计算机网络（期末重点）

Chapter1 概述

计算机网络的性能

• 速率
• 带宽
• 吞吐量（bit/s）
• 时延：总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
• 时延带宽积：时延带宽积 = 传播时延x带宽
• 往返时间RTT
• 利用率

1.1 计算机网络体系结构

五层协议P31

• 应用层：应用进程通信和交互
• 运输层：向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务
• 网络层：为分组交换网上的不同主机提供通信服务
• 数据链路层：两相邻链路结点之间的通信
• 物理层：确定连接电缆的插头应当多少根引脚以及各引脚如何连接

Chapter2 物理层

2.2 传输媒体

导引型传输媒体

• 双绞线
• 同轴电缆
• 光缆

非导引型传输媒体
无线或红外或大气激光

2.3 信道复用技术

• 频分复用
• 时分复用
• 统计时分复用
• 码分复用
• 波分复用

Chapter3 链路层

数据链路层三个基本问题

• 封装成帧：数据部分长度上限——最大传送单元MTU
• 透明传输
• 差错检测：循环冗余检验CRC

数据链路层使用的信道主要有以下两种

• 点对点信道（PPP）
• 广播信道（CSMA/CD）

CRC检验 P75

3.1 PPP协议（点对点协议）

PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议
特点P108

3.2 广播信道

3.2.1 局域网

局域网的拓扑P82

适配器的作用P84

3.2.2 CSMA/CD协议

要点

• 载波监听
• 多点接入
• 碰撞检测

Chapter4 网络层

4.1 基本概念

将网络互连起来的中间设备

1.  应用层：DNS
2.  网络层以上：网关（Gateway）
3.  网络层：路由器（Router）
4.  数据链路层：网桥or桥接器、交换机
5.  物理层：转发器、集线器、中继器

网络层提供的两种服务

• 虚电路服务
• 数据报服务

互联网采用的设计思路：网络层只向上提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务

与IP协议配套使用的三个协议

• 地址解析协议ARP（Adress Resolution Protocol）
• 网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）
• 网际组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）

网际协议IP是用来使互连起来的许多计算机网络能够进行通信
IP协议作用：使性能各异的网络在网络层上看起来就好像是一个统一的网络

4.2 IP地址

IP地址 ::= {<网络号>, <主机号>}

IP地址和硬件地址的区别 P122
IP地址的重要特点 P121

4.2.1 IP地址的分类

网络类别	类标识	第一字节	网络地址长度	主机地址长度	最大网络数	最大主机数	选用范围
A类	0	1~126	1字节	3字节	126（$2^7-2$）	16777214 （$2^{23}-2$）	大型网络
B类	10	128~191	2字节	2字节	16383（$2^{14}-1$）	65534（$2^{16}-2$）	中型网络
C类	110	192~223	3字节	1字节	2097151（$2^{21}-1$）	254（$2^8-2$）	小型网络

特殊用途的IP地址

• 网络地址：有效的网络号+全0的主机地址
• 广播地址：有效的网络号+全1的主机地址
• 环回测试：网络号=127
• 本网络本主机：网络号全0，主机号全0

4.2.2 IP数据报

重要字段

• 首部长度：以4个字节为一个单位
• 总长度
• 标识、标志、片偏移
  1.  标识确定哪些分片属于同一数据报
  2.  标志：DF = 0 才允许分片；MF = 1 表示“还有分片”（不是数据报的最后一个分片）
  3.  片偏移：以8字节为一个偏移单位
• 生存时间（TTL）：跳数限制
• 首部校验和

4.2.3 划分子网和构造超网

划分子网

IP地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>}

划分子网的思路 P135
子网掩码 P137
例题 P139

无分类编址CIDR（构造超网）

CIDR最主要的两个特点：
(1) CIDR消除了传统的A类、B类、C类地址以及划分子网的概念。
无分类的两级编址，其记法：
IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>}
“斜线记法”（CIDR记法）：在IP地址后面加上斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数。
(2) CIDR把网络前缀相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”

