计算机网络总结

计算机网络的 89 个核心概念 Hey guys,这里是 cxuan,欢迎你阅读我最新一期的文章,大家知道,我连载计算机网络已经有一定时间了,当我每了解一个新技术或者新框架的时候,我都想要先把名字概念弄懂是什么,可见概念对于我们的帮助非常大。计算机网络中的概念也是非常庞杂,理解起来比较困难,所以这里,我给大家汇总了计算机网络中 89 个常见的概念,希望对你有所帮助。 主机:计算机网络上任何一种能够连接网络的设备都被称为主机或者说是端系统,比如手机、平板电脑、电视、游戏机、汽车等,随着 5G 的到来,将会有越来越多的终端设备接入网络。 通 阅读详情

第一章 概述

1.1 互联网

网络、互联网(互连网)和因特网

1)网络由若干结点和连接这些结点的链路组成。(结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等;链路可以是有线,也可以是无线的)

2)多个网络可以通过路由器互连起来,这样就构成了一个范围更大的网络,即互联网(互连网)。因此,互联网是“网络的网络”。

3)因特网(Internet)是世界上最大的互连网络。连接在因特网上的计算机称为主机。

PS:internet 和 Internet的区别

  • internet(互联网或互连网)是一个通用名词,泛指多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议可以是任意的。
  • Internet(因特网)是个专用名词,指全球最大的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络,采用TCP/IP协议族作为通信规则。

因特网的组成

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(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组成。这部分是为边缘部分提供服务的,也就是提供连通性和交换。起核心作用的是路由器,是一种专用计算机,是实现分组交换的关键构件,任务就是转发收到的分组。

1.2 交换方式

电路交换

1)用户线归电话用户专用,电话交换机之间拥有的大量话路的中断栈则是许多用户共享的。

2)电路交换的三个步骤

  • ①建立连接(分配通信资源)
  • ②通话(一直占用通信资源)
  • ③释放连接(归还通信资源)

3)缺点

  • 一对一,占用资源,资源利用率不高。
  • 线路的传输效率往往很低。

分组交换

1)把发送的整块数据称为一个报文。发送之前,先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段,在每个数据段前面,加上一些必要的控制信息组成的首部,就构成了一个分组(又称“包”)。

2)发送方:构造分组,发送分组。路由器(也就是分组交换机):缓存分组,转发分组;简称“存储转发”。接收方:接受分组,还原报文。

报文交换

1)交换结点也采用存储转发方式,但是对报文的大小没有限制,这就要求交换结点需要有较大的缓存空间。

2)主要用于早期的电报通信网,现在较少使用,通常被分组交换所替代。

三者对比
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1.3 定义和分类

定义

1)精确定义并未统一。最简单的定义是:一些互相连接、自治的计算机的集合。

  • 互连:指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信。
  • 自治:指独立的计算机,它有自己的硬件和软件,可以单独运行使用。
  • 集合:指至少需要两台计算机。

2)目前阶段较好的定义:计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的,而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的,这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据,并能支持广泛的日益增长的应用。

  • 所连接的硬件,并不限于一般的计算机,而是包括了智能手机等智能硬件。
  • 计算机网络并非专门用来传送数据,而是能够支持很多中的应用。

分类

1)按交换技术分类

  • 电路交换网络
  • 报文交换网络
  • 分组交换网络

2)按使用者分类

  • 公用网:只要交钱就能用。
  • 专用网:某单位自己建立的网络,不向单位以外提供服务。

3)按传输介质分类

  • 有线网络
  • 无线网络

4)按覆盖范围分类

记住英文缩写!

  • 广域网WAN(远程网):因特网的核心部分。
  • 城域网MAN(城市骨干网)
  • 局域网LAN
  • 个域网PAN(WPAN)

覆盖范围依次减小。

PS:若中央处理机之间的距离非常近,例如,仅1米的数量级或者更小,则一般称之为多处理机系统,不称之为计算机网络。

5)按拓扑结构分类

  • 总线型网络
  • 星型网络:现在中间一般是交换机或路由器。
  • 环型网络
  • 网状型网络

1.4 性能指标

1)速率
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2)带宽
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3)吞吐量
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4)时延
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在处理时延忽略不计的情况下,不能确定发送时延占主导还是传播时延,要具体问题具体分析。

5)时延带宽积
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6)往返时间RTT
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在卫星链路上耗时较多,因为一般卫星链路的距离比较远,所带来的传播时延比较大。

7)利用率
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8)丢包率
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1.5 计算机网络体系结构(重点和难点)

常见的计算机网络体系结构

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路由器一般只包含网络接口层和网际层。

TCP/IP体系结构的网络接口层并没有规定什么具体的内容,这样就可以互连不同的网络接口,因此,本质上TCP/IP体系结构只有上面的三层。

IP协议是TCP/IP体系结构网际层的核心协议,TCP和UDP是运输层的两个重要协议,应用层包含了大量的应用协议。

IP协议可以将不同的网络接口进行互连,并向其上的TCP协议和UDP协议提供网络互连服务,而TCP协议在其基础上可向应用层的相应协议提供可靠运输的服务,UDP协议是在其基础上提供不可靠运输的服务。IP协议作为TCP/IP体系结构中的核心协议,一方面负责互连不同的网络接口,另一方面为各种网络应用提供服务。因为TCP协议和IP协议在TCP/IP体系结构里很重要,则用TCP协议和IP协议来表示整个协议大家族,称为TCP/IP协议族。
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分层的过程

专业术语

1)实体

  • 实体:任何可发送或接受信息的硬件或软件进程。
  • 对等实体:收发双方相同层次中的实体。

2)协议

  • 协议:控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合。之所以称为逻辑通信,是因为不存在,便于学习。
  • 三要素
    • 语法:定义所交换信息的格式。
    • 语义:定义收方双方所要完成的操作。
    • 同步:定义收方双方的时序关系。

3)服务

  • 在协议的控制下,两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。

  • 要实现本层协议,还需要使用下一层所提供的服务。

  • 协议是“水平”的,服务是“垂直”的。

  • 实体看得见相邻下层所提供的服务,但并不知道实现该服务的具体协议。也就是说,下面的协议对上面的实体是“透明”的。

  • 服务访问点:在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口,用于区分不同的服务类型。

    • 数据链路层的服务访问点为帧的“类型”字段。
    • 网络层的服务访问点为IP数据报首部中的“协议字段”。
    • 运输层的服务访问点是“端口号”。
  • 服务原语:上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令。

  • 协议数据单元PDU:对等层次之间传送的数据包。
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  • 服务数据单元SDU:同一系统内,层与层之间交换的数据包。

  • 多个SDU可以合成一个PDU,一个SDU也可划分为几个PDU。

第二章 物理层

2.1 基本概念

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流。

物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异,使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务,而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。

2.2 物理层下面的传输媒体

该传输媒体不属于任何一层。

导引型传输媒体

电磁波被导引沿着固体媒体传播。

  • 同轴电缆 :价格较贵且布线不够灵活和方便,随着集线器的出现,在局域网领域基本上都是采用双绞线作为传播媒体。
  • 双绞线
    • 绞合的作用:①抵御部分来自外界的电磁波干扰。②减少相邻导线的电磁干扰。
  • 光纤
    • 优点
      • 通信容量大。
      • 传输损耗小,远距离传输时更加经济。
      • 抗雷电和电磁干扰性能好。
      • 无串音干扰,保密性好,不易被窃听。
      • 体积小,重量轻。
    • 缺点
      • 割接需要专用设备。
      • 光电接口价格较贵。
    • 多模光纤只适合近距离传输。
    • 单模光纤没有模式色散,适合长距离传输且衰减小,但制造成本高,对光源要求高。
  • 电力线

