第一章（计算机网络的体系结构）

前言

普通用户-->第一层ISP（主干网）-->第二层ISP-->本地ISP-->Internet

电路交换

电路交换机（电路交换的三步骤）：1、建立连接（分配通讯资源）--2、通话（一直占资源）--3、释放连接（归还通信资源）

分组交换

报文--（通过分段，加首部）-->包

概念、组成、功能、分类

计算机网络：

定义：

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。（互连的，自治的计算机集合。）

功能：

1、数据通信（连通性）

2、资源共享（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任务的不同部分 Hadoop平台）

4、提高可靠性

5、负载均衡

组成

1、组成部分：硬件、软件、协议

2、工作方式：边缘部分（用户直接可以的【c/s p2p】） 核心部分（为边缘部分服务）

3、功能组成：

分类

标准化工作

发展成英特网四个阶段

1、因特网草案( Internet Draft）这个阶段还不是RFC文档。

2、建议标准（ Proposed Standard）从这个阶段开始成为RFC文档

3、草案标准（Draft Standard) lETF、 IAB （2011年取消了）

4、因特网标准（Internet Standard)

相关组织

国际标准化组织ISO OSI参考模型、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 学术机构、IEEE802系列标准、5G Internet工程任务组ETIF 负责因特网相关标准的制定RFC XXXX

性能指标

速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率

比特1/0（连接在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b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s）

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）。

（网络设备所支持的最高速度） 单位：b/s比特每秒

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。单位b/s，kb/s，Mb/s等。

（吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。）

时延

指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位是s。

发送时延、传播时延、排队时延、处理时延。

注意：无论有多少个比特，只会改变发送时延，传输时延不变。

时延带宽积

时延带宽积=传播时延x带宽 (bit)【某段链路现在有多少比特】

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=传播时延*2+末端处理时间

利用率

丢包率

丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。

分层结构

从功能上描述计算机网络结构。（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。）

为何分层：因为数据在传输时需要大量的问题去解决，所以将大问题分成小问题，分开解决。

分层的基本原则：

1.各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。

2.每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。

分层的结构：

1.实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。收发双方相同层次中的实体叫对等实体。

⒉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（访问服务点SAP) ：上层使用下层服务的入口。

4.服务：下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】

7层OSI参考模型（法定标准）

七层模型

通信过程

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：

1、数据格式变换（翻译官）

2、数据加密解密

3、数据压缩和恢复

（JPEG ASCII 协议）

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。

功能：

1、建立、管理、终止会话

2、使用校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。

（ADSP ASP协议）

4、传输层

负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。

功能：

1、可靠传输、不可靠传输

2、差错控制

3、流量控制功能

4、复用分用

复用：多个应用层进程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。

（TCP UDP协议）

5、网络层

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

1、路由选择

2、流量控制

3、差错控制

4、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。

(IP IPX ICMP IGMP ARP RARP OSPF协议)

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：

1、成帧（定义帧的开始和结束)

2、差错控制帧错+位错

3、流量控制

4、访问（接入）控制控制对信道的访问

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：指不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能够在链路上传送。、

功能

1、定义接口特性

2、定义传输模式单工、半双工、双工功能

3、定义传输速率

4、比特同步功能

5、比特编码 （Rj45、802.3协议）

TCP/IP参考模型（事实标准）

5层参考模型（实际不存在，为了学习）

5层参考模型

通讯过程

路由器：物理层、数据链路层、网络层

交换机：物理层、数据链路层

集线器：物理层

第二章（物理层）

概念

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。

物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性

特性：

1、机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、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、过程特性（规程特性）：定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

数据通讯基本知识

专业术语

通讯的目的传送消息。

数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。

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。

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息的介质，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。

三种通讯方式

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。

半双工通信：通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。

全双工通信：通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道。

两种数据传输方式

串行传输：速度慢，费用低，适合远距离

并行传输：速度快，费用高，适合近距离（适用于计算机内部）

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

号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。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，另一种代表1状态。

