[网络协议]计算机网络复习

一、计算机网络概述

1.计算机网络的定义

概述：地理位置不同的独立主机，通信线路连接实现资源共享.

2.计算机网络组成

• 资源子网
• 通信子网

3.计算机网络分类

• 拓扑结构

因特网的拓扑结构由边缘部分和核心部分构成

星型、树形、总线型、环形、网状型

• 范围

局域网LAN、城域网MAN、广域网WAN、个人局域网PAN

• 传输方式

有线与无线

4.计算机网络的传输方式

• 按方向分

单工、半双工、全双工

• 传输对象数量

单播、多播、广播

5.数据交换方式

5.1电路交换

完全占用一个信道，进行传输

• 通信前需要建立连接

• 通信过程中始终占用端到端的固定传输带宽

• 通信时线路不会因为拥塞而丢失数据

• 数据按序到达

• 建立连接后通信过程不再需要地址

• 端到端时延确定

• 适合大量实时数据的传输

• 优点

  1. 没有转发时延
  2. 数据有序性
  3. 没有冲突
  4. 实时性强
  5. 使用范围广
  6. 控制简单

• 缺点

  1. 建立连接时间长
  2. 线路独占，使用效率低
  3. 灵活性差
  4. 难以规格化

5.2分组交换

在发送端把报文分隔成较短的数据块，每个块增加带有控制信息的首部构成分组，依此把分组发送到接收端，在接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文

• 通信前可以不建立连接

• 分组在链路上传输仅逐段占用经过的链路

• 通信时会因为网络拥塞而导致分组丢失

• 分组可能失序

• 所有分组都携带地址或相关控制信息

• 端到端时延不确定

• 适合突发数据传输

• 优点

  1. 无需建立连接
  2. 线路利用率高
  3. 简化了转发存储
  4. 加速传输
  5. 减少了出错概率和重发数量

• 缺点

  1. 引起了转发时延
  2. 需要额外传输信息
  3. 对于数据服务可能存在失序，丢失重复分组的问题，对于虚电路服务，存在呼叫建立，数据传输和虚电路释放三个过程

5.3报文交换

和分组交换的思路一样
但是其将报文的切分成数据段是很长的，这就需要将网络交换器中有较大的缓存空间

• 优点
  1. 无需建立连接
  2. 动态分配路线
  3. 提高线路可靠性
  4. 提高线路利用率
  5. 提供多目标服务
• 缺点
  1. 引起了转发时延
  2. 需要较大的存储缓存空间
  3. 需要转发额外的信息量

三者的不同

6.网络协议三要素

语法、语义、同步

7.常见体系结构

O SI体系结构

TCP/IP体系结构

五层原理体系结构

• 物理层：在物理媒体上传送比特流
• 数据链路层：在两个相邻结点间的链路上传送以帧为单位的数据
• 网络层：负责将分组从源主机通过若干路由器的转发传送到目的主机
• 运输层：负责主机中两个进程之间的逻辑通信
• 应用层：通过应用进程间的交互来实现特定网络应用，直接为用户或应用进程提供特定的应用服务

8. internet和Internet

• 以小写字母i为开始的internet为互联网或互连网，

  是一个通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的网络

• 以大写字母I为开始的Internet为因特网，

  是一个专用名词，指当前全球最大的、开放的、众多网络相连而成的特定的计算机网络

9. everything over IP 和 IP over everything的含义

• everything over IP：

  TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务，即IP协议之上可以运行各种各样的网络应用

• IP over everything：

  TCP/IP协议也允许IP协议互连各种各式各样的物理网络而构成的互联网，在IP层以上看不见下层不同的物理网络

10.传播时延和发送时延

• 发送时延=分组长度（数据块）/发送速率
• 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率

11.计算机网络的性能指标

速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、利用率、

二、物理层

1.常用的编码方式

编码：将数字数据变为数字信号

• 不归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0
• 曼彻斯特编码：位于周期中心的上跳变代表0，位于周期中心的下跳变代表1
• 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位于开始边界有跳变代表0，位于开始边界没有跳变代表1

2.三种调制方式

调制：将数字数据变为模拟信号

基带信号：矩形脉冲波形的数字信号包含从直流开始的低频分量

基带传输：在数字信道上直接传输基带信号的方法

带通信号：经过载波调制后的信号

带通调制：使用载波的调制

方式：

• 调幅：载波的振幅随基带数字信号而变化
• 调频：载波的频率随基带数字信号而变化
• 调相：载波的初始相位随基带数字信号而变化

3.三种传输方式

3.1 并行传输和串行传输

• 并行传输：指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输，是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输。
• 串行传输：使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。

3.2 异步传输和同步传输

• 同步传输：同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差。独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。
• 异步传输：将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。