非导引型传输媒体

是指自由空间。

  • 无线电波
  • 微波:主要是直线传播。
  • 红外线
  • 可见光

2.3 传输方式

  • 串行传输:一个比特一个比特发送的,只需要一条数据传输线路。

  • 并行传输:一次发送n个比特而不是以一个比特,因而在发送端和接收端之间需要有n条传输线路。

    • 相比于串行传输,优点是速度是串行传输的n倍,缺点是成本高。
    • 在计网中,数据在传输线路上的传输采用的是串行传输方式,计算机内部的数据传输常采用并行传输方式。
  • 同步传输:数据块以稳定的比特流的形式传输,字节之间没有间隔。接收端在每个比特信号的中间时刻进行检测,以判别接收到的是比特0还是1。因为设备之间存在差异,因而要使用方法来实现收发双方的时钟保持同步。

  • 外同步:在收发双方之间添加一条单独的时钟信号线。

  • 内同步:发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输(例如曼切斯特编码)

  • 异步传输:以字节为独立的传输单位。异步指的是字节之间异步(字节之间的时间间隔不是固定的),但字节中的每个比特要同步(各比特的持续时间是相同的)接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步。为此,通常要在每个字节的前后加上起始位和结束位。

  • 单向通道(单工):通信双方只有一个传输方向。例如:无线电广播。

  • 双向交替通道(半双工):通信双方可以相互传输数据,但不能同时进行。例如:对讲机。

  • 双向同时通道(全双工):通信双方可以同时发送和接受信息。例如:电话。

  • 单向通信只需要一条信道,半双工和全双工都需要两条。

2.4 编码与调制

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严格来说,传输媒体和信道不能直接划等号。单向传输只有一条信道,半双工和全双工需要两条信道。如果使用信道复用技术,一条传输媒体还可以包含多个信道。

常用编码

  • 不归零编码:由于存在同步问题,因而计网中的数据传输不采用。在这里插入图片描述

  • 归零编码:自同步但是编码效率低。在这里插入图片描述

  • 曼切斯特编码在这里插入图片描述

调制方法

基本调制

使用模拟信号来传输,因而需要将数字基带信号通过调制方法,调制成可以在模拟信道中传输的模拟信号。
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混合调制

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2.5 信道的极限容量

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奈氏准则

在假定的理想条件下,为了避免码间串扰,码元传输速率是有上限的。
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信道的极限传输速率还要受限于实际的信号在信道中传输时的信噪比,信道中的噪声也会影响接收端对码元的识别,并且噪声功率相对信号功率越大,影响就越大。

香农公式

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在信道带宽一定的情况下,根据奈氏准则和香农公式,要想提高信息的传输速率就必须使用多元制(更好的调制方法)和努力提高信道中的信噪比。

自从香农公式发表后,各种新的信号处理和调制方法就不断出现,其目的都是为了尽可能地接近香农公式给出的传输速率极限。
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  • 考题在这里插入图片描述
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第三章 数据链路层

3.1 概述

  • 链路:从一个结点到相邻结点的一段物理线路,而中间没有任何其他的交换结点。
  • 数据链路:是指把实现通信协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。
  • 数据链路层以帧为单位传输和处理数据。

数据链路层的三个重要问题

  • 封装成帧在这里插入图片描述
  • 差错检测:通过检错码来发现出现了错误。根据帧尾中的检错码检测帧中是否有误码。
  • 可靠传输:有错误则丢弃。尽管误码是不能完全避免的,但若能实现发送方发送什么,接收方就能接受什么,就称为可靠传输。

我们在介绍这三个问题时,采用的是点对点信道的数据链路层来举例的。对于使用广播信道的数据链路层,除了这三个问题以外,还有其他问题需要解决。
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3.2 封装成帧

  • 封装成帧是指数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧。

    • 帧头和帧尾中包含有重要的控制信息。在这里插入图片描述
    • 帧头和帧尾的作用之一就是帧定界。在帧头和帧尾中,各包含有一个长度为1字节的标志字段,其作用就是帧定界。
    • 并不是每一种数据链路层的帧都包含有帧定界标志。例如以太网V2的MAC帧,封装成帧后物理层会在帧前面添加8字节的前导码,然后再将比特流转换成电信号发送,前导码中的前7个字节为前同步码,作用是使接收方的时钟同步,之后的1字节为帧开始定界符。另外,以太网还规定了帧间间隔时间,因此MAC帧并不需要帧结束定界符。(帧间间隔还有其他作用)
  • 透明传输是指数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制,就好像数据链路层不存在一样。

    • 面向字节的物理链路层使用字节填充(字符填充)的方法实现透明传输。
    • 面向比特的物理链路使用比特填充的方法实现透明传输。(每5个连续1后面插入一个比特0)
  • 为了提高帧的传输效率,应当使帧的数据部分的长度尽可能大些。

  • 考虑到差错控制等多种因素,每一种数据链路层协议都规定了帧的数据部分的长度上限,即最大传送单元MTU。

3.3 差错检测

  • 实际的通信链路不是理想的,比特在传输过程中可能会出现查错:1可能变成0,0可能变成1,这称为比特查错。
  • 在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率。
  • 使用差错检测码来检测数据在传输过程中是否产生了比特差错,是数据链路层所要解决的问题之一。
    • 奇偶校验:在待发送的数据后添加1位奇偶校验位。使整个数据(包括所添加的校验位在内)中“1”的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。在这里插入图片描述
    • 循环冗余校验CRC: 在这里插入图片描述
  • 检错码只能检测出帧在传输过程中出现了差错,但不能定位错误,因此无法纠正错误。
  • 要想纠正传输中的差错,可以使用冗余信息更多的纠错码进行前向纠错,但纠错码开销比较大,在计网中较少使用。
  • 循环冗余校验CRC有很好的检错能力(漏检率非常低),虽然计算复杂,但非常易于用硬件实现,因而被广泛应用于数据链路层。
  • 在计网中通常采用后续要讨论的检错重传方式来纠正传输中的差错,或者仅仅是丢弃检测到差错的帧,这取决于数据链路层向上层提供的是可靠传输服务还是不可靠传输服务。

3.4 可靠传输

3.4.1 基本概念

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3.4.2 实现机制

这些可靠传输实现机制的基本原理并不仅限于数据链路层,可以应用到计网体系结构的各层协议中。

停止-等待协议SW

发送方发送数据后,只有收到了接收方的确认后,才会继续发送。
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  • 注意事项

    • 接收端检测到数据分组有误码时,将其丢弃并等待发送方的超时重传,但对于误码率较高的点对点链路,为使发送方尽早重传,也可给发送方发送NAK分组。
    • 为了让接收方能够判断所收到的数据分组是否是重复的,需要给数据分组编号。由于停止-等待协议的停等特性,只需要1个比特编号就足够了。
    • 为了让发送方能够判断所收到的ACK分组是否是重复的,需要给ACK分组编号,所用比特数量与数据分组编号所用比特数量一样。数据链路层一般不会出现ACK分组迟到情况,因此在数据链路层实现停止-等待协议可以不用给ACK分组编号。
    • 超时计时器设置的重传时间应仔细选择。一般可将重传时间选为略大于“从发送方到接收方的平均往返时间”。(在数据链路层点对点的往返时间比较确定,重传时间很好设定。在运输层,由于端到端往返时间不确定,因而设置合适的重传时间有时并不容易)
  • 信道利用率
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回退N帧协议GBN

在流水线传输的基础上利用发送窗口来限制发送方连续发送数据分组的数量,是一种连续ARQ协议。在协议的工作过程中,发送窗口和接收窗口不断向前滑动,因而这类协议又称滑动窗口协议。

利用发送窗口来限制发送方可连续发送数据分组的个数。

发送方要维持一个发送窗口,序号落在发送窗口内的数据分组可被连续发送,而不必等收到接收方的相应确认后再发送。

累积确认:接收方不一定要对收到的数据分组逐个发送确认,而是可以在收到几个数据分组后,对按序到达的最后一个数据分组发送确认。ACKn表示序号为n及以前的所有数据分组都已正确接收。即使确认分组丢失,发送方也可能不必重传。