划分地址块 P143

4.3 分组转发和路由选择协议

4.3.1 分组转发

分组转发
每一条路由最主要的是以下两个信息：

（目的网络地址，下一跳地址）

分组转发算法 P134
使用子网时分组的转发
每一条路由必须包含以下三个信息：

（目的网络地址，子网掩码，下一跳地址）

使用子网时分组的转发算法P140
例题P140

4.3.2 路由选择协议

基本概念

使用分层次的路由选择方法，可将互联网的路由选择协议划分为：

• 内部网关协议IGP：具体协议有多种，如RIP和OSPF等
• 外部网关协议EGP：目前使用的协议就是BGP

内部网关协议RIP

工作原理 P153
RIP协议的特点

• 仅和相邻路由器交换信息
• 路由器间交换的信息是自己的路由表
• 按固定的时间间隔交换信息

距离向量算法

1.  收到地址X的相邻路由器发来的RIP报文，把所有“下一跳”字段改为X，所有“距离”字段加1。
   三个关键数据：目的网络N，距离d，下一跳X
2.  对修改了的RIP报文中的每一个项目，进行以下步骤：

if (N not in Router)
	add N in Router;
else
	if (N的下一跳 == X)
		update (N,d,X)
	else
		比较d的大小选择下一跳

3.  若3分钟内没有收到相邻路由器的更新路由表，则将此相邻路由记为不可达路由器，即把距离设为16（距离16表示不可达）
4.  返回

例题 P155

4.4 地址解析协议ARP

解决的问题：已经知道了某主机or路由器的IP地址，需要找出其相应的硬件地址

工作原理 P125

4.5 网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）

ICMP报文有两种：ICMP差错报告报文和ICMP询问报文

Chapter5 运输层（传输层）

5.1 基本概述

  网络层为主机之间提供逻辑通信，而运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信。
  运输层要对收到的报文进行差错检测，网络层只检验首部是否出现差错而不检验数据部分

运输层的两个重要协议

• 用户数据报协议UDP
• 传输控制协议TCP

5.1.1 端口(Port)

  TCP/IP的运输层用一个16位的端口号来标志一个端口，共允许有65535个不同的端口号。

  端口可分为两大类：服务器端使用的端口号、客户端使用的端口号

服务器端使用的端口号

熟知端口号或系统端口号：数值为0~1023

常用的熟知端口号

应用程序	FTP	TELNET	SMTP	DNS	TFTP	HTTP	SNMP	SNMP(trap)	HTTPS
熟知端口号	21	23	25	53	69	80	161	162	443

客户端使用的端口号

数值为1024~65535

5.2 用户数据报协议UDP

5.2.1 UDP的主要特点

1.  UDP是无连接的
2.  UDP使用尽最大努力交付
3.  UDP是面向报文的。UDP一次交付一个完整的报文
4.  UDP没有拥塞控制
5.  UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
6.  UDP首部开销小，只有8个字节

5.2.2 UDP的首部格式

首部字段只有8个字节，由四个字段组成，每个字段长度都是两个字节：

• 源端口
• 目的端口
• 长度：以字节为单位，最小为8
• 检验和：将首部和数据一起检验，有错就丢弃

5.3 传输控制协议TCP

5.3.1 TCP的主要特点

1.  TCP是面向连接的
2.  每条TCP连接只能有两个端点，即每条TCP只能一对一通信（点对点）
3.  TCP提供可靠交付的服务
4.  TCP提供全双工通信
5.  面向字节流

5.3.2 TCP报文首部格式 P127

重点字段

• 源端口
• 目的端口
• 序列号
• 确认号
• 数据偏移：实际指首部长度
• 窗口
• 六个标志：URG ACK PSH RST SYN FIN
  1. URG=1，紧急指针有效
  2. ACK=1，确认号有效
  3. RST，连续复位标志
  4. SYN，用来发起一个连接，只有在连接的过程中SYN才被置1
  5. FIN，连接终止标志

