计算机网络 学习笔记

第一章 计算机网络体系结构

1.1 计算机网络概述

1.1.1 计算机网络的概念

计算机网络：是一个将分散的，具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
计算机网络是个互联的，自治的计算机集合。
互联-通过通信链路互联互通
自治-无主从关系

1.1.2 计算机网络的组成

1.组成部分

硬件，软件，协议（一系列规则和约定的集合）

2.工作方式

用户直接使用
c/s方式 client/server b/s方式 browser/server
p2p方式 peer-to-peer
核心部分 为边缘部分服务

3. 功能组成

数据通信 资源共享
通信子网 实现数据通信
资源子网 实现资源共享/数据处理

1.1.3 计算机网络的功能

1.数据通信

2.资源共享

同一个计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机的计算机资源行为，可共享硬件，软件，数据。

3.分布式处理

多台计算机各自承担同一工作的不同部分

4. 提高可靠性

替代机

5. 负载均衡

各计算机之间更加亲密

计算机网络的发展

第一阶段
美国国防部高级研究计划局（ARPA）设计一个分散的指挥系统 → ARPAnet阿帕网
→ 希望实现不同网络的互联 → internet 互联网 → 1983年阿帕网接受TCP/IP协议，选定Internet为主要的计算机通信系统
→Internet 因特网
网络把许多计算机连接到一起，而互联网则把许多网络连接在一起，因特网是世界上最大的互联网

第二阶段
1985年起，美国国家科学基金会NSF围绕6个大型计算机中心建设计算机网络，即国家科学基金网NSFnet

第三阶段 多层次的isp结构
isp：因特网服务提供者/因特网服务提供商是一个向广大用户综合提供互联网接入业务，信息业务和增值业务的公司，如中国移动，中国联通，中国电信等，分为主干isp，地区isp和本地isp

1.1.4 计算机网络的分类

1.按分布范围分类
1）广域网（WAN） 交换技术
2）城域网 (MAN)
3）局域网 (LAN) 广播技术
4）个人区域网 (PAN)

2.按使用者分
公用网
专用网

3.按交换技术分
电路交换
报文交换
分组交换

4.按拓扑结构分
总线型 星型 环型 网状型

5.按传输技术分
广播式网络 共享公共通信信道
点对点网络 使用分组存储转发和路由选择机制

6.按传输介质分
有线
无线

1.1.5 计算机网络的标准化工作及相关组织

标准化对于计算机网络来说至关重要。
要实现不同厂商的硬软件之间互通，必须遵从统一的标准。

1.标准化工作
标准的分类
法定标准 由权威的机构指定的正式的，合法的标准 OSI
事实标准 某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准 TCP/IP

RFC ---- 因特网标准的形式
RFC要上升至因特网正式标准的四个阶段：
1）因特网草案， 这个阶段还不是RFC文档
2）建议标准： 从这个阶段开始成为RFC文档
3）草案标准
4）因特网标准

2.标准化工作的相关组织：
国际标准化组织ISO OSI模型，HDLC协议
国际电信联盟（ITU） 制定通信规则
国际电气电子工程师协会（IEEE）学术组织，IEEE802系列标准，5G
Internet 工程任务组IETF 负责因特网相关标准的制定 RFCXXXX

1.1.6 计算机网络的性能指标

1.速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率
比特： 1/0位
连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率
单位是b/s kb/s Mb/s Gb/s Tb/s
发送端------接收端
发送了十位数字用时1s 就是10b/s
速率
千 1kb/s = 10^3 b/s
兆 1Mb/s = 10^3 kb/s = 10^6 b/s
吉 1Gb/s = 10^3 Mb/s = 10^6 kb/s = 10^9 b/s
太 1Tb/s = 10^3 Gb/s = 10^6 Mb/s = 10^9 kb/s = 10^12 b/s

存储容量
1byte（字节） = 8 bit（比特）
1 kB = 2^10B = 1024B = 1024*8 b
1 MB = 2^10 kB = 1024 kB
1 GB = 2^10 MB = 1024 MB
1 TB = 2^10 TB = 1024 TB

2.带宽

“带宽”原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）
计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的一个节点到另一个节点所能通过的“最高数据率”，单位是比特每秒 b/s kb/s mb/s gb/s
网络设备能支持的最高速度

链路带宽 = 1Mb/s
主机在1us内可向链路发1bit数据
传播速率为2*10^8m/s
电磁波1us可向前传播200m

3.吞吐量

表示在单位时间内通过网络（或信道，接口）的数据量 单位b/s kb/s Mb/s等
吞吐量受网络带宽或网络的额定速率的限制

4.时延

指数据（报文/分组/比特流） 从网路（或链路上）的一端传输到另一端所需的时间，也叫延迟或者迟延，单位是s
发送时延（传输时延）从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间
计算公式： 发送时延 = 数据长度/信道带宽（发送速率）

传播时延 取决于电磁波传播速度和链路长度
计算公式： 传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率
处理时延： 检错找出口
排队时延: 等待输入/输出链路可用

因此， 总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

5.时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
单位bit

时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度
即“某段链路现在有多少比特”
容量

6.往返时延RTT

从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认），总共经历的时延
RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多

RTT包括
往返传播时延 = 传播时延*2
末端处理时间

7.利用率

利用率
信道利用率 有数据通过时间/(有+无)数据通过时间
网络利用率 信道利用率加权平均值

1.2 计算机网络体系结构与参考模型

1.2.1 计算机网络分层结构

1.为什么要分层？

发送之前要完成的工作：
（1）发送通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活
（2）要告诉网络如何识别目的主机
（3）发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常
(4) 发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作
(5）确保差错和意外可以被解决

2.怎么样分层？

分层的基本原则：
1.各层之间互相独立，每层只实现一种相对独立的功能
2.镁层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少
3.结构上可分割开，每层都采用最合适的技术来实现
4.保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务
5.整个分层结构应该能促进标准化工作

1.2.2 计算机网络协议，接口服务的概念

1.正式认识分层结构

1.实体

第n层中的活动元素称为n层实体，同一层的事体叫对等实体

2.协议

为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则，标准或约定称为网络协议。【水平】
语法：规定传输数据的格式
语义：规定所要完成的功能
同步：规定各种操作的顺序

3.接口（访问服务SAP）

上层使用下层服务的入口。

4.服务

下层对相邻上层提供的功能调用【垂直】

SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据
PCI协议控制信息：控制协议操作的信息
PDU协议数据单元：对等层次之间的传送的数据单位
PCI + SDU = PDU

2.概念总结

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
计算机网路体系结构简称网络体系结构是分层结构
每层都会遵循某个/些网络协议以完成本层功能
计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
第n层在向第n+1层提供服务时，此服务不仅包括第n+1层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能
仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽
体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件

1.2.3 ISO/OSI参考模型和TCP/IP参考模型

1. ISO/OSI参考模型怎么来的？

为了解决计算机网络复杂的大问题→分层结构（按功能）
提出第一个网络体系结构 IBM公司的SNA
DEC公司的DNA
美国国防部的TCP/IP
目的：支持异构网络系统的互联互通
国际标准化组织（ISO）与1984年提出开放系统互联（OSI）参考模型
但是，理论成功 市场失败

2.ISO/OSI参考模型

巧记：
物联网淑慧试用
物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层

3.ISO/OSI参考模型解释通信过程

4.OSI参考模型各层的功能

（1）应用层

所有能和用户交互产生网络流量的程序
典型应用层服务：
文件传输（FTP）
电子邮件 (SMTP)
万维网 (HTTP)
…

（2）表示层

用于处理在两个通信系统中交换信息的 表示方式（语法和语义）
功能一：数据格式变换 翻译官
功能二： 数据加密解密
功能三： 数据压缩和恢复
主要的协议：JPEG ASCII

（3）会话层

向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。
这是会话，也是建立同步（SYN）
功能一：建立，管理，终止会话
功能二：使用检验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步
适用于传输大文件
主要协议：ADSP ASP

（4）传输层

负责主机中两个进程地通信，即端到端的通信，传输单位是报文段或用户数据报
功能一：可靠传输，不可靠传输
功能二：差错控制
功能三：流量控制
功能四：复用分用
复用：多个应用层进曾可同时使用下面运输层的服务
分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程，
主要的协议： TCP/UDP

（5）网路层

主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务
网络层传输单位是数据报
功能一：路由选择 最佳路径
功能二：流量控制
功能三：差错控制
功能四：拥塞控制
若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态，因此要采取一定措施，缓解这种拥塞
主要协议：IP IPX ICMP IGMP ARP RARP OSPF

（6）数据链路层

主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧
数据链路层/链路层的传输单位是帧
功能一：成帧（定义帧的开始和结束）
功能二：差错控制 帧错+位错
功能三： 流量控制
功能四： 访问（接入）控制 控制对信道的访问

主要协议：SDLC HDLC PPP STP

（7） 物理层

主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输
物理层传输单位是比特
透明传输：指不管所传输的是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送
功能一：定义接口特性
功能二：定义传输模式
单工，半双工，双工
功能三：定义传输速率
功能四：比特同步
功能五：比特编码
主要协议：Rj45 802.3

5.OSI参考模型与TCP/IP参考模型

6.OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点

1.都分层
2.基于独立的协议栈的概念
3.可以实现异构网络互联

7.OSI参考模型与TCP/IP参考模型不同点

1.OSI定义三点：服务，协议，接口
2.OSI先出现。参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
3.TCP/IP设计之初就考虑到易购网互联的问题，将IP作为重要层次
4.

	ISO/OSI参考模型	TCP/IP模型
网路层	无连接+面向连接	无连接
传输层	面向连接	无连接+面向连接

面向连接分为三个阶段:第一阶段是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求，只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这个是第二阶段，接着，当数据传输完毕，必须释放连接，而面向连接没有那么多阶段，他直接进行数据传输

8.五层参考模型

综合了OSI和TCP/IP的优点

应用层：支持各种网络应用 FTP SMTP HTTP
传输层：进程-进程的数据传输 TCP UDP
网络层： 源主机到目的主机的数据分组路由与转发 IP ICMP OSPF等
数据链路层：把网络层传下来的数据报组装成帧 Ethernet PPP
物理层： 比特传输

9.5层参考模型的数据封装与解封装

第二章 物理层

2.1 通信基础

2.1.1 基本概念

1.物理层接口特性

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体
物理层主要作用：确定与传输媒体接口相关的一些特性→定义标准
（1） 机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时采用的规格，接口形状，引线数目，引脚数量和排列情况
（2）电气特性，规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围，阻抗匹配，传输速率和距离限制等
（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途
（4）规程特性（过程特性）：定义各条物理线路的工作规程和时许关系

2.典型的数据通信模型

3.数据通信的相关术语

通信的目的是传送消息（消息：语音，文字，图像，视频等）
数据data：传达信息的实体，通常是有意义的符号序列
数据通信指在不同计算机之间传输表示信息的二进制数0，1序列的过程
信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式
数字信号/离散信号：代表消息的参数的取值是离散的。

模拟信号/连续信号：代表消息的参数的取值是连续的。
信源：产生和发送数据的源头
信宿：接收数据的终点
信道：信号的传输媒介，一般用来表示向某一个方向传送信号的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道

