计算机网络复习 ch1-4 TCP/IP 网络技术

正文之前

最近沉迷火影，无法自拔。主要责任在抖音，每天给我推送那些剪辑好的催泪视频。。真是日了。。寒假回家只怕要全部重刷一遍了，Naruto！Hinata！！好吧，雏田的图留着自己看，给你们看看鸣人的就好。。哎，以前忙于学业没看到他俩结婚，这次回家一定要看完。

正文

（网络实体）命名与定位

• 直接定位与解析定位

• 因特网是全球单一可寻址的抽象网络

  • 必须连接全球所有计算机或其它设备
  • 必须给每个计算机或设备（路由器等）一个全球唯一ID
  • IP协议希望这样，故有IPv4 = 232个地址，A/D/C/E类
  • IP 地址结构 = Net号 + Host号
  • 位置与身份合一

• IP地址引发问题（简单,但重载）

  • 不便记忆：域名产生解析需要
  • 局域网早先出现：导致 MacIP变换ARP协议
  • IP地址分配不均不够：NAT，三个段公用私网地址：17621775个IP
    10/8:1个A
    172.16.—172.31/16:15个B 192.168.—192.168/16:1个B

因特网的三地址

• 用户/网络及物理地址
  • 域名：公司/机关/团体/个人注册的因特网可访问的世界唯一ID
  • 网络(接口)地址：同一体系结构中的可访问的计算机ID:IP地址
  • 物理地址：同一体系结构中物理媒体可访问的计算机某端口的唯一 ID:MAC地址

物理地址的配置和作用

• 作用：
  • 过滤：指明网卡NIC，过滤不属于本主机接收的数据
  • 广播：识别广播地址标志，接收广播报文并送主机
• 地址配置：
  • 固定方式：物理地址由厂商决定。不可改变
  • 可配置方式：通过EPROM内程序进行交互命令配置
  • 动态配置方式：可自动修改和管理物理地址，启动网 络时，通过程序配置一个不冲突的物理地址

域名解析

域名：标识计算机的名字

IP互连与分组交换

• 多个网络互连的2个主要问题：
  • 异构：
    • 以太网、令牌环、点-点链路及各种交换网络，每个都有自己 的地址模式、媒体访问协议及服务模式等
    • 传输介质不同/网络拓扑结构不同
    • 介质访问方式不同/网络编址方式不同
    • 分组长度/有连接/无连接服务的区别
    • 传输控制方式不同
    • 各层协议的功能定义、格式、接口与调用方式不同
  • 可扩展：
    • 网络不断扩大，路由规模指数增（100万—22.7亿个节点）

Internet网络层协议

• 在网络层，Internet可以看成是自治系统的集合，是由网络组成的网络。
• 网络之间互连的纽带是IP（Internet Protocol）协议。

网络互连层的功能

• 功能目标
  • 把多个异构或同构的网络连接成更大网络
  • 直接支持传输层的端到端服务。
• 关键问题
  • 掌握通信子网的拓扑结构，选择路由；
  • Hop by Hop 寻址到目的主机
• 为传输层提供何种服务？
  • 面向连接服务：
    • 将复杂的功能放在网络层
    • 传统电信观点：通信子网应该提供可靠的、面向连接的服务
  • 无连接服务：将复杂的功能放在传输层
    • Internet的观点：通信子网无论怎么设计都是不可靠的，因此网络 层只需提供无连接服务。

错误报告协议(ICMP)

• ICMP 报文分类
  • 差错和控制报文协议：
    • 报告IP传输中发生的（差错报文+控制报文+测试报文）
    • ICMP报文=头部+数据部分
  • ICMP报文封装在IP数据包中进行传输
    • IP头中的包类型=1;
    • ICMP并不是IP的上一层协议，仅用IP的转发功能

• ICMP最典型的应用
  • PING：通过发送回送请求报文（echo request）和回送回答报文（ echo reply）来检测源主机到目的主机的链路是否有问题，目的地是否 可达，以及通信的延迟情况。
  • traceroute：通过发送探测报文来获取路由信息。第一个探测报 文TTL为1，到达第一个路由器时，TTL减1为0所以丢掉这个探测包，同 时向源主机发回ICMP时间超过报文，这时源主机就获得了第一个路由器 的IP地址；接着源主机发送第二个探测报文，TTL增1为2，到达第一个 路由器TTL减1为1并转发探测包到第二个路由器，这时TTL减1为0，丢掉 这个探测包并向源主机发回ICMP时间超过报文，源主机就获得了第二个 路由器的IP地址；以此类推，直到探测报文到达traceroute的目的地， 这时源主机就获得了到目的地的每一跳路由的IP地址。

路由与寻址

• IP寻址
  • 每包经每路由器都要决定从哪个端口到下一节点？
  • 路由器需要匹配包之目址与路由表, 选择最佳出端口
• 路由器：网络层互连设备，丰富灵活，可扩展
  • 静态路由：手工配置/简单拓扑/直观；不适合大规模/多变网络
  • 动态路由：实时自动动态更新，并算出当前最佳路由
• 问题：
  • 路由器怎样实时知道变化着的网络拓扑？
  • 路由器怎样从全局选择每个包的最优出端口？
• 方法:
  • 通过路由协议获得节点和链路的信息
  • 通过路由算法选择走向目的地的最优下一出口

