计算机网络期末复习（学会不挂科）
- 概论
计算机网络是利用通行线路和交换设备将地理位置分散的，具有独立功能的多态计算机连接起来，按照某种协议实现数据通信和资源交换的信息系统。
WAN广域网 MAN城域网 LAN局域网 PAN个人网
网络分层结构：1.应用层 2.表示层3.会话层 4.传输层 5.网络层 6.数据链路层 7.物理层
OSI参考模型
每个层次都是实体，相同层次叫做对等实体，左右分用户层与接受层。同层次间运用的规则叫做协议，协议包括语法，语义和同步。下层为上层服务，通过使用SAP服务访问点（接口）提供服务。
TCP/IP传输协议—传输控制/网络协议，也叫作网络通讯协议。它是在网络的使用中的最基本的通信协议。适用于四层结构，应用层：应用层，表示层，会话层。网际层：网络层。 网络接口层：数据链路层，物理层。
TCP/IP和OSI区别
- OSI定义服务，协议，接口
- OSI先出现，参考模型先于协议，协议服务于模型。
- TCP/IP考虑了异构网互联问题，将IP作为重要层次。
- TCP/IP一开始对面向连接服务和无连接服务并重，OSI再开始只强调面向连接服务。
互联网的边缘部分：是具有独立功能的多台计算机。核心部分：通信线路和交换设备。
拓扑结构：总线型，星型，环型，网状型，树型。
数据交换方式：电路交换，报文交换，分组交换。报文交换和分组交换都是先存储，后转发。
电路交换优点：速度快，缺点：通信效率低
分组交换优点：不需要建立连接，提高了线路利用率，缺点：引起了转发时延，需要传输额外信息，增大了开销。
网络资源有软件，硬件，数据，同时也是计算机网络组成。
计算机网络前身：ARPANET
三层ISP：主干ISP，地区ISP，本地ISP。
- 物理层
作用：传输数据比特流，确定与传输媒体接口
特性：机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。
基带数字信号的调制：调幅（0和1），调频（分布不均匀），调相（高地分布不均匀）
数据通信两大信号：数字信号，模拟信号。
码元，指用一个固定时长的信号波形，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位。
二进制码元，离散状态有两个，0,1，一个码元带1 bit 信息
四进制码元，离散状态有四个，00,01,10,11，一个码元带2 bit 信息
码元传输速率（波特率），波特Baud（B）
静态划分信道：频分多路复用FDM，时分多路复用TDM，波分多路复用WDM，码分多路复用CDM。
导引型：
抗干扰能力和带宽：光纤>同轴电缆>双绞线。
双绞线：无屏蔽双绞线UTP，有屏蔽双绞线STP。应用于电话系统。
同轴电缆应用于有线电视网。
光纤：单模光纤适用远距离，多模光纤适用于近距离。应用于因特网，电信网，有线电视网的主干网络中。
非导引型
无线电波：向所有方向发射
微波，红外线激光：向固定方向发射
微波常用于卫星通信，优点：容量大，发射距离远，发射范围广，缺点：时延长，受气候影响大，错误率高，价格昂贵。
物理层设备：中继器，集线器。
链路层设备：网桥，交换机。
网络层设备：路由器。
宽带接入：①非对称数字用户线ADSL 媒体：双绞线（原电话线）
②光纤同轴混合网HFC 媒体：光纤-同轴电缆（原有线电视网）
③光纤到家里FFTX 媒体：光纤
- 数据链路层
信道类型：1.点对点（一对一）2.广播信道（一对多）
要解决的问题：①封装成帧②透明传输③差错检测
其中①封装成帧
解决方法：前后添加首部尾部—帧定界。ASCII码—特殊八位二进制作帧定界符SOHEOT，从首部发送。规定条件：IP数据包<=最大传送单元MTV 1500B
其中②透明传输
解决方法：输入非ASCII码文本，字符字节填充。
PPP协议，点对点计算机与ISP进行通信。
实施时：1.异步传输时面向字符，使用 字节填充法。
2.同步运输时面向比特，使用 零比特填充法。（每五个1填一个0）
介质访问控制：1.静态划分信道，信道划分介质访问控制频分复用FDM，时分复用TDM，波分复用WDM，码分复用CDM。
2.动态划分信道， 随机接入：随机访问介质访问控制（CSMA/CD协议）
，受控接入：轮询访问介质访问控制（令牌传递协议）
CS：载播监定，MA：多址接入，CD：碰撞检测
局域网LAN—广播信道
传输介质：有线-双绞线，同轴电缆，光纤。
：无限局域网（IEEE802.11）-红外，微波，激光。IEEE802-LAN/MAN
拓扑结构：星型，环型（应用：FDDI令牌环命），总线型（以太网IEEE802.3），数型。
数据链路层：逻辑链路控制子层（LLC子层），介质访问控制子层（MAC子层，主管数据帧封装）
