计算机网络复习

考试重点

要掌握OSI七层模型，
会根据数据画模拟和数字信号的图，尤其是TCP和UDP所提供的服务，
掌握TCP连接建立和释放的完整过程，
掌握滑动窗口的概念，
还要了解端到端的含义，
了解ARP、ICMP、CIDR等协议的作用，
并明白ARP缓存的作用，
对RIP和OSPF两种协议的作用和区别有正确认识，
应用层要掌握电子邮件发送的协议和完整过程，
要知道万维网是什么，
掌握浏览器输入域名后打开网页的完整过程以及这个过程里用到了哪些层的那些协议，
学会CRC校验的计算，
会把某个网络划分成若干个子网
并知道哪些IP地址是属于哪个子网的等等

计算机网络定义

​ 计算机网络是指把地理位置不同且具有独立功能的若干台计算机，通过通信线路和设备相互连接起来，存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，按照网络通信协议实现信息传输和资源共享的信息系统。

OSI/RM：开放系统互连基本参考模型

各层次的作用：

1.应用层：

• 应用层的作用主要是为应用软件提供接口，从而使得应用程序能够使用网络服务。
• http, ftp,telnet,dns,dhcp,smtp,pop3……

2.表示层：

• 数据的解码和编码
• 数据的加密和解密
• 数据的压缩和解压
• 表示层是各节点应用程序、文件传输的翻译官

3.会话层：

• 在网络中不同用户、节点之间建立和维护通信通道，同步两个节点之间的会话，决定通信是否被中断以及中断时决定从何处重新发送

• 会话层的责任主要有：

  • 对话控制

  • 同步

4.传输层：

• 负责建立端到端的连接，负责数据在端到端之间的传输

• 传输层通过端口号区分上层服务

• 主要功能：

  • 服务点编址

  • 分段与重组

  • 连接控制

  • 流量控制

  • 差错控制

5.网络层：

• 为网络设备提供逻辑地址
• 负责数据从源端发送到目的端
• 负责数据传输的寻径和转发
• 主要任务：
  • 逻辑地址
  • 路由选择

6.数据链路层：

• 数据链路层决定数据通讯的机制，差错检测

• 提供对网络层的服务

7.物理层：

• 主要作用是产生并检测电压发送和接收带有数据的电气信号

• 物理层关心的是以下的一些内容：

  • 接口和媒体的物理特性位的表示

  • 传输数率

  • 位的同步

  • 线路配置：设备与媒体的连接。

  • 物理拓扑：星状拓扑、环状拓扑、总线拓扑，等等。

  • 传输模式：单工、半双工或全双工。

各层的联系

• 数据封装：

TCP/IP体系：

网络协议三要素：

（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式；

（2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；

（3）时序，即事件实现顺序的详细说明。

TCP和UDP协议：

• TCP/IP的运输层有两个不同的协议：

(1) 用户数据报协议 UDP

(2) 传输控制协议 TCP

TCP连接建立和释放的完整过程

• TCP 的连接和建立都是采用客户服务器方式。
• 主动发起连接建立的应用进程叫做客户(client)。
• 被动等待连接建立的应用进程叫做服务器(server)。
• TCP链接三次握手：

连接的文字描述：

1. A 的 TCP 向 B 发出连接请求报文段，其首部中的同步比特 SYN 应置为 1，并选择序号 x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x。
2. B 的 TCP 收到连接请求报文段后，如同意，则发回确认。
3. B 在确认报文段中应将 SYN 置为 1，其确认号应为 x + 1，同时也为自己选择序号 y。
4. A 收到此报文段后，向 B 给出确认，其确认号应为 y + 1。
5. A 的 TCP 通知上层应用进程，连接已经建立。
6. 当运行服务器进程的主机 B 的 TCP 收到主机 A 的确认后，也通知其上层应用进程，连接已经建立。

• TCP连接释放四次握手：

• PPT例题（盲猜换成连接过程）：

  

