计算机网络杂记-上

1.路由器是实现分组交换的关键部件，其任务是转发收到的分组。
  ISP（例如中国移动，电信，联通）
2.因特网的组成（边缘部分和核心部分）
3.三种交换方式:
       电路交换:建立连接（分配通信资源）->通话->释放连      接，特点是传输效率往往很低。
       分组交换:
       报文交换:
4.计算机网络最简单的定义:一些互相连接的，自治的计算机的集合。
     ① 现阶段较好的定义:计算机网络主要是由一些通用的，可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非用来实现某一特定的目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。
     ②  计算机网络的分类:按交换技术分类，按使用者分类（专用网和公用网），按传输介质分类（有线和无线），按覆盖范围分类，按拓扑结构分类（总线型，星型，环型，网络型）
5.计算机网络的性能指标:
          速率:
          带宽:用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力
          吞吐量:表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量；吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制。
          时延:发送时延、传播时延、处理时延
          时延带宽积:  （传播）时延×带宽
          往返时间:因特网上的信息大多数是双向交互的
          利用率:   信道利用率和网络利用率
          丢包率:   丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。
         丢包率可分为接口丢包率、节点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率等，丢包率是网络运维人员非常关心的一个网络性能指标。
          分组丢失主要有两种情况:  ①分组在传输过程中出现误码，被节点丢弃
          ②分组到达一台队列已满的分组交换机时被丢弃；在通信量较大时就可能造成网络拥塞。
6.计算机网络体系结构（按照时间顺序发展进行展示）
       ① 体系结构的发展及种类
          OSI体系结构（法律上的国际标准）:  从上到下依次为 应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。
           
          TCP/IP体系结构（事实上的国际标准）:  从上到下依次为 应用层、传输层、网际层、网络接口层

         原理体系结构（适于教学）:  从上到下依次为 应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层

        ② 分层的必要性: 计算机网络是个非常复杂的系统；分而治之。
        应用层解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题；
        运输层解决进程之间基于网络的通信问题；
        网络层解决分组在多个网络上传输（路由） 的问题；
        数据链路层解决分组在一个网络（或一段链路）上传输的问题；  
         物理层解决用何种信号来传输比特的问题。

        ③ 计算机言论体系结构中的专用术语
         实体: 任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
                 对等实体: 收发双方相同层次中的实体
         协议: 控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合
                协议的三要素:
                     语法: 定义所交换信息的格式
                     语义: 定义收发双方所要完成的操作
                     同步: 定义收发双方的时序关系
          服务: 下一层向上一层提供服务；协议是水平的，服务是垂直的；透明性
         PDU（协议数据单元）,SDU（服务数据单元），服务原语，服务访问点。

7. 物理层下面的传输媒体分为:
    导引型传输媒体: 同轴电缆，双绞线，光纤，电力线
    非导引型传输媒体: 无线电波，微波，红外线，可见光；
物理层协议的主要任务: 机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。
8. 物理层的传输方式:
   串行传输和并行传输
   同步传输和异步传输
   单向通信（单工），双向交替通信（半双工）:对讲机，双向同时通信（全双工）
9. 编码与调制
    码元: 在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
   常用编码: 
      不归零编码（存在同步问题）、归零编码（自同步，编码效率低）、  曼彻斯特编码（传统以太网10Mb/s）、差分曼彻斯特编码
       基本调制方法: 调幅、调频、调相。
10. 信道的极限容量
（mao）

11. ① 数据链路层的基本知识: 
   链路
   数据链路
   数据链路层以帧为单位传输和处理数据；
      ② 数据链路层的三个重要问题: 封装成帧、差错检验、可靠传输（使用的是点对点信道的数据链路层）；
      ③ （使用的是广播信道的数据链路层）除了以上的三个问题还会出现“碰撞”问题，针对这类问题，共享式以太网的媒体接入控制协议CSMA/CD, 802.11局域网的媒体接入控制协议CSMA/CA
      ④ 数据链路层的互连设备: 网桥和交换机的工作原理、集线器（物理层互联设备）与交换机的区别