以太网
使用CSMA/CD技术，适配器-全球唯一48位二进制数，前24位代表厂家，后24位由厂家制定，常用6个十六进制数表示。计算机通过适配器连接以太网。
MAC帧：单播，多播，广播。帧格式为：46-1500。
高速以太网：
1.100BASE-T以太网，100MB/s 星型。快速以太网：IEEE802.3o
2.吉比特以太网，1GB/s IEEE802.3z
3.10吉比特，光纤传输，10GB/s
链路层设备：网桥-透明网桥，源路由网桥—————————————直通式交换机
交换机（应用于虚拟局域网VLAN）=多接口网桥————存储转发式交换机
冲突域：物理层设备无法隔离，链路层设备，网络层设备可以隔离
广播域：物理层设备和链路层设备无法隔离，网络层可以隔离
网卡是完成物理层和数据链路层的功能
局域网与内部的互联通过交换机和网桥，与外部的互联通过路由器。
- 网络层
基本功能：①路有选择&分组转发②异构网络互联
特点：①无连接②分组通过路由选择和转发（IP数据报）
互联网可以由多个异构网络互联而成
IP数据报：固定部分（20B）+可变部分（首部）+数据部分（TCP，UDP段）
首部长度：单位为4B，最小单位数量为5
总长度：首部+数据 单位为1B
生存时间（TTL）：经过一个路由器，TTL-1
首部检验和：关于首部的
源IP地址和目的IP地址：32位4B
标志只有两位有意义：①中间位DF=1时禁止分片 DF=0时允许分片。
②最低位MF=1时表示后面还有分片，MF=0时表示后面无分片。
片偏移：可以指出较长分组分片后某片相对位置（以8B为单位）
片偏移=数据部分便宜/8.
IP地址（4B）
A：1-126 网络号1B，前一位：0
B：128-191 网络号2B，前两位：10
C：192-223 网络号3B，前三位：110
D：224-239 前四位：1110
E：240-255 前四位：1111
| 最大可用网络数 |
第一个可用网络号 |
最后一个可用网络号 |
每个网络最大主机数 |
|
| A |
2^7-2 |
1 |
126 |
2^24-2 |
| B |
2^14-1 |
128.1 |
191.255 |
2^16-2 |
| C |
2^21-1 |
192.0.1 |
223.255.255 |
2^8-2 |
私有地址，不进行转发：
| 地址 |
地址范围 |
网段个数 |
| A |
10.0.0.0-10.255.255.255 |
1 |
| B |
172.16.0.0-172.31.255.255 |
16 |
| C |
192.168.0.0-192.168.255.255 |
256 |
网络地址转换NAT，专用网连接到因特网-安装NAT，NAT路由器（）
全球IP地址172.38.15
特殊IP地址：
| 网络号 |
主机号 |
用途 |
例子 |
| 全0 |
全0 |
路由器中用于表示默认路由 |
0.0.0.0 |
| 全1 |
全1 |
本网广播地址 |
255.255.255.255 |
| 特定值 |
全0 |
网络地址 |
172.17.0.0 |
| 特定值 |
全1 |
广播地址 |
172.17.255.255 |
| 17 |
非全0/1 |
本地软件环回测试环回地址 |
127.0.0.1 |
在IP协议中使用D类地址进行组播。
子网掩码与子网划分
- 已知主机IP与子网掩码,求主机号—主机IP地址与子网掩码相与（都是1得1,不同得0）
例：假设一个主机IP地址为192.168.5.121，子网掩码为255.255.255.248，求主机网络号
121转换为二进制：01111001，248转换为二进制：11111000
相与得：01111000，转换为十进制：120，所以主机网络号是192.168.5.120
- 已知主机IP地址和子网掩码，求子网，主机最多多少个-相与得网络号，看剩余位数
例：某计算机的IP地址为208.37.62.23如果该网络的地址掩码是255.255.255.240，则该网络最多可划分为几个子网？每个子网最多有多少台主机？
23转为二进制：11110000，240转为二进制：00010111
前四位为1，则网络号共28位，主机号剩余4位。
主机号最少保证两位。则最多可以借出两位，剩余两位。
所以最多可划分2^2=4个子网，最多有2^2-2=2台主机
- 已知网络号，X位子网号，求子网掩码—让网络部分为1
例：当A类网络地址34.0.0.0使用8位二进制位作子网地址时，子网掩码设置为？
子网掩码一共32位，前8位固定网络号。此子网地址为8位二进制，所以前十六位都为1.前十六位为网络号，后十六位全为0.
