计算机网络

概述（12’）

1、互联网的两个特点：连通性和共享性

连通：彼此联通，交换信息
共享：信息共享，软硬件共享（资源共享）

2、网络的划分

（1）从范围上划分

广域网：WAN。作用范围常为及时到几百公里
城域网：MAN。作用范围可以是一个城市，也可以跨越几个街区
局域网：LAN。作用范围一般是微型计算机和工作站之间的连接
个人区域网：PAN。用无线电连接起来的网络

（2）从工作方式上划分

边缘部分（资源子网）：客户服务器方式、P2P方式
核心部分（通信子网）：电路交换、分组交换、报文交换

（3）从使用者上划分

私用网||公用网

（4）从拓扑结构上划分

星型、树形、总线型、网状、环形等

3、存储转发方式

电路交换：整个报文以比特流连续的从源点传输到终点
报文交换：整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点
分组交换：单个分组(整个报文的一部分)传送到相邻节点，查找转发表转发到下一个节点
tip：报文交换和分组交换都是存储转发方式

4、网络的前身

ARPANET->三级结构->多层次ISP结构的互联网

5、七层和四层模型

网络协议三要素：语法、语义、同步

计算机网络体系结构就是层次结构和 协议的集合

协议三要素：规则、标准、约定

七层：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层
四层：网络接口层、网际层、运输层、应用层

五层：物理层（比特）（中继器\集线器）、数据链路层（帧）（网桥\交换机）、网络层（包）（路由器）、运输层（TCP报文段\UDP用户数据报）、应用层（报文）

OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元（PDU）

6、如果打开url发现无网页显示怎么办

1）检查网线是否插好
2）检查宽带是否连接
3）检查MAC地址是否被占用
4）检查IP地址是否配置正确
5）检查端口是否被禁用
6）检查DNS服务是否正常
7）检查TCP/IP协议是否正常工作（是否可以ping通）

计算机网络性能

速率：bit/s 以字节为单位 1B=8bit
带宽:b/s 网络传输能力
吞吐量：某一时候网络上的数据量
时延：（发送时延+传播时延+处理时延+排队时延）（一般忽略处理时延和排队时延）
发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）
传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s） （与数据大小无关）
时延带宽积：
往返时间RTT： 数据长度/发送速率
利用率：

物理层（12’）

0、物理层的四个性能：

机械特性：接口的形状、大小、引线数目
电气特性：规定电压范围
功能特性：规定-5V表示0、+5V表示1
过程特性：规程特性，连接建立时的各个步骤

1、奈氏准则和香农公式

奈氏准则（理想状态下）：
c=2×w （Baud）=2×w×log2 V（b/s）
香农公式（现实状态下）：
信噪比（dB）=10×log10（S\N）（dB）
c=W×log2（1+ S/N）（b/s）
例题
码元速度3600Baud，调制电平为8
则传送速率为：3600×log2 8=3600×3=10800bps

2、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码

码元是波形。
码元状态个数：影响一码元携带比特的数目n
波特（波特率）：码元的传输速率
归零制和不归零制和曼彻斯特编码都需要配置一个时钟周期
曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0，为周期中心的向下跳变代表1（也可以反过来定义）|| 以太网发送的数据都使用曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码：在每一位的中心始终有跳变，位开始边界有跳变代表0，没有代表1。
例题：采用曼彻斯特编码，码元速率为1000Baud，则传送速率为：1000×log2 0.5=500bps

4、传输媒体

导向传输媒体：双绞线、同轴电缆、光线
非导向传输媒体：无线电、微波

3、信道复用

信道双方的交互方式：单工、双工、半双工。
信道复用：
频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源
时分复用：用户在不同的时间占用同样的带宽资源（同步时分复用）
统计时分复用：（异步时分复用）
码分复用——码分多址（CDMA）：码片正交（3种情况）
1）正交结果是1，s站发送的就是1
2）正交结果是0，s站发送的就是-1
3）正交结果是-1.s站发送的就是0
tip：正交结果一定要÷n啊
PCM技术：采样——量化——编码
宽带接入技术（ADSL）：下载和上传不对称

数据链路层（14’）

1、三个基本问题

封装成帧：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成一个帧（帧头SOH和帧尾EOT）
透明传输：字节填充。因为帧头是SOH,帧尾是EOT，填充的字符是ESC。所以在数据中遇到他俩就要填充ESC
差错检测：
帧检验序列（FCS）
循环冗余检验（CRC）：
异或运算：相同为0，不同为1
形成多项式
添加的0比余数要少一位喔~

2、ppp协议

字节填充：
1）出现0x7D->0x7D 0x5D
2）出现0x7E->0x7D 0x5E
3）出现数值小于0x20的，转换成0x7D 0x+20 例0x04->0x7D 0x24
零比特填充：
只要出现连续的五个1，就填充一个0

3、广播信道

CSMA/CD协议：多点接入、载波监听、碰撞检测
争用期：2ε（tao）|| 2倍的端到端时延
截断二进制指数退避算法

4、最小帧长

最短有效帧长
如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节。
最小帧长
以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。
以太网的最小帧长度不小于64字节
字节在64~1518字节之间

