计算机网络零碎知识积累

计算机网络的考研前专业知识积累

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物理层

一、通信基础

信道

1. 单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需一条信道。如：无线电波、电视广播。

2. 半双工通信：通信双发都可以但不能同时发送或接受信息，需要两条信道。

3. 全双工通信：通信双发都可以同时发送或接受信息，需要两条信道。

4. 数据、信号和码元
   连续变化的数据/信号称为模拟数据/模拟信号，取值仅允许为有限的几个离散数值的数据/信号称为数字数据/数字信号。
   码元是固定时长的信号波形（数字脉冲），1码元可以携带多个比特信息。如二进制编码时，有两种不同的码元，0状态和1状态。

5. 信源、信道与信宿
   信源 → 变换器 → 信道…（受到噪声源干扰）…信道 → 反变换器 → 信宿

6. 速率、波特与带宽
   速率：单位时间内传输的数据量。
   1. 码元传输速率：1秒内传输多少个码元。单位是Baud（波特）。
   （1波特）1 Baud = 1码元/s
   2. 信息传输速率：1秒内传输多少个比特。单位是b/s（比特/秒）。
   n bit/s × M baud = Mn b/s ——> 1码元携带n bit的信息量时，M Baud码元传输速率所对应的信息传输速率为M×n bit/s。
   带宽是指信号的频带宽度，单位是赫兹（Hz）。

定理

1. 奈氏准则：在低通（无噪、带宽有限）的信道中，极限码元传输速率为2W Baud。（理想低通信道下的极限传输速率=2Wlog2V，W是指理想低通信道的带宽，x Hz，V表示几种不同的码元）

   1. 码元传输速率是有上限的。超过上限——>码间串扰。
   2. 信道频带W越宽，码元传输速率越高
   3. 一个码元可以对应多个二进制位

2. 香农定理：信道的极限传输速率 = Wlog2(1+S/N) （单位b/s）
   信噪比 = 10log10(S/N) （单位dB）
   S/N = 信道所传输信号的平均功率/信道内部的噪声功率

   1. 带宽、信噪比越大，信道的极限传输速率越大
   2. 带宽、信噪比确定信道的极限传输速率上限

调制与编码

1. 调制：把数据变换成模拟信号的过程

2. 编码：把数据变换成数字信号的过程

3. 数字数据→数字信号

   1. 非零编码(NRZ)：0/1编码，无检错功能，无判码元的起始功能无法使双方保持同步

   2. 曼彻斯特编码：高低/低高编码，利用跳变作时钟信号和数据信号，但频带宽度是原始基带宽度的2倍。如：以太网

   3. 差分曼彻斯特编码：高低高/高低低编码，利用码元间电频的跳转实现自同步，抗干扰性好。如：局域网

   4. 4B/5B编码：了解即可

4. 数字数据→模拟信号

   1. 幅移键控(ASK)

   2. 频移键控(FSK)

   3. 相移键控(PSK)

   4. 正交振幅调制(QAM)：R = Nlog2(m*n) （单位b/s）

5. 模拟数据→数字信号
   脉码调制(PCM)

   1. 抽样

   2. 量化

   3. 编码

6. 模拟数据→模拟信号
   频分复用技术(FDM)

传输方式（未完成）

1. 电路交换：两点之间建立一条专用的物理通信路径，传输期间一直独占资源（用户始终占用端到端的固定传输带宽），通信结束才释放。
   三个阶段：1. 连接建立 2. 数据传输 3. 连接释放
   电路交换的优点：1.通信延时小，2.有序传输，3.没有冲突，4.使用范围广，5.实时性强，6.控制简单
   电路交换的缺点：1.建立连接时间长，2.线路独占，3.灵活性差，4.难以规格化

2. 报文交换：无需建立专门连接，报文携带有目标地址等信息，采用存储转发方式
   报文交换的优点：
   报文交换的缺点：

3. 分组交换：把报文分割成小的数据块，加上必要的控制信息进行传输
   分组交换的优点：
   分组交换的缺点：

分组交换

1. 数据报

2. 虚电路

二、介质传输

1. 有线介质

   1. 双绞线：价格便宜，用于局域网、电话网
      1. 屏蔽双绞线(STP)：外加金属丝屏蔽层
      2. 非屏蔽双绞线(UTP):无外加金属丝屏蔽层
   2. 同轴电缆：价格安规，抗干扰性好
      1. 基带同轴电缆：局域网
      2. 宽带同轴电缆：有线电视系统
   3. 光纤：光导纤维，带宽范围极大，为10的⑧次方
      1. 多模光纤：易失真，适合近距离
      2. 单模光纤：衰耗下，适合远距离