12.  封装成帧
13. 差错检验:比特传输、误码率BER（Bit Error Rate）、差错检验码。
    ① 奇偶校验会出现漏检问题
    ② 循环冗余检验CRC（Cyclic Redundancy Check）:漏检率非常低，虽然计算比较复杂，但非常易于用硬件实现，因此被广泛应用于数据链路层。
    ③ 一般情况下，有线链路的误码率比较低，为了减小开销，并不要求数据链路层向上提供可靠传输服务。而无线链路易受干扰，BER较高，所以要求必须提供可靠传输服务。
    ④ 传输差错不仅有比特差错，还有分组丢失、分组失序和分组重复，后三者一般不会出现在数据链路层，而会出现在其上层。
14. 三种可靠传输实现的机制: 停止等待协议SW、回退N帧协议GBN、选择重传协议SR。这三种并不仅限于数据链路层，可以应用到网络体系结构的各层中。
   ① 停止等待协议SW: 信道利用率U＝Td/Td+RTT，当往返时延远大于数据帧发送时延Td时，信道利用率很低，若出现重传，信道利用率还早更低，这是它的缺点，所以就出现了后面的两种机制。SW属于自动重传请求ARQ.

   ② 回退N帧协议GBN: 存在发送发的发送窗口和接收方的接收窗口，GBN也是一种ARQ协议，又称为滑动窗口协议。由于GBN的特性，当通信线路不好时，其信道利用率并不比SW高。

    ③ 选择重传协议SR

15. 点对点协议（PPP），PPPoE使得ISP可以通过DSL、电路调制解调器、以太网等宽带接入技术，以以太网接口的形式为用户提供接入服务。PPP协议也广泛应用于广域网路由器之间的专用线路。
PPP协议在透明传输采用面向字节的异步链路采用插入转义字符的字节填充法和面向比特的同步链路采用插入比特0的比特填充法。

16. 媒体接入控制MAC 是共享信道要着重考虑的一个问题就是如何协调多个发送和接收站点对一个共享传输媒体的占用。通常划分为静态划分信道和动态接入控制。
信道复用: 频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、波分复用（WDM）、码分复用（CDM）。
静态划分信道:频分多址、时分多址、码分多址；
动态接入控制:受控接入（已淘汰）、随机接入（总线局域网使用的协议: CSMA/CD、无线局域网使用的CSMA/CA）。

17. ①  CSMA/CD协议的工作原理: 多点接入（MA）、载波监听（CS）、碰撞检测（CD）。将上述过程可比喻为: 先听后说，边听边说；一旦冲突，立即停说；等待时机，重新再说。

      ②  使用CSMA/CD协议的以太网的争用期2τ（碰撞窗口）
      ③  使用 CSMA/CD协议的以太网的最小帧长（64字节）和最大帧长
      ④   CSMA/CD协议使用的截断二进制数退避算法
随机退避时间 = 争用期2τ ×随机数r，其中r从离散的整数集合（0，1，...，（2^ᵏ-1））中随机取出一个，k = Min[重传次数，10]
      ⑤  以太网的信道利用率
      ⑥  CSMA/CD协议曾经用于各种总线结构以太网和双绞线以太网的早期版本中。现在的以太网基于交换机和全双工连接，不会有碰撞，因此没有必要用 CSMA/CD协议。
18. ① 802.11无线局域网在MAC层使用CSMA/CA协议，以尽量减小碰撞发生的概率。不能使用 CSMA/CD协议的原因是在无线局域网中无法实现碰撞检测。在使用 CSMA/CA协议的同时，还使用停止等待协议来实现可靠传输。
      ②  802.11标准规定，所有的站在完成发送后，必须再等待一段帧间间隔时间才能发送下一帧。帧间间隔的长短取决于该站要发送的帧的优先级。
      ③  802.11标准允许要发送数据的站点对信道进行预约，即在发送数据帧之前先发送请求发送RTS帧。在收到响应允许发送CTS帧后，就可以发送数据帧。
      ④  常用的两种帧间间隔: 短帧间间隔SIFS(28μs)、DCF帧间间隔DIFS(128μs)。