4.设计数据通信系统要考虑的三个问题

1.采用单工通信/半双工通信/全双工通信方式？
2.采用串行通信/并行通信方式？
3.采用同步通信/异步通信方式？

5.三种通信方式

从通信双方信息的交互方式来看，可以有三种基本方式

（1）单工通信

只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道
例如：广播

（2）半双工通信/双向交替通信

通信的双方都可以接收和发送信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道
例如：对讲机

（3）全双工通信/双向同时通信

通信的双方可以同时的发送和接受信息，也需要两条信道
例如：打电话

6.串行传输&&并行传输

（1）并行传输

将表示一个字符的8位二进制数由低位到高位的顺序依次发送

速度慢，费用低，适合远距离

（2）并行传输

将表示一个字符的8位二进制数同时通过8条信道发送

速度快，费用高，适合近距离

7.同步传输&&异步传输

（1）同步传输

同步传输：在同步传输的模式下，数据的传送是以一个数据区块为单位。因此同步传输又称为区块传输，在传送数据时，需要先送出一个或多个同步字符，再送出整批的数据

（2）异步传输

异步传输：异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长，发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方不知道它们会在什么时候抵达，传送数据时，加一个字符起始位，和一个字符终止位。

8.码元

码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），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。这个时长内的信号成为k进制码元，而该时长内的信号成为k进制码元，而该时长成为码元宽度，当码元的离散状态有m个时（m大于2），此时码元为m进制码元
1码元可以携带多个比特的信息量，例如：在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，一种代表1状态

9.数字通信系统数据传输速率的两种表示方式

速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量，可以用码元传输速率和信息传输速率来表示

（1）码元传输速率

码元传输速率：别名，码元速率，波形速率，调制速率，符号速率等，它表达单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可以称为脉冲个数或者信号变化的次数），单位是波特（Baud），1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元
1s传输多少个码元
例：若2s内传输4800个码元，码元传输速率是多少？
4800/2=2400B
数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与码元长度T有关

(2) 信息传输速率：

信息传输速率：别名信息速率，比特速率，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数），单位是比特/秒（b/s）
1s传输多少个比特
关系：如果一个码元携带nbit的信息量，则mBaud的码元传输速率对应的信息传输速率为M×n bit/s

(3)带宽

1.模拟信号系统中，当输入的信号频率高或低到一定程度，使得系统的输出功率称为输入功率的一半的时候，（即-3dB），最高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽，其单位为赫兹（Hz）
2.在数字设备中，表示在单位时间内从网络中的某一个点到另一个点所能通过的**“最高数据率”**或者 单位时间内通过链路的数量，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力，单位是比特每秒（bps）
拥有更宽的带宽，也就是拥有了更大的信息运送能力

2.1.2 奈奎斯特定理和香农定理

1.失真

影响失真程度的因素：
1.码元传输速率
2.信号传输距离
3.噪声干扰
4.传输媒体质量

2.失真的一种现象—码间串扰

信道带宽是信道能通过的最高频率和最低频率之差

码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限的现象

3.奈氏准则（奈奎斯特定理）

奈氏准则：在理想低通（无噪声，带宽受限）的条件下，为了避免码间串扰，极限码元速率为2W Baud W是信道带宽，单位是hz
只有这两个带宽用的是hz
理想地通信道下的极限数据传输率=2Wlog(2)V (b/s)
V:几种码元/码元的离散电平数目
W：带宽（Hz）
1.在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，若传输速率超过此上线，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的完全正确识别称为不可能
2.信道的频带越宽（即能通过的信号高频分狼越高），就可以用更高的速率来进行码元的有效传输
3.奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并没有对信息传输速率给出限制
4.由于码元的传输速率收奈氏准则的制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能接待更多个比特的信息量，这就需要采用多元制的调制方式

4.香农定理

噪声存在于所有的电子设备和通信设备中，由于噪声随机产生，他的瞬时值有时会很大，因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误，但是噪声的影响是相对的，若信号较强，那么噪声的影响相对较少，因此，信噪比很重要
信噪比 = 信号的平均功率/噪声的平均功率，常记为S/N，并用分贝（dB）作为度量单位，即：
信噪比（dB）=10log(10)（S/N） 数值等价
香农定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值
信道的极限数据传输速率= Wlog（2）(1+S/N)(b/s)
S/N:信噪比 S是信道所传信号的平均功率 N是信道内的高斯噪声功率
W：带宽（HZ）
1.信道的带宽或通信中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高
2.对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息的传输速率的上限就确定了
3.只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无差错的传输
4.香农定理得出的为极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少
5.从香农定理可以看出，若信道宽度w或者信噪比S/N没有上限（不可能），那么信道的极限信息传输速率也就没有上限

5.奈氏准则和香农定理的对比

2.1.3 编码与调制

1.基带信号和宽带信号

信道：信号的传输媒介，一般用来表示向某一个方向发送信息的介质，因此一条通信道路上往往包含一条发送信道和一条接收信道

(1) 基带信号：

基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，再送到数字信道上去传输 （基带传输）
来自信源的信号，像计算机输出的代表各种文字或图像文字的数据信号都属于基带信号，基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号

（2）宽带信号

将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，再传送到模拟信道上去传输（宽带传输）
把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）

在传输距离较近的时候，计算机网络采用基带传输方式（近距离衰减小，从而信号内容不易发生变化）
在传输距离较远时，计算机网络采用宽带传输方式（远距离衰减大，即使信号变化大也能最后过滤出来基带信号）

2.编码与调制

(1)数字数据编码为数字信号

1.非归零编码【NRZ】

高1低0
编码容易实现，但没有延错功能，且无法判断一个码元的开始与结束，以至于收发双方难以保持同步

2.曼彻斯特编码

将一个码元分成两个相等的间隔，前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平便是为1，码元0则正好相反，也可以采用相反的规定，该编码的特点是在每一个码元的中间开始跳变，位于中间的跳变既作时钟信号（可用于同步），又做数据信号，但他所占的频带宽度是原始的基带宽度的两倍
每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的二分之一

3.差分曼彻斯特编码

同1异0
常用于局域网传输，其规则是，若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，若为0，则相反，该编码的特点是，在每个码元的中间，都有一次电平的挑战，可以实现自同步，且抗干扰性强于曼切斯特编码

4.归零编码【RZ】

信号电平在一个码元之内都要恢复到零的这种编码方式

5.反向不归零编码【NRZI】

信号电瓶反转表示0，信号电平不变表示1

6.4B/5B编码

比特流中插入额外的比特以打破一连串的0或1，就是用5个比特来编码4个比特的数据，之后再传给接收方，因此称为4B/5B，编码效率为80%
只采用16种对应16种不同的4位码，其他的16种作为控制码（帧的开始和结束，线路的状态信息等）或保留

(2)数字数据调制为模拟信号

数字数据调制技术在发送端在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接收端将模拟信号还原成数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调的过程

（3）模拟数据编码为数字信号

计算机内部处理的是二进制数据，处理的都是数字音频，所以需要将模拟音频通过采样，量化转换成有限个数字表示的离散序列（即实现音频数字化）
最典型的例子就是对音频进行编码的脉码调制（PCM），在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于素材保持及音乐欣赏，CD,DVD以及我们常用的wav文件中均有应用，它主要有三步：抽样，量化，编码

1.抽样

对模拟信号周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号
为了使所得的离散信号能无失真地代表被抽样的模拟数据，要使用采样，
定理进行采样：f采样频率>=2f信号最高频率

2.量化

把抽样取得的电平幅值按照一定地分级标度转化为对应的数字值，并取整数，这就把连续地电平幅值转换为离散的数字量

3.编码

把量化的结果转换为与之对应的二进制编码

（4）模拟数据调制为模拟信号

为了实现传输地有效性，可能需要较高的频率，这种调制方式还可以使用频分复用技术，充分利用带宽资源，在电话机和本地交换机所传输地信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式，模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的

2.1.4 电路交换，报文交换与分组交换

1 .为什么要数据交换？

2.数据交换方式

（1）电路交换

电路交换的原理：
在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前，这条线路一直保持。

特点：独占资源，用户始终占用端到端的固定传输嗲款，适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况
电路交换的优缺点：

电路交换优点	电路交换缺点
传输时延小	建立连接时间长
数据顺序传送，无失序问题	线路独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，信道使用效率低
实时性强，双方一旦建立物理通路，便可以实时通信，适用于交互式会话类通信	灵活性差，双方连接通信中的任何一点出了故障，必须重新建立连接，不适应突发性通信
全双工通信，没有冲突，通信双方有不同的信道，不会争用物理信道	无数据存储能力，难以平滑通信量
适用于模拟信号和数字信号	电路交换时，数据直达，不同类型，不同规格，不同速率的终端难以相互进行通信
控制简单，电流交换的设备以及控制较简单	无法发现与纠错传输差错，难以在通信过程中进行差错控制

（2）存储转发交换方式

（1）报文交换

报文：报文是网络中交换与传输的数据的单元，即站点一次性要发送的数据块，报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长短不一致，长度不限且可变。

报文交换的原理是：

无需在两个站点之间建立一条专用的通路，其数据传输的单位是报文，传送过程采用存储转发的方式
报文交换的优缺点

报文交换的优点	报文交换的缺点
无需建立连接，无建立连接时延，用户可以随时发送报文	实时性差，不适合实时或者交互性业务的数据，数据进入交换结点后要经历存储转发过程，从而引起转发时延
动态分配线路，动态选择报文通过的最佳路径，可以平滑信息量	只适用于数字信号
提高线路可靠性，某条传输路径发生故障，可重新选择另一条路径传输	由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中地每个结点有很大的缓冲区，为了降低成本，减少结点的缓冲存储地容量，有时要把等待转发地报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延
提高线路利用率，通信双方在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通道，多个报文可共享信道
提供多目标服务，一个报文同时发往多个目的地址
在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态，这样就便于类型，规格和速度不同的计算机之间地通信

（2） 分组交换

分组：大多数计算机网络都不能连续的传送任意长的数据，所以实际上网络系统把数据分割成小块，然后逐块地发送，这种一块就称作分组（packet）
分组交换的原理：
分组交换与报文交换的工作方式基本相同，都采用存储转发方式u，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度，一般要128B，发送结点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收，而后将报文划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换，接收结点将收到的分组组成信息或者报文

分组交换的优缺点：

分组交换的优点	分组交换的缺点
无建立时延，无需为通信双方预先建立一条专用通信线路，用户可随时发送分组	尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力
线路利用率高，通信双方在不同的一段一段地都分占这条物理通道，多个分组可共享信道	每个分组都要加控制信息，一定程度上降低了通信效率，增加了处理地时间
简化了存储管理，因为分组地长度固定，相应的缓冲区地大小也固定，在交换结点中存储器地管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易	当分组交换采用数据服务时，可能出现失序，丢失或重新分组，分组到达目的结点时，要对发扽组按编号进行排序等工作，增加了麻烦，若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立，数据传输和虚电路释放三个过程
加速传输，后一个分组的存储可以和前一个分组地转发操作，传输一个分组比一份报文所续缓冲区小，减少等待时间
减少出错几率和重发数据量，提高可靠性，减少传输时延
分组短小，适用于计算机之间秃发式数据通信

数据交换方式的选择

1.传送数据量大，且传送时间远大于呼叫，选择电路交换，电路交换传输时延最小
2.当端到端的通路有很多端的链路组成时，采用分组交换传送数据较为适宜
3.从信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信

1.数据报方式

数据报方式的特点：
1.数据报方式为网路层提供无连接服务，发送方可以随时发送分组，网络中的结点可随时接收分组，
无连接服务：不是先为分组的确是传输路径，每个分组确立确定传输路径，不同分组传输的路径可能不同
2.同一报文的不同分组达到目的结点时候可能发生乱序，重复与丢失3
3.每个分组在传输过程中都必须携带源地址和目的地址，以及分组号
4.分组在交换结点存储转发时候，需要排队等候处理，这会导致带来一定的时延，当通过交换结点的通信量较大或网络发生拥堵时，这种时延会大大增加，交换节点还可根据情况丢弃部分分组
5.网络具有冗余路径，当某一交换结点或一段链路出现故障时，可相应的更新转发表，寻找另一条路径转发分组，适用于突发性通信，不适用于长报文，会话式通信