速率、波特、带宽

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表示。

1、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，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数或信号变化的次数)，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。这里的码元可以是多进制的，也可以是二进制的，但码元速率与进制数无关。

（1s传输多少个码元） 单位：波特 1波特=1码元/秒

2、信息传输速率：别名信息速率、比特率等，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）

带宽

表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是b/s。

题目

系统传输的是比特流，通常比较的是信息传输速率，所以传输十六进制码元的通信系统传输速率较快，如果用该系统去传输四进制码元会有更高的码元传输速率。

奈氏准则和香农定理

失真

影响失真程度的因素：1.码元传输速率 ⒉信号传输距离 3.噪声干扰 4.传输媒体质量

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清晰界限的现象。

奈氏准则（内忧）

在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud，W是信道带宽，单位是Hz。

香农定理（外患）

信噪比(设为M)

噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声随机产生它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，那么噪声影响相对较小。因此，信噪比就很重要。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） =10log1o(S/N) 例如：30dB 30dB=10log1oM 则M=3000 (S/N)

数据的编码和调制

信道：

信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，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。

信道上传送的信号：

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件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。

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)。

在传输距离较近时，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)

编码与调制

数字数据------------->数字信号 （编码 使用数字发送器） 模拟数据------------->数字信号 （编码 使用PCM编码器）

数字数据------------->模拟信号 （调制 使用调节器） 模拟数据------------->模拟信号 （调制 使用放大器调制器）

数字数据编码为数字信号

数字数据调制为模拟信号

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）。

模拟数据调制为模拟信号

为了实现传输的有效性，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的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。

物理层传输介质

传输介质也称传输媒体/传输媒介，它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。（即不是物理层，位于物理层下面）

导向性传输介质：

电磁波被导向沿着固体媒介（铜线/光纤）传播。

1、双绞线：无屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP） 区别：屏蔽双绞线多一层屏蔽层

特点：价格便宜

缺点：距离太远，模拟传输需要放大器，数字传输需要中继器

2、同轴电缆：基带同轴电缆和宽带同轴电缆

3、光纤：多模光纤和单模光纤

特点：1.传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。

⒉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。

非导向性传输介质：

自由空间，介质可以是空气、真空、海水等。

物理层设备

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。(再生数字信号)

集线器

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）处于工作状态的端口上，以增

加信号传输的距离，延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备。

大的冲突域

第三章（数据链路层）

功能概念

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：网络中两个结点之间的逻辑通道，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。

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地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错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路。

功能：

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。

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）。 功能三：组帧。 功能四：流量控制。 功能五：差错控制（帧错/位错）。

封装成帧

封装成帧

封装成帧就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，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（帧定界）。

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。

组帧的方法

1、字符计数法

因为容易出错所以不常用

2、字符填充法

3、零比特填充法

操作：

1、填充：在发送端，扫描整个信息字段，只要连续5个1，就立即填入1个0。

2、删除：在接收端收到一个帧时，先找到标志字段确定边界，再用硬件对比特流进行扫描。发现连续5个1时，就把后面的0删除。

4、违规编码法

使用该编码中不用的违规编码来充当界帧的起始和终止。（局域网IEE802标准就使用了 ）

差错控制

差错一般来源于噪声

全局性噪声：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。

解决办法:提高信噪比来减少或避免干扰。(对传感器下手)