路由协议

• 自治域AS
  • 在一个权威管理机构下运行的网络，分配唯一编号。全球所有AS组成 因特网。
• 内部网关协议IGP：在一个AS内运行
  • RIP(Routing Information Protocol)适应小规模网络：定时只向邻 居说（如30s），说知道的所有（自路由表）;
  • OSPF（Open Shortest Path First Protocol）适应较大规模网络： （链路）变时向所有人说（区内路由器组播），只说邻居的事（链路 状态）
• 外部网关协议EGP：在AS间运行
  • 原因：因特网规模大AS间直接OSPF收敛时间很长；AS间最佳路由不现 实（cost意义不统一）；各AS管理策略不同。
  • BGP4：只寻求一条能到达目网的较好路由（不循环），并不最佳；
  • BGP采用路径向量（Path Vector）路由选择协议；
  • 变动触发BGP发言人（对接路由器）间交换彼此的路由信息

两大重点

• RIP 距离向量算法 Routing Information Protocol

https://blog.csdn.net/lycb_gz/article/details/9611881

• OSPF 链路状态算法 Open Shortest Path First

链路状态路由协议（也可以说OSPF）工作原理：

1. 每台路由器通过使用Hello报文与它的邻居之间建立邻接关系
2. 每台路由器向每个邻居发送链路状态通告(LSA),有时叫链路状态报文(LSP). 每个邻居在收到LSP之后要依次向它的邻居转发这些LSP(泛洪)
3. 每台路由器要在数据库中保存一份它所收到的LSA的备份，所有路由器的数据库应该相同
4. 依照拓扑数据库每台路由器使用Dijkstra算法（SPF算法）计算出到每个网络的最短路径，并将结果输出到路由选择表中

OSPF的简化原理：发Hello报文——建立邻接关系——形成链路状态数据库——SPF算法——形成路由表。

LSP产生的原因主要有两个：

• 1）路由器定期产生，由于flooding会影响性能，所以这个周期很长
• 2）路由器定期向邻居发hello报文，探测邻居可达性，一旦发现拓扑变化 ，就发出LSP

路由区

• 因为OSPF路由器之间会将所有的链路状态（LSA）相互交换， 毫不保留，当网络规模达到一定程度时，LSA将形成一个庞大 的数据库，势必会给OSPF计算带来巨大的压力；

• 为了能够降低复杂程度，OSPF将Domain分为区，采用分区域 计算

• 每个区域负责各自区域精确的LSA传递与路由计算，然后再将 一个区域的LSA简化和汇总之后转发到另外一个区域

• 在区域内部，拥有网络精确的LSA，而在不同区域，则传递简 化的LSA

• OSPF为了防止环路产生，以采用了Hub-Spoke的拓朴架构来组织各个区， 主干是一个特别区--Area 0

• 其它区域称为Normal区域（常规区域），在理论上，所有的常规区域应该直接和骨干区域相连，常规区域只能和骨干区域交换LSA，常规区域与 常规区域之间即使直连也无法互换LSA

• OSPF 区域是基于路由器的接口划分的，而不是基于整台路由器划分的 ，一台路由器可以属于单个区域，也可以属于多个区域

传输层

• 问题:怎样实现远程进程间的数据传输
  • 主机-主机的包传输转化成进程-进程通信通道
  • 网络层结构，支持端应用程序--端到端协议
• 什么是连接？
  • 一条连接就是不同系统内的两个实体之间的一个临时性的逻辑关联 通路(目IP,源IP,目端口,源端口，TCP/UDP,五元组)
  • 在连接持续期间，每个实体都跟踪从对方到达和发送到对方的PDU ，以便调节PDU的流量以及对丢失和损坏的PDU进行恢复。
• 互联网的全部功能，最基本、最小粒度的服务 –
  • 端到端数据传

简单多路器-Multiplexer UDP 协议

• 最简单的传输层协议 .
• 主机-主机的传输服务在IP协议上扩展成进程-进程的直接通信服务 .
• 一台主机上可运行多进程, 需加一多路开关层,区别它们并共享网络
• 传输层协议 .
• best-effort未加任何功能.如User Datagram Protocol-UDP
• UDP: .
• 最小/简单分路协议 .
• just port numbers, and an optional checksum .
• no flow control, no congestion control, no reliability or ordering

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• 提供无连接服务，不保证数据完整到达目的地，减轻了网络的通信负担
• 适应C/S模式的简单请求/响应通信需要
• 应用程序要实施超时重传机制，并对数据包编号，但增加 了应用程序的复杂性
• UDP可保留各报文间的边界，不把应用多次发送的数据合并 成一个包发出去，且发包后不对该包缓存，这对简单请求/ 响应很方便
• 组播应用、多数音视频都建立在UDP之上。

可靠字节流协议(TCP)

• TCP:更成熟的传输协议
  • 提供可靠,面向连接,按序字节流
  • 全双工,每个连接支持一对字节流,每个流一个方向
  • 流控机制:允许每个字节流的接收端在给定时间内限制其发送 端的数据速率
  • 支持多路输出机制,允许一个主机上同时有多个会话对
  • 还提供拥塞控制机制
• 流控与拥控之差别:
  • 流控:防止发送超过接收者能力（速/量）, 是端到端的发送
  • 拥控:防止过多数据注入到网络中,从而引起交换机或链路超 载,拥控是关于主机到网络的发送

https://blog.csdn.net/xy010902100449/article/details/48274635

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TCP:连接需要建立和拆除

TCP:是有状态的协议，状态机保证合理状态转换

TCP:滑动窗口（图中字节顺序从左到右）

TCP报文格式

TCP结束（event/action）交换四个报文，四次握手

TCP:序列号回绕问题、发送窗口太小问题解决方法

• Window Scale
• 选项Timestamps表示 发送这个报文的时间 是4字节：1545573来 自虚拟的时钟

• 选项最后一字节表示 Window Scale=07，表 示Window Size要乘以 2的7次方

  
  

正文之后

然后其实我还在沉迷美剧。。我是不是已经废了。。。然后我今晚竟然还妄想去健身。。明天就要交了啊。。。LaTex格式的排版我还没整。。胆子真肥啊我啊啊啊啊啊