2.虚电路方式

虚电路连接的特点：
1.虚电路方式为网络层提供连接服务，源节点和目的结点之间建立一条逻辑链接，而非实际物理连接。
连接服务：首先为分组的传输确定传输路径（建立连接），然后沿该路径（连接）传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输结束后拆除链接
2.一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，分组不需要携带源地址，目的地址等信息，包括虚电路号，相对于数据报方式开销小，同一个报文的不同分组到达目的结点是不会乱序，重复和丢失
3.分组通过虚电路上的每个节点时，结点只会进行差错检测，不需进行路由选择
4. 每个结点可能与多个结点之间建立虚电路，每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输，可以对两个数据端点的流量进行控制，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务
5. 致命弱点：当网络中某个结点或某条链路出故障而彻底失效时候，则所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏

2.2 传输介质

2.2.1 双绞线，同轴电缆，光纤与无线传输介质

1.传输介质及分类

传输介质也称传输媒体/传输媒介，他就是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路
传输媒体并不是物理层。 传输媒体在物理层的下面，因为物理层时体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为0层，在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表着什么意思。但物理层规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流

2.导向性传输介质—双绞线

双绞线是古老，又最常用的传输介质，它由两根采用一定规则并排绞合的，相互绝缘的铜导线组成
绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰

为了进一步提高抗电磁干扰能力，可在双绞线外面添加一层由金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线（STP），无屏蔽层的双绞线就称为非屏蔽双绞线（UTP），
双绞线价格便宜，是最常用的传输介质之一，在局域网和传统电话网中普遍使用，模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几公里或者几十公里，距离太远时，对于模拟传输，腰用放大器放大衰减的信号，对于数字传输，要用中继器将失真的信号整形

3.导向性传输介质–同轴电缆

同轴电缆vs双绞线
由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆抗干扰特性比双绞线要好，被广泛用于传输较高速率的数据，其传输距离更远，但价格较双绞线更贵

4.导向性传输介质—光纤

光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤），传递光脉冲来进行通信，有光脉冲表示1，无光脉冲表示0，而可见光的频率大约是10^8MHz，因此光纤通信通信系统的带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽
光纤在发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，他们在电脉冲作用下能产生光脉冲，在接收端用光电二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲
光前主要由纤芯（实心的！）和包层构成，光波通过纤芯进行传导，包层纤芯有较低的折射率，当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角，因此，如果 入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包含时候就会折射回纤芯，这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去

超低损耗，传送超远距离！


光纤的特点：
1.传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
2.抗雷电和电磁干扰性能好
3.无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据
4.体积小，重量轻

5.非导向型传输介质

2.2.2 物理层接口的特征

（1） 机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时采用的规格，接口形状，引线数目，引脚数量和排列情况
（2）电气特性，规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围，阻抗匹配，传输速率和距离限制等
（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途
（4）规程特性（过程特性）：定义各条物理线路的工作规程和时许关系

2.3物理层设备

2.3.1 中继器

**诞生原因：**由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时候，将造成信号失真，因此会导致接收错误
**中继器的功能：**对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，以增加信号传输的距离，延长网络的长度

中继器的两端：两端的网络部分是网段不是子网，适用于完全相同的两类网络的互联，且两个网速速率要相同
中继器只将在任何电缆上的数据发送到另一段电缆上，它仅作用于信号的电气部分，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据
两端可以连接相同媒体，也可以连接不同媒体
中继器两端网段一定要是同一个协议（中继器不会存储转发）
5-4-3规则： 网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，因而中继器只能在规定的范围内进行，否则会网络故障

2.3.2集线器（多口中继器）

再生，放大信号
集线器的功能： 对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有（除输入端口外）处于工作转台的端口上，以增加信号传输的距离，延长网路的长度，不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备

第三章 数据链路层

3.1数据链路层的功能

1.数据链路层的研究思想

2.数据链路层基本概念

结点：主机，路由器
链路：网络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线，光纤和微波，分为有线链路，无线链路
数据链路：网络中两个节点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路
帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报
数据链路层负责通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报

3.数据链路层功能描述

数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠的传输到相邻节点的目标机网络层，其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差别的数据链路，使之为网络层表现为一条无差错的链路

3.1.1为网络层提供服务

功能一：为网络层提供服务，无确认无连接服务，有确认无连接服务，有确认面向连接服务 （有链接一定有确认）

3.1.2 链路管理

功能二：链路管理，即连接的建立，维持，释放（用于面向连接的服务），

3.1.3 指定界，帧同步与透明传输

功能三：组帧

3.1.4流量控制

功能四：流量控制

3.1.5差错控制

功能五：差错控制（帧错/位错）

3.2 组帧

1.封装成帧

封装成帧就是在一段数据的前后添加头部和尾部，这样就构成了一个帧，接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束
首部和尾部都包含着许多的控制信息，他们都有一个重要作用：帧定界（确定帧的界限）
帧同步：
接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分帧的起始和终止
组帧的四种方法：1.字符计数法2.字符（节）填充法 3.零比特填充法4.违规编码法

2.透明传输

透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送，因此，链路层就“看不见”有什么妨碍数据传输的东西
当所传数据中的比特组合恰巧与某一个控制信息完全一样时，就必须采取适当的措施，使收方不会将这样的数据误认为是某种控制信息，这样才能保证数据链路层的传输是透明的

3.2.1 字符计数法

镇首部使用一个计数字符（第一个字符，八位）来标明帧内的字符数

.痛点：鸡蛋装在一个篮子里

3.2.2 字符填充法

1. 当传送的帧是由文本文件组曾时（文本文件的字符都是从键盘上输入的，都是ASCII码，）不管从键盘上输入什么东西都能放到帧里传过去，即透明传输
2. 当传送的帧是由非ASCII码的文本文件组成时（二进制代码的程序或者图像等等）就要采用字符填充方式实现透明传输
   

3.2.3 零比特填充法

5“1”1“0”

3.2.4 违规编码法

由于字节计数法种Count字段的脆弱性（其值若有差错将导致灾难性后果）及字符填充实现上的复杂性和不兼容性，目前较为普遍的使用的帧同步法是比特填充法和违规编码法

3.3 差错控制

3.3.1 检错编码

1.差错从何而来？

概括来说，传输中的差错都是由于噪声引起的。
全局性：1.由于线路本身电气特性所产生的随机噪声（热噪声），是信道固有的，随机存在的
解决方法：提高信噪比来减少或避免干扰（对传感器下手）
局部性: 2.外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。
解决方式：通常利用编码技术来解决

链路层为网络层提供服务：无确认无连接服务（通信质量好，有线传输链路），有确认无连接服务，有确认面向连接服务（通信质量差的无线传输链路）

2.数据链路层的差错控制

物理层编码vs数据链路层编码
数据链路层编码和物理层编码的数据编码与调制不同，物理层编码针对的是单个比特，解决传输过程中比特的同步等问题，如曼彻斯特编码。而数据链路层的编码针对的是一组比特，它通过冗余码的技术实现一组二进制比特串在传输过程中是否出现了差错

（1）奇偶校验码

奇偶校验码特点：
只能检测出奇数个比特错误，检错能力为50%

（2）CRC循环冗余码

在数据链路层仅仅使用循环冗余检验CRC差错检验技术，只能做到对帧的无差别接收，即”凡是接收端数据链路层接受的帧，我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。接收端丢弃的帧虽然曾收到了，但是最终还是因为有差错被丢弃，“凡是接收端数据链路层接收的帧均无差错”
“可靠传输”：数据链路层发送端发送什么，接收端就收到什么
链路层使用CRC传输，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输

3.3.2 纠错编码

海明码

1.海明距离

两个合法编码（码字）的对应比特取值不同的比特数称为这两个码字的海明距离（码距），一个有效编码集中，在意两个合法编码（码字）的海明距离的最小值称为该编码集的海明距离（码距）

	检错	纠错
位数	d	d
码距	d+1	2d+1

2.海明码检验流程

1.确定检验码位数r

数据/信息有m位，冗余码/校验码有r位
（检验码一共有2^r种取值）
2^r>=m+r+1 (海明不等式)

2.确定检验码和数据的位置

3. 求出校验码的值

4.检错并纠错

3.4 流量控制与可靠传输机制

3.4.1流量控制，可靠传输与滑动窗口机制

1.数据链路层的流量控制

较高的发送速度和较低的接受能力不匹配，会造成传输出错，因此流量控制也是数据链路层的一项重要工作
数据链路层的流量控制是点对点的，传输层的流量控制是端到端的
数据链路层流量控制手段：接收方收下就不回复确认
传输层流量控制手段:接收端发送端一个窗口公告

2.流量控制的方法

停止-等待协议

滑动窗口协议 （后退N帧协议（GBN））（选择重传协议（SR））

3.可靠传输，滑动窗口，流量控制

可靠传输：发送端发啥，接收端接啥。
流量控制：控制发送速率，使接收方有足够的缓冲空间来接收每一个帧

3.4.2 单帧滑动窗口与停止等待协议

1.为什么要有停止·等待协议？

除了比特出差错，底层信道还会出现丢包问题
丢包：物理线路故障，设备故障，病毒攻击，路由信息错误等原因，会导致数据包的丢失
为了实现流量控制

2.研究停止等待协议的前提？

虽然我们现在次啊用全双工通信方式，但为了讨论问题方便，仅考虑一方发送数据（发送方），一方接收数据（接收方）
因为是在讨论可靠传输的原因，所以并不考虑数据是在那一层此上传送的。
”停止-等待“就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方确认，在收到确认后再发送下一个分组。

3.停等协议有几种应用的情况？

无差错情况&&有差错情况

（1）无差错情况

（2）有差错情况

1.数据帧丢失或检测到帧出错

!注意：
1.发完一个帧之后，必须保留它的副本
2.数据帧和确认帧必须编号

2.ACK（确认帧）确认帧丢失

3.ACK（确认帧）迟到

4.停等协议性能分析

简单
信道利用率太低

5.信道利用率

发送方在一个发送周期内，有效地发送数据所需要的时间占整个发送周期的比率
信道利用率=（L/C）/T
T:发送周期：从开始发送数据到收到第一个确认帧为止
L：T内发送L比特数据
C：发送方数据传输率
信道吞吐率=信道利用率*发送方的发送速率

6.停等协议的弊端

3.4.3多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN）

1.后退n帧协议中的滑动窗口

发送窗口：发送方维持一组连续的允许发送的帧的序号


接收窗口：接收方维持一组连续的允许接收帧的序号

2.GBN发送方必须响应的三件事

1.上层的调用
上层要发送数据时候，发送方先要检查发送窗口是否已满，如果未满，则产生一个帧并发送，如果窗口已满，发送方只需要将数据返回给上层，暗示上层窗口已满，上层等一会再发送，（实际现实中，发送方可以缓这些数据，窗口不满时再发送帧）
2.收到了一个ack
GBN协议中，对n号帧的确认采用累计确认的方式，标明接收方已经收到n号帧和它之前的全部帧
3.超时事件
协议的名字为后退n帧/回退n帧，来源于出现丢失和时延过长时发送方的行为，就像在停等协议一样，定时器将再次用于恢复数据或确认帧的丢失，如果出现超时，发送方重传所有已发送但未被确认的帧

3.GBN接收方要做的事

（√）如果正确收到n号帧，并且按序，那么接收方为n帧发送一个ACK，并将该帧中的数据部分交付给上层
（×）其余情况都丢弃帧，并为最近按序接收的帧重新发送ACK。接收方无需缓存任何失序帧，只需要维护一个信息：exceptedsequnum（下一个按序接收的帧序号）