局部性噪声：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。

解决办法:通常利用编码技术来解决。

位错：

【比特位出错，1变成0，0变成1】 检错编码（奇偶校验码，循环冗余码CRC） 纠错编码（海明码）

1、奇偶校验码

2、循环冗余码CRC

例题：

3、海明码

1、

帧错：

【丢失，重复，失序】

流量控制与可靠传输机制

较高的发送速度和较低的接收能力的不匹配，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。

流量控制

停止等待协议

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。

（因为有确定帧的出现，所以信道利用率太低）

1、发送帧缺失

2、确认帧缺失（ACK缺失）

3、ACK迟到

后退N帧协议

选择性重传协议

设置单个确认，同时加大接收窗口，设置接收缓存，缓存乱序到达的帧。

发送方：

1、上层的调用

从上层收到数据后，SR发送方检查下一个可用于该帧的序号，如果序号位于发送窗口内，则发送数据帧;否则就像GBN一样，要么将数据

缓存，要么返回给上层之后再传输。

2、收到一个ACK

如果收到ACK，加入该帧序号在窗口内，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、超时时间

每个帧都有自己的定时器，一个超时事件发生后只重传一个帧。

接收方：

来者不拒，SR接收方将确认一个正确接收的帧而不管其是否按序。失序的帧将被缓存，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）皆被收到为止，这时才可以将一批帧按序交付给上层，然后向前移动滑动窗口。

4、运行中的SR

窗口大小过大，会发生错误，需要适当

点对点协议PPP

简介：

点对点协议PPP(Point-to-Point ProtoCOIl)定日刖使市取1R3/TA0OM年的修订。现在PPP协议是因特网工程任务组IETF在1992年制定的。

经过1993年和1994年的修订，现在的PPP协议已成为因特网的正式标准[RFC1661,RFC1662]。

构成：

1、对各种协议数据报的封装方法（封装成帧)链路控制协议LCP 2、用于建立、配置以及测试数据链路的连接 3、一套网络控制协议NCPs其中的每一个协议支持不同的网络层协议

媒体接入

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，即媒体接入控制MAC(Medium Access Control)。

1、静态划分信道

复用：复用就是通过一条物理线路同时传输多路用户的信号。 当网络中传输媒体的传输容量大于多条单一信道传输的总通信量时，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。

频分复用FDM

时分复用TDM

波分复用WDM

码分复用CDMA

复用与多址

复用：是将单一媒体的频带资源划分成很多子信道，这些子信道之间相互独立，互不干扰。从媒体的整体频带资源上看，每个子信道只占用该媒体频带资源的一部分。

（FDM,TDM,WDM,CDM）

多址：（更确切地应该称为多点接入）处理的是动态分配信道给用户。这在用户仅仅暂时性地占用信道的应用中是必须的，而所有的移动通信系统基本上都属于这种情况。相反在信道永久性地分配给用户的应用中，多址是不需要的(对于无线广播或电视广播站就是这样)。

(FDMA,TDMA,WDMA,CDMA)

2、随机接入

（CSMA/CD协议）

争用期：

主机最多经过2t(即δ→0)的时长就可检测到本次发送是否遭受了碰撞。

因此以太网的端到端往返传播时延2t称为争用期或碰撞窗口。

经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

每一个主机在自己发送帧之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这一小段时间是不确定的。它取决于另一个发送帧的主机到本主机的距离，但不会超过总线的端到端往返传播时延，即一个争用期时间。

显然，在以太网中发送帧的主机越多，端到端往返传播时延越大，发生碰撞的概率就越大。因此，共享式以太网不能连接太多的主机，使用的总线也不能太长。

最小帧长：

以太网规定最小帧长为64字节，即512比特(512比特时间即为争用期); 如果要发送的数据非常少，那么必须加入一些填充字节，使帧长不小于64字节。 以太网的最小帧长确保了主机可在帧发送完成之前就检测到该帧的发送过程中是否遭遇了碰撞; 如果在争用期(共发送64字节)没有检测到碰撞，那么后续发送的数据就一定不会发生碰撞; 如果在争用期内检测到碰撞，就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节，因此凡长度小于64字节的帧都是由于碰撞而异常中止的无效帧。

（最长为1522字节）

截断二进制指数退避算法：

信道利用率

帧接收流程：

（CSMA/CA协议）

在CSDM/CD协议上添加了碰撞避免CA功能，数据链路层确认机制(停止-等待协议)，

两种媒体接入方式：分布式协调功能DCF，点协调功能PCF

失去了碰撞检测功能。

帧间间隔

802.11标准规定，所有的站点必须在持续检测到信道空闲一段指定时间后才能发送帧，这段时间称为帧间间隔IFS.