滑动窗口的概念

• TCP 采用大小可变的滑动窗口进行流量控制。窗口大小的单位是字节。
• 在 TCP 报文段首部的窗口字段写入的数值就是当前给对方设置的发送窗口数值的上限。
• 发送窗口在连接建立时由双方商定。但在通信的过程中，接收端可根据自己的资源情况，随时动态地调整对方的发送窗口上限值(可增大或减小)。

TCP流量控制_哔哩哔哩_bilibili

例：

CRC校验的计算

• 计算方法：略
• 性质：

【性质 1】 若G（x）含有（x+1）的因子，则能检测出所有奇数位错。

【性质 2】 若G（x）中不含有x的因子，或者换句话说，G（x）中含有常数项1，那末能检测出所有突发长度≤r的突发错。

【性质 3】 若G（x）中不含有x的因子，而且对任何0< e ≤ n–1的e，除不尽xe +1，则能检测出所有的双错。

【性质 4】 若G（x）中不含有x的因子，则对突发长度为r + 1的突发错误的漏检率为2-(r-1)。

【性质 5】 若G（x）中不含有x的因子，则对突发长度b大于r+1的突发错误的漏检率为2-r

端到端的含义

• 传输层提供应用进程之间的逻辑通信（即端到端的通信）。
• 这里“逻辑通信”的意思是：传输层之间好像是沿水平方向传送数据的，但事实上这两个传输层之间并没有一条水平的物理连接。

ARP、ICMP、CIDR等协议的作用

与 IP 协议配套使用的还有四个协议：

• 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)

• 逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

• 因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)

• 因特网组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)

• 无分类域间路由选择 CIDR(Classless Inter-Domain Routing)。

（以下gz出品）

1）ARP，RARP

1.ARP

​ 作用：将ip地址转换为mac地址

2.ARP 缓存的作用

• 为了减少网络上的通信量，主机 A 在发送其 ARP 请求分组时，就将自己的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 请求分组。

• 当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的这一地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。这对主机 B 以后向 A 发送数据报时就更方便了。

• 目的是：下次再要访问ARP高速缓存中的IP地址的主机时，不需要再次发送ARP请求去获取MAC地址。直接从高速缓存中读取就可以了。可以有效缓解链路的压力

2）ICMP 协议

因特网控制报文协议

使用ip数据报传输

作用：

允许网络设备和结点之间报告差错情况和提供有关异常情况的报告。

• ICMP的目的仅仅是向源发主机告知网络环境中出现的问题。
• ICMP主要支持路由器将数据报传输的结果信息反馈回源发主机

3）CIDR 协议

特点

• CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。

• CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。

• IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。

两级编址的记法是：

1. IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>}

2. ip/网络前缀的比特数

4）RIP协议

内部网关协议

作用：

​ 通过启用rip协议，路由器可以更好的学习相邻的路由表，跟好的适应多变且庞大的网络环境

特点：

• 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议

• 要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。

• 仅和相邻路由器交换信息。

• 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。

• 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。

距离概念：

• 从一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。
• RIP 协议中的“距离”也称为“跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。
• RIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。
• RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由器。
• “距离”的最大值为16 时即相当于不可达。可见 RIP 只适用于小型互联网。