有差错的情况:发送方收到重复的确认,就知道之前所发送的数据分组出现了差错,于是可以不等超时计时器超时就立刻重传。至于收到几个重复确认就立刻重传,由具体实现决定。在这里插入图片描述
若发送窗口大于上限,接收方无法分辨新、旧数据分组,进而会产生分组重复这种传输差错。在这里插入图片描述

选择重传协议SR

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3.5 点对点协议PPP

点对点协议PPP是目前使用最广泛的点对点数据链路层协议。

PPP协议为在点对点链路传输各种协议数据报提供了一个标准方法,主要是由以下三部构成:

  • 对各种协议数据报的封装方法(封装成帧)
  • 链路控制协议LCP:用于建立、配置以及测试数据链路的连接
  • 一套网络控制协议NCPs:其中的每一个协议支持不同的网络层协议
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帧格式在这里插入图片描述
透明传输
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差错检测在这里插入图片描述

3.6 媒体接入控制

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3.6.1 静态划分信道

基本概念在这里插入图片描述

  • 复用就是通过一条物理线路同时传输多路用户的信号。

  • 当网络中传输媒体的传输容量大于多条单一信道传输的总通信量时,可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。

  • 常见的信道复用方法

    • 频分复用FDM:频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源并行通信。在这里插入图片描述

    • 时分复用TDM:将时间划分成一段段等长的时分复用帧,每个时分复用的用户在每一个时分复用帧中占用固定序号的时隙。所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

    • 波分复用WDM:光的频分复用。在这里插入图片描述

    • 码分复用CDM在这里插入图片描述
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3.6.2 随机接入—CSMA/CD协议

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​ 争用期(碰撞窗口)在这里插入图片描述

最小帧长:若帧长度过短,发送完毕后不再针对该帧检测碰撞,若之后遭遇了碰撞也不会重发该帧。因而以太网规定最小帧长为64字节,即512比特(512比特时间即为争用期)

  • 如果发送的数据非常少,那么必须加入一些填充字节使帧长不小于64字节。
  • 最小帧长确保了主机可在帧发送完成之前就检测到该帧的发送过程中是否遭遇了碰撞。
  • 如果在争用期没有检测到碰撞,那么后续发生的数据就一定不会发生碰撞。
  • 如果在争用期内检测到碰撞,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,因此,凡长度小于64字节的帧都是由于碰撞而异常中止的无效帧。

最大帧长:帧过长导致发送时长期占用主线,同时接受方的缓冲区可能要满了
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截断二进制制数退避算法
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信道利用率在这里插入图片描述

帧发送流程
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帧接收流程
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  • 习题
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3.6.3 随机接入–CSMA/CA协议

在无线局域网中,不能使用碰撞检测CD,原因如下:

  • 如果要在无线网卡上实现碰撞检测CD,对硬件的要求非常高。
  • 即使能够在硬件上实现无线局域网的膨胀检测功能,但由于无线电波传播的特殊性(存在隐蔽站问题:未能检测出信道上其他站点信号的问题),进行碰撞检测的意义也不大。

802.11无线局域网使用CSMA/CA协议,在CSMA的基础上增加了一个碰撞避免CA功能,而不再实现碰撞检测功能。由于不可能避免所有的碰撞,并且无线信道误码率较高,802.11标准还使用了**数据链路层确认机制(停止-等待协议)**来保证数据被正确接收。802.11的MAC层标准定义了两种不同的媒体接入控制方式:

  • 分布式协调功能DCF:默认方式。
  • 点协调功能PCF:可选方式,在实际中较少使用。

802.11标准规定,所有的站点必须在持续检测到信道空闲一段指定时间后才能发送帧,这段时间称为帧间间隔IFS。帧间间隔的长短取决于该站点要发送的帧的类型。

  • 高优先级需要等待的时间较短,因而可优先获得发送权。
  • 低优先级需要等待的时间较长。若某个站的低优先级帧还没来得及发送,而其他站的高优先级帧已发送到信道上,则信道变成忙态,因而低优先级帧只能再推迟发送了,这样就减少了发生碰撞的机会。
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工作原理

  • 源站为什么在检测到信道空闲后还要等待一段时间DIFS:考虑到可能有其他的站有高优先级的帧要发送。若有,就要让高优先级帧先发送。
  • 目的站为什么正确接收数据帧后还要等待一段时间SIFS才能发送ACK帧:SIFS是最短的帧间间隔,用来分隔开属于一次对话的各帧。在这段时间内,一个站点应当能够从发送方式切换到接收方式。
  • 信道由忙转为空闲且经过DIFS时间后,还要退避一段随机时间才能使用信道而不是立即使用信道:防止多个站点同时发送数据而产生碰撞。

退避算法
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信道预约和虚拟载波监听
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习题
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3.7 MAC地址、IP地址、ARP协议

MAC地址是以太网的MAC子层所使用的地址(数据链路层)。IP地址是TCP/IP体系结构网际层所使用的地址。ARP协议属于TCP/IP体系结构的网际层,其作用是已知设备所分配到的IP地址,使用ARP协议可以通过该IP地址获取到设备的MAC地址。(网际层)

MAC地址

使用点对点信道的数据链路层不需要使用地址。(只有两台主机)

使用广播信道的数据链路层必须使用地址来区分各主机。当多个主机连接在同一个广播信道上,要想实现两个主机之间的通信,则每个主机都必须有一个唯一的标识,即一个数据链路层地址。

  • 在每个主机发送的帧中必须携带标识发送主机和接收主机的地址。由于这类地址是用于媒体接入控制MAC,因此这类地址被称为MAC地址。
  • MAC地址一般被固化在网卡的电可擦可编程只读存储器EEPROM中,因而又称为硬件地址。
  • MAC地址有时也被称为物理地址。但请注意:这并不意味着MAC地址属于网络体系结构中的物理层。
  • 严格来说,MAC地址是对网络上各接口的唯一标识,而不是对网络上各设备的唯一标识。

地址格式
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发送顺序
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快速判断MAC地址是否是多播地址的方法:该位十六进制不能整除2(1,23,5,7,9,B,D,F),即为多播地址。

给主机配置多播组列表进行私有应用时,不得使用共有的标准多播地址。

IP地址

IP地址是因特网上的主机和路由器所使用的地址,用于标识两部分信息:

  • 网络编号:标识因特网数以百万的网络。
  • 主机编号:标识同一网络上不同主机(或路由器接口)
  • 同一个网络上的各主机和路由器的各接口的IP地址的网络号部分应该相同,而主机号应该互不相同。
  • 因特网中不同网络的网络编号必须各不相同。

数据包转发过程中IP地址与MAC地址的变化情况
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  • 数据包转发过程中源IP地址和目的IP地址保持不变。
  • 数据包转发过程中源MAC地址和目的MAC地址逐个链路(或逐个网络)改变。

ARP协议

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每个主机都会有一个ARP高速缓存表,表记录有IP地址和MAC地址的对应关系。例如:主机B要给主机C发送数据包时,会首先在自己的ARP高速缓存表中查找主机C的IP地址所对应的MAC地址,但未找到。因此,主机B需要发送ARP请求报文来获取主机C的MAC地址。ARP请求报文被封装在MAC帧中发送,目的地址为广播地址。主机B发送封装有ARP请求报文的广播帧,总线上的其他主机都能收到该广播帧。主机A的网卡收到该广播帧后,将其送到上层处理,上层的ARP进程解析ARP请求报文,发现所询问的IP地址不是自己的IP地址,因此不予理会。主机C将其上层处理,发现所询问的IP地址正是自己的IP地址,需要进行响应。主机C首先将B的IP地址与MAC地址记录到自己的ARP高速缓存表中,给B发送ARP响应,以告知自己的MAC地址。ARP请求报文被封装在MAC帧中发送,目的地址为主机B的MAC地址。主机C给主机B发送封装有ARP响应报文的单播帧,总线上的其他主机都能收到该单播帧。主机A收到后,发现其目的MAC地址与自己的MAC地址不匹配,直接丢弃该帧。主机B收到后,MAC地址匹配,网卡将帧交付上层处理,将C的IP地址与MAC地址记录到自己的ARP高速缓存表中。