• 帧间间隔的长短取决于该站点要发送的帧的类型:

  • 高优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得发送权;

  • 低优先级帧需要等待的时间较长。若某个站的低优先级帧还没来得及友话，而具心珀的同仍o烦口o送到信道上，则信道变为忙态，因而低优先级帧就只能再推迟发送了。这样就减少了发生碰撞的机会。

• 常用的两种帧间间隔如下:

  • 短帧间间隔SIFS(28us)，是最短的帧间间隔，用来分隔开属于一次对话的各帧。一个站点应当能够在这段时间内从发送方式切换到接收方式。使用SIFS的帧类型有ACK帧、CTS帧、由过长的MAC帧分片后的数据帧、以及所有回答AP探询的帧和在PCF方式中接入点AP发送出的任何帧。

  • DCF帧间间隔DIFS(128us)，它比短帧间间隔SIFS要长得多，在DCF方式中用来发送数据帧和管理帧。

MAC地址、IP地址以及ARP地址

MAC地址

当多个主机连接在同一个广播信道上，要想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; 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。由于这类地址是用于媒体接入控制MAC(Media Access Control)，因此这类地址被称为MAC地址; 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。请注意:这并不意味着MAC地址属于网络体系结构中的物理层!

IP地址（属于网络层）

ARP地址解析协议

ARP地址高速缓存：记录了ip地址和mac地址之间的关系。

状态分为：静态（手动设置，不同操作系统的生命周期是不同的）和动态（自动获取，生命周期默认为两分钟）

注意：ip地址和mac地址不是一直不变的。

ARP协议只能在一个链路一个网络上使用。

集线器和交换机的区别

物理层 数据链路

集线器：扩大了广播域，也扩大了碰撞域

交换机：扩大了广播域，隔离碰撞域

以太网交换机自学习和转发帧的流程

以太网交换机的生成树协议STP

如何提高以太网的可靠性

1、添加冗余链路可以提高以太网的可靠性，但是冗余链路也会带来负面效应——形成网络环路

（网络环路危害：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)）

虚拟局域网VLAN概述

虚拟局域网VLAN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。

、

第四章（网络层）

网络层的主要任务是实现网络互连，进而实现数据包在各网络之间的传输。

两种服务

IPV4

IPV4地址概述

分类编址的IPv4地址

判断

1、根据地址左起第一个十进制数的值，可以判断出网络类别(小于127的为A类，128~191的为B类，192~223的为C类);

2、根据网络类别，就可找出地址中的网络号部分和主机号部分（A类地址网络号为左起第一个字节B类地址网络号为左起前两个字节,C类地址网络号为左起前三个字节 3、以下三种情况的地址不能指派给主机或路由器接口:

