计算机网络回顾

物理层

调制与编码

调制：数字数据 -> 数字信号 ，对应于基带传输
编码：数字数据 -> 模拟信号 ，对应于频带传输

模拟数据 -> 数字信号：PCM（音频编码）
模拟数据 -> 模拟信号：FDM（频分复用等）

延时带宽积

传播时间 * 带宽

L / R = D / V => L = (D / V) * R

奈奎斯特定理

信道传输速率不超过2B波特，B单位为HZ

V = 2B Baud/s
其中假设1Baud携带n位比特，则V = 2Bn b/s；
假设1Baud可表示m种情况，则V = 2Blog2(m) b/s；

Shannon定理

V = Blog(1+S/N)

1dB = 10log10(S/N)

Ethernet

• 逻辑拓扑：总线型

• MAC层协议：CSMA/CD

• 编码方式：Manchester编码

  下1上0

• 争用期51.2us

• 最小帧长64B、最大帧长1518B

  根据CSMA/CD协议可计算最小帧长：

  工作在10Mbps的Ethernet下，争用期为51.2us，由CSMA/CD要求：L/R >= 2d/v = 2t = 51/2us 得 L >= 64B，注意以太网帧包含头部14个字节：目的MAC地址、源MAC地址、类型以及4个字节的校验码FCS

  注意，这里不包含前导码（8B），前导码的作用是用于发送端与接收端的时钟同步

• 传输介质

  如何记忆？

  带T的都是双绞线（Twisted）
  带X、F的都是光纤
  否则是铜线

  • 10Base5

    媒介：同轴电缆
    最大段长：500m
    最多节点数：100
    拓扑结构：总线型

  • 10Base2

    媒介：同轴电缆
    最大段长：185m
    最多节点数：30
    拓扑结构：总线型

  • 10BaseT

    媒介：非屏蔽双绞线（Twist）
    最大段长：100m
    最多节点数：2
    拓扑结构：星型

  • 10BaseFL

    媒介：光纤对
    最大段长：2000m
    最多节点数：2
    拓扑结构：点对点

  • 100Base-T*

    双绞

    100m

  • 100Base-FX/BX/SX

    光纤

    2000m

• 以太网类型

  • 10Mbps

    半双工

  • 100Mbps

    支持全双工、半双工

  • 吉比特

    支持全双工、半双工

  • 十吉比特

    仅支持全双工、光纤作为传输 媒体

多路复用

• TDM
• CDM
• FDM
• WDM
• 统计复用（平分）

链路层（LLC）

信道利用率、吞吐率

信道利用率V =( Win * L/R ) / (L/R + RTT + TAck)

吞吐率η = V * R

Rdt

• Rdt 1.0

  可靠信道上的传输

  发送-接收

• Rdt 2.0

  引入校验、ACK/NAK、错误重传机制

  • Rdt 2.1

    添加序列号；
    发送方判断ACK/NAK是否出错；
    接受方判断数据是否重复

    （出错即重传）

  • Rdt 2.2

    在ACK中显示加入收到的序列号，去掉NAK

• Rdt 3.0

  引入超时重传机制

SW协议

GBN协议

发送窗口大小：1<= Wt <= 2^n - 1
接收窗口大小：1
确认方式：累积确认（做题时，要记住发送方每发一个都要确认一下）

SR协议

窗口大小满足：1<= Ws + Wr<= 2^n
一般来说：1<= Ws <= 2^(n-1)
确认方式：逐个确认

PPP协议

点对点链路层协议
面向字节（字节填充法）
可协商不用控制部分、地址部分
可动态协商IP
支持多种上层协议
全双工

HDLC协议

点对点链路层协议
面向比特（比特填充法，每5个1后，加一个0）
信息帧（I）、无序号帧（U）、监督帧（S）
全双工

链路层（MAC）

冲突访问协议

• ALOHA协议

  不监听，随便发

  冲突后随机等待

  • 纯ALOHA：Ge^(-2G)

    一个节点以概率p发送

    最大发送概率为：Np(1-p)^2(N-1) = 1/2e

  • 时隙ALOHA：Ge^(-G)

    冲突后，在下一个时隙以p的概率发送

    一个帧需要k次才能传输成功的概率：
    Pk = e^(-G) * (1 - e^(-G))(k - 1)