选项中，可设置最大报文长度MSS

5.3.3 TCP连接

TCP把连接作为最基本的抽象。TCP连接的端点叫套接字（socket）或插口。

套接字socket = (IP地址：端口号)

每一条TCP连接唯一地被通信的两端的两个端点（即两个套接字）所确定。即：

TCP连接 ::= {socket1,socket2} = {(IP1: port1), (IP2: port2)}

连接的建立和释放

5.3.4 TCP可靠传输的实现

可靠传输的原理

• 连续ARQ协议P216
• 滑动窗口协议P221

TCP 流量控制

在建立连接时，发送方的发送窗口不能超过接收方给出的接收窗口的数值
滑动窗口过程见TCP/IP P53

TCP 拥塞控制

4种拥塞控制方法

• 慢开始
• 拥塞避免
• 快重传
• 快恢复

Chapter6 应用层

万维网必须解决的问题

1.  怎样标志分布在整个互联网上的万维网文档？
     使用统一资源定位符（URL） 来标志万维网上的各种文档，并使每一个文档在整个互联网范围内具有唯一的标识符URL
2.  用什么样的协议来实现万维网上的各种链接？
     使用超文本传送协议HTTP（HyperText Transfer Protocol）
3.  怎样使不同作者创作的不同风格的万维网文档，都能在互联网上的各种主机上显示出来，同时使用户清楚地知道在什么地方存在着链接？
     使用超文本标记语言HTML（HyperText Markup Language）
4.  怎样使用户能够方便地找到所需的信息？
     用户可使用搜索工具在万维网上方便地查找所需的信息。

当用户点击 www.tsinghua.edu.cn/chn/yxsz/index.htm 链接后发生的事件

1.  浏览器分析超链接指向页面的URL
2.  浏览器向DNS请求解析 www.tsinghua.edu.cn 的IP地址
3.  域名系统DNS解析出清华大学服务器的IP地址
4.  浏览器与服务器建立TCP连接
5.  浏览器发出取文件命令：GET /chn/yxsz/index.htm
6.  服务器给出响应，把文件index.htm发送给浏览器
7.  TCP连接释放。
8.  浏览器显示index.htm中的所有文本。

附录：专用术语

英文简称	英文全称	中文
ACK	ACKnowledgement	确认
ADSL	Asymmetric Digital Subscriber Line	非对称数字用户线
ARP		地址解析协议
BGP	Border Gateway Protocol	边界网关协议
CDMA		码分多址
CIDR	Classless InterDomain Routing	无分类域间路由选择
CRC		循环冗余检验
CSMA/CD		载波监听多点接入/冲突检测
DHCP	Dynamic Host Configuration Protocol	动态主机配置协议
DNS		域名系统
FTP		文件传送协议
HTTP		超文本传送协议
ICMP		网际控制报文协议
IGP		内部网关协议
IP		网际协议
ISP		互联网服务提供商
LAN		局域网
MAN		城域网
MIME	Multipurpose Internet Mail Extensions	通用互联网邮件扩充
MTU		最大传送单元
NAT	Network Address Translation	网络地址转换
OFDM		正交频分复用
P2P	Peer-to-Peer	对等方式
PAN		个人区域网
PING	Packet InterNet Grouper	分组网间探测
POP		邮局协议
PPP		点对点协议
RIP	Routing Information Protocol	路由信息协议
RTCP	Real-time Transfer Control Protocol	实时传送控制协议
RTT		往返时间
SACK		选择确认
SMTP		简单邮件传送协议
SNMP	Simple Network Management Protocol	简单网络管理协议
TCP		传输控制协议
TFTP		简单文件传送协议
TTL		生存时间
UDP		用户数据报协议
VLAN		虚拟局域网
VPN		虚拟专用网
WAN		广域网
Wi-Fi	Wireless-Fidelity	无线保真度
WWW		万维网
XML		可扩展标记语言