4.运行中的GBN

5.滑动窗口长度

若采取n个比特对帧编号，那么发送窗口的尺寸Wt应该满足： 1<=wt<=2^n-1 因为发送窗口的尺寸过大，就会使得接收方无法分别新帧和旧帧

6.GBN协议重点总结

1.累计确认（偶尔稍带确认）
2.接收方只按顺序接收帧，不按序无情丢弃
3.确认序列号最大的，按需到达的帧
4.发送窗口最大为2^n-1，接收窗口大小为1

例题一：

例题二：

7. GBN协议性能分析

（优点）因连续发送数据而提高了信道利用率
（缺点）在重传时必须把原来正确传送的数据帧重传，是传送效率降低

8.GBN协议的弊端

累计确认→批量重传
可不可以只重传出错的帧？
解决方法：设置单个确认，同时加大接受窗口，设置接收缓存，缓存乱序到达的帧

3.4.4 多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）

1.选择重传协议的重传窗口

2.SR发送方必须相应的三件事

1.上级的调用
从上层收到数据后，SR发送方检查一个可用于该帧的信号，如果序号位于发送端口内，则发送数据帧；否则就像GBN一样，那么将数据缓存，那么返回给上层之后再传输
2.收到了一个ACK
如果收到ACK，加入该帧信号在窗口内，则SR发送方将那个被确认的帧标记为已接收，如果该帧序号是窗口的下界（最左边第一个窗口对应的序号），则窗口向前移动到具有最小序号的未确认帧处，如果窗口移动了并且有序号在窗口内的未发送帧，则发送这些帧
3.超时事件：
每个帧都有自己的计时器，一个超时事件发生后只重传一个帧

3.SR接收方要做的事情

（√） 来者不拒（窗口内的帧）
SR接收方会确认一个正确的帧而不管是否按序，失序的帧都要被缓存，并返回给发送方一个该帧的确认帧 【收谁确认谁 】 ，直到所有帧（即序号更小的帧）皆被收到位置，这时才能交将一批帧按序交付给上层，然后 ** 向前移动滑动窗口 **

4.滑动窗口长度

5.滑动窗口长度

发送窗口最好等于接收窗口

6.SR协议重点总结

1.对数据帧逐一确认，收一个确认一个
2.只重传出错帧
3.接受方有缓存的
4.

例题1

3.5 介质访问控制（ MAC协议）

1.传输数据使用的两种链路

点对点链路：
两个相领节点通过一个链路相连，没有第三者
应用：PPP协议 常用于广域网
广播式链路：
所有主机共享通信介质
应用：早期的总线以太网，无线局域网，常用于局域网
典型的拓扑结构：总线型，星型（逻辑总线型）

2.介质访问控制

控制访问控制的内容就是，采用一定的措施，使得两对结点之间的通信不会发生相互干扰的情况。

3.5.1 信道划分介质访问控制

信道划分介质访问控制，将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔离开，把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备

多路复用技术
把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使得多个计算机或终端设备共享信道资源，提高信道利用率

把一条广播信道，逻辑上分成几条用于两个结点之间通信的互不干扰的子信道 ，实际就是把广播信道装变为点对点信道

1.频分多路复用FDM

用户在分配到一定的频带后，在通信过程中至始至终都占用这个频带，频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽（频率带宽）资源
充分利用传输介质带宽，系统效率较高，由于技术比较成熟，实现起来也比较容易

2.时分多路复用TDM

TDM帧是在物理层传送的比特流所划分的帧，标志一个周期
将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧），每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙，所有用户轮流占用信道
频分复用—“并行”
时分复用—“并发”

3.改进的时分复用----统计时分复用STDM

每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM帧中，一个STDM帧满了就发出。STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态分配时隙

4.波分多路复用WDM

波分多路复用就是光的频分多路复用，在一根光纤中传输多种不同波长（频率）的光信号，由于波长（频率）的不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来

5.码分多路复用CDM

码分多址（CDMA）是码分复用的一种方式
1个比特分为多个码片/芯片（chip），每一个站点被指定一个唯一的m位的芯片序列，发送1时发送芯片序列（通常把0写为-1）
发送1时站点发送芯片序列，发送0时发送芯片序列反码

1.多个站点同时发送数据的时候，要求各个站点的芯片序列相互正交，规格化内积为0.。

2.两个向量到了公共信道上，线性相加
3.数据分离，合并的数据和源站规格化内积

3.5.2 随机访问介质访问控制

1.ALOHA协议

（1）纯ALOHA协议

纯ALOHA协议思想：不监听信道，不按时间槽发送，随机重发。想发就发

冲突如何检测？
如果发生冲突，接收方在就会检测出差错，然后不予确认，发送方在一定时间内收不到就判断发生冲突。
冲突如何解决？
超时后等一随机时间再重传。

（2）时隙ALOHA协议

时隙ALOHA协议的思想，把时间分为若干个大小相等的时间片，所有用户在时间片开始同步接入网络信道，若发生冲突，则为必须等到下一个时间片开始时刻再发送
控制想发就发的随意性

（3）关于ALOHA要知道的事

1.纯ALOHA协议比时隙ALOHA协议吞吐量更低，效率更低
2.纯ALOHA想发就发，时隙ALOHA协议只有在时间片段开始时才能发

2.CSMA协议

载波监听多路访问协议CSMA(carrier sense multiple access)
CS:载波侦听/监听，每一个站在发送数据之前需要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据
当几个占同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加），当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞，即发生了冲突
MA：多点接入 表示许多计算机已多点接入的方式连接在一根总线上。
协议思想：发送帧之前，监听信道
监听结果有两种：
信道空闲：发送完整帧
信道忙：推迟发送
此刻拥有三种协议 ：1-坚持CSMA 非坚持CSMA p-坚持CSMA

（1）1-坚持CSMA

坚持指的是监听信道忙之后的坚持
1-坚持CSMA思想：如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道
空闲则直接传输，不许等待
忙则一直监听，直到空闲马上传输
如果有冲突（一段时间内未收到肯定回复），则等待一个更长的时间去监听，重复上述过程
优点：只要媒体空闲，站点就马上发送，避免了媒体利用率的损失
缺点：假如有两个或两个以上的站点有数据要发送，冲突就不可避免

（2）非坚持CSMA

非坚持指的是监听信道忙之后就不继续监听
非监听CSMA思想：如果一个主机要发送信息，那么它先监听信道
空闲则直接传输，不必等待
忙则等待一个随机时间之后，再进行监听
优点：采用随机的重发延迟时间可以减少冲突发生的可能性
缺点：可能存在大家都在延迟等待过程中，使得媒体仍可能处于空闲状态，媒体使用率降低

（3）p-坚持CSMA

p-支持指的是对于监听空闲信道空闲的处理
p-坚持CSMA思想：如果一个主机想要发送消息，那么它先监听信道
空闲则以p概率直接传输，不必等待，概率1-p等待到下一个时间艚再传输
忙则持续监听直到信道空闲再以p概率发送
若发生冲突则等到下一个时间艚开始再监听并重复上述过程
优点：既能像非坚持协议那样减少冲突，又能像1-坚持算法那样减少媒体空闲时间的这种方案
但是，发生冲突后还要支持把数据发完，造成了浪费

（4）三种CSMA对比总结

3.CSMA/CD协议

载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection)
CS:载波监听/监听 每一个站在发送数据之前以及发送数据时都要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据
MA:多点接入，表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。总线型网络
CD：碰撞检测（冲突检测），”边发送边监听“，适配器边发送边检测信道上的信号电压的变化情况，以便判断自己是否在发送数据时其他站是否也在发数据 半双工网络

（1）传播时延对载波监听的影响

（2）如何确定碰撞后的重传时机？

截断二进制指数规避算法
1.确定基本退避（推迟）时间为争用期2γ
2.定义参数k，它等于重传次数，但k不超过10，即k=min【重传次数，10】.当重传次数不超过10时，k等于重传次数，当重传次数大于10时，k就不再增大而一直等于10
3.从离散的整数集合【0，1，。。，2^k-1】中随机取出一个数r，重传所需要退避的时间就是r倍的基本退避时间，即2rγ
4.当重传达16次时仍不能成功时，说明网络太拥挤，以为此帧永远无法正确发出，抛弃此帧并向高层报告出错

(3)最小帧长问题

最小帧长：帧的传输时延至少要两倍于信号在总线中的传播时延

3.CSMA/CA协议

载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CA(carrier sense multiple access with collision avoidance)
为什么要有CSMA/CA?→无线局域网
无法做到360°全面检测碰撞
隐蔽站 当A和C都检测不到信号，认为信号空闲时，同时向中断b发送数据帧，就会导致冲突

1.CSMA/CA协议工作原理

发送数据前，先检测信道是否空闲
空闲则发出RTS（request to send ）RTS包括发射端的地址，接收端的地址，下一份数据将持续发送的时间等信息，信道忙则等待
接收端收到RTS后，将响应CTS(clear to send)
发送端收到CTS后，开始发送数据帧（同时预约信道，发送方告知其他站点自己要传多少数据）
接收端收到数据帧后，将用CRC来检验数据是否正确，正确则响应ACK帧
发送方收到ACK就可以进行下一个数据帧的发送，若没有则一直重传至规定重发次数为止（采用二进制指数退避算法来确定随机的推迟时间）
1.预约信道
2.ACK帧
3.RTS/CTS帧（可选）

2.CSMA/CD与CSMA/CA

3.5.3 论询访问介质访问控制

1.介质访问控制

信道划分介质访问控制（MAC Multiple Access Control）协议：
基于多路复用技术划分资源
网络负载重：共享信道效率高，且公平
网络负载轻：共享信道效率低
随机访问MAC协议：
用户根据意愿随机发送信息，发送信息时可独占信道带宽
网络负载重：产生冲突严重
网络负载轻：共享信道效率高，单个结点可利用信道全部带宽
论询访问MAC协议/轮流协议/轮转访问MAC协议
既要不产生冲突，又要发送时占全部带宽

2.轮询协议

主节点会轮流邀请从属结点发送数据

问题：
1.论询开销 2.等待延迟3.单点故障

3.令牌传递协议

令牌：一个特殊格式的MAC控制帧，不含任何信息
控制信道的使用，确保同一时刻只有一个结点独占信道。
令牌环网无碰撞
每个结点都可以在一定的时间内（令牌持有时间内）获得发送数据的权力，并不是无限制的持有令牌
问题：
1.令牌开销
2.等待延迟
3.单点故障
应用于令牌环网（物理星形拓扑，逻辑上环形拓扑）
采用令牌传送方式的网络常用于负载较重，通信量较大的网络中

3.6 局域网

3.6.1 局域网的基本概念和体系结构

局域网（Local Area Network）简称LAN，是值在某一个区域内由多台计算机互联城的计算机组，使用广播信道
特点1：覆盖的地理范围较小，只在一个相对独立的局部范围内互联，如一座或集中的建筑群内。
特点2：使用专门铺设的传输介质（双绞线，同轴电缆）进行联网，数据传输率高（10Mb/s~10Gb/s）
特点3：通信延迟时间高短，误码率低，可靠性较高
特点4：各站为平等关系，共享数据信道
特点5：多采用分布式控制和广播式通信，能进行广播和组播
决定局域网的主要要素为：网络拓扑，传输介质与介质访问控制方式

1.局域网拓扑结构

2.局域网的传输介质

有线局域网：常用介质：光纤 同轴电缆 双绞线
无线局域网：常用介质：电磁波

3.局域网介质访问控制方式

1.CSMA/CD 常用于总线型局域网，也用于树形网络
2.令牌总线 常用于总线型局域网，也用于树形网络
他是把总线型或树形网络中的各个工作站按一定顺序如按接口地址大小排列成一个逻辑环。只有令牌持有者才能控制总线，才有发送信息的权力
3.令牌环 用于环形局域网如令牌环网

