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/IPOSI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

  1. 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

  1. 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

  1. 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

  1. 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

  1. 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:

  1. 面向连接的传输层协议
  2. 每个TCP只能有两个端点,点对点
  3. TCP可靠,交付无差错,不丢失数据,不重复,按序到达
  4. 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

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