所以子网掩码设置为255.255.0.0
- 已知网络要分成X个子网，求子网掩码和IP地址范围—看需要多少位的子网号
例：某部门申请到一个C类IP地址，若要分成6个子网，该掩码应为？
6个子网—2^3>6>2^2 所以要借3位，共8位，前3位为1.则11100000=224
所以子网掩码应为255.255.255.224
- 已知子网掩码，问哪些IP地址属于同一个子网—主机IP地址与子网掩码相与看是否同一个网络
例：若子网掩码为255.255.255.192，下列IP地址属于同一个子网的是哪一项（C）
A.156.26.27.7和156.26.101.110
B.156.26.101.88和156.26.101.132
C.156.26.27.71和156.26.27.110
D.156.26.27.7和156.27.101.132
71转换为二进制：01000111
>相与：01000000
192转换为二进制：11000000
>相与：01000000
110转换为二进制：01101110
相与结果相等，所以选C
无分类编址CIDR 网络前缀+主机号
记法：IP地址后加上“1”，然后写上网络前缀 e.g. 128.14.32.0/20优点：节约资源
聚合（相同保留，不同变0）
四条路由表项网络地址为35.230.32.0/21，35.230.40.0/21，35.230.48.0/21，35.230.56.0/21
32,40,48,56二进制转换并聚合后：00100000=32
前两段都相同，所以2*8+3=19
所以聚合后的网络地址为35.230.23.0/19
网络层协议
①：IP ②：ICMP ③：ARP ④：RARP ⑤：IGMP
②：ICMP
差错报文—1.终点不可达，无法交付2.源点抑制，拥塞数据3.时间超过，TTL=0，生存时间为零4.参数问题，首部字段有问题5.改变路由（重定向）
询问报文—1.会送请求和回答报文，测试目的站是否可达以及了解状态（PING问题）2.时间戳请求和回答报文，用来进行时钟同步和测量时间
③：ARP
完成主机或路由器IP地址到地址的映射
使用过程：检查ARP高速缓存对应，写入MAC帧，没有就用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组，同局域网主机都能收到该请求，目的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组，源主机收到后写入ARP缓存（10-20min更新一次）
⑤：IGMP
网际组管理协议（D类地址）—组播
路由选择协议—1.内部网关协议IGP：一个AS内有距离向量算法（RIP），和最短路径优先算法（OSPF）2.外部网关协议EGP：AS之间BGP
RIP：距离向量>15，称不可到达
- 传输层
功能：1.进程与进程间逻辑通信，靠套接字Socket=（主机IP地址，端口号）找到进程。
2.对收到的报文进行差错检测
3.传输层的两种协议—面向连接的传输控制协议TCP（可靠，面向连接，时延长，适用于大文件），无连接的数据报文协议（不可靠，无连接，时延小，适用于小文件）
TCP协议：
- 面向连接的传输层协议
- 每个TCP只能有两个端点，点对点
- TCP可靠，交付无差错，不丢失数据，不重复，按序到达
- 全双工通信（可以同时发送缓存和接收缓存）
端口号——0-1023位熟知端口号，1024-49152为登记端口号，49153-65535为随便用
首部固定20B字节，源端口 目的端口
序号—自发的数据序号
确认号—希望收到的数据序号
连接传输三个阶段 ：建立连接—数据传送—释放连接，使用客户服务器 C/S
TCP为连接管理，SYN表示连接请求，seq表示报文序号，ACK表示确认报文段
fin表示请求释放报文
三次握手，四次挥手
可靠传输—使用TCP实现
保证接收进程从缓存区读出的字节流与发送方发出的字节完全一致
实现机制：校验，序号，确认，重传
发送窗口=min[接收窗口 拥塞窗口]——min表示最小值，拥塞窗口是发送方已经进行估算的
拥塞控制：防止过多数据注入到网络中
拥塞出现条件：资源需求综合>可用资源
解决拥塞方法：慢开始，拥塞避免，快重传，快恢复。
TCP使用滑动窗口技术实现流量控制和拥塞控制
- 应用层
功能：文件传输，访问和管理—电子邮件，虚拟终端，查询服务和远程作业登陆
协议：FTP,SMTP,POP3,HTTP,DN3
域名解析系统DNS
查询方式：递归查询，迭代查询
FTP协议：依据协议传递文件的是FTP服务器，FTP客户端
端口：传请求21，传文件32
万维网WWW，使用HTTP协议
统一资源定位符——唯一定位表示——资源（文件，信息等）
URL：
形式：<协议>://<主机>:<端口>/<路径> 例：http://www.baidu.edu.cn
以客户/服务器（C/S）方式工作，使用HTML语言
用户浏览过程：
1.输入URL，点击超链接
2.浏览器分析URL
3.向DNS请求解析IP地址
4.解析出IP
5.浏览器与服务器建立TCP连接
6.发出取文件命令
7.服务器响应
8.释放TCP连接
9.显示给用户