4.局域网的分类

1.以太网
以太网是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网(10Mbps)，快速以太网（100Mbps），千兆以太（1000Mbps）和10G以太网，他们都符合IEEE802.3系列标准规范，逻辑拓扑总线型，物理拓扑是星型或者拓展星形，使用CSMA;/CD

2.令牌环网
物理上采用了星形拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构，已经是“昨日黄花”
3.FDDI网
物理上采用了双环拓扑结构，逻辑上是环形拓扑结构
4.ATM网
较新型的单元交换技术，使用53字节固定长度的单元进行交换
5.无线局域网 （WLAN）采用IEEE 802.11标准

5.IEEE 802标准

IEEE 802系列标准是IEEE 802 LAN/MAN 标准委员会指定的局域网，城域网技术标准（1980年2月成立）。其中最广泛使用的有以太网，令牌环，无线局域网等，这一系列标准中的每一个子标准都由委员会中的一个专门工作组负责
802.2 以太网
802.5 令牌环网
802.8 光纤
802.11 无线局域网

6.MAC子层和LLC子层

IEEE 802标准所描述的局域网参考模型只对应OSI参考模型的数据链路层与物理层，他将数据链路层划分为逻辑链路层LLC子层和介质访问控制MAC子层

3.6.2 以太网与IEEE 802.3

1.以太网概述

以太网（Ethernet）指的是由Xerox公司创建并由Xeros，Intel和DEC公司联合开发的基带总线局域网规范，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，以太网络采用的是CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术
以太网在局域网各种技术中统治性地位：
1.造假低廉（以太网网卡不到100块钱）
2.是应用最广泛的局域网技术
3.比令牌环网，ATM网便宜，简单
4.满足网络速率要求：10Mb/s~10Gb/s
以太网的两个标准：
DIX Ethernet V2：第一个局域网产品（以太网）规约
IEEE 802.3:IEEE 802委员会802.3工作组指定的第一个IEEE的以太网标准 （帧格式有一丢丢改动）
802.3局域网=以太网

2.以太网提供无连接，不可靠的服务

无连接：发送方和接收方之间无“握手过程”
不可靠：不对发送方的数据帧编号，接收方不向发送方进行确认，差错真直接丢弃，差错纠正由高层负责
以太网只实现无差错接收，不实现可靠传输

3.以太网传输介质与拓扑结构的发展

4. 10BASE-T以太网

10BASE-T是传送基带信号的双绞线以太网，T表示采用双绞线，线10BASE-T采用的是无屏蔽双绞线（UTP），传输速率为10Mb/s
物理上采用星型拓扑，逻辑上总线型，每段双绞线最长为100m
采用曼彻斯特编码
采用CSMA/CD介质访问控制

5.适配器与MAC地址

计算机与外界有局域网的连接是通过通信适配器的

在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或MAC地址【实际上的标识符】
MAC地址，每一个适配器有一个全球唯一的48位二进制地址，前24位代表厂商（由IEEE规定）后24位厂商自己指定，常用6个十六进制数表示

6.以太网的MAC帧

常用的MAC帧采用的是以太网V2的格式

与IEEE 802.3的区别：
1.第三个字段是长度/类型
2.当长度/类型字段值小于0x0600时，数据字段必须装入LLC子层

7.高速以太网

速率>=100Mb/s的以太网称为高速以太网
1.100BASE-T以太网
在双绞线上传送的100Mb/s基带信号的星形拓扑结构以太网，仍使用IEEE 802.3的CSMA/CD协议
支持全双工和半双工，可在全双工方式下工作而无冲突
2.吉比特以太网
在光纤或双绞线上传送1Gb/s信号
支持全双工和半双工，可在全双工方式下工作而无冲突
3.10吉比特
10吉比特以太网在光纤上传送10Gb/s信号
只支持全双工，无争用问题

3.6.3 IEEE 802.11 无线局域网

1.IEEE 802.11

IEEE 802.11 是无线局域网通用的标准，他是由IEEE所定义的无线局域网通信的标准

2.802.11的MAC帧头格式

3.无线局域网的分类

(1) 有固定基础设施无线局域网

(2)无固定基础设施无线局域网的自组织网络

3.7 广域网

3.7.1 广域网的基本概念

广域网（WAN，Wide Area Network），通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能链接多个城市或国家，或黄跨几个州并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术，广域网的通信子网可以利用共用分组交换网，卫星通信网和无线分组交换网，他将分布在不同地区的局域网，它将分布在不同地区的局域网或者计算机系统互联起来，达到资源共享的目的。如因特网（internet）是世界范围内最大的广域网

3.7.2 PPP协议

1.PPP协议的特点

点对点协议PPP（point-to-point Protocol）是目前使用最广泛的数据链路层协议，用户使用拨号电话接入因特网时一般都是使用PPP协议

2.PPP协议应满足的要求

简单 对于链路层的帧，无需纠错，无需序号，无需流量控制
封装成帧 帧定界符
透明传输 与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理，异步线路用字节填充，同步线路用比特填充
多种网络层协议封装的ip数据报可以采用多种协议
多种类型链路 串行/并行 同步/异步 电/光…
差错控制错就丢弃
检测连接状态 链路是否正常工作
最大传送单元 数据部分最大长度MTU
网络层地址协商 直到通信双方的网络层地址
数据压缩协商

3.PPP协议无需满足的要求

纠错
流量控制
序号
不支持多点线路

4.PPP协议的三个组成部分

1.一个将IP数据包封装到串行链路（同步串行/异步串行）的方法
2.链路控制协议LCP，建立并维护数据链路连接。身份验证
↓
3.网络控制协议NCP：PPP支持多种网络层协议，每个不同的网络层协议都要一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑链接

5.PPP协议的状态图

6.PPP协议的帧格式

面向字节

3.8 数据链路层设备

1.物理层拓展以太网

3.8.1 局域网交换机及工作原理

1.多接口网桥----以太网交换机

2.以太网交换机的两种交换方式

直通式交换机
查完目的地址 （6B）就立刻转发
延迟小：可靠性低，无法支持具有不同速率的端口的交换

存储转发式交换机
将帧放入高速缓存，并检查否正确，正确则转发，错误则丢弃，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口的交换

3.冲突域和广播域

冲突域：在同一个冲突域中的每一个结点都能收到所有被发送的帧。简单地说就是同一时间内只能有一台设备发送信息的范围
广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单地说如果站点发出一个广播信号，所有能接收到这个信号的设备范围称为一个广播域

第四章 网络层

4.1 网络层的功能

主要任务：是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主 机提供通信服务。网络层传输单位是数据报
功能一：路由的选择与分组转发 最佳路径
功能二：异构网络互联
功能三：拥塞控制
若所有节点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。
way1：开环控制 静
way2：闭环控制 动

4.1.1 异构网络互联

4.1.2 路由与转发

4.1.3 拥塞控制

4.2 路由算法

最佳路由：”最佳“只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。

4.2.1 静态路由与动态路由

路由算法分为
静态路由算法（非自适应路由算法） 管理员手工配置路由信息
渐变，可靠，在负载稳定，拓扑变化不大的网络中运行效果很好，广泛用于高度安全性的军事网络和较小的商业网络。
路由更新慢，不适合于大型网络。
动态路由算法（自适应路由算法） 路由器彼此交换信息，按照路由算法优化出路由表项。
路由更新快，使用大型网络，及时响应链路费用或网络拓扑变化
算法复杂，增加网络负担。
动态路由算法分为.

4.2.2 距离向量路由算法 RIP

分散性 距离向量路由算法 RIP
路由器只掌握物理相连的邻居即链路费用

4.2.3 链路状态路由算法 OSPF

全局性 链路状态路由算法 OSPF
所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息

4.2.4 分层次的路由选择协议

（1）因特网的规模较大
（2）许多单位不想让外界知道自己的路由选择协议，但还想接入因特网
↓
资质系统AS:在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由协议确定在AS之间的路由。
一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管辖，一个自治系统的所有路由器在本自治系统内部必须连通。
路由选择协议分为：
内部网关协议IGP 一个AS内使用的 RIP,OSPT
外部网关协议EGP AS之间使用的 BGP

4.3 IPv4

4.3.1 IPv4分组

1.IP数据报的格式

（1）TCP/IP协议栈

（2）IP数据报的格式

版本：IPv4/IPv6
首部长度：单位是4B，最小为5
区分服务：指示期望获得哪种类型的服务
总长度：首部+数据 单位是1B
生存时间（TTL）：IP分组的保质期，经过一个路由器-1，变成0则丢弃
协议：数据部分的协议
首部检验和：只检查首部
源IP地址和目的IP地址：32位
可选字段0~40B，用来支持排错，测量以及安全等措施
填充：全0，把首部补成4B的整数倍

2.IP数据报分片

（1）最大传送单元MTU

链路层数据帧可封装数据的上限。
以太网的MTU是1500字节

如果所传送的数据报长度超过某链路的MTU的值？
解决方法：分片

（2）IP数据报格式

标识：同一数据报的分片使用同一标识
标识：只有2位有意义 x _ _
中间位DF（Don’t Fragment）
DF=1 禁止分片
DF=0 允许分片
最低位MF（More Fragment）
MF=1 后面还有分片
MF=0 代表最后一片/没分片
偏偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8B位单位
↓
除了最后一个分片，每个分片的长度一定是8B的整数倍

（3） 例题

（4）单位

总长度的单位是1B
片偏移的长度是8B
首部长度单位是4B

4.3.2 IPv4地址与NAT

1.IPv4地址

（1）IP地址

（2）IP编址的历史阶段

分类的IP地址
子网的划分
构成超网（无分类编制方法）

（3）分类的ip地址

IP地址：全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口
IP地址：：={<网络号>,<主机号>}

（4） 特殊ip地址

(5) 私有IP地址

2.NAT（网络地址转换）

路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发

网络地址转换NAT（Network Address Translation）在专业网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址

4.3.3 子网划分与子网掩码 CIDR

1.子网划分

分类的IP地址的弱点：
1.IP地址空间的5利用率有时很低
2.两级IP地址不够灵活

某单位划分1子网后，对外仍表现为一个网络，即本单位外的网络看不见本单位内子网的划分

2.子网掩码

IP地址与子网掩码相与，成为网络地址

3.子网掩码习题

4.使用子网时分组的转发

5.无分类编址CIDR

B类地址很快将分配完毕
路由表中的项目极具增长！

无分类的域间选择CIDR：
1.消除了传统的A类,B类，C类地址以及划分子网的概念 2.融合子网地址与子网掩码，方便管理子网划分
CIDR记法：IP地址后加上”/“，然后写上网络前缀（可以任意长度）的位数， eg：128.14.32.0/20
CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个”CIDR地址块”
128.14.35.7/20 是某CIDR地址块中的一个地址

6.构成超网

将多个子网合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合
方法：将网络前缀缩短（所有网络的地址取交集）

7.构成超网例题

多个子网的地址取交集

8.最长前缀匹配

使用CIDR时，查找路由表可能得到几种匹配结果（跟网络掩码按位相与），应该选择具有最长网络前缀的路由，前缀越长，地址块越小，路由越具体。

9.最长匹配前缀例题：

4.3.4 ARP,DHCP和ICMP

1.ARP协议

（1）发送数据的过程

(2)ARP协议的概念

由于在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用MAC地址
↓
ARP协议：完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射。（解决下一跳走哪的问题？）
ARP协议的使用过程
检查ARP协议的高速缓存，有对应表则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为 FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组，同一局域网中，所有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相应分组，源主机收到后将此映射写入ARP缓存（10··20min更新一次）
ARP协议要面对的四种典型情况：
1.主机A发给本网络上的主机B，用ARP找到主机B的硬件地址
2.主机A发给另一个网络上的主机B，用ARP找到本网络上一个路由器（网关）的硬件地址
3.路由器发给本网络的主机A，用ARP找到主机A的硬件地址
4.路由器发给另一个网路的主机B，用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址
ARP协议自动进行

