计算机网络吴功宜学习笔记

最新推荐文章于 2021-05-07 22:05:12 发布

Mr_zhangjx

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本文深入探讨网络层技术，包括IP协议、路由选择算法、ICMP协议、多播技术、MPLS、地址解析ARP、移动IP和IPv6协议。解析数据报交换方式、虚电路传输特点、OSI与TCP/IP模型，以及网络层设备如路由器的工作原理。

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数据报交换方式

一、物理层

保证比特流的正确传输

为数据链路层提供数据传输服务

报文：数据块长度无限制

报文分组：数据块长度有限制，有分组头

数据报传输特点：

无序、无路径、有地址

虚电路传输特点：

有序、有路径、无地址

OSI参考模型：

OSI7层模型
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层

通信子网：

通信子网

网络层

数据链路层

物理层

TCP/IP参考模型：

层数	协议
应用层	Telnet、FTP
传输层	TCP、UDP
互联网络层	IP协议
主机-网络层	IP分组

单工传输：A——>B，方向不可更改

半双工传输：A——>B，B<——A，可以双向传输，必须交替进行

全双工传输：A——>B，B<——A，可以同时双向传输

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原计算机网络学习笔记--第一章计算机网络概论

2019-09-22 11:19:57 OAOiii 阅读数 89

教材：计算机网络（第四版）
作者：吴功宜吴英
出版社：清华大学

第一章计算机网络概论

1.5 计算机网络拓扑结构

基本的网络拓扑构型的结构

在这里插入图片描述

星形拓扑

节点通过点-点通信线路与中心节点连接
中心节点控制全网的通信
任何两节点之间的通信都要通过中心节点

优点：结构简单，易于实现，便于管理。

缺点：中心节点的故障可能造成全网瘫痪

环形拓扑

节点通过点-点通信线路连接成闭合环路。
环中数据将沿一个方向逐站传送。

优点：环形拓扑结构简单，传输延时确定。

缺点：环中任何一个节点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪；需要设计复杂的环维护协议

总线形拓扑

所有节点连接到一条作为公共传输介质的总线，以广播方式发送和接收数据。
一个节点发送数据时，其他节点只能接收数据。
多个节点同时发送数据会出现冲突，造成传输失败

优点：结构简单

缺点：必须解决多节点访问总线的介质访问控制问题。

树形拓扑

节点按层次进行连接，兄弟节点之间通常不进行数据交换，或数据交换量比较小。
树形拓扑可以看成是星形拓扑的一种扩展

优点：适用于汇集信息

缺点：

网状拓扑

节点之间的连接是任意的，没有规律

优点：系统可靠性高

缺点：拓扑结构复杂，必须采用路由选择算法、流量控制与拥塞控制方法

1.6 分组交换技术的基本概念

1.6.1 数据交换方式

线路交换

是面向连接的服务；
进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；
数据传输过程中要经过建立连接、数据传输与释放连接的三个阶段；（为了确定收发双方作好准备）

优点：通信实时性强，适用于交互式会话类通信

缺点：对突发性通信不适应，系统效率低；系统不具有存储数据的能力，不能平滑交通量；不具备差错控制能力

分组交换

以一个数据单元**（报文或报文分组）**方式发送。
路由器可以动态选择传输路径
需要进行差错处理，可以提高数据传输可靠性。
路由器可以进行速率转换

优点：

缺点：
在这里插入图片描述

报文交换

不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送

优点：

缺点：花费时间长；存储空间利用率低

报文分组交换

限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。

优点：高效、灵活、迅速、可靠

缺点：时延、开销

数据报方式

是分组存储转发的一种形式

分组传送之间不需要预先建立“线路连接”；
每一个分组都可以独立地选择一条传输路径；

优点：同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网

缺点：可能出现乱序、重复与丢失；传输延迟较大；每一个分组必须带有目的地址与源地址

虚电路方式

将数据报方式与线路交换方式结合起来

建立一条逻辑连接
所有分组都通过这条虚电路顺序传送（不必带目的地址、源地址等，不会出现丢失、重复与乱序）
结点只需要做差错检测

优点：

缺点：

1.6.5 分组交换网中的延时

类型：处理延时、排队延时、发送延时、传播延时

1.6.6 面向连接服务与无连接服务

通信服务类型：面向连接服务（电路交换）、无连接服务（分组交换）

1.7 网络体系结构与网络协议

协议：是一组控制数据交互过程的通信规则
语义：解释控制信息每个部分的意义，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：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：对事件发生顺序的详细说明
层次：是处理计算机网络问题最基本方法
接口：是同一主机内相邻层之间交换信息的连接点
网络体系结构：是网络层次结构模型与各层协议的集合

OSI参考模型

层次划分的原则：

网中各主机都具有相同的层次
不同主机的同等层具有相同的功能
同一主机内相邻层之间通过接口通信
每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务
不同主机的同等层通过协议来实现同等层之间的通信

物理层

物理层利用传输介质为通信的网络主机之间建立、管理和释放物理连接，实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务（不同介质下的传输）

数据传输单元：比特（bit）

数据链路层

数据链路层在物理层基础上，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

数据传输单元：帧（一堆二进制数）

网络层

网络层通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的传输路径，实现流量控制、拥塞控制与网络互联的功能