(1）A类网络号0和127 (2)主机号为“全0”，这是网络地址 (3）主机号为“全1”，这是广播地址

划分子网的ipv4地址

划分子网的工具：

怎么划分

将主机号的前几位（或一位）作为子网号，进行网络的区分，但每次区分会减少2个地址，多出一个广播地址和一个网络地址。

无分类编址的ipv4地址

CIDR使用“斜线记法”，或称CIDR记法。即在IPv4地址后面加上斜线“/”，在斜线后面写上网络前缀所占的比特数量

路由集合（构造超网）

iPv4地址的应用规划

IP数据包的发送和转发过程

静态路由配置及可能产生的路由环路问题

静态路由配置是指用户或网络管理员使用路由器的相关命令给路由器人工配置路由表：

这种人工配置方式简单、开销小。但不能及时适应网络状态（流量、拓扑等)的变化。 一般只在小规模网络中采用。

使用静态路由配置可能出现以下导致产生路由环路的错误：

配置错误、聚合了不存在的网络、网络故障

路由选择协议

概述

静态路由选择：由人工配置的网络路由、默认路由、特定主机路由、黑洞路由等都属于静态路由。

这种人工配置方式简单、开销小。但不能及时适应网络状态（流量、拓扑等)的变化。（适用于小规模网络）

动态路由选择：路由器通过路由选择协议自动获取路由信息。

比较复杂、开销比较大。能较好地适应网络状态的变化。（适用于大规模网络）

因特网所采用的路由选择协议的主要特点：

自适应：动态路由选择，能较好地适应网络状态的变化

分布式：路由器之间交换路由信息

分层次：将整个因特网划分为许多较小的自治系统AS(Autonomous System)

路由器的基本结构

路由信息协议RIP的基本工作原理

存在的问题：

“坏消息传的慢”及路由环路问题

开放最短路径优先OSPF协议

概念：

为了减少邻居问候关系采用：

选举指定路由器DR(designated router)和备用的指定路由器BDR(backup designated router)

所有的非DR/BDR只与DR/BDR建立邻居关系

非DR/BDR之间通过DR/BDR交换信息

为了使OSPF能够用于更大的网络采用：

把一个自治系统划分若干个更小的范围，叫做区域

划分区域的好处就是把利用洪泛法交换链路状体信息的范围局限于每一个区域而不是整个自治系统，这就减少了整个网络上的通信量。

边界网关协议BGP的基本工作原理

IPV4数据包首部格式

版本：占4比特，表示IP协议的版本。

通信双方使用的IP协议的版本必须一致。目前广泛使用的IP协议版本号为4(即IPv4)。

首部长度：占4比特，表示lP数据报首部的长度。该字段的取值以4字节为单位。

最小十进制取值为5，表示lP数据报首部只有20字节固定部分

最大十进制取值为15，表示IP数据报首部包含20字节固定部分和最大40字节可变

可选字段：长度从1个字节到40个字节不等。用来支持排错、测量及安全等措施。可选字段增加了IP数据报的功能，但这同时也使得IP数据报的首部长度成为可变的这就增加了每一个路由器处理IP数据报的开销。实际上可选字段很少被使用。

填充字段：确保首部长度为4字节的整数倍。使用全0进行填充。

区分服务：占8比特，用来获得更好的服务。 该字段在旧标准中叫作服务类型，但实际上一直没有被使用过。1998年，因特网工程任务组IETF把这个字段改名为区分服务。利用该字段的不同数值可提供不同等级的服务质量。 只有在使用区分服务时，该字段才起作用。一般情况下都不使用该字段。

总长度：占16比特，表示lP数据报的总长度（首部+数据载荷)。最大取值为十进制的65535，以字节为单位。

生存时间TTL：占8比特，最初以秒为单位，最大生存周期为255秒;路由器转发IP数据报时，将IP数据报首部中的该字段的值减去IP数据报在本路由器上所耗费的时间，若不为O就转发，否则就丢弃。现在以“跳数”为单位，路由器转发IP数据报时，将IP数据报首部中的该字段的值减1，若不为0就转发，否则就丢弃。

协议：占8比特，指明IPv4数据报的数据部分是何种协议数据单元。常用的一些协议和相应的协议字段值如下。

首部检验和：占16比特，用来检测首部在传输过程中是否出现差错。比CRC检验码简单，称为因特网检验和。

IP数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算首部检验和，因为某些字段（生存时间、标志片偏移等)的取值可能发生变化。 由于IP层本身并不提供可靠传输的服务，并且计算首部校验和是一项耗时的操作，因此在IPv6中，路由器不再计算首部校验和，从而更快转发IP数据报。

源lP地址和目的IP地址：各占32比特，用来填写发送该IP数据报的源主机的IP地址和接收该IP数据报的目的主机的IP地址。

网际控制报文协议ICMP

为了更有效地转发lP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)。

ICMP差错报告报文：

终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时，就向源点发送终点不可达报文。具体可再根据ICMP的代码字段细分为目的网络不可达.目的主机不可达、目的协议不可达、目的端口不可达、目的网络未知、目的主机未知等13种错误。