（3）ARP协议习题

2.DHCP协议

（1）主机如何获得IP地址？

静态配置
IP地址
子网掩码
默认网关

动态分配

（2）DHCP协议的概念

动态主机配置协议DHCP是应用层协议，使用客户/服务器方式，客户端和服务器通过广播方式进行交互，基于UDP
DHCP提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址，子网掩码，默认网关，DNS服务器名称与IP地址，允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租
1.主机广播DHCP发现报文
“有没有DHCP服务器呀？”
试图找到网络中的服务器，服务器获得一个ip地址。

2.DHCP服务器广播DHCP提供报文
“有！”“有！”“有！”
服务器拟i让分配给主机一个IP地址及祥光配置，先到先得

3.主机广播DHCP请求报文
“我用你给我的IP地址啦？”
主机向服务器请求提供IP地址。

4.DHCP服务器广播DHCP确认报文
“用吧！”
正式将IP地址分配给主机。

3.ICMP协议

(1)TCP/IP协议栈

（2）网际控制报文协议ICMP

ICMP协议支持主机或路由器:
差错（或者异常）报告 →发送特点ICMP报文
网络探询
ICMP报文分为两种：ICMP差错报文 ICMP询问报文

（3）ICMP差错报告报文（5种）

1.终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时就向原点发送重点不可达报文
无可交付
2.源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢。
拥塞丢数据 （× 不用到了）
3.时间超过：当路由器收到主存时间TTL=0的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文，当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。
TTL=0
4.参数问题： 当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。
首部字段有问题
5.改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应该将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的理由）
值得更好的路由

（4）不应发送ICMP差错报文的情况

1.对ICMP差错报告报文不在发送ICMP差错报告报文
2.对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报文
3.对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文
4.对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送ICMP差错报告报文

(5)ICMP询问报文

1…回送请求和回答报文
主机或路由器向特定目的主机发出的询问，收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文
测试目的站是否可以到达以及了解其相关状态
2.时间戳请求和回答报文
请某个主机或路由器回答当前的日期和时间
用来进行时钟同步和测量时间
3.掩码地址请求和回答报文（×）
4.路由器询问和通告报文（×）

（6）ICMP的应用

PING 测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文
Traceroute ：跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文

4.4 IPv6

4.4.1 IPv6的主要特点

1.为什么有IPv6？

32位IPv4地址空间已分配殆尽
CIDR NAT 治标不治本
IPv6 从根本上解决地址耗尽问题
改进首部格式
快速处理/转发数据报
支持QoS
QoS（Quality of Service，服务质量）指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术

2.IPv6数据报格式

版本：指明了协议版本，总是6
优先级：区分数据报的类别和优先级
流标签:"流"是互联网网络上从特定源点到特点源点的一些列数据报，所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标签。
下一个首部：标识下一个拓展首部或上层协议首部
跳数限制：相当于IPv4的TTL

3.IPv4和IPv6

1.IPv6将地址从32位（4B）扩充到128位(16B)，更大的地址空间
2.IPv6把IPv4的校验和字段彻底移除，以减少每跳的处理时间
3.IPv6将IPv4的可选字段移出首部，变成拓展首部，成为灵活的首部格式，路由器通常不对拓展首部进行检查，大大提高了路由器的处理效率。
4.IPv6支持即插即用（即自动配置），不需要DHCP协议
5.IPv6首部长度必须得是8B的整数倍，IPv4首部是4B的整数倍
6.IPv6只能在主机处分片，IPv4可以在路由器和主机处分片
7.ICMPv6：附加报文类型“分组过大”
8.IPv6支持资源的预分配，支持实时时豫等要求，保证一定的带宽和时延的应用
9.IPv6取消了协议字段，改成下一个首部字段
10.IPv6取消了总长度字段，改用有效载荷长度字段
11.IPv6取消了服务类型字段

4.4.2 IPv6地址

1.IPv6地址表示形式

一般形式 冒号十六进制记法：
压缩形式：
零压缩：一连串连续的0可以被一堆冒号所替代

双冒号表示法在一个地址中仅可出现一次。

2.IPv6基本地址类型

单播：一对一通信 可做源地址+目的地址
多播： 一对多通信 可做目的地址
任播： 一对多当中的一个通信 可做目的地址

3.IPv6向IPv4过度的策略

双栈协议：双栈协议技术就是指在一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈，这样的话，这台设备既能和IPv4网络通信，又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器，那么这台路由器的不同接口中，分别配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分别连接了IPv4网络和Pv6网络，如果这台设备是一个计算机，那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址，并具备同时处理这两个协议地址的功能。

隧道技术：通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式，使用隧道传递的数据（或负载）可以是不同协议的数据帧或包，隧道协议将其他的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送

4.5 路由协议

4.5.1 自治系统

自治系统AS:在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由协议确定在AS之间的路由。
一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管辖，一个自治系统的所有路由器在本自治系统内部必须连通。

4.5.2 域内路由与域间路由

（1）因特网的规模较大
（2）许多单位不想让外界知道自己的路由选择协议，但还想接入因特网
↓
自治系统AS:在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由协议确定在AS之间的路由。
一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管辖，一个自治系统的所有路由器在本自治系统内部必须连通。
路由选择协议分为：
内部网关协议IGP 一个AS内使用的 RIP,OSPT
外部网关协议EGP AS之间使用的 BGP

4.5.3 路由信息协议（RIP）

1.RIP协议的概念

RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是因特网的协议标准，最大优点是简单
RIP协议要求网络中的每一个路由器都维护从它自己到其他每一个目的网络的唯一最佳距离记录（即一组距离）

距离：通常为”跳数“，即从源端口到目的端口所经过的路由器个数，经过一个路由器跳数+1，特别的，从一路由器到直接连续的网络距离位1，RIP允许一条路由最多只能包含15个路由器，因此距离为16标识网络不可达
→ RIP协议只适用于小互联网

如何建立的路由表？ 交换

2.RIP协议和谁交换？多久交换一次?交换什么？

1.仅和相领路由器交换信息
2.路由器交换的信息是自己的路由表
3.每30秒交换一次路由信息，然后路由信息根据新信息更新路由表，若超过180s没收到邻居路由器的通告，则判定邻居没了，并更新自己的路由表
路由器刚开始工作时，只知道直接连接的网络的距离（距离为1），接着每一个路由器也只和数目非常有限的相领路由器交换并更新路由信息。
经过若干次更新之后，所有路由器最终都会知道到达本自治系统任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址，即”收敛“

3.距离向量算法

1.修改相邻路由器发来的RIP报文中的所有表项
对地址为x的相领路由器发来的RIP报文，修改此报文中的所有项目，把“下一跳”字段中的地址改为x，并把所有的“距离”字段+1

2.对改修后的RIP报文中的每一个项目，进行以下步骤：
（1）R1路由表中若没有net3，则把该项目填入R1路由表
（2）R1路由表中若有Net3，则查看下一跳路由器地址
若下一跳是x，则用收到的项目替换源路由表中的项目
若下一跳不是x，原来距离比从x走的距离远则更新，否则不作处理
3.若180s还没有收到相领路由器x的更新路由表，则把x记为不可达的路由器，即把距离设置为16
4.返回

4.距离向量算法练习1

5.距离向量算法练习2

6.RIP协议的报文格式

7.RIP协议好消息传得快，坏消息传得慢

RIP的特点：当网络出现故障时，要经过比较长的时间（比如：数分钟）才能将此信息传送到所有的路由器，“慢收敛”、

4.5.4 开放最短路径优先（OSPF)协议

1.OSPF协议的概念

开放最短路径优先OSPF协议：“开放”标明OSPF协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的，“最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF
OSPF最主要的是采用了分布式的链路状态协议
OSPF的特点：
和谁交换？
1.使用洪泛法项自治系统内所有路由器发送信息，即路由器通过输出端口向所有相邻的路由器发送信息，而每一个相邻的路由器再次将此信息发往其所有的相邻路由器 广播
→最终整个区域内所有的路由器都得到了这个信息的一个副本
交换什么？
2.发送的信息就是与本路由相邻的所有路由器的链路状态（本路由器和哪些路由器相邻，以及该链路的度量/代价—费用，距离，时延，带宽等）
多久交换？
3.只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器洪范发送此信息
最后，所有路由器都能建立一个链路状态数据库，即全网拓扑图

2.链路状态路由算法

1.每个路由器发现它的邻居结点【HELLO问候分组】，并了解邻居节点的网络地址
2.设置到它的每个邻居的成本度量是metric
3.构造【DD数据库描述分组】，向邻站给出自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息
4.如果DD分组中的摘要自己都有，则邻站不作处理，如果有没有的或者是更新的，则发送【LSR链路状态请求分组】，请求自己没有的和自己更新的信息
5.收到邻站的LSR分组后，发送【LSU链路状态更新分组】进行更新
6.更新完毕后，邻站发送一个【LSAck链路状态确认分组】进行确认
只要一个路由器的分组发生变化：
5.泛洪发送【LSU链路状态更新分组】进行更新
6.更新完毕后，其他站点返回一个【LSAck链路状态确认分组】进行确认
7.使用Dijkstra根据自己的链路状态数据库构造到其他节点间的最短路径

3.OSPF的区域

为了使OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域，每一个区域都有一个32位的区域标识符（用点分十进制表示），
区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过200个

3.OSPF分组

4.OSPF的特点

1.每隔30min，要刷新一次数据库中的链路状态
2.由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的联通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系，因此当互联网规模很大时，OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多
3.OSPF不存在坏消息传得慢的问题，它的收敛速度很快

4.5.5 边界网关协议（BGP）

1.BGP协议的概念

和谁交换？
与其他AS的邻站BGP发言人交换信息
交换什么？
交换的是网络可达性的信息，即要到达某个网络所要经过的一系列AS
多久交换？
发生变化时才会更新变化的部分

2.BGP协议交换信息的过程

BGP所交换的网络可达性的信息就是要到达某个网络所经过的一系列AS 当BGP发言人互相交互了网络可达性的信息后，各BGP发言人就根据所采用的策略从收到的路由信息中找出到达各AS的较好路由

BGP发言人交换路径向量
自治系统AS2的BGP发言人通知主干网AS1的BGP发言人，“要到达网络N1,N2,N3,B4都要经过AS2
BGP发言人交换路径向量：
主干网还可以放出通知：“要到达网络N5,N6和N7可沿路径（AS1,AS3）”

3.BGP协议报文格式

一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息，就要先建立TCP链接，即通过TCP传送，然后在此链接上交换BGP报文以建立BGP会话（session），利用BGP会话交换路由信息

4.BGP协议特点

BGP支持CIDR，因此BGP的路由表也就应该包括目的网络前缀，下一跳路由器，以及到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列
在BGP刚刚运行时，BGP的邻站是交换整个的BGP路由表，但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分，这样做对节省网络带宽和缺少路由器的处理开销都有好处

5.BGP-4的四种报文

1.OPEN（打开）报文：用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系，并认证发送方。
2.UPDATE(更新)报文：通告新路径或撤销原路径
3.KEEPLIVE(保活)报文：在无update时候，周期性证实邻站的连通性，也作为OPEN的确认
4.NOTIFICATION（通知）报文:报告先前报文的差错，也被用于关闭连接