    每个帧成功传输的次数期望为：
    E = ΣkPk = e^G

    最大发送成功概率为：Np(1-p)^(N-1) = 1/e

• CSMA协议

  • 1-坚持 CSMA

    忙则监听、空则发送

  • 非坚持 CSMA

    闲则发送、忙则等随机时间后监听

  • p-坚持 CSMA

    闲则以概率p发送，如果没有发送，则等待下一个时隙继续；忙则等待一个时隙后再监听，冲突仍然等待随机时间后发送

    发送期望为1/p

    Σkp*(1-p)^k = 1/p

• CSMA/CD

  先听后发、边听边发、冲突停发、随机重发

  随机：
  停留[0，2^k - 1]个时隙，其中k为冲突次数，2^k-1若超过1023，则以1023计

• CSMA/CA

  预约信道、ACK帧、RTS/CTS

  采用二进制指数退避

  多用于以太网802.11

无冲突访问协议

• polling
• token passing
• 基本位图协议
• 二进制倒计数协议

网络层

路由协议

• LS

  Dijkstra

  存在震荡的可能

• DV

  Bellman-Ford

实例

• OSPF（LS）

  多个AS

  发送Hello来发现和维持邻站的可达性

• RIP（DV）

  慢收敛

  解决方案：毒性逆转、设置最大跳数

DHCP协议

主机可从DHCP服务器获取：
基于UDP

IP地址
默认网关
DNS服务器地址
子网掩码

客户端端口号68
服务器端口号67

（客户是人上人，于是大于67）

IPv4协议

20~60个字节头部

IPv6协议

40B的基本首部，无校验和，允许组播管理；ICMP新类型“Packet Too big”，用于源主机分片

16B的IP地址

不能出现两个::

BGP协议

网间路由协议
基于半永久TCP连接（故其为应用层协议）

四种报文：
OPEN：建立关系
KEEPALIVE：用来发送某一路由信息，列出要撤销的多条路由
UPDATE：用来确认打开报文并周期性地证实邻站关系
NOTIFICATION：发送检测到的差错

BGP（iBGP）会向所有内部路由器传播AS间可达性信息，内部路由器会根据内部路由选择协议选择合适的接口转发，一般来说，由热土豆路由（最近的网关路由器）决定

ICMP协议

对于IP分组，后续不发ICMP
对于ICMP差错报文不发ICMP差错报文
广播数据不发送ICMP差错报文
对具有特殊地址的IP数据包不发送ICMP差错报文，例如127.0.0.0或者0.0.0.0

ARP协议

传输层

UDP

TCP

• 三次握手、四次挥手

• TCP传输策略

  愚笨窗口综合征（1字节发送、1字节接收问题）
  Nagle算法
  Clark算法

• 拥塞控制

  主要针对拥塞窗口

  • TCP Tahoe V1

  • TCP Reno V2

    快速重传，阈值减半，CongWin减半，拥塞避免（加性增）
    超时，阈值减半，CongWin减到1，慢开始，拥塞避免

• 流量控制

  接受方回发窗口大小（单位为字节B），发送方窗口的大小应该为：min(CongWin, RecWin)

• 延迟模型

  WS/R > RTT + S/R: delay = 2RTT + O / R
  WS/R < RTT + S/R: delay = 2RTT + O / R + (O/WS - 1)
  (RTT + S/R - WS/R)

应用层

DNS

基于UDP

端口号53

• 类别

  • 根域名服务器
  • 顶级域名服务器
  • 权限域名服务器
  • 本地域名服务器

• RR

  • MX

    name：邮件服务器别名
    value：邮件服务器域名

  • NS

    name：域（例如edu.cn）
    value：该域权威域名解析服务器的主机域名

  • A

    name：主机域名
    value：服务器ip地址

  • CNAME

    name：服务器别名
    value：服务器真实域名

• 查询方式

  • 迭代
  • 递归

HTTP

端口号80

基于TCP连接

• HTTP1.0

  非持续性

• HTTP1.1

  持续性

Cookie

存在于用户端

SMTP/POP3

SMTP端口号25，基于TCP连接

TELNET端口号23

FTP

命令端口号21
数据端口号20