ARP高速缓存表中的每一条记录都有其类型。类型分为动态和静态。

  • 动态类型是指记录是主机自动获取到的,其生命周期默认为两分钟。当生命周期结束时,该记录将自动删除。这样做的原因是IP地址和MAC地址的对应关系并不是永久性的。
  • 静态类型是手工设置的,不同操作系统下的生命周期不同,例如系统重启后不存在或系统重启后依然有效。

ARP协议只能在一段链路或一个网络上使用,而不能跨网络使用。

3.8 集线器 交换机

使用双绞线和集线器HUB的星型以太网

  • 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网,各站共享总线资源,使用的是CSMA/CD协议。
  • 集线器只工作在物理层,它的每个接口仅简单地转发比特,不进行碰撞检测(由各站的网卡检测)
  • 集线器一般都有少量的容错能力和网络管理能力。

以太网交换机

  • 通常都有多个接口,每个接口都可以直接与一台主机或另一个以太网交换机相连,一般都工作在全双工方式。
  • 具有并行性,能同时连通多对接口,使多对主机能同时通信,无碰撞(不使用CSMA/CD协议)
  • 一般都具有多种速率的接口。
  • 工作在数据链路层(也包括物理层),它收到帧后,在帧交换表中查找帧的目的MAC地址所对应的接口号,然后通过该接口转发帧。
  • 一种即插即用的设备,其内部的帧交换表是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。
  • 帧的两种转发方式:
    • 存储转发
    • 直通交换:采用基于硬件的交叉矩阵(交换时延小,但不检查帧是否有差错)

不管使用集线器还是交换机来扩展以太网,扩展后的以太网中的各主机都属于同一个广播域。仅使用集线器扩展的以太网,在逻辑上仍然是共享总线的,并且形称为一个更大的碰撞域。换句话说,参与竞争总线的主机比扩展前的更多了。集线器扩大了广播域,同时也扩大了碰撞域(冲突域);交换机只扩大了广播域,隔离碰撞域。
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3.9 以太网交换机自学习和转发帧的流程

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习题
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3.10 以太网交换机的生成树协议STP

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3.11 虚拟局域网

基本概述

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使用路由器可以隔离广播域,但是成本较高,因而虚拟局域网VLAN技术应运而生。VLAN是一种将局域网内的设备划分与物理位置无关的逻辑组的技术,这些逻辑组具有某些共同的需求。同一个VLAN你内部可以广播通信,不同的VLAN不能广播通信。

实现机制

VLAN技术是在交换机上实现的,需要交换机实现以下两大功能:

  • 能够处理带有VLAN标记的帧。
    在这里插入图片描述

  • 交换机的各端口可以支持不同的端口类型,不同端口类型的端口对帧的处理方式有所不同。
    在这里插入图片描述

    在由多个交换机互连而成的交换式以太网中划分VLAN时,连接主机的交换机端口应设置为Access类型,交换机之间互连的端口应设置为Trunk类型。

  • 习题在这里插入图片描述

第四章 网络层

4.1 概述

网络层的主要任务是实现网络互连,进而实现数据包在各网络之间的传输。

要实现网络层任务,需要解决以下主要问题:

  • 网络层向运输层提供怎样的服务(“可靠传输”还是“不可靠传输”)
  • 网络层寻址问题
  • 路由选择问题

因特网使用TCP/IP协议栈。

由于TCP/IP协议栈的网络层使用网际协议IP,它是整个协议栈的核心协议,因此TCP/IP协议栈中网络层常称为网际层。在这里插入图片描述

4.2 提供的两种服务

面向连接的虚电路服务

  • 可靠通信由网络来保证。
  • 必须建立网络层的连接—–虚电路VC。
  • 通信双方沿着已建立的虚电路发送分组。
  • 目的主机的地址仅在连接建立阶段使用,之后每个分组的首部只需携带一条虚电路的编号(构成虚电路的每一段链路都有一个虚电路编号)
  • 这种通信方式如果再使用可靠传输的网络协议,就可使所发送的分组最终正确到达接收方。
  • 通信结束后,需要释放之前所建立的虚电路。

无连接的数据报服务

  • 可靠通信应当由用户主机来保证。
  • 不需要建立网络层连接。
  • 每个分组可走不同的路径。
  • 每个分组的首部必须携带目的主机的完整地址。
  • 这种通信方式所传送的分组可能误码、丢失、重复和失序。
  • 由于网络本身不提供端到端的可靠传输服务,这就使网络中的路由器可以做得比较简单,而且价格低廉。
  • 因特网采用这种设计思想,也就是将复杂的网络处理功能置于因特网的边缘(用户主机和其内部的运输层),而将相对简单的尽最大的努力的分组交付功能置于因特网核心。

4.3 IPv4地址

4.3.1 概述

IPv4地址就是给因特网上的每一台主机(或路由器)的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32比特的标识符。32比特的IPv4地址不方便阅读、记录及输入等,因而IPv4地址采用点分十进制表示方法以方便用户使用。在这里插入图片描述

4.3.2 分类编址

在这里插入图片描述

网络地址或广播地址都不能分配给主机或路由器的各接口,因为无法唯一标识一台主机或路由器的某个接口。

  • A类地址[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-I4hnOEUS-1641284990893)(C:\Users\软软早点睡\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211215175152510.png)]

  • B类地址:一般来说,可指派的网络数要-1,不包括128.0.0.0[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-rvJpLNwc-1641284990895)(C:\Users\软软早点睡\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211215181208207.png)]

  • C类地址:一般来说,可指派的网络数要-1,不包括192.0.0.0在这里插入图片描述

  • 习题[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UVZr5E2C-1641284990896)(C:\Users\软软早点睡\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211215182214758.png)]

4.3.3 划分子网

32比特的子网掩码可以表明分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号。

  • 子网掩码使用连续的比特1来对应网络号和子网号。
  • 子网掩码使用连续的比特0来对应主机号。
  • 将划分子网的IPv4地址与其对应的子网掩码进行逻辑与运算就可得到IPv4地址所在子网的网络地址。

习题
在这里插入图片描述

  • 子网掩码252有6个比特1,表示6个比特去划分子网。在这里插入图片描述

默认的子网掩码是指在未划分子网的情况下使用的子网掩码。
在这里插入图片描述

4.3.4 无分类编址

划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难,但是数量巨大的C类网因为其他地址空间太小并没有得到充分利用,而因特网的IP地址仍在加速消耗,整个IPv4地址空间面临全部耗尽的威胁。为此,因特网工程组提出了无分类编址的方法来解决。在这里插入图片描述

习题
在这里插入图片描述

路由聚合(构造超网):找共同前缀。在这里插入图片描述

习题
在这里插入图片描述

4.3.5 应用规划

给定一个IP地址块,如何将其划分成几个更小的地址块,并将这些地址块分配给互联网中的不同网络,进而可以给各网络中的主机和路由器接口分配IPv4地址。一般有以下两种方法:
在这里插入图片描述

比较两种方法在这里插入图片描述

  • 定长的子网掩码FLSM在这里插入图片描述

    通过本例可以看出,采用定长的子网掩码只能划分出2^n个子网,其中n是从主机号部分借用的用来做为子网号的比特数量。每个子网所分配的IP数量相同,容易造成IP地址的浪费。

  • 变长的子网掩码VLSM在这里插入图片描述

    在该地址中给左图所示的网络N1-N5分配子块,分配原则是“每个子块的起点位置不能随意选取,只能选取大小整数倍的地址作为起点”。建议先给大的子块分配。
    在这里插入图片描述

4.4 数据报的发送和转发过程

IP数据报的发送和转发过程包含以下两部分:

  • 主机发送IP数据报
  • 路由器转发IP数据报

为了将重点放在TCP/IP协议栈的网际层发送和转发IP数据报的过程上,在之后的举例中,我们忽略使用ARP协议来获取目的主机或路由器接口的MAC地址的过程以及以太网交换机自学习和转发帧的过程。