4.5.6 三种路由协议的对比

RIP协议时一种分布式的基于距离向量的内部网关路由选择协议，通过广播UDP报文来交换路由信息。
OSPF是一个内部网关协议，要交换的信息量较大，应使报文的长度尽量短，所以不使用传输层协议（如UDP或者TCP），而直接采用IP
BGP是一个外部网关协议，在不同的自治系统之间交换路由信息，由于网络环境复杂，需要保证可靠传输，所以采用TCP

4.6 IP组播

4.6.1 组播的概念

IP数据报的三种传输方式
单播
单播用于发送数据包到单个目的地，且每发送一份单播报文都使用一个单播IP地址作为目的地址，是一种点对点传输方式

广播
广播指的是发送数据包到同一广播域或子网内的所有设备的一种数据传输方式，是一种点对多点传输方式

组播（多播）
当网络中的某些用户需要特定数据时，组播数据发送者仅发送一次数据，借助组播路由协议为组播数据包建立组播分发树，被传递的数据道道距离用户端尽可能近的结点才开始复制和分发，是一种一点对多点的传输方式

在发送者和接收者之间需要建立一条单独的通信信道

4.6.2 IP组播地址

IP组播地址让源设备能够将分组发送给一组设备，属于多播组的设备将分配一个组播组IP地址（一群共同需求主机的相同标识）
组播地址范围为22.4.0.0.0~239.255.255.255（D类地址），一个D类地址表示一个组播组，只能用作分组的目标地址，该地址总是为单播地址
1.组播数据报也是“尽最大能力交付”，不提供可靠交付，应用于UDP
2.对组播数据报不产生ICMP差错报文
3.并非所有D类地址都可以作为组播地址

硬件组播

同单播地址一样，组播IP地址也需要相应的组播MAC地址在本地网络中实际传送帧，组播MAC地址以十六进制值01-00-5E开头，余下的6个十六进制位是根据IP组播地址的最后23位转换得到的
TCP/IP协议使用的以太网多播地址的范围是
从01-00-5E-00-00-00到01-00-5E-7F-FF-FF

收到多播数据报的主机，还要在IP层利用软件进行过滤，把不是本主机要接收的数据报丢弃

4.6.3IGMP协议与组播路由选择协议

IGMP协议

组播路由选择协议

1.IGMP网际组管理协议

IGMP协议让路由器知道本局域网上是否有主机（的进程）参加或退出了某个组播组

ICMP和IGMP都使用IP数据报传递报文

2.IGMP工作的两个阶段

第一阶段：
某主机要加入组播组时，该主机向组播组的组播地址发送一个IGMP报文，声明自己要成为该组的成员
本地组播路由收到IGMP报文后，要利用组播路由选择协议把这组关系发给因特网上的其他组播路由器
第二阶段：
本地组播路由器周期性探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还是组播组的成员。
只要有一个主机对某一个组进行响应，那么组播路由器就认为这个组是活跃的，如果经过几次探询后没有一个主机响应，组播路由器就认为本网络上的没有此组播组的主机，因此就不再把这组组播组的成员关系发送给其他组播路由器
组播路由器知道的成员关系只是所连接的局域网中有无组播组的成员

3.组播路由选择协议

组播路由选择协议目的是找出以源主机为根节点的组播转发树
构造树结构可以避免在同一个分组中兜圈子
对不用多播组对应于不用的多播转发树，同一个多播转发树，对不用的源点也会有不同的多播转发树

组播路由选择协议常用的3种算法
基于链路状态的路由选择
基于距离-响亮的路由选择
协议无关的组播（稀疏/密集）

4.7 移动IP

4.7.1 移动IP的概念

移动IP技术是移动节点（计算机/服务器等）以固定的I网络IP地址，实现跨越不同网段的漫游功能，并保证了基于网络的网络权限在漫游过程中不会发生任何改变。
移动结点 具有永久IP地址的移动设备
归属代理（本地代理） 一个移动节点的永久“居所”称为归属网络，在归属网络中代表移动节点执行移动管理功能的实体叫做归属代理
永久地址（归属地址/主地址） 移动节点在归属网络中的原始地址
外部代理（外地代理） 在外部网络中帮助移动节点完成移动管理功能的实体称为外部代理
转交地址（辅地址） 可以是外部代理的地址或者动态配置的一个地址

4.7.2 移动IP的通信过程

4.8 网络层设备

4.8.1 路由器的组成和功能

1.路由器的构造

路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组

2.输入端口对线路上收到的分组的处理

输入端口中的茶轴和转发功能在路由器的交换功能中是最重要的

3.输出端口将交换结构传送来的分组发送到线路

若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能丢弃
路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因

4.三层设备的区别

路由器 可以互联两个不同网络层协议的网段
网桥 可以互联两个物理层和链路层都不相同的网段
集线器 不能互联两个物理层不同的网段

4.6.2 路由表与路由转发

路由表根据路由选择算法得出的，主要用途是路由选择，总用软件来实现

转发表由路由表得来，可以用软件来实现，也可以用特殊的硬件来实现，转发表必须包含完成转发功能所需求的信息，在转发表的每一行必须包含从要到达的目的网络到输出端口和某些mac地址信息的映射

第五章 传输层

传输层：只有主机才有的层次

5.1 传输层提供的服务

5.1.1 传输层的功能

1.传输层提供进程和进程之间的逻辑通信
网络层提供主机之间的逻辑通信
2.复用和分用
3.传输层对收到的报文进行差错检测
4.传输层的两个协议

1.传输层的两个协议

传输层有两个好兄弟
大哥TCP和小弟UDP
打个靠谱，二弟不靠谱

面向连接的传输控制协议TCP	无连接的用户数据报协议UDP
传送数据之前必须建立连接，数据传送结束后要释放连接。不提供广播或多播服务，由于TCP要提供可靠的面向连接的传输服务，因此不可避免增加了许多开销，确认，流量控制，计时器及连接管理等	传送数据之前不需要建立连接，收到UDP报文后也不需要给出任何确认
可靠，面向连接，时延大，适用于大文件	不可靠，无连接，时延小，适用于小文件

5.1.2 传输层的寻址与端口

复用：应用层所有的应用进程都可以通过传输层再传输到网路层
分用：传输层从网络层收到数据后交付指明的应用进程
端口：是传输层的SAP，表示主机中的应用进程
逻辑端口/软件端口
端口号只有本地意义，在因特网中不同计算机的想用端口是没有联系的
端口号长度为16bit，能表示65536个不同的端口号
端口号（按范围分）服务端使用的端口号 客户端使用的端口号


在网络中采用发送方和接收方的套接字组合来识别断点，套接字唯一标识了网络中的一个主机和它上面的一个进程
套接字Socket=（主机IP地址，端口号）

5.2 UDP协议

5.2.1 UDP数据报

1.用户数据报协议UDP概述

UDP只在IP数据报服务之上增加了很少功能，即复用分用和差错检测功能
UDP的主要特点：
1.UDP是无连接的，减少开销和发送数据之前的时延
2.UDP使用最大努力交付，即不保证可靠交付
3.UDP是面向报文的，适合一次性传输少量数据的网络应用
4.UDP无拥塞控制，使用很多实时应用
5.UDP首部开销小，8B TCP 20B

应用层给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发一个完整报文

2.UDP首部格式

分用时，找不到对应的目的端口号，就丢弃报文，并给发送方发送ICMP“端口不可达”差错报告报文。

5.2.2 UDP校验

伪首部只有在计算检验和时才出现，不向下传送也不想上递交
17：封装UDP报文的IP数据报首部协议字段为17
UDP长度：UDP首部8B+数据部分长度（不包括伪首部）

在发送端：
1.填上伪首部
2.全0填充检验和字段
3.全0填充数据部分（UDP数据报要看成许多4B的字串接起来）
4.伪首部+首部+数据部分采用二进制反码求和
5.把和求反码填入检验和字段
6.去掉伪首部，发送
在接收端
1.填上伪首部
2.伪首部+首部+数据部分采用二进制反码求和
3.结果全为1则无差错，否则丢弃数据报/交给应用层附上出差错的警告

5.3 TCP协议

5.3.1 TCP协议的特点

1.TCP是面向连接（虚连接）的传输层协议 打电话
2.每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的
3.TCP提供可靠交付的服务，无差错，不丢失，不重复，按序到达。可靠有序，不丢不重
4.TCP提供全双工通信→
发送缓存 准备发送的数据&已发送但尚未收到确认的数据
接收缓存 按序到达但尚未接受应用程序读取的数据&不暗序到达的数据
5.TCP面向字节流 → TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的字节流
流：流入到进程或从进程流出的字节序列

5.3.2 TCP报文段

TCP报文段首部格式

序号：在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号，本字段表示本报文段所发送数据的第一个字节的序号
确认号：期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号，若确认号为N，则证明确认号N-1为止的所有数据都已正确收到
数据偏移（首部长度）：TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远，以4B为单位，即1个数值是4B
6个控制位
（发送方紧急处理）紧急位URG：URG=1时，标明此报文段中有紧急数据，是高优先级的数据，应尽快传送，不用在缓存里排队，配合紧急指针字段使用
确认位ACK:ACK=1时确认号有效，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK设置为1
（接收方紧急处理）推送位PSH：PSH=1时，接收方尽快交付接收应用进程，不再等到缓存填满再向上交付
复位RST：RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输连接
同步位SYN:SYN=1时，表明是一个连接请求/.连接接受报文
终止位FIN：FIN=1时，表明此文段发送方数据已经发完，要求释放连接

窗口：指的是发送本报文段的一方的接收窗口，即现在允许对方发送的数据量
检验和：检验首部+数据，检验时要加上12B伪首部，第四个字段为6
紧急指针：URG=1时才有意义，指出本报文段中紧急数据的字节数
选项：最大报文段长度MSS，窗口扩大，时间戳，选择确认

5.3.3 TCP连接管理

TCP连接传输三个阶段：
连接建立→数据传送→连接释放
TCP连媒介的建立采用客户服务器方式，主动发起连接建立的应用进程叫做用户，而被动等待连接建立的应用进程叫服务器

1.TCP的连接建立（三次握手）

假设运行在一台主机（客户）上的一个进程与另一台主机（服务器）上的一个进程建立一条连接，客户应用进程首先通知客户TCP，他想建立一个与服务器上某个进程之间的连接，客户中的TCP会用一个步骤与服务器中的TCP建立一条TCP连接：

ROUND 1:
客户端发送连接请求报文段，五应用层数据
SYN=1 seq=x（随机）
ROUND 2:
服务器端为该TCP连接分配缓存和变量，并向客户端返回确认报文段 ，允许连接，无应用层数据
SYN =1 ACK=1 seq=y(随机) ack=x+1
ROUND 3:
客户端为该TCP连接分配缓存和变量，并向服务器返回确认的确认，可以携带数据
SYN = 0 ACK =1 seq = x+1 ack = y+1

2.SYN洪泛攻击

SYN洪泛攻击在OSI第四层，这种方式利用TCP协议的特征，就是三次握手，攻击者发送TCP SYN，SYN是TCP三次握手中的第一次数据报，而当服务器返回ACK后，该攻击者就不对其进行再确认，那这个TCP连接就处于挂起状态，也就是所谓的半连接状态，服务器收不到再确认的话，还会重复发送报告ACK给攻击者，这样更加会浪费服务器的资源，攻击者就对服务器发送非常大量的这种TCP连接，由于每一个都没法完成三次握手，所有在服务器上，这些TCP连接会因为挂起状态而消耗CPU和内存，最后服务器可能死机，就无法为正常用户提供服务了