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。

时间超过：当路由器收到一个目的IP地址不是自己的IP数据报，会将其生存时间TTL字段的值减1。若结果不为0，则将该IP数据报转发出去;若结果为O，除丢弃该IP数据报外，还要向源点发送时间超过报文。

数问题：当路由器或目的主机收到IP数据报后，根据其首部中的检验和字段发现首部在传输过程中出现了误码，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。

改变路由(重定向)：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的路由)。

以下情况不发送ICMP报告报文：

对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文 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差错报告报文对具有多播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文 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

常见的ICMP询问报文：

回送请求和回答 ICMP回送请求报文是由主机或路由器向一个特定的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。这种询问报文用来测试目的站是否可达及了解其有关状态。

时间戳请求和回答 ICMP时间戳请求报文是请某个主机或路由器回答当前的日期和时间在ICMP时间戳回答报文中有一个32位的字段，其中写入的整数代表从1900年1月1日起到当前时刻一共有多少秒。 这种询问报文用来进行时钟同步和测量时间。

虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT

虚拟专用网VPN：

利用公用的因特网作为本机构各专用网之间的通信载体，这样的专用网又称为虚拟专用网。由于IPv4地址的紧缺，一个机构能够申请到的IPv4地址数量往往远小于本机构所拥有的主机数量。因此，虚拟专用网中的各主机所分配的地址应该是本机构可自由分配的专用地址,而不是需要申请的、在因特网上使用的公有地址。

网络地址转换NAT：

虽然因特网采用了无分类编址方式来减缓IPv4地址空间耗尽的速度，但由于因特网用户数目的激增，特别是大量小型办公室网络和家庭网络接入因特网的需求不断增加，IPv4地址空间即将面临耗尽的危险仍然没有被解除。 1994年提出了一种网络地址转换NAT的方法再次缓解了IPv4地址空间即将耗尽的问题。 NAT能使大量使用内部专用地址的专用网络用户共享少量外部全球地址来访问因特网上的主机和资源。

第五章（运输层）

如何为运行在不同主机上的应用进程提供直接的通信服务是运输层的任务，运输层协议又称为端到端协议。

运输层端口号、复用与分用的概念

UDP和TCP的对比

总结：

TCP流量控制

就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。（使用滑动窗口机制）

利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现对发送方的流量控制。

TCP接收方利用自己的接收窗口的大小来限制发送方发送窗口的大小。 TCP发送方收到接收方的零窗口通知后，应启动持续计时器。持续计时器超时后，向接收方发送零窗口探测报文。

TCP的拥塞控制

在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络性能就要变坏。这种情况就叫做拥塞(congestion)。