优点：

​ 实现简单，开销较小。

缺点：

• 当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。

• 限制了网络的规模

• 随着网络规模的扩大，开销也就增加

总结：

• 距离向量路由算法，具有无穷计数问题

• RIP选择16作为无穷大，不能用在网络直径大于15的网络中，同时RIP使用的距离度量非常简单，不能采取一种动态的方法（比如根据网络延迟或负载）来选择路由

• RIP的优点是简单，无需配置，一般用在网络规模不是很大的场合。

RIP和OSPF两种协议的作用和区别：

1）OSPF

​ OSPF 不用 UDP 而是直接用 IP 数据报传送，可见 OSPF 的位置在网络层。

特点：

• 分布式的链路状态协议

• 最短路径优先”是因为使用了 Dijkstra 提出的最短路径算法 SPF

• 与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。

• 只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。

划分区域的好处：

将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统，这就减少了整个网络上的通信量

优点：

更新过程收敛得快

总结：

• Open Shortest Path First开放最短路径优先

• 使用链路状态算法

  • 所谓“链路状态”就是指本路由器和哪些路由器相邻以及该链路的“度量”（metric），也称费用。

  • OSPF的“度量”可以是费用、距离、时延、带宽等。这些可由网络管理员来定。

1. 向本自治系统中所有路由器发送信息。

2. 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。

3. 只有当链路状态发生变化时，路由器才用扩散法向所有路由器发送此信息。

2）OSPF与RIP之区别

• OSPF由于路由器之间频繁交换链路状态信息，最终所有的路由器都能建立一个链路状态数据库（即全网的拓扑结构图），每个路由器利用此图按最短路径算法构造自己的路由表。

• RIP协议中的路由器知道到所有的网络的距离以及下一跳路由器，但不知道全网的拓扑结构（只有到了下一跳路由器，才能知道再下一跳怎么走。

• OSPF比RIP更新过程收敛快。 OSPF能够应用很大的网络。

会把某个网络划分成若干个子网并知道哪些IP地址是属于哪个子网的等等。

(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址

（未整理部分）

应用层要掌握电子邮件发送的协议和完整过程，

要知道万维网是什么，

掌握浏览器输入域名后打开网页的完整过程以及这个过程里用到了哪些层的那些协议

电子邮件

SMTP

简单邮件传送协议

规定在两个相互通信的 SMTP 进程之间应如何交换信息

使用客户服务器方式，负责发送邮件的 SMTP 进程就是 SMTP 客户，而负责接收邮件的 SMTP 进程就是 SMTP 服务器。

SMTP通信的三个阶段

1. 接连建立
2. 邮件传送
3. 连接释放

缺点

• 不能传送可执行文件或其他的二进制对象
• 限于传送 7 位的 ASCII 码
• 服务器会拒绝超过一定长度的邮件。

MIME

通用因特网邮件扩充

特点

• 意图是继续使用目前的[RFC 822]格式，但增加了邮件主体的结构，并定义了传送非 ASCII 码的编码规则。

POP3

从远程邮箱读取电子邮件

客户机/服务器的工作方式

IMAP

交互式邮件访问协议

客户机/服务器方式工作

特点：

• 用户可以在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读和处理自己的邮件。
• 允许收信人只读取邮件中的某一个部分

缺点

• 如果用户没有将邮件复制到自己的 PC 机上，则邮件一直是存放在 IMAP 服务器上

PGP，PEM协议

加密电子邮件协议

发送和接收的全过程

电子邮件的工作流程

STEP 1：用邮件处理软件撰写信件和收件人地址。

STEP 2：客户程序将邮件通过SMTP发给服务提供者—邮件服务器。

STEP 3：邮件服务器利用Internet使用SMTP协议在邮件主机之间传递邮件。

STEP 4：邮件到达目的邮件服务器，目的邮件服务器将邮件放入接收者的信箱中。

STEP 5：接收者利用POP3从他的邮件服务器中取信，并利用邮件处理软件阅读信件。

电子邮件的组成

信封 + 内容

电子邮件地址的格式

收信人邮箱名@邮箱所在主机的域名

万维网

• 万维网是一个大规模的、联机式的信息储藏所。

• 万维网用链接的方法能非常方便地从因特网上的一个站点访问另一个站点，从而主动地按需获取丰富的信息。这种访问方式称为“链接”。

• 万维网是分布式超媒体(hypermedia)系统，它是超文本(hypertext)系统的扩充。

• 以客户机/服务器方式工作

工作过程

(1) 浏览器分析超链指向页面的 URL。

(2) 浏览器向 DNS 请求解析 www.tsinghua.edu.cn 的 IP 地址。

(3) 域名系统 DNS 解析出清华大学服务器的 IP 地址。

(4) 浏览器与服务器建立 TCP 连接

(5) 浏览器发出取文件命令：

GET /chn/yxsz/index.htm。

(6) 服务器 给出响应，把文件 index.htm 发给浏览器。

(7) TCP 连接释放。

(8) 浏览器显示“清华大学院系设置”文件 index.htm 中的所有文本。