同一个网络中的主机之间可以直接通信,这属于直接交付。不同网络之间的通信需要通过路由器来中转,这属于间接交付。

路由器收到IP数据报后如何转发:

  • 检查IP数据报首部是否出错:若出错,则直接丢弃该IP数据报并通告源主机,若没有出错,则进行转发。
  • 根据IP数据报的目的地址在路由表中查找匹配的条目:若找到,则转发给条目中指示的吓一跳,若找不到,则直接丢弃该IP数据报并通告源主机。
    在这里插入图片描述

习题
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

4.5 静态路由配置

静态路由配置是指用户或网络管理员使用路由器的相关命令给路由器人工配置路由表。

  • 配置简单、开销小,但不能及时适应网络状态的变化。
  • 一般只在小规模网络中采用。

使用静态路由配置可能出现以下导致产生路由环路的错误

  • 配置错误在这里插入图片描述

  • 聚合了不存在的网络在这里插入图片描述

  • 网络故障在这里插入图片描述

静态路由举例在这里插入图片描述

默认路由举例在这里插入图片描述

特定主机路由举例在这里插入图片描述

4.6 路由器选择协议

4.6.1 概述

分为两种:

  • 静态路由选择
    • 由人工配置的网络路由、默认路由、特定主机路由、黑洞路由等都属于静态路由。
    • 配置方式简单、开销小,但不能及时适应网络状态的变化。
    • 一般只用在小规模网络。
  • 动态路由选择
    • 路由器通过路由选择协议自动获取路由信息。
    • 比较复杂,开销比较大,能较好地适应网络状态的变化。
    • 适用于大规模网络。

因特网采用的路由选择协议的主要特点是:

  • 自适应:动态路由选择,能较好地适应网络状态的变化。
  • 分布式:路由器之间交换路由信息。
  • 分层次:将整个因特网划分为许多较小的自治系统。

自治系统之间的路由选择简称为域间路由选择,自治系统内部的路由选择简称为域内路由选择。域间路由选择使用外部网关协议EGP这个类别的路由选择协议,域内路由选择使用内部网关协议IGP这个类别的路由选择协议。需要说明的是,EGP和IGP只是路由选择协议的分类名称,而不是具体的路由选择协议。在一个自治系统内部使用的具体的内部网关协议,与因特网中其他自治系统中选用何种内部网关协议无关。在这里插入图片描述

路由器的基本结构在这里插入图片描述

4.6.2 RIP协议

概述在这里插入图片描述

基本工作过程在这里插入图片描述

路由条目的更新规则在这里插入图片描述

坏消息传播得慢的问题在这里插入图片描述

习题

在这里插入图片描述

4.6.3 开放最短路径优先OSPF

在这里插入图片描述

基本工作过程在这里插入图片描述

4.6.4 边界网关协议BGP

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

习题
在这里插入图片描述

4.7 IP数据报的首部格式

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
对IP数据报进行分片在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

习题

  • 片偏移量必须是整数在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

4.8 网际控制报文协议ICMP

为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会,在网际层使用了网际控制报文协议ICMP。主机或路由器使用ICMP来发送查错报告报文和询问报文。ICMP报文被封装在IP数据报中发送。

ICMP差错报文共有以下五种:

  • 终点不可达
    在这里插入图片描述

  • 源点抑制在这里插入图片描述

  • 时间超过:另外,当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时,就将已收到的数据报片都丢弃,也会向源点发送时间超过报文。在这里插入图片描述

  • 参数问题在这里插入图片描述

  • 改变路由(重定向)在这里插入图片描述

以下情况下不应发送ICMP差错报告报文在这里插入图片描述

常见的ICMP询问报文有以下两种:

1)回送请求和回答

  • ICMP回送请求报文是由主机或路由器向一个特定的目的主机发出的询问,收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文。
  • 这种询问报文用来测试目的站是否可达及了解其相关状态。

2)时间戳请求和回答

  • 是请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。
  • 用来进行时钟同步和测量时间。

ICMP应用举例在这里插入图片描述

4.9 虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT

利用公用的因特网作为本机构各专用网之间的通信载体,这样的专用网又称为虚拟专用网。由于IPv4地址的紧缺,一个机构能够申请到的IPv4地址数量往往远小于本机构所拥有的主机数量。因此,虚拟专用网中的各主机所分配的地址应该是本机构可自由分配的专用地址,而不是需要申请的、在因特网上使用的公有地址。

私有地址只能用于一个机构的内部通信,而不能用于和因特网上的主机通信。换句话说,私有地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特网上的所有路由器,对目的地址是私有地址的IP数据报一律不进行转发。在这里插入图片描述

网络地址转换NAT在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

第五章 运输层

5.1 概述

物理层、数据链路层以及网络层共同解决将主机通过异构网络互联起来所面临的问题,实现了主机到主机的通信。但实际上在计算机网络中进行通信的真正实体是位于通信两端主机中的进程。如何为运行在不同主机上的应用进程提供直接的通信服务是运输层的任务,运输层协议又称为端到端协议。

运输层直接为应用进程间的逻辑通信提供服务,使用端口号来区分应用进程。

根据应用需求的不同,因特网的运输层为应用层提供两种不同的运输协议,即面向连接的TCP和无连接的UDP。

5.2 运输层端口号、复用与分用的概念

为了使运行不同操作系统的计算机的应用进程之间能够进行网络通信,就必须使用统一的方法对TCP/IP体系的应用进程进行标识。

端口号只具有本地意义,即端口号只是为了标识本计算机应用层中的各进程,在因特网中,不同计算机中的相同端口号是没有联系的。

发送方的复用和接收方的分用在这里插入图片描述

5.3 UDP和TCP的对比

  • UDP无连接,TCP面向连接(“三报文握手”建立连接,“四报文挥手”释放连接)。
  • UDP支持单播、多播以及广播,TCP仅支持单播。
  • UDP对应用进程交下来的报文既不合并也不拆分,而是保留报文的边界,是面向报文的;TCP是面向字节流的。
  • UDP向上层提供无连接不可靠传输服务(适用于IP电话、视频会议等实时应用),TCP向上层提供面向连接的可靠传输服务(适用于要求可靠传输的应用,例如文件传输)。
    在这里插入图片描述

## 5.4 TCP的流量控制

所谓流量控制就是让发送方的发送速率不要太快,要让接收方来得及接收。利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现对发送方的流量控制。

  • TCP接收方利用自己的接收窗口的大小来限制发送方发送窗口的大小。
  • TCP发送方收到接收方的零窗口通知后,应启动持续计时器。持续计时器超时后,向接收方发送零窗口探测报文。

举例在这里插入图片描述

5.5 TCP的拥塞控制

若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,这种情况就叫做拥塞。若出现拥塞而不进行控制,整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。在这里插入图片描述

介绍四种拥塞控制算法的基本原理,假定以下条件:

  • 数据是单方向传送,而另一个方向只传送确认。
  • 接收方总是有足够大的缓存空间,因而发送方发送窗口大小由网络的拥塞程度来决定。
  • 以最大报文段MSS的个数来讨论问题的单位,而不是以字节为单位。
    在这里插入图片描述

慢开始和拥塞避免在这里插入图片描述

快重传在这里插入图片描述

快恢复在这里插入图片描述

习题在这里插入图片描述

5.6 TCP超时重传的时间选择

超时重传时间RTO应略大于往返时间RTT。在这里插入图片描述

Karn算法的改进在这里插入图片描述

5.7 TCP可靠传输的实现

虽然发送方的发送窗口是根据接收方的接收窗口设置的,但在同一时刻,发送方的发送窗口并不总是和接收方的接收窗口一样大。

  • 网络传送窗口值需要经历一定的时间滞后,并且这个时间还是不确定的。
  • 发送方还可能根据网络当时的拥塞情况适当减小自己的发送窗口尺寸。

对于不按序列到达的数据应如何处理,TCP并无明确规定。TCP通常对不按序列到达的数据是先临时存放在接收窗口中,等到字节流中所缺少的字节收到后,再按序交付上层的应用进程。