5、MAC帧

单播、广播、多播
帧头14+帧尾4
mac帧格式：
目的地址（6字节）+源地址（6字节）+类型（2字节）+数据（64~1500）+FCS（4字节）
物理层：插入8字节+以太网MAC帧
无效mac帧：
帧长度不是整字节
收到的帧检验序列FCS查出有错
数据字段长度不在64-1500之间，有效mac帧长度不在64-1518之间的

6、拓展以太网

集线器是共享式占用带宽
交换机是独占带宽
提供的服务是不可靠的，尽最大能力交付
在物理层上拓展：集线器、光电转换设备、光线…
在数据链路层拓展：网桥、交换机（存储转发）
++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
以太网编码：曼彻斯特编码
以太网拓扑：星形拓扑
以太网中间设备：集线器（机械得转发）
以太网标准：10BASE-T
信道利用率：尽可能减少端对端得时延，尽可能增加有效帧的长度
题：以太网交换机自学习功能

7、虚拟局域网

VLAN
一些命令
Switch>enable//进入配置模式
Switch#configure terminal //进入特权模式
Switch(config)#vlan 2
Switch(config-vlan)#exit
Switch(config)#interface range fastEthernet 0/13 -24
Switch(config-if-range)#switchport mode access
Switch(config-if-range)#switchport access vlan 2
Switch(config-if-range)#exit
Switch(config)#exit
Switch#show vlan

10BASE-T

• 10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m。
• 这种 10 Mbit/s 速率的无屏蔽双绞线星形网的出现，既降低了成本，又提高了可靠性。
• 10BASE-T 双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑，它为以太网在局域网中的统治地位奠定了牢固的基础

网络层（25’）

1、网络层提供两种服务

虚电路服务（电信网采用）
数据报服务（因特网采用）
互联网：提供简单灵活的，无连接的，尽最大努力交付的数据报服务
尽最大努力交付的好处：1）路由器结构简单、价格低廉。2）可靠运输又运输层负责。3）造价低廉但运行速率高。4）适用于至今

2、虚拟互联网

a.物理层中继系统：转发器(repeater)
b.数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)
c.网络层中继系统：路由器(router)
d.网络层以上的中继系统：网关(gateway)

3、网络层的一些协议

ip协议：TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一，也是最重要的互联网标准之一
arp协议：ip->mac
icmp协议：网际控制报文协议
igmp协议：网际管理报文协议

4、IP地址（32位）分类（公网and私网）

公网

A类：网络号（8位）（1~126，其中0和127不可用，共126个）+主机号（24位）（2e24-2）
特殊的网络（不分配）
0.0.0.0
127.0.0.0（127.0.0.1本地环回地址
B类：网络号（16位）（10+14位）（128~191）+主机号（16位）（2e16-2）
C类：网络号（24位）（110+21位）（192~223）+主机号（8位）（2e8-2）
A、B、C类地址都为单播地址（一对一通信）
全0为网络号、全1为广播号，都不能用
127.0.0.1 本地环回地址：测试TCP/IP协议是否正确安装
169.254.0.0 ：没有自动获得合法IP地址 Windows系统自己产生一个地址
0.0.0.0 地址冲突（默认路由）

私网

10.0.0.0——10.255.255.255（10.0.0.0/8）
172.16.0.0——172.31.255.255（172.16.0.0/12）
192.168.0.0——192.168.255.255（192.168.0.0/16）

5、p121 ip地址的指派范围

++最大可指派的网络数++
A 126（2e24-1）+++++++
B 16383（2e14-1）+++++
C 2097151（2e21-1）+++

6、ARP相关

ARP协议工作过程：
1）将某结点的IP地址转换成对应MAC地址
2）先查看ARP缓存(arp -a)
3）如果缓存没有，通过广播去查询（局限于同一个局域网）

ARP：地址解析协议。根据IP地址寻找MAC地址的协议，介于数据链路层和网络层之间。
在主机ARP高速缓存中存放一个从IP地址到硬件地址的映射
每一个主机都有一个ARP高速缓存，里面有本局域网上的各主机和路由器ip地址的映射表

arp命令
arp -a 查看ARP缓存
arp -d 清除ARP缓存
arp -s IP地址 MAC地址 设置静态ARP缓存

7、IP数据报格式

ip数据报的首部固定长度20字节
版本：ip协议的版本
首部长度：4字节,通常为5->20个字节
总长度：16位，是首部和数据的总长度，最大可为65535字节，但向下传送时通常受下一层（数据链路层）最大分组限制（MTU）
标识：占3位，最左侧那一位不可用，但目前只有两位有意义
——1>MF(最低位):当MF=1时，表示后边还有分片。当MF=0时，表示后边没有分片。
——2>DF(不能分片)：当DF=1时，表示不能分片。当DF=0时，表示允许分片。
片偏移
片/8
首部校验和：16位，反码校验。

8、ip转发分组流程

特定主机路由：特定的目的主机都指明一个路由
普通路由：
默认路由：

9、分组转发算法

(1) 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。
(2) 若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。
(3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。
(4) 若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。
(5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。
(6) 报告转发分组出错。