3.3 单工、半双工和全双工

• 单向通信（单工通信）：只有一个方向通信，没有反方向的交互
• 双向交替通信（半双工通信）：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送和接受
• 双向同时通信（全双工）：通信双方可以同时发送和接受信息

4.物理层下的传输媒体

4.1 导引型传输媒体

• 双绞线

1. 屏蔽双绞线STP：抗干扰强，价格贵
2. 非屏蔽双绞线UTP：抗干扰差，价格便宜

• 光纤

1. 单模光纤：可传输多种模式的光，传输距离2km
2. 多模光纤：只能传输一种模式的光，稳定性好，传输距离100km

• 同轴电缆

4.2 非导引型传输媒体

• 短波
• 微波：地面微波、卫星，抗干扰能力差，保密性强

5.信道复用技术

概述：复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。

• 频分复用FDM：将传输线路的频带资源划分成多个子频带，形成多个子信道
• 时分复用TDM：将传输线路的带宽资源按照时间轮流分配给不同的用户，每个用户只在分配的时间内使用线路传输数据
• 波分复用WDM：就是光的频分复用
• 码分复用CDM：靠不同的编码来区分各原始信号的一种复用技术

6.常用的英文缩写

• 脉冲编码调制PCM：是数字通信编码方式之一
• 非对称数字用户心线路ADSL：提供上行和下行带宽的不对称
• 混合光纤同轴电缆网HFC：
• 光纤通讯网络FTTX：

7.四大特性

• 机械特性：接口是怎样的
• 电气特性：用多少伏的电
• 功能特性：线路上电平电压的特性
• 过程特性：实现不同功能所发射信号的顺序

三、数据链路层

概念：数据链路层是在物理层和网络层之间的协议，提供相邻结点的可靠数据传输。

1.帧的概念

• 概念：

  数据链路层的协议数据单元

• 组成：

1. 帧头：源MAC地址、目的MAC地址、类型
2. 数据
3. 帧尾：校验

2.数据链路层的三个基本问题

• 封装成帧：是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，接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。
• 透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。
• 差错检验：收到正确的帧就要向发送端发送确认，发送端在一定的期限内若没有收到对方的确认，就认为出现了差错，因而就进行重传，直到收到对方的确认为止。

差错检验方式：循环冗余检验CRC

运算法则：模2运算，相同得0，不同的1

例子：

3.可靠传输

• 停止等待协议SW：

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• 退回N帧协议GBN：

• 选择重传协议SR：

4.点对点协议(PPP)

概述：点对点通信是一对一信道，因此不会发生碰撞，因此比较简单，采用PPP协议；其中PPP协议就是用户计算机和ISP(互联网服务提供商)进行通信时使用的数据链路层的协议

• 工作状态：

1. 当用户拨号接入ISP后，就建立了一条从用户PC机到ISP的物理连接。
2. 这时用户PC机向ISP发送一系列的LCP分组(封装成多个PPP帧)，以便建立LCP连接。
3. 这些分组及其响应选择了将要使用的一些PPP参数。
4. 接着还要进行网络层配置，NCP给新接入的用户PC机分配一个临时的IP地址
5. 这样，用户PC机就成为因特网上的一个有IP地址的主机了。
6. 当用户通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。
7. 接着，LCP释放数据链路层连接。
8. 最后释放的是物理层的连接。

• 前后加E：

1. 7E：十六进制数0x7E，在PPP协议里代表帧头和帧尾，二进制表示为0111 1110，占一个子节。*
2. FF、03：分别代表地址字段、控制字段，都是固定的
3. 协议：标识信息部分有什么数据

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• 字节填充和比特填充

[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-3nvHykoQ-1652090718893)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211220184502777.png)]

5.MAC地址

MAC（介质访问控制）地址

• 也叫硬件地址
• 长度48比特（6字节）
• 由16进制的数字组成

6.CSMA/CD协议

• 概述：

1. CSMA/CD即载波侦听多路访问/冲突检测，
2. 是广播型信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法，
3. 具有多目标地址的特点。
4. 总线型网络传输数据

• 四点要素：

1. 先听再发
2. 边听边发
3. 冲突停止
4. 延迟后发

7.以太网帧的格式和以太网的标准

• 帧的格式

1. 由5个字段组成
2. 前两个字段分别为6字节长的目的地址和源地址字段
3. 第三个字段为2字节的类型字段

• 以太网的两个标准

1. DIX Ethernet V2
2. IEEE 的 802.3标准

8.VLAN的优点

• 控制网络的广播风暴
• 确保网络安全
• 简化网络管理

9.以太网的演进

[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-jneT6EOH-1652090718894)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211220184713964.png)]

四、网络层

1.核心功能与提供的两种服务

• 核心功能：

分组转发和路由选择

• 两种服务：

虚电路和数据报

2.IP地址分类

• IP地址由网络号和主机号组成

[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-m631p77O-1652090718894)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211220185114586.png)]