TCP要求接收方必须有累计确认和捎带确认机制,这样就可以减小传输开销。

  • 接收方不应过分推迟发送确认。
  • 捎带确认实际上并不经常发生,因为大多数应用程序很少同时在两个方向上发送数据。

TCP的通信是全双工通信。通信中的每一方都在发送和接收报文段。因此,每一方都有自己的发送窗口和接收窗口。

5.8 TCP运输连接管理

TCP是面向连接的协议,它基于运输连接来传送TCP报文段。

TCP运输连接的建立和释放是每一次面向连接的通信中必不可少的过程。

TCP运输连接有以下三个阶段:

  • 建立TCP连接
  • 数据传送
  • 释放TCP连接

TCP的运输连接管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地运行。

TCP的连接建立

TCP的连接建立要解决以下三个问题:

  • 使TCP双方能够确知对方的存在
  • 使TCP双方能够协商一些参数
  • 使TCP双方能够对运输实体资源进行分配

“三报文握手”建立连接在这里插入图片描述

TCP的连接释放

“四报文挥手”释放连接在这里插入图片描述

保活计时器在这里插入图片描述

5.9 TCP报文段的首部格式

为了实现可靠传输,TCP采用了面向字节流的方式,但TCP在发送数据时,是从发送缓存取出一部分或全部字节并给其添加一个首部使之成为TCP报文段后进行发送。

  • 一个TCP报文段由首部和数据载荷两部分组成。
  • TCP的全部功能都体现在它首部中各字段的作用。
    在这里插入图片描述

源端口:占16比特,写入源端口号,用来标识发送该TCP报文段的应用进程。

目的端口:占16比特,写入目的端口号,用来标识接收该TCP报文段的应用进程。

序号:占32比特,序号增加到最后一个后,下一个序号就回到0,指出本TCP报文段数据载荷的第一个字节的序号。

确认号:占32比特,确认号增加到最后一个后,下一个序号就回到0,指出期望收到对方下一个TCP报文段的数据载荷的第一个字节的序号,同时也是对之前收到的所有数据的确认。eg.若确认号 = n,则表明到序号n - 1为止的所有数据都已正确接收,期望接受序号为n的数据。

确认标志位ACK:取值为1时确认号字段才有效;取值为0时确认号字段无效。TCP规定,在连接建立后所有传送的TCP报文段都必须要把ACK置1。

数据偏移:占4比特,并以4字节为单位,用来指出TCP报文段的数据载荷部分的起始处距离TCP报文段的起始处有多远。这个字段实际上是指出了TCP报文段的首部长度。

  • 首部固定长度为20字节,因此数据偏移字段的最小值为0101
  • 首部最大长度为60字节,因此数据偏移字段的最大值为1111

保留:占6比特,保留为今后使用,但目前应置为0

窗口:占16比特,以字节为单位,指出发送本报文段的一方的接收窗口。窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据,这是以接收方的接受能力来控制发送方的发送能力,称为流量控制。

校验和:占16比特,检查范围包括TCP报文段的首部和数据载荷两部分。在计算校验和时,要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部。

同步标志位SYN:在TCP连接建立时用来同步序号。

终止标志位FIN:用来释放TCP连接。

复位标志位RST:用来复位TCP连接。当RST = 1时,表示TCP连接出现了异常,必须释放连接,然后再重新建立连接。RST置1还用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个TCP连接。

推送标志位PSH:接收方的TCP收到该标志为1的报文段会尽快上交应用进程,而不必等到接收缓存都填满后再向上交付。

紧急标志位URG:取值为1时紧急指针字段有效;取值为0时紧急指针字段无效。

紧急指针:占16比特,以字节为单位,用来指明紧急数据的长度。

  • 当发送方有紧急数据时,可将紧急数据插队到发送缓存的最前面,并立刻封装到一个TCP报文段中进行发送。紧急指针会指出本报文段数据载荷部分包含了多长的紧急数据,紧急数据之后是普通数据。

选项在这里插入图片描述

填充:由于选项的长度可变,因此使用填充来确保报文段首部能被4整除。(因为数据偏移字段,也就是首部长度字段,是以4字节为单位的)。

第六章 应用层

6.1 概述

应用层是计算机网络体系结构的最顶层,是设计和建立计算机网络的最终目的,也是计算机网络中发展最快的部分。

网络应用有:

  • 万维网WWW
  • 域名系统DNS
  • 动态主机配置DHCP
  • 电子邮件
  • 文件传送FTP和P2P文件共享
  • 多媒体网络应用

6.2 客户–服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)

网络应用程序运行在处于网络边缘的不同的端系统上,通过彼此间的通信来共同完成某项任务。开发一种新的网络应用首先要考虑的问题是网络应用程序在各种端系统上的组织方式和它们之间的关系。目前流行的主要有以下两种:

  • 客户–服务器方式(C/S方式)
  • 对等方式(P2P方式)

C/S方式

客户和服务器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。

客户是服务请求方,服务器是服务提供方。服务器总是处于运行状态,并等待客户的服务请求。服务器具有固定端口号(例如HTTP服务器的默认端口号为80),而运行服务器的主机也具有固定的IP地址。在这里插入图片描述

C/S方式是传统的、最成熟的方式,很多我们熟悉的网络应用采用的都是C/S方式,包括万维网WWW、电子邮件、文件传输FTP。基于C/S方式的应用服务通常是服务集中型的,即应用服务集中在网络中比客户计算机少得多的服务器计算机上。由于一台服务器计算机要为多个客户机提供服务,在C/S应用中,常会出现服务器计算机跟不上众多客户机请求的情况。为此,在C/S应用中,常用计算机群集(或服务器场)构建一个强大的虚拟服务器。

P2P方式

在P2P方式中,没有固定的服务请求者和服务提供者,分布在网络边缘各端系统中的应用进程是对等的,被称为对等方。对等方相互之间直接通信,每个对等方既是服务的请求者,又是服务的提供者。

基于P2P的应用是服务分散型的,因为服务不是集中在少数几个服务器计算机中,而是分散在大量对等计算机中。P2P方式的最突出特性之一是它的可扩展性。因为系统每增加一个对等方,不仅增加的是服务的请求者,同时也增加了服务的提供者,**系统性能不会因规模的增大而降低。**P2P方式具有成本上的优势。

6.3 动态主机配置协议DHCP

DHCP是TCP/IP协议体系应用层中的协议,它使用运输层的UDP所提供的服务,也就是说,DHCP报文在运输层会被封装成为UDP用户数据报,DHCP服务器使用的UDP端口是67,DHCP客户使用的UDP端口是68。

DHCP服务器从自己的IP地址池中挑选待租用给主机的IP地址时,**会使用ARP来确保所选IP地址未被网络中其他主机占用。**使用ARP检测所分配到的IP地址是否已被网络中其他主机占用:若被占用,给DHCP服务器发送“DHCP DECLINE”报文撤销IP地址租约,并重新发送“DHCP DISCOVER”报文;若未被占用,可以使用租约中的IP地址与网络中其他主机通信了。

工作过程在这里插入图片描述

DHCP中断代理在这里插入图片描述

6.4 域名系统DNS

即使不使用域名也可以通过IP地址来寻址目的主机,但域名与IP地址相比,便于人们记忆。因此,对于大多数网络应用,我们一般使用域名来访问目的主机,而不是直接使用IP地址来访问。

因特网采用层次结构的命名树作为主机的名字(即域名),并使用分布式的域名系统DNS。DNS使大多数域名都在本地解析,仅少量解析需要在因特网上通信。由于DNS是分布式系统,即使单个计算机出了故障,也不会妨碍整个系统的正常运行。

因特网采用层次树状结构的域名结构。

  • 域名的结构由若干个分量组成,各分量之间用“点”隔开,分别代表不同级别的域名。例如:… .三级域名.二级域名.顶级域名
    • 每一级的域名都由英文字母和数字组成,不超过63个字符,不区分大小写字母。
    • 级别最低的域名写在最左边,而级别最高的顶级域名写在最右边。
    • 完整的域名不超过255个字符。
  • 域名系统既不规定一个域名需要包含多少个下级域名,也不规定每一级的域名代表什么意思。
  • 各级域名由其上一级的域名管理机构管理,而最高的顶级域名则由因特网名称与数字地址分配机构ICANN进行管理。