2. 无线介质

   1. 无线电波

   2. 微波、红外线和激光

3. 物理接口的四种特性

   1. 机械特性

   2. 电器特性

   3. 功能特性

   4. 规程特性

三、物理层设备

1. 中继器
   转发器
2. 集线器
   多口中继器

数据链路层

一、功能

二、组帧

1. 字符计数法

2. 首位定界法

3. 违规编码法

三、差错控制

1. 检错编码

2. 纠错编码

四、可靠传输

五、流量控制

1. 停止等待协议

2. 后退N帧协议

3. 选择重传协议

六、介质访问

1. 信道划分

   1. 频分复用

   2. 时分复用

   3. 波分复用

   4. 码分复用

2. 随机访问

   1. ALOHA协议

   2. CSMA协议

   3. CSMA/CD协议

   4. CSMA/CA协议

3. 轮询访问

七、局域网

八、广域网

1. PPP协议

2. HDLC协议

九、数据链路层设备

1. 网桥

2. 交换机

3. 比较

网络层

一、功能

异构网络互连、路由与转发、拥塞控制

二、路由算法

1. 静态

2. 动态

   1. 距离-向量算法
   2. 链路状态算法

三、层次路由

1. 层次路由就是将互联网分成许多较小的自治系统，系统有权决定自己内部采用的路由协议

2. 内部网关协议
   自治系统****内部使用的通讯协议。如RIP、OSPF

3. 外部网关协议
   自治系统之间使用的通讯协议。如BGP4

四、IPv4

IP协议定义数据传送的基本单元————IP分组及其确切的数据格式，也包括一套规则，指明分组如何处理、错误怎样控制。

1. 首部
   固定字长20B，加可变长度的可选字段用于提供错误检测、安全等机制
   首部长度：4B
   总长度：1B
   片偏移：8B

2. IPv4与NAT

   1. IPv4地址：即IP协议的版本为4
      网络号+主机号=32位

      1. P地址分类：————通过网络号的范围划分
         1. A类地址（1_{128-2）8×16位＝128、（1}126）0和127不可用
         2. B类地址（128_{192-1）8×8位、（128.1}191.255）128.0不可指派
         3. C类地址（192_{223）8×4位、（192.0.1}223.255.255）192.0.0不可指派
         4. D类地址（）
         5. E类地址（）
      2. 特殊地址：主机号不同
         1. 32位全0(0.0.0.0):本网络上本主机（网络号全0的IP地址为保留地址）
         2. 环路自检（Loopback Test）地址 （127.0.0.0）
         3. 主机号全0（127.1.0.0）：网络本身
         4. 主机号全1（127.1.0.255）：本网络的广播地址
         5. 32位全1（255.255.255.255）：整个TCP/IP网络的广播地址/受限广播地址，
            又由于路由器对对广播域的隔离，（255.255.255.255）等效于本网络的广播地址

   2. NAT（网络地址转换）：实现专用网络地址（Intranet）和公用地网路地址（Internet）之间的相互转换

      1. A类网段（1个）10.0.0.0~10.255.255.255
      2. B类网段（16个）172.16.0.0~172.31.255.255
      3. C类网段（256个）192.168.0.0~1192.168.255.255

3. 子网划分与子网掩码

   1. 子网划分
      采用子网掩码对物理子网再一次进行子网划分,IP地址={<网络号>,<子网号>,<主机号>}
   2. 子网掩码
      使用子网掩码来表达对原网络中主机号的借位
      默认子网掩码
      A类：255.0.0.0
      B类：255.255.0.0
      C类：255.255.255.0
      网络地址=IP地址与子网掩码逐位相与（And运算）

4. CIDR
   在变长子网掩码的基础上提出一种消除传统的A、B、C类网络划分

5. 路由聚合

   1. 概念：将网络前缀都相同的连续IP地址组成“CIDR”地址块
   2. 目的：
   3. 方法：

6. 协议

   1. ARP：对于特定的IP地址，查询其对应的物理地址

   2. DHCP：给网络中的主机动态的分配IP地址

   3. ICMP：用来给主机火路由器报告差错和异常情况

五、IPv6

六、路由协议

1. IGP

   1. RIP协议：基于距离-向量路由选择协议，使用UDP，与相邻路由器交换整个路由表
   2. OSPF协议：基于链路状态路由算法，使用IP，与全部路由器交换相邻节点链路状态

2. EGP

   1. BGP协议：基于路径向量路由选择协议，使用TCP，寻找的并非最佳路由

七、IP组播

1. 在发送者和每一接收者之间实现点多多点的网络连接，应用UDP协议，使用D类地址

八、移动IP

九、路由器

1. 用来连接异构网络，完成路由转发，能隔离冲突域和广播域，依照IP地址转发
2. 控制部分：路由选择处理机，根据路由协议与维护路由表
3. 分组转发部分：交换结构、一组输入端口和一组输出端口

传输层

一、提供服务

进程之间的逻辑通信、复用和分用、差错检测、面向连接的TCP和面向无连接的UDP

二、UDP协议

1. 特点：无连接、首部开销小、最大努力交付，应用层要保证可靠性
2. 首部：
3. 检验：

三、TCP协议

1. 特点：有链接、一对一、提供可靠交付、全双工通信、面向字节流

2. 首部:

3. 连接管理：三次握手的建立，四次握手的释放

4. 可靠传输机制:

5. 流量控制：

6. 拥塞控制

   1. 原理：根据自己估算的网络拥塞程度设置cwnd的值来限制发送速率
   2. 方法：
   3. 拥塞处理：

应用层

一、网络应用模型

二、域名系统

三、文件传输协议

四、电子邮件

1. STMP

2. POP3

五、万维网

1. 统一资源定位符

2. 超文本传输协议

3. 超文本标记语言