数据传输单元：分组

传输层

传输层为分布在不同地理位置计算机的进程通信提供可靠的端—端连接与数据传输服务

传输层向高层屏蔽了低层数据通信的细节

数据传输单元：报文

会话层

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

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

应用层实现协同工作的应用程序之间的通信过程控制

在这里插入图片描述
由顶层到底层逐层封装

由底层到顶层逐步解析

同一层，使用相同协议

TCP/IP参考模型：与ISO视角不同

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原计算机网络学习笔记（吴功宜版教材）

2018-03-28 19:38:58 TimoTolkki1966 阅读数 5168

18年的考试是真的怪，考了30分的TCP握手……写错一个数，后面全错

老师给换教材的解释是这版本书的课后题更好（？？？书后附的答案基本正确率30%不到）

第一章

第二章

第三章

第四章

第五章

第六章

第七章

（学最后一章的时候跑去学物理了，没怎么记笔记

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原计算机网络学习笔记--第五章网络层

2019-12-18 11:07:23 OAOiii 阅读数 78

教材：计算机网络（第四版）
作者：吴功宜吴英
出版社：清华大学

第五章网络层

5.1 网络层与IP协议

网络层基本概念：网络层通过路由选择算法，为IP分组从源主机到目的主机选择一条合适的传输路径，为传输层端—端数据传输提供服务

5.2 IPv4协议的基本内容

5.2.1 IP协议的主要特点

IP协议：是一种无连接、不可靠的分组传送服务的协议

(分组→类似数据报P30)
IP协议是点-点的网络层通信协议

IP协议是针对源主机—路由器、路由器—路由器、路由器—目的主机之间的数据传输的点—点的网络层通信协议
IP协议屏蔽了互联的网络在数据链路层、物理层协议与实现技术上的差异

（IP协议承上启下）

IP协议是为了在分组交换(Packet-switched，又译为包交换)计算机通信网络的互联系统中使用而设计
IP层只负责数据的路由和传输，在源节点与目的节点之间传送数据报，但并不处理数据内容。
数据报中有目的地址等必要内容，使每个数据报经过不同的路径也能准确地到达目的地，在目的地重新组合还原成原来发送的数据

5.2.2 IPv4分组格式

1. IPv4分组结构

IP分组也称为IP数据报
IPv4分组：分组头和数据。IP分组头长度为20B~60B（就是一串数字）
- 分组头长度可变，每行宽度为4B
- 前五行为分组头必需有的域，长度为20B（5行*4B）
- 第六行为选项域，最长为40B

2. 分组头格式

（1）版本字段

长度：4位
版本字段值为4，表示IPv4

版本字段值为6，表示IPv6

（2）协议字段

长度： 8位
作用： 表示使用IP协议的高层协议类型
标识使用何种协议，通过该字段指示了IP分组应该交给哪个传输层协议

（IP数据部分须按什么协议来进行解析，可参考第六章UDP协议）

（3）长度

IP分组头有两个长度字段：分组头长度（报头长度）、总长度
分组头长度字段
- 长度： 4位
- 作用：它定义了以4字节为一个单位的分组头的长度
  
  （定义了分组头有多少行）
- 分组头中除了IP选项字段与填充字段之外，其他各项是定长的
- IP分组的分组头长度必须为4字节的整数倍。如果不是4字节的整数倍，则由填充字段（填充域）“添0”补齐
- 分组头长度字段最小值为5(4B×5行=20B4B×5行=20B)
  
  （分组头最少有五行）
  
  最大长度为15 (4B×15行=60B4B×15行=60B)
  
  （分组头长度为4bit，取值范围为：0000B-1111B，也就是0~15行，但规定了分组头最少必须要有五行，因此 分组头的长度范围是5~15行）
总长度字段
- 长度： 16位
- 作用： 定义以字节为单位的分组总长度，是分组头长度与数据长度之和
- 总长度字段长度为16位，它能表示的IP分组最大长度为65535（2^{16}－1216－1）字节，其中包括分组头长度
- IP分组中高层协议的数据长度 = 分组的总长度 - 分组头长度IP分组中高层协议的数据长度=分组的总长度−分组头长度

（4）区分服务字段（服务类型字段）

长度： 8位
作用： 用于指示路由器如何处理该分组

（5）生存时间（time-to-live，TTL）字段

长度： 8位
作用： 设定分组在Internet中的“寿命”，它通常是用转发分组最多的路由器跳数（hop） 来度量
生存时间TTL的初始值由源主机设置，经过一个路由器转发之后，TTL值减1
当TTL的值为0时，丢弃分组并发送ICMP报文通知源主机

（6）头校验和字段

长度： 16位

（P216 中写的是8位，估计是印错了）
作用： 保证分组头部数据完整性
IP分组只对分组头进行校验，不包括分组数据
- IP分组头之外的部分属于高层数据，高层数据都会有相应的校验字段，IP分组不对高层数据进行校验
- 每经过一个路由器，IP分组头都要改变一次，数据部分并不改变。设置头校验和只对变化部分进行校验是合理的，可以减少路由器对每个接收分组的处理时间，提高路由器的运行效率