19. MAC地址、IP地址以及ARP协议
  ① MAC地址是以太网的MAC子层所使用的地址(数据链路层)；
  ② IP地址: 是因特网上的主机和路由器所使用的地址，用于标识两部分信息:网络编号+主机编号
  ③ ARP协议其作用是已知设备所分配到的IP地址，使用ARP协议可以通过该IP地址获取到设备的MAC地址；
 
20. MAC地址: 当多个主机连接在同一个广播信道上，想要实现两个主机之间的通信，则每个主机都必须有一个唯一的标识，即一个数据链路层地址。
  ① 在每个主机发送的帧中必须携带标识发送主机和接收主机的地址。由于这类地址适用于媒体接入控制MAC，因此这类地址被称为MAC地址；
  ② MAC地址一般被固化在网卡(网络适配器)的电可擦可编程只读存储器EEPROM中，因此MAC地址也被称为硬件地址；MAC地址有时也被称为物理地址。并不意味着MAC地址属于网络体系结构中的物理层。
   ③ 一般情况下，用户主机会包含两个网络适配器: 有线网卡和无线网卡。每个适配器都有一个全球唯一的MAC地址。而交换机和路由器往往拥有更多的网络接口，所以会拥有更多的MAC地址。综上所述，MAC地址是对网络上各接口的唯一标识，而不是对网络上各设备的唯一标识。

21. 地址解析协议ARP
  ① 源主机在自己的ARP高速缓存表中查找目的主机的IP地址所对应的MAC地址，若找到，则可以封装在MAC帧进行发送；若找不到，则发送ARP请求(封装在广播MAC帧中)...
  ② ARP的作用范围: 逐段链路或逐个网络使用，不能跨网络或链路使用。
  ③ ARP没有安全验证机制，存在ARP欺骗(攻击)问题。

22. 集线器与交换机的区别:
   ① 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享总线资源，使用的还是CSMA/CD协议；
   ② 集线器只工作在物理层，它的每个接口仅简单地转发比特，不进行碰撞检测(由各站的网卡检测)；集线器一般都有少量的容错能力和网络管理功能；
   ③ 集线器(HUB)扩大了广播域，扩大了碰撞域(冲突域)；
   ④ 交换机扩大了广播域，隔离了碰撞域(冲突域)；交换机的每个接口是一个独立的碰撞域。工作在数据链路层(也包括物理层)

23. 以太网交换机自学习和转发帧的流程。

24. 以太网交换机的生成树协议STP
  ① 如何提高以太网的可靠性？  添加冗余链路，但是冗余链路会带来负面效应形成网络链环路，网络环路会带来以下问题: 广播风暴、主机收到重复的广播帧、交换机的帧交换表震荡(漂移)。

  ② 以太网交换机使用生成树协议STP可以在增加冗余链路来提高网络可靠性的同时又避免网络环路带来的各种问题。

25. 虚拟局域网VLAN
  ① 虚拟局域网VLAN出现的背景: 随着交换机以太网规模的扩大，广播域相应扩大，而巨大的广播域会带来很多弊端(广播风暴、难以维护和管理、潜在的安全问题)。开始用分割广播域的方法: 使用路由器可以隔离广播域，但由于路由器成本较高，虚拟局域网VLAN技术应运而生。
虚拟局域网: 是一种将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组的技术，这些逻辑组具有某些共同的需求。

  ② 虚拟局域网的实现机制
      虚拟局域网技术是在交换机上实现的，所以就需要交换机能够实现以下两大功能: 能处理带有VLAN标记的帧，也就是IEEE 802.1Q帧；交换机的各端口可以支持不同的端口类型(不同的端口类型对帧的处理方式有所不同)。
     IEEE 802.1Q帧(Dot One Q帧)对以太网的MAC帧格式进行了扩展，插入了4字节的VLAN标记。 VLAN标记的最后12比特称为VLAN标识符VID，它唯一地标志了以太网帧属于哪一个VLAN.

  ③ 交换机的端口类型有以下三种: Access、Trunk、Hybrid

Access端口:

Trunk端口:

下面为了加深对Trunk端口的理解，例题一道

Hybrid端口:

  端口小结: