计算机网络（第八版）谢希仁编著 笔记

1第一章 概述

1.1网络分类

电信网络
有线电视网络
计算机网络

1.2 Internet互联网

20世纪90年代后飞速发展
是由数量极大的各种计算机网络互连起来的

连≠联
互联≠互连
连接≠联接

是覆盖全球的网络
网吧、网民、网上银行、网上购物的”网“都是指互联网

1.2.1计算机网络与互连网inter net（interconnection network）

计算机网络（简称网络）：由若干**节点（node）和连接这些节点的链路（link）**组成。

节点可以是计算机、集线器、交换机或者路由器等。

互连网（interconnection network）在局部范围内互连起来的计算机网络。

互连网通过路由器将多个网络相互连接起来。
与网络相连的计算机通常称为主机（host），路由器是计算机但不是主机。因为主机之间可以进行通信，但是路由器是用来交换分组的。

1.2.2基本特点

连通性（connectivity）

连通性也体现了互联网虚拟的特点

共享(资源共享)

信息共享、软件共享、硬件共享

1.2.3互联网基础结构发展的三个阶段

第一阶段 ARPANET

1969年美国国防部创建的第一个分组交换网ARPANET（不是一个互连的网络，是一个单个的网络），所有连接在ARPANET上的主机都直接和就近的节点交换机相连。
20世纪70年代，互连网出现，成为互联网Internet的雏形。
1983年TCP/IP协议成为ARPANET的标准协议，因此将1983定为互联网诞生时间。
1990年ARPANET关闭。

Internet是一个专用名词，其前身是ARPANET，是全球最大的、开放的、由众多网络互相连接而成的特定互连网，采用TCP/IP协议族作为通信的规则。
internet是一个通用名词，泛指多个计算机网络互连形成的计算机网络。这些网络之间的通信协议可以任意选择，不一定是TCP/IP。
Internet

第二阶段 三级结构的互联网：主干网、地区网、校园网（或企业网）

主干网：使不同地区之间的用户相互通信
地区网：完成本地区管辖范围内各校园网或企业网之间的相互通信

使用三级结构的原因：
互联网必须能够让连接到互联网的所有用户都可以通信。

第三阶段 全球范围内多层次ISP结构的互联网

ISP：Internet Service Provider互联网服务提供者,多为进行商业活动的公司。例如中国联通、中国移动、中国电信。
ISP可以从互联网管理机构申请很多IP地址，拥有通信线路以及路由器等联网设备。

ISP分类：
主干ISP
地区ISP
本地ISP 多数用户连接到本地ISP

IXP：Internet eXchange Point互联网交换点，主要作用是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要第三个网络来转发分组。对等交换分组时，一般互相不收费，但是向高层IXP转发分组时，需要交纳一定的费用。典型的IXP一般由一个或多个网络交换机组成，常采用工作在数据链路层的网络交换机，用局域网互连起来，ISP连接到这些网络交换机的端口上。

1.2.4互联网的标准化工作

ISOC：Internet Society互联网协会 对互联网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用
IAB：Internet Architecture Board互联网体系结构委员会 隶属于ISOC，负责管理互联网有关协议的开发。

互联网工程部IETF（Internet Engineering Task Force）
互联网研究部IRTF（Internet Research Task Force）

制定互联网正式标准的三个阶段：互联网草案、建议标准、互联网标准

RFC：Request For Comments 请求评论文档 所有RFC文档都可以从互联网上免费下载
RFC INDEX：索引

互联网草案：Internet Draft 有效期只有6个月，此阶段不算RFC文档。
建议标准：Proposed Standard 从这个阶段开始成为RFC文档。
互联网标准：Internet Standard 经过长期的检验，分配一个标准编号，记为STDxx,其中xx是标准的编号（有时候也为4位数编号，如STD0005）。一个互联网标准可以和多个RFC文档关联。

1.3互联网的组成——边缘部分和核心部分

（1）边缘部分：所有连接在互联网上的主机组成

由用户直接使用，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。

客户—服务器方式

对等连接方式

（2）核心部分：由大量网络和连接网络的路由器组成

为边缘部分提供服务（提供连通性和交换）

电路交换的主要特点

分组交换的主要特点

1.5计算机网络的类别

（1）计算机网络定义

（2）类别

作用范围

广域网

城域网

局域网

个人区域网

使用者

公用网

专用网

用来把用户接入到互联网的网络

接入网

1.6计算机网络的性能

（1）性能特征

速率

带宽

吞吐量

时延

时延带宽积

往返时间RTT

利用率

（2）非性能特征

费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护

1.7计算机网络体系结构

体系结构的形成

协议与划分层次

具有五层协议的体系结构

实体、协议、服务和服务访问点

第二章 物理层

2.1 物理层的基本概率

2.2 数据通信的基础知识

2.2.1 数据通信系统的模型

2.2.2 有关信道的几个基本概率

2.2.3信道的极限容量

2.3 物理层下面的传输媒体

2.3.1 导引型传输媒体

2.3.2 非导引型传输媒体

2.4信道复用技术

2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用

2.4.2 波分复用

2.4.3 码分复用

2.5 数字传输系统

2.6 宽带接入技术

2.6.1ADSL技术

2.6.2光纤同轴混合网（HFC网）

2.6.3FTTx技术

第三章 数据链路层

3.1 数据链路层的几个共同问题

3.1.1 数据链路和帧

3.1.2 三个基本问题

封装成帧

透明传输

差错检测

3.2 点对点协议PPP

3.2.1 PPP协议的特点

（1）PPP协议应满足的需求

（2）PPP协议的组成

3.2.2 PPP协议的帧格式

（1）各字段的意义

（2）字节填充

（3）零比特填充

3.2.3 PPP协议的工作状态

3.3 使用广播信道的数据链路层

3.3.1 局域网的数据链路层

3.3.2 CSMA/CD协议

3.3.3 使用集线器的星型拓扑

3.3.4 以太网的信道利用率

3.3.5 以太网的MAC层

（1）MAC层的硬件地址

（2）MAC帧的格式

3.4 扩展的以太网

3.4.1 在物理层扩展以太网

3.4.2 在数据链路层扩展以太网

（1）以太网交换机的特点

（2）以太网交换机的自学习功能

（3）从总线以太网到星形以太网

3.4.3 虚拟局域网

3.5 高速以太网

3.5.1 100BASE-T以太网

3.5.2 吉比特以太网

3.5.3 10吉比特以太网（10GbE）和更快的以太网

3.5.4 使用以太网进行宽带接入

第四章 网络层

4.1 网络层的几个重要概念

4.1.1 网络层提供的两种服务

4.1.2 网络层的两个层面

4.2 网络协议IP

4.2.1 虚拟互连网络

4.2.2 IP地址

（1）IP地址及其表示方法

（2）分类的IP地址

（3）无分类编址CIDR

（4）IP地址的特点

4.2.3 IP地址与MAC地址

4.2.4 地址解析协议ARP

4.2.5 IP数据报的格式

（1）IP数据报首部的固定部分中的各字段

（2）IP数据报首部的可变部分

4.3 IP层转发分组的过程

4.3.1 基于终点的转发

4.3.2 最长前缀匹配

4.3.3 使用二叉线索查找转发表

4.4 网际控制报文协议ICMP

4.4.1 ICMP报文的种类

4.4.2 ICMP的应用举例

4.5 IPv6

4.5.1 IPv6的基本首部

4.5.2 IPv6的地址

4.5.3 从IPv4向IPv6过渡

4.5.4 ICMPv6

4.6 互联网的路由选择协议

4.6.1 有关路由选择协议的几个基本概念

（1）理想的路由算法

第五章 运输层

5.1

5.2

5.3

5.4 可靠传输的工作原理

5.4.1 停止等待协议

1.无差错情况

2.出现差错

接收方接收时检验到差错则丢弃，不做任何操作（也不告诉发送方）
所以设置超时重传，只要A一定时间内没有收到B的确认，则重传前面发过的分组。（分组可以是报文段也可以是IP数据报）

1.A在收到确认前暂时保留已发送的分组的副本，收到确认后清除
2.分组和确认分组都必须进行编号，重复帧编号相同
3.超时计时器设置的重传时间比数据在分组传输的平均往返时间长

TCP采用了一种自适应算法，记录一个报文段发出的时间，以及收到相应的确认的时间。即RTT
RTT:报文段的往返时间
P233

3.确认丢失和确认迟到——ARQ自动重传请求

确认丢失时，A重新发分组，B应该丢弃重复分组，并发送确认
确认迟到时，A重新发分组，B应该丢弃重复分组，并发送确认，A在收到迟到的确认后什么也不做。

4.信道利用率

设发送时间Td，确认收到时间Ta，往返时间RTT
则信道利用率U=发送时间Td/（发送时间Td+往返时间RTT+确认收到时间Ta)

5.4.2连续ARQ协议

连续ARQ协议规定，发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑动一个分组的位置。接收方采用累积确认， 收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认。

5.5 TCP报文段的首部格式

TCP首部的最小长度是20字节，后面有4n字节是根据需要而增加的选项。
首部固定部分：
（1）源端口和目的端口 各2字节
（2）序号 4字节 2³² 次方采用mod2³²运算

（3）确认号 4字节

若确认号=N，则到序号N-1为止的所有数据都已正确收到

（4）数据偏移 占4位
（5）保留 占6位
（6）紧急URG URG=1时，表示有效 把紧急数据插入到本报文段数据的最前面
（7）确认ACK ACK=1有效
（8）推送PSH
（9）复位RST
（10）同步SYN
（11）终止FIN
（12）窗口 占2字节 2¹⁶-1之间的整数

窗口字段明确指出了现在允许对方发送的数据量。窗口值经常动态的变化。

（13）检验和 占2字节 包括首部和数据
（14）紧急指针 占2字节 指出本报文段中的紧急数据的字节数
（15）选项 长度可变 最多40字节

5.6 TCP可靠传输的实现

5.6.1以字节为单位的滑动窗口

TCP的滑动窗口是以字节为单位的。要描述一个发送窗口的状态需要三个指针：P1、P2、P3，指针都指向字节的序号。
P1之前的数据：已发送并且已收到确认的部分
P3之后的数据：不允许发送的数据
P3-P1=A的发送窗口
P2-P1=已发送但尚未收到确认的字节数
P3-P2=允许发送但当前尚未发送的字节数（又称可用窗口或有效窗口）

发送方的应用进程把字节流写入TCP的发送缓存，接收方的应用 进程从TCP的接收缓存中读取字节流。

发送缓存：暂时存放①发送应用程序传送给发送方TCP准备发送的数据②TCP已发送但尚未收到确认的数据
接收缓存：暂时存放①按序到达但尚未被应用程序读取的数据②未按序到达的数据