP形成逻辑链接

?PPP协议帧格式（面向字节）

?HDLC协议

概述

?HDLC的站

?HDLC帧格式

?PPP与HDLC

?总结

第四章-网络层

网络层任务

• 把分组从源端传到目的端，为分组网上的不同主机提供通信服务。
• 网络层传输单位是数据报

网络层功能

1. 路由选择与分组转发（求最佳路径）
2. 异构网络互联
3. 拥塞控制
   1. 开环控制（静态）
   2. 闭环控制（动态）

数据交换方式

1. 电路交换

   建立固定连接 ，事先约定好路径

   1. 

2. 报文交换

   1. 

3. 分组交换（在报文交换的基础上把报文拆开成分组）

   

   1. 数据报方式（提供无连接服务）
      1. 无连接服务:不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定
         传输路径，不同分组传输路径可能不同。
      2. 独立选路
         

   2. 虚电路方式（提供连接服务）
      1. 连接服务:首先为分组的传输确定传输路径(建立连接)，然后沿该
         路径(连接)传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输结束后拆
         除连接。
      2. 

      ?

   3. 数据单元分类

4. 三种交换??

?

IP数据报格式

TCP/IP栈

数据报格式

?

IP数据报分片

数据报太长需要分片时才使用

标识：用同一数据报的分片使用同一标识。

标志：

? ? ? ? 中间位DF：1禁止分片，0允许分片

? ? ? ? 最低为MF：1后边还有分片，0代表最后一片

片偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置（单位8B）

IP地址三个阶段

分类的IP地址

具体分类

?特殊IP地址

?网络号全0，表示本网络

主机号全0，表示本机

私有IP地址

子网划分

划分思想

?子网掩码

?

主机位数为0，其他为1

常用二进制

?

?无分类编制CIDER

cider中子网不用去除全0、1

1. 消除了传统的A、B、C类以及子网划分的概念
2. 融合子网地址与子网掩码，方便子网划分

构成超网

ARP协议

知道IP不知道映射的MAC地址，发送广播寻找MAC地址

功能：完成主机IP地址到MAC地址的映射

?DHCP协议（动态主机配置协议）

动态分配IP地址、子网掩码等

?ICMP协议

功能：路由器差错报告，网络探寻

?类型

1. ICMP差错报文
2. ICMP询问报文

?IPV6（不太重要）

?数据报格式IPV4与IPV6的区别

?IPV6地址表示形式

IPV6向IPV4过度策略

路由算法与路由协议

求出最短路径

路由算法

?分层次的路由选择协议

?RIP协议与距离向量算法

RIP协议