域名分类在这里插入图片描述

按等级管理的命名方法便于维护名字的唯一性,并且也容易设计出一种高效的域名查询机制。需要注意的是,域名只是个逻辑概念,并不代表计算机所在的物理地点。

域名和IP地址的映射关系必须保存在域名服务器中,供所有其他应用查询。DNS使用分布在各地的域名服务器来实现域名到IP地址的转换。

域名服务器可以划分为以下四种不同的类型:[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qEy57Wyu-1641284990947)(C:\Users\软软早点睡\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222190513834.png)]

域名解析的过程[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-duNqpLkU-1641284990948)(C:\Users\软软早点睡\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222190826357.png)]

为了提高查询效率,并减轻根域名服务器的负荷和减少因特网上的DNS查询报文数量,在域名服务器中广泛地使用了高速缓存。高速缓存用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映射信息的记录。由于域名到IP地址 的映射关系并不是永久不变的,为保持高速缓存中的内容正确,域名服务器应为每项内容设置计时器并删除超过合理时间的项。不但在本地域名服务器中需要高速缓存,在用户主机中也很需要,同时主机也需要保持高速缓存中内容的正确性。

习题在这里插入图片描述

6.5 文件传送协议FTP

将某台计算机中的文件通过网络传送到可能相距很远的另一台计算机中,是一项基本的网络应用,即文件传送。

文件传送协议FTP是因特网使用最广泛的文件传送协议。FTP提供交互式的访问,允许客户指明文件的类型与格式,并允许文件具有存取权限。FTP屏蔽了各计算机系统的细节,因而适合于在异构网络中任意计算机之间传送文件。

FTP的常见用途是在计算机之间传输文件,尤其是用于批量传输文件。FTP的另一个常见用途是让网站设计者将构成网站内容的大量文件批量上传到他们的web服务器。

控制连接在整个会话期间一直保持打开,用于传送FTP相关控制命令。数据连接用于文件传输,在每次文件传输时才建立,传输结束就关闭。在这里插入图片描述

习题[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-PhA7OJCJ-1641284990949)(C:\Users\软软早点睡\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222192858099.png)][外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ufWyTEic-1641284990949)(C:\Users\软软早点睡\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222192945979.png)]

6.6 电子邮件

电子邮件系统采用客户/服务器方式。

电子邮件系统的三个主要组成构件:用户代理、邮件服务器、电子邮件所需的协议。

  • 用户代理是用户与电子邮件系统的接口,又称为电子邮件客户端软件。
  • 邮件服务器是电子邮件系统的基础设施。其功能是发送和接收邮件,同时还要负责维护用户的邮箱。
  • 协议包括邮件发送协议和邮件读取协议。

邮件发送

工作过程在这里插入图片描述

简单邮件传送协议SMTP的基本工作原理在这里插入图片描述

电子邮件的信息格式并不是由SMTP定义的。一个电子邮件有信封和内容两部分,而内容又由首部和主体两部分构成。

在这里插入图片描述

SMTP协议只能传送ASCII码文本数据,不能传送可执行文件或其他的二进制对象。SMTP不能满足传送多媒体邮件(图片、音频)的需要,并且许多非英语国家的文字也无法用SMTP传送。为解决SMTP传送非ASCII码文本的问题,提出了多用途因特网邮件扩展MIME在这里插入图片描述

  • 增加了5个新的邮件首部字段,提供了有关邮件主体的信息。
  • 定义了许多邮件内容的格式,对多媒体电子邮件的表示方法进行了标准化。
  • 定义了传送编码,可对任何内容格式进行转换,而不会被邮件系统改变。

邮件读取

邮件读取协议在这里插入图片描述

6.7 万维网WWW

万维网WWW并非某种特殊的计算机网络,它是一个大规模、联机式的信息储藏所,是**运行在因特网上的一个分布式应用。**万维网利用网页之间的超链接将不同网站的网页链接成一张逻辑上的信息网。

浏览器最重要的部分是渲染引擎,也就是浏览器内核。
在这里插入图片描述

万维网的文档在这里插入图片描述

HTTP在这里插入图片描述

HTTP/1.0在这里插入图片描述

HTTP的报文格式

  • 请求报文格式在这里插入图片描述

  • 响应报文格式在这里插入图片描述

Cookie是一种对无状态的HTTP进行状态化的技术。在这里插入图片描述

万维网缓存与代理服务器在这里插入图片描述

习题
在这里插入图片描述

【计算机网络】第一话·计算机网络的基本概念 从今天开始,我将正式开启一个新的打卡专题——【计算机网络·宇宙计划】,没错!这是今年上半年的一整个系列计划!本专题目的是通过百天刷题计划,通过题目和知识点串联的方式,完成对计算机网络相关知识的复习和巩固;同时还配有专门的笔记总结和文档教程哦!想要搞定,搞透计算机网络的同学,欢迎持续关注! 阅读详情

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无聊人的博客 1553

计算机网络基础

计算机网络是指将位于不同地理位置并具有独立功能的多台计算机系统通过通信设备和线路连接起来,并配以完善的网络协议来实现网络通信和软件、硬件资源共享的计算机集合。1.网络体系结构(Network Architecture)是指计算机网络的分层结构和各层协议的集合,它从整体上定义了计算机网络的功能、组织方式以及通信规则。1.所谓计算机网络协议(Protocol),是计算机网络中的计算机为了进行数据交换而建立的规则,标准或约定。

2303_77178063的博客 1434

CLion for Mac(m1)配置GCC编译器

条件:电脑已经下载过XCode 一. 下载HomeBrew homebrew是一款macos,linux下的包管理工具,我们需要使用他来下载GCC 下载方法: 1.打开终端(terminal) 2.输入 /bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)" ps.有可能会遇到的问题 我当初下载挂了VPN,优快云上还有很多解决问题的方法,可以将错误信

supermario19的博客 7847

计算机网络「二」—— 物理层(多图详解)

本文自学计算机网络时所写笔记,网课为B站湖科大教书匠的 计算机网络微课堂。(强烈安利这个课程,讲课思路条理清晰,PPT美轮美奂、通俗易懂) 本文为第二章笔记,陆续会更新余下内容 文章目录一、物理层基本概念二、物理层下面的传输媒体1. 导引型传输媒体2. 非导引型传输媒体三、传输方式1. 串行传输、并行传输2. 同步传输、异步传输3. 单向通信、双向交替通信、双向同时通信四、编码与调制1. 编码、调制、码元概念2. 常用编码3. 基本调制方法4. 混合调制五、信道极限容量1. 信号失真2. 奈氏准则、.

imByte的博客 1万+

GIS小白也能看懂的实战:5步教你将ArcGIS里的等高线和水系完美导入CAD做规划图

本文详细介绍了如何将ArcGIS中的等高线和水系数据高效导入CAD,制作专业规划底图的5个关键步骤。从数据准备、ArcGIS处理到CAD优化,涵盖坐标系设置、数据裁剪、格式转换等实用技巧,特别适合设计规划领域的新手快速掌握GIS与CAD协同工作流程。

weixin_27966471的博客 426

计算机网络之二:物理层

文章目录一、物理层基本概念二、数据通信2.1、三种通信方式2.2、串行传输&并行传输2.3、同步传输&异步传输2.4、码元 一、物理层基本概念 物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流,而不是指传输媒体。 主要任务:确定与传输媒体接口相关的机械特性、电气特性、功能特性与规程特性。 二、数据通信 2.1、三种通信方式 单工通信:只有一个方向的通信而没有反方向的交互,仅需要一条信道。如广播等。 半双工/双向交替通讯:通信双方都可以发送或接收消息,但同一时刻只有有一方进行发送(接

weixin_43364551的博客 806

大语言模型(LLM)在组合优化中的新突破:LLM-LNS与FunSearch性能对比

本文深入探讨了大语言模型(LLM)在组合优化中的创新应用,重点对比了LLM-LNS与FunSearch两种方法的性能差异。研究表明,LLM-LNS在物流路径规划、资源调度等场景中展现出显著优势,其双层自演化架构能有效平衡探索与利用,相比传统方法提升效率约43%。文章还提供了实践选择指南,帮助开发者根据具体需求选用合适的技术方案。

weixin_42526415的博客 407

别再乱调了!Zygo MetroPro软件滤波功能保姆级指南,从均值到鲁棒高斯样条一次讲清

本文深入解析Zygo MetroPro软件的滤波功能,从均值滤波到鲁棒高斯样条等九种算法,帮助用户根据测量对象特性选择最佳滤波组合。通过真实工业案例和参数配置指南,提升光学测量数据的准确性和效率,特别适用于硅晶圆、光学镜片等精密测量场景。

weixin_30888413的博客 159

计算机网络:P3.1-数据链路层(上)