10、划分子网、构成超网

划分子网（等长子网划分）：将主机号拨在一起，网络号后移
构成超网（CIDR）：路由聚合，斜线划法。网络号前移

11、配置路由的一些命令

Router>enable 
Router#config terminal 
Router(config)#interface fastEthernet 0/0
Router(config-if)#ip address 192.168.0.1 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit
Router(config)#interface serial 2/0
Router(config-if)#ip address 172.16.0.1 255.255.255.0
Router(config-if)#clock rate 64000
Router(config-if)#no shutdown 

静态路由

Router>enable
Router#
Router#show ip route    //查看现有的路由表,发现只有直连的网段的路由信息
Router#config t
Router(config)#ip route 172.16.1.0 255.255.255.0 172.16.3.2
Router(config)#ip route 172.16.4.0 255.255.255.0 172.16.3.2
Router(config)#ip route 172.16.5.0 255.255.255.0 172.16.3.2
Router(config)#ip route 172.16.2.0 255.255.255.0 172.16.3.2
Router#show ip route 

默认路由

Router#config t
Router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.3.2

默认路由和特定主机路由

特定主机路由 掩码：255.255.255.255
默认路由 掩码：0.0.0.0

12、路由协议

RIP协议：距离向量算法
1>距离为16表示不可达
2>好消息传播得快，而坏消息传播得慢。
OSPF协议：最短路径算法
不使用UDP，而直接使用IP数据报。
主要特征：使用分布式的链路状态协议。

注意：反转掩码
Router>en
Router#config t
Router(config)#router ospf 1
Router(config-router)#network 192.168.0.0 0.0.0.3 area 0
Router(config-router)#network 192.168.0.4 0.0.0.3 area 0
Router(config-router)#network 192.168.0.12 0.0.0.3 area 0
Router#show ip route 

13、ipv6

ipv6首部：40B
冒号十六进制记法：每个16位的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔
零压缩：

传输层

运输层功能

• 提供了端对端的逻辑通信
• 对收到的报文进行差错检测
• 提供面向连接和面向无连接服务

TCP和UDP基础知识

• 用户数据报协议 UDP： 无连接的，尽最大努力交付的，面向报文的，没用拥塞控制的，支持一对一、一对多、多对多和多对一的交互通信，首部开销较小
• 传输控制协议 TCP： 面向连接的运输层协议，每条TCP连接只能有两个端点，提供可靠交付服务，全双工通信，面向字节流
• TCP和UDP格式
  ->UDP格式：伪首部（12字节）（仅为计算校验和）+源端口（2字节）+目的端口（2字节）+长度（2字节）+校验和（2字节）
  UDP首部20字节
  ->TCP格式：源端口（2字节）+目的端口（2）+序号（4）+确认号（4）+数据偏移（4）+保留字段（6）+6位标志+由接收方给发送方设置窗口大小（2）+校验和（2）+紧急指针（2）

端口

• 熟知端口，数值一般为0~1023
  FTP（文件传输协议）:21
  TELNET（远程终端协议）:23
  SMTP（简单邮件传输协议）:25
  DNS（域名解析协议）:53
  HTTP（超文本传输协议）:80
• 登记端口号，数值一般为1024~49151
• 客户端口号，数值一般为49152~65535

可靠传输

以字节为单位的滑动窗口，只有落在窗口内的数据段才能被发送
超时重传
选择确认SACK

流量控制

利用滑动窗口实现流量控制
ACK代表标记位，取值0，1，1表示确认号字段有
ack表示确认号
rwnd表示接收方窗口，发送方的发送窗口不能超过此数值
如果rwnd=0，发送方就会定期发送零探测窗口

拥塞控制

拥塞公式：对资源需求总和>可用资源
TCP拥塞控制方法：
慢开始、拥塞避免
快重传、快恢复
慢开始算法，开始时拥塞窗口cwnd为一个报文段，如果不发生拥塞，乘以2扩大cwnd，当到达慢开始门限ssthresh，执行拥塞避免算法，cwnd线性加1，当出现拥塞（检测到丢包），cwnd回到1，继续执行慢开始，同时，ssthresh变为检测到拥塞窗口时的一半。
快重传算法，开始时和慢开始算法一直，拥塞窗口cwnd为一个报文段，如果不发生拥塞，乘以2扩大cwnd，当到达门限ssthresh，执行拥塞避免算法，cwnd线性加1，当出现拥塞（连续的三个确认），执行快恢复算法，将ssthresh变为原来的一半，cwnd从ssthresh的值开始，线性加1。

连接管理

TCP的连接管理（3次握手）
a.第一次握手（SYN=1 seq=x）消耗掉一个序号
b.第二次握手（SYN=1 ACK=1 seq=y ack=x+1） 消耗掉一个序号
c.第三次握手（ACK=1 seq=x+1 ack=y+1） 不需要消耗序号
TCP的连接释放（4次挥手）
a.第一次挥手：FIN=1,seq=u
b.第二次挥手：ACK=1,seq=v,ack=u+1
c.第三次挥手：FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1
d.第四次挥手：ACK=1,seq=u+1,ack=w+1

应用层