解决方法：设置SYN cookie

3.TCP的连接释放（四次握手）

参与一条TCP连接的两个进程的任何一个都能终止该连接，连接结束后，主机中的“资源”（缓存和变量）将被释放

ROUND 1:
客户端发送连接释放报文段 ，停止发送数据，主动关闭TCP连接
FIN=1 seq=u
ROUND 2:
服务器回送一个确认报文段，客户到服务器这个方向的连接就释放了— 半关闭状态
ACK=1 seq=v ack=u+1
ROUND 3:
服务器端发完数据，就发出连接释放报文段，主动关闭TCP连接
FIN = 1 ACK=1 seq = w ack =u+1
ROUND 4:
客户端回送一个确认报文段，再等到时间等待计时器设备的2MSL（最长报文段寿命）后，连接彻底关闭
ACK = 1 seq = u+1 ack= w+1

5.3.4 TCP可靠传输

传输层 使用TCP实现可靠传输
网路层 提供尽最大努力交付，不可靠传输
可靠： 保存接收方进程从缓冲区独处的字节流与发送方发出的字节流是完全一样的
TCP实现可靠传输的机制：
1.校验 与UDP校验一样，增加伪首部
2.序号

一个字节占一个序号
序号字段指的是一个报文段第一个字节的序号
3.确认


TCP默认使用累计确认。
4.重传
确认重传不分家，TCP的发送方在规定的时间内没有收到确认就要重传已发送的报文段。 超时重传
重传时间
TCP采用自适应算法，动态改变重传时间RTTs（加权平均往返时间）
冗余ACK（冗余确认）
每当比期望序号大的时序报文段到达时，发送一个冗余ACK，指明下一个期待字节的序号
发送方已发送1，2，3，4，5报文段
接收方收到1，返回给1的确认（确认号为2的第一个字节）
接收方收到3，仍返回给1的确认（确认号为2的第一个字节）
接收方收到4，仍返回给1的确认（确认号为2的第一个字节）
接收方收到5，仍返回给1的确认（确认号为2的第一个字节）
发送方收到3个对于报文段1的冗余ACK→认为2报文段丢失，重传2号报文段
快速重传

5.3.5 TCP流量控制

流量控制：让发送方慢点 ，要让接收方来得及接收
TCP利用滑动窗口机制实现流量控制
在通信过程中，接收方根据自己接收缓存的大小，动态地调整发送方的发送窗口大小，即接收窗口rwnd（接收方设置确认报文段的窗口字段来将rwnd通知给发送方），发送方的发送窗口取接收窗口rwnd和拥塞窗口cwnd的最小值

发送窗口的大小可以动态变化


TCP为每一个连接设有一个持续计时器，只要TCP的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器
若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段，接收方收到探测报文段时给出现在的窗口值
若窗口仍然是0，那么发送方就重新设置持续计时器

5.3.6 TCP拥塞控制

出现拥塞的条件：
对资源需求的总和＞可用资源
网络中有许多资源同时呈现供应不足→网路性能变坏→网络吞吐量将随输入负荷增大而下降
拥塞控制：
防止过多的数据注入到网络中。全局性
拥塞控制 & 流量控制

拥塞控制四种算法
慢开始 拥塞避免
快重传 快恢复
假定：
1.数据单方向传送，而另一个方向只传送确认
2.接收方总是有足够大的缓存空间，因而发送窗口大小取决于拥塞程度
发送窗口=Min{接收窗口rwnd，拥塞窗口cwnd}
接收窗口：接收方根据接受缓存设置的值，并告知给发送方，反映接收方容量
拥塞窗口：发送方根据自己估算的网络拥塞程度而设置的窗口值，反映网络当前容量

1. 慢开始 拥塞避免

一个传输轮次：
发送了一批报文段并收到他们的确认的时间
一个往返时延RTT
开始发送一批拥塞窗口内的报文段到开始发送下一批拥塞窗口内的报文段的时间

2.快重传 快恢复

第六章 应用层

应用层概述

应用层对应用程序的通信提供服务
应用层协议定义：
应用进程交换的报文类型，请求还是响应？
各种报文类型的语法，如报文中的各个字段及其详细描述
字段的语义，即包含在字段中的信息的含义
进程何时，如何发送报文，以及对报文进行响应的规则
应用层的功能：
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

应用层的重要协议：
FTP
SMTP,POP3
HTTP
DNS

6.1 网络应用模型

客户/服务器模型（Client/Server）
P2P模型（Peer-to-peer）

6.1.1 客户服务器（C/S）模型

服务器：提供计算服务的设备
1.永久提供服务
2.永久性访问地址/域名

客户机：请求计算服务的主机
1.与服务器通信，使用服务器提供的服务
2.间歇性接入网络
3.可能使用动态IP地址
4.不与其他客户机直接通信

应用 web 文件传输FTP 远程登录 电子邮件

6.1.2 P2P模型

不存在永远在线的服务器
每个主机既可以提供服务，也可以请求服务
任意端系统/节点之间都可以直接通讯
节点间歇性接入网络
节点可能改变ip地址
可扩展性好
网络健壮性强

6.2 域名系统（DNS）

ip地址→域名
DNS系统

6.2.1 层次域名空间

www.baidu.com
三级域名 二级域名 顶级域名
根：.
顶级域名：
国家顶级域名 cn us uk
通用顶级域名 com，net，org，gov，int，aero，museum，travel
机构结构域名/反向域名 arpa
二级域名
类别域名 ac，com，edu,gov,mil,net,org
行政区域名 用于我国各省，自治区，直辖市 bj，js
自己注册的二级域名 cctv baidu 要求域名全球唯一
三级域名
四级域名

域名树

6.2.2 域名服务器

根域名服务器

顶级域名服务器
（管理该顶级域名服务器注册的所有二级域名）
权限域名服务器
（负责一个区的域名服务器）

本地域名服务器：当一个主机发出DNS查询请求时，这个查询请求报文就发给本地域名服务器

6.2.3 域名解析过程

递归查询

迭代查询


高速缓存

6.3 文件传输协议（FTP）

文件传输协议FTP(File Transfer Protocol)
提供不同种类主机系统（如，软件体系等都可以不同）之间的文件传输能力
简单文件传输协议TFTP(Trivial File Transfer Protocol)
拷贝 上传 下载

FTP服务器和用户端

FTP是基于客户/服务器（C/S）的协议
客户通过一个客户机程序连接至在远程计算机上运行的服务器程序
依照FTP协议提供服务，进行文件传送的计算机就是FTP服务器
连接FTP服务器，遵循FTP协议与服务器传送文件的电脑就是FTP客户端
FTP客户端软件

6.3.1 FTP的工作原理

登录 ftp地址 用户名&密码
匿名登录：互联网中有很大一部分FTP服务器被称为“匿名”（Anonymous）FTP服务器，。这类服务器的目的是向公众提供文件拷贝服务，不要求用户事先在该服务器进行登陆注册，也不用取得FTP服务器的授权
Anonymous（匿名文件传输）能够使用户与远程主机建立连接并以匿名身份从远程主机上拷贝文件，而不必是该远程主机的注册用户，用户使用特殊的用户名（Anonymous）登录FTP服务，就可访问远程主机上公开的文件
FTP协议采用可靠的TCP协议

6.3.2 控制连接与数据连接

控制连接始终保持
数据连接只保持一会![
是否用TCP20端口建立数据连接与传输模式有关
主动方式使用TCP 20端口
被动方式由服务器和客户端自行协商决定（端口大于1024）

FTP传输模式：
文本模式：ASCII模型，以文本序列传输数据
二进制模式：Binary模式，以二进制序列传输数据

6.4 电子邮件

电子邮件的信息格式

6.4.1 电子邮件系统的组成结构

6.4.2 电子邮件格式与MIME

1.电子邮件格式

2.通用因特网邮件扩充MIME

使电子邮件系统可以支持声音，图像，视频，多种国家语言等等
使得传输内容变得丰富多彩

6.4.3 SMTP与POP3

1.简单邮件传送协议SMTP

SMTP规定了在两个互相通信的SMTP进程之间应如何交换信息
负责发送邮件的SMP进程就是SMTP客户，负责接收邮件的进程就是SMTP服务器
SMTP规定了14条命令（几个字母）和21种应答信息（三种数字代码·+简单文字说明）
TCP连接 端口号 25 C/S
SMTP通信的三个阶段：
连接建立→邮件发送→连接释放
1.连接建立

2.邮件发送

3.连接释放

SMTP的缺点：
1.SMTP不能传送可执行文件或者其他二进制对象
2.SMTP仅限于传送7位ASCII码，不能传送其他非英语国家的文字
3.SMTP服务器会拒绝超过一定长度的邮件
为了避免这种缺点，我们采用通用因特网邮件扩充MIME

2.邮局协议POP3

TCP连接 端口号110 C/S
POP3工作方式：
1.下载并保留（在服务器）
2.下载并删除

3.网际报文存取协议IMAP

IMAP协议比POP协议复杂，当用户PC上的IMAP客户程序打开IMAP服务器的邮箱时，用户可以看到邮箱的首部，若用户需要打开某个邮件，该邮件才上传到用户的计算机上
IMAP协议可以让用户在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读处理邮件，还允许只读邮件中的某个部分（先看正文，有wifi时再下载附件）

4.基于万维网的电子邮件

方便

6.5 万维网（WWW）

6.5.1 WWW的概念与组成结构

万维网WWW（World Wide Web）是一个大规模的，联机式的信息储藏所/资料空间，是无数个网络站点和网页的结合
资料（文字，视频，音频）唯一标识←统一资源定位符URL
URL一般格式：
<协议>：//<主机>:<端口>/<路径>
http 域名
ftp ip地址
http://www.baidu.com
URL不区分大小写
用户通过点击超链接（http：//www.baidu.com）获取资源，这些资源通过超文本传输协议（HTTP）传送给使用者
万维网以客户/服务器方式工作，用户使用的浏览器就是万维网客户程序，万维网文档所驻留的主机运行服务器程序
万维网使用超文本标记语言HTML，使得万维网页面设计者可以方便地从一个界面的连接转到领一个界面，并能购在自己的屏幕中显示出来

6.5.2 超文本传输协议（HTTP）

HTTP协议定义了浏览器（万维网客户进程）怎样向万维网服务器请求万维网文档，以及服务器怎么样把文档传送给浏览器。

用户浏览页面方式：
1.输入URL
2.点击超链接

具体过程：
1.浏览器分析URL
2.浏览器向DNS请求解析IP连接
3.DNS解析出IP地址
4.浏览器与服务器建立TCP连接
5.浏览器发出取文件指令
6.服务器响应
7.释放TCP连接
8.浏览器显示

注：浏览器可以只下载文本部分

1.HTTP协议的特点

HTTP协议是无状态的
但是在实际工作中，一些万维网网站需要能识别用户。
↓
小饼干 cookie
cookie是存储在用户主机上的文本文件，记录一段时间内某用户（使用识别码识别，如”123456“）的访问记录
→提供个性化服务

HTTP采用TCP作为传输层协议，但HTTP协议本身是无连接的（通信双方在交换HTTP报文之前不需要先建立HTTP连接）

HTTP的连接方式
持久连接 Keep-alive
非流水线 一次只能发一次请求
流水线 一次可以发多次请求 会依次收到多次响应
非持久连接 close

2.HTTP协议的连接方式

三次握手

3 超文本传输协议（HTTP）–报文结构

HTTP报文分为 请求报文 响应报文
HTTP报文是面向文本的，因此在报文中的每一个字段都是一些ASCII码串


响应状态码：
1xx表示统治信息的，如请求收到了或正在处理
2xx表示成功，如接受或知道了 202 Accepted
3xx表示重定向，如要完成请求还需要采取进一步的行动
301 Moved Permanently
4xx表示客户的差错，如请求中有错误的语法或不能完成
404 Not Found
5xx表示服务器的差错，如服务器失效无法完成请求