4种拥塞算法：

慢开始： 拥塞避免：

快重传：快恢复：

TCP超时重传时间的选择

TCP可靠传输的实现

TCP基于以字节为单位的滑动窗口来实现可靠传输

TCP的运输连接管理——TCP的连接建立

空2

TCP报文段的首部格式

源端口：占16比特，写入源端口号，用来标识发送该TCP报文段的应用进程。

目的端口：占16比特，写入目的端口号，用来标识接收该TCP报文段的应用进程。

序号：占32比特，取值范围[0，2”-1]，序号增加到最后一个后，下一个序号就又回到0。

确认号：占32比特，取值范围[0,2”-1]，确认号增加到最后一个后，下一个确认号就又回到0。

确认标志位ACK：取值为1时确认号字段才有效;取值为0时确认号字段无效。

同步标志位SYN：在TCP连接建立时用来同步序号。

终止标志位FIN：用来释放TCP连接。

复位标志位RST：用来复位TCP连接。当RST=1时,表明TCP连接出现了异常，必须释放连接，然后再重新建立连接。

推送标志位PSH：接收方的TCP收到该标志位为1的报文段会尽快上交应用进程,而不必等到接收缓存都填满后再向上交付。

紧急标志位URG：取值为1时紧急指针字段有效;取值为0时紧急指针字段无效。

紧急指针：占16比特，以字节为单位，用来指明紧急数据的长度。

数据偏移：占4比特，并以4字节为单位。用来指出TCP报文段的数据载荷部分的起始处距离TCP报文段的起始处有多远。（及指出了首部固定长度）

保留：占6比特，保留为今后使用，但目前应置为0。

窗口：占16比特，以字节为单位。指出发送本报文段的一方的接收窗口。

校验和：占16比特，检查范围包括TCP报文段的首部和数据载荷两部分。

选项：

最大报文段长度MSS选项：TCP报文段数据载荷部分的最大长度。

窗口扩大选项：为了扩大窗口(提高吞吐率)。

时间戳选项：口用来计算往返时间RTT，用于处理序号超范围的情况，又称为防止序号绕回PAWS。

选择确认选项：选择确认功能。

填充：由于选项的长度可变，因此使用填充来确保报文段首部能被4整除 (因为数据偏移字段，也就是首部长度字段，是以4字节为单位的)。

第六章（应用层）

概述

应用层是计算机网络体系结构的最顶层，是设计和建立计算机网络的最终目的，也是计算机网络中发展最快的部分。

客户-服务器方式和对等方式

c/s 客户/服务器方式

客户/服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。

P2P对等方式

动态主机配置协议DHCP

工作流程：

寻找DHCP服务器，提供IP地址租用（使用ARP检查是否被占用），接受IP地址租约，确认P地址租约（使用ARP检查是否被占用），IP地址续约，随时解除IP地址租约

在每一个网络上都设置一个DHCP服务器会使DHCP服务器的数量太多。因此现在是使每一个网络至少有一个DHCP中继代理（通常是一台路由器)，它配置了DHCP服务器的IP地址信息，作为各网络中计算机与DHCP服务器的桥梁。

域名系统DNS

分布式系统（因特网采用层次树状结构的域名结构）

域名

顶级域名TLD：

国家顶级域名nTLD 采用ISO 3166的规定。 如cn表示中国，us表示美国，uk表示英国、等等。

通用顶级域名gTLD 最常见的通用顶级域名有七个。

即: com(公司企业) .net(网络服务机构).org(非营利性组织)、int(国际组织)、edu(美国教育结构).gov(美国政府部门) .mil(美国军事部门)。 ​ 反向域arpa。 用于反向域名解析，即IP地址反向解析为域名。

二级域名：

类别域名：

共七个: ac(科研机构)、com(工、商、金融等企业).edu(教育机构).gov(政府部门).net(提供网络服务的机构).mil(军事机构）和org (非营利性组织)。 行政区域名:

共34个，适用于我国的各省、自治区、直辖市。例如: bj为北京市,sh为上海市、js为江苏省，等等。

域名服务器

域名解析过程

递归查询

迭代查询

文件传送协议FTP

文件传送协议FTP(File Transfer Protocol）是因特网上使用得最广泛的文件传送协议。

电子邮件

电子邮件(E-mail)是因特网上最早流行的一种应用，并且仍然是当今因特网上最重要、最实用的应用之一。

协议过程

发送：

读取：

基于万维网的电子邮件：

万维网www

概述

万维网www (World Wide Web）并非某种特殊的计算机网络。它是一个大规模的联机式的信息储藏所，是运行在因特网上的一个分布式应用。

万维网利用网页之间的超链接将不同网站的网页链接成一张逻辑上的信息网。

万维网是欧洲粒子物理实验室的Tim Berners-Lee最初于1989年3月提出的。

1993年2月，第一个图形界面的浏览器Mosaic

1995年著名的Netscape Navigator浏览器上市。

URL

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超文本传输协议HTTP

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