本系列文章为湖南科技大学高军老师的计算机网络微课堂学习笔记,前面的系列文章链接如下: 计算机网络:P1-概述 计算机网络:P2-物理层 文章目录一、数据链路层概述二、封装成帧三、差错检测四、可靠传输4.1 可靠传输的基本概念4.2 可靠传输的实现 --- 停止-等待协议SW(Stop-and-Wait)4.3 可靠传输的实现 --- 回退N帧协议GBN(Go-Back-N)4.4 可靠传输的实现 --- 选择重传协议SR(Selective Request) 一、数据链路层概述 数据链路层在网络体系结构中

InnerPeaceHQ的博客 3637

利用HipSTR从二代测序数据中精准解析短串联重复序列(STR)的遗传多态性

本文详细介绍了如何利用HipSTR工具从二代测序(NGS)数据中精准解析短串联重复序列(STR)的遗传多态性。通过三步走策略,HipSTR能够高效识别STR区域、估算重复次数并判定基因型,适用于法医鉴定、疾病研究和细胞系鉴定等多个领域。文章还提供了实战操作指南和常见问题解决方案,帮助研究者充分利用NGS数据开展STR分析。

weixin_28702105的博客 483

《计算机网络》复习笔记

《计算机网络》复习笔记 本复习笔记基于谢希仁的《计算机网络》第五版教材整理。 计算机网络复习笔记 绪论 1 计算机网络 2 因特网概述 3 互联网的组成 P8 4 计算机网络的类别 P17 5 计算机网络的体系结构 P25 物理层 1 物理层下的传输媒体 2 关于信道的几个基本概念 3 信道复用技术 数据链路层 1 使用点对点信道的数据链路层 2点对点协议 PPP P70 3...

hushhw的博客 15万+

windows11下pycharm怎么完全卸载?完整卸载pycharm编辑器的教程

在卸载pycharm时都有遇到卸载不干净不完全的问题,那么具体怎样做才能完全卸载pycharm呢?退出所有的操作,重新启动电脑,会发现相关的软件已经被删除了。步骤1:卸载软件并删除安装目录。步骤2:删除相关的注册表。

拥抱具身智能,昇腾Ascend C 1万+

学Simulink——基于直流电机的建模与控制场景实例:直流电机带负载突变时的动态响应仿真

在实际应用中,直流电机经常需要应对各种工作条件的变化,例如负载突变。了解电机在这种情况下的动态响应特性对于确保系统的稳定性和可靠性至关重要。通过仿真分析,可以预测电机在不同负载条件下的表现,并优化控制系统的设计。本文将详细介绍如何使用来构建一个直流电机带负载突变时的动态响应仿真模型,并通过仿真展示其应用效果。本文介绍了如何使用构建一个直流电机带负载突变时的动态响应仿真模型,并通过仿真展示了其应用效果。

xiaoheshang_123的博客 114

《计算机网络》速成

课时1 计算机网络体系结构 考点 重要程度 占分 题型 计算机网络的组成和功能 ★ 选择题 计算机网络的分类 ★ 选择题 性能指标 ★★★★

aiqq136的博客 2万+

云原生之容器编排实践-在K8S集群中使用Registry2搭建私有镜像仓库

基于前面搭建的3节点 Kubernetes 集群,今天我们使用 Registry2 搭建私有镜像仓库,这在镜像安全性以及离线环境下运维等方面具有重要意义。作为测试环境,本次使用 Registry2 搭建了私有镜像仓库,实际生产环境建议使用 Harbor;创建了一个 local-storage 的 StorageClass ,并使用本地磁盘的方式创建使用 PV ,实际建议使用 NFS 。

Heartsuit的博客 2462

计算机网络到底讲了些什么

小智:大鹏哥,我最近看了下计算机网络,把书上的内容都过了一遍,可是感觉还是串不起来,不知道计算机网络到底讲了些什么内容,也不知道重点在哪里,你能不能给我梳理梳理呀! 计算机为什么要联网 大鹏:行,那咱们就从“计算机网络”这五个字说起,计算机网络,顾名思义,就是由计算机组成的网络,那计算机组成网络要干什么呢?我们知道,不联网的计算机只能单兵作战,只能玩单机游戏,只能简单的处理文档,而通过联网,计算机可以玩网游,可以看电影,可以聊QQ,总之,计算机联网之后功能大大扩展。那回到刚刚计算机要组成网络的问题,很显

每天分享一个编程小知识 7516

霍尼韦尔SoftMaster使用说明

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精雕软件(JDpaint) 5.5 绿色版

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【计算机网络】计算机网络的概念

【计算机网络】第一章——计算机网络体系结构 详细介绍计算机网络的概念……

蒙奇D索大的博客 2404

廖雪峰Python教程[完整版]

廖雪峰的python教程整理的,已经排好版了,而且还是完整的,适合小白

【计算机网络】计算机网络的定义和分类

本篇主要计算机网络的定义和分类,例如按交换方式、使用者、传输介质、覆盖范围、拓扑结构进行分类。

观止study 3238

pscad IEEE标准系统搭建说明

pscad IEEE标准系统搭建说明,包含典型的IEEE 9节点、14节点、30节点、39节点和118节点系统。内含标准测试系统的原始数据和潮流结果。

【计算机网络】第 1 问:计算机网络的主要功能?

计算机网络的主要功能?

qq_59629101的博客 2055

【计算机网络】计算机网络的组成与功能

【计算机网络】第一章——计算机网络体系结构 详细介绍计算机网络的组成和功能……

蒙奇D索大的博客 3629

对计算机网络的认识400字,对计算机网络的初步认识

对的初步认识此篇文章为作者在计算机学习过程中个人观点与认识的部分总结分享,部分概念不多做阐述,希望能为不了解计算机网络的人进行“科普”,也希望能与共同学习的人一起交流,如有不足或错误还望指正。下面进入正题。什么是计算机网络?“计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统,网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享和信息传递的计...

weixin_28943105的博客 4579

计算机网络的概念及功能

关于计算机网路的定义并没有一个统一的标准,不同的教材有不同的说法,下面是王道书对于计算机网络的定义:计算机网络:是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统。计算机系统:包括各种系统的手机端以及电脑端通过的通信设备包括路由器、集线器、中继器、交换机等线路:这里的线路可以说是逻辑线路,因为有的地方可以是无限的。

qq_39921135的博客 2664

谈一下对计算机网络技术的认识,浅谈对计算机网络的认识

浅谈对计算机网络的认识【内容提要】随着计算机网络的迅猛发展,计算机网络的应用日益广泛,并且已经渗透到生活的方方面面,对人们的生活起着不可忽视的作用。在这个信息化的社会中,了解网络是当代大学生必不可少的一门课程。尤其是对我们信息专业的学生,认识计算机网络的基本理论,以及其在生活中发挥的重大作用,为今后我们进一步深入学习专业课程,奠定了良好的基础。【关 键 词】计算机网络 / 应用 / 认识【 正 文...

weixin_42660494的博客 8859
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ZoeLandia
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