特殊地址：

• （0.0.0.0）地址对应于未知地址。
• （255.255.255.255）是当前子网的广播地址

• 本地地址：固定网络地址，主机地址全0 的是网络地址，表示本网络。

• 广播地址：固定网络地址，主机地址全1 的是广播地址，表示网内主机全部接受。

• 环回测试地址：网络号为127的(比如127.0.0.1),保留作为本地软件环回测试的地址，用于本主机进程之间的通信。

3.子网划分

1. 把将其转换为二进制的四段数字（每段要是8位，如果是0，可以写成8个0，也就是00000000）11111111.11111111.11111000.00000000
2. 数数后面有几颗0，一共是有11颗，那就是2的11次方，等于2048
3. (注意：主机号中全0是保留地址，全1是广播地址，所以它们不算可用主号地址。网络号也是一样的。子网号是可以用全0和全1的)，所以这个子网掩码最多可以容纳2048-2=2046台电脑。

4.CIDR计算

5.IP地址和MAC物理地址之间的转换的关系

5.1是否具有唯一的不同

MAC地址（也叫物理地址）具有唯一性，即每个硬件出厂时候的MAC地址是固定不变的。IP地址不具备唯一性，因此很多应用软件是围绕MAC地址开发的，并不是一个固定值。

2、长度位数的不同

物理地址即MAC地址的长度为48位，表示为12个16进制数，其间每2个16进制数之间用冒号隔开。如：08:20:10:0A:6C:8D就是一个MAC地址。

IP地址主流是32位长，表示为用点分隔开的4个8八位组。如187.132.0.1就是一 个IP地址。

3、实现原理的不同

MAC地址是由硬件来实现的，工作在数据链路层。MAC地址通常是由网卡生产 厂家的EPROM所存储的传输数据，以此为标识发出数据的电脑和接收数据的主机的地址就是MAC地址。

6.地址解析协议ARP

• 功能：

通过IP地址获取物理地址

• 概述：

在TCP/IP网络环境下，每个主机都分配了一个32位的IP地址，这种互联网地址是在网际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网路上传送，必须知道对方目的主机的物理地址。这样就存在把IP地址变换成物理地址的地址转换问题。以以太网环境为例，为了正确地向目的主机传送报文，必须把目的主机的32位IP地址转换成为48位以太网的地址。这就需要在互连层有一组服务将IP地址转换为相应物理地址，这组协议就是ARP协议。另有电子防翻滚系统也称为ARP。

7.IP数据报

8.IP数据报的转发

1. IP地址先算网络地址：是否是本网络。不是的话查路由表。按照路由表条目一行一行查找。每一行和其子网掩码作与运算得出网络地址，对比看是否一致，如果一致则按照同一行的下一跳转发，都找不到则看是否有默认路由。如果没有默认路由，则报错。
2. 路由聚合：找到共同的网络前缀。
3. 最长前缀匹配：找共同网络前缀。

9.网际控制报文协议ICMP

通过ICMP传输控制消息，控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。通过ICMP传输控制消息，控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。

10.动态路由协议

• 路由信息协议RIP，内部网关协议RIP

• 开放最短路径优先OSPF

• BGP外部网关协议

• 找到相对比较好的路由就可以

• RIP和OSPF的区别：

  1.RIP是基于矢量的协议，OSPF是基于链路状态.
  2.RIP适用于中小型网络拓扑，OSPF适用于较大规模的网络.
  3.OSPF支持可变长度子网掩码（VLSM），RIP不支持.
  4.OSPF的收敛速度比RIP的更加迅速.

11.虚拟专网VPN

12.路由器和交换机的比较

1. 工作层次不同：交换机比路由器更简单，路由器转发信息更多
2. 数据转发所依据的对象不同：交换机利用物理地址来确定转发数据的目的地址，路由器则是利用不同的网络ID号
   。

9.网际控制报文协议ICMP

通过ICMP传输控制消息，控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。通过ICMP传输控制消息，控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。

10.动态路由协议

• 路由信息协议RIP，内部网关协议RIP

• 开放最短路径优先OSPF

• BGP外部网关协议

• 找到相对比较好的路由就可以

• RIP和OSPF的区别：

  1.RIP是基于矢量的协议，OSPF是基于链路状态.
  2.RIP适用于中小型网络拓扑，OSPF适用于较大规模的网络.
  3.OSPF支持可变长度子网掩码（VLSM），RIP不支持.
  4.OSPF的收敛速度比RIP的更加迅速.

11.虚拟专网VPN

12.路由器和交换机的比较

1. 工作层次不同：交换机比路由器更简单，路由器转发信息更多
2. 数据转发所依据的对象不同：交换机利用物理地址来确定转发数据的目的地址，路由器则是利用不同的网络ID号
3. 传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域，路由器则可以分割广播域

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