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因特网结构#xff1a; 计网三个组成成分#xff1a; 工作方式-其中2个部分#xff1a; 功能-两个子网#xff1a; 5个XAN分别是#xff1a; 传输技术#xff0c;两者的主要区别#xff1a; 4种基本网络拓扑结构#xff1a; 3种交换技术#xff1a; 协…1 计网体系结构
因特网结构 计网三个组成成分 工作方式-其中2个部分 功能-两个子网 5个XAN分别是 传输技术两者的主要区别 4种基本网络拓扑结构 3种交换技术 协议的三个部分 计算机网络从结构上分可分为 因特网是__、__计算机的集合 连接到因特网的设备称为__ 端系统分为__与__ 通过由__和__构成的网络核心连接 分组交换机包括__和__。 网络边缘(端系统/应用)→接入网络→网络核心 硬件、软件、协议 边缘部分和核心部分 通信子网下三和资源子网上三 广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个人局域网PAN 广播式网络局域和部分广域、点对点网络广域 是否采用分组存储转发与路由选择机制上不采下采 总线型、星形、环形、网状 电路交换技术、报文、分组 语法、语义、时序 网络核心、网络边缘、接入网 互连的、自治的 主机(端系统) 客户端与服务器 通信链路和分组交换机 路由器和链路层交换机 OSI功能协议应用层FTP、SMTP、HTTP表示层处理两个通信系统交换信息的表示方式会话层建立同步SYN传输层复用、分用。为端到端连接提供可靠服务。差错控制、流量控制TCP、UDP报文段(TCP)或用户数据报(UDP)网络层路由选择、差错控制、流量控制、拥塞控制IP、ICMP、IGMP、ARP、OSPF数据报分组数据链路层成帧、差错控制、流量控制、传输管理SDLC、HDLC、PPP、STP帧物理层传输比特流比特
TCP/IP重点应用层传输层TCP传输控制协议、面向连接、报文段可靠UDP用户数据报协议、无连接、用户数据报、不可靠网际层提供无连接不可靠的服务网络接口层
2 物理层
数据/信号 分类模拟信号连续变化的信号数据信号取值仅允许为有限的几个离散数值的信号
数据传输方式串行传输1比特1比特地传输并行传输若干比特通过多条通信信道同时传输
交互的三种基本方式单向通信一条信道只有一个方向的通信而没有反方向的交互半双工通信两条信道通信的双方都可以发送或接收信息但不能同时全双工通信两条信道通信双方可以同时发送或接收信息
率的区分信息传输速率b/s比特率单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数码元传输速率Baud波特率单位时间内数字通信系统所传输的码元个数带宽b/s最高数据率波特率比特率/每码元所含比特数波特率比特率/每码元所含比特数波特率比特率/每码元所含比特数若一个码元含有n比特的信息量则表示该码元所需要的不同离散值位2n2^n2n个码元的离散电平数指有多少种不同码元比如16种不同码元需4个二进制位数据传输速率是码元传输速率的4倍以太网使用曼彻斯特编码每位数据一个比特都需要两个电平对应码元传输速率
定理条件公式解释奈奎斯特定理理想环境2Wlog2V2Wlog_2V2Wlog2VW是理想低通信道的带宽V表示每个码元离散电平的数目香农定理不理想环境Wlog2(1S/N)Wlog_2(1S/N)Wlog2(1S/N)S为信道传输信号的平均功率N为信道内部的高斯噪声功率信噪比单位dB信噪比10log10(S/N)信噪比10log_{10}(S/N)信噪比10log10(S/N)S/N10信噪比10dBS/N1000信噪比30dB
编码与调制 数字数据编码
注意差分曼彻斯特在ppt上是码元为1的变化 数字数据调制
基本数字调制方法简写辐移键控ASKAmplitude shift keying振幅频移键控FSKFrequency shift keying频率相移键控PSKphase shift keying相位正交振幅调制QAMQuadrature Amplitude Modulation结合振幅和相位RBlog2(mn)RBlog_2(mn)RBlog2(mn) b/sB为波特率m种相位每个相位有n种振幅
模拟数据编码
脉码调制PCM采样对模拟信号进行周期性扫描把时间上连续的信号变成离散的信号量化把采样取得的电平幅值转换为离散的数字量编码把量化的结果转换为与之对应的二进制编码
采样定理奈奎斯特定理f采样≥2×f最大f_{采样}\geq 2\times f_{最大}f采样≥2×f最大将模拟信号转换成数字信号时假设原始信号中的最大频率为fff那么采样频率f采样f_{采样}f采样必须大于等于最大频率fff的两倍
电路交换报文交换和分组交换
电路交换的三个阶段连接建立、数据传输、连接释放
报文交换在交换结点采用的传输方式无须建立连接存储转发
分组交换相比报文交换的缺点无须建立连接传输额外信息量
分组交换的两种服务方式数据报与虚电路
数据报服务需要建立连接吗不 数据报服务保证可靠吗不 数据报服务分组中有双方完整地址吗有 数据报服务有冗余路径吗有
虚电路的三个阶段虚电路建立、数据传输、虚电路连接
虚电路的工作原理
虚电路建立体现路由选择A 呼叫请求B 呼叫应答数据传输A 发送数据分组B ACK虚电路连接A 释放请求B 释放应答 传输介质
双绞线、同轴电缆、光纤
无线传输介质
物理层接口的四个特性机械、电气、功能、过程
物理层设备
中继器将信号摘星并放大再转发出去
集线器多端口中继器
5-4-3规则 4个中继器串联的5段通信介质中只有3段可以挂接计算机其余两段只能用作扩展通信范围的链路段 3 数据链路层
3.1 数据链路层的功能
为网络层提供的服务
连接与确认的关系
帧传输的三个阶段
HDLC中帧定界的标识位F
MTU 无确认的无连接服务、有确认的无连接服务、有确认的面向连接服务 有连接一定有确认有确认不一定有连接 建立数据链路、传输帧、释放数据链路 01111110 最大传送单元帧数据部分的长度上限 3.2 组帧
字符计数法用第一个字节表明帧内字符数一错俱错
字符填充法
零比特填充法 前后标志字段01111110 在发送端怎么处理扫描连续5个1填入1个0 在接收端怎么处理确定边界再用硬件去掉填的0
违规编码法 用 高高 or 低低 表始终 是 局域网IEEE802 标准
3.3 差错控制
在数据链路层主要是纠 比特 错
检错编码奇偶校验码循环冗余码CRC 纠错编码海明码
奇偶校验码
按 1 的数量的奇偶划分n-1 位信息元1位校验元检错能力50%
循环冗余码 CRC 例发送数据1101011011多项式10011 ① 10011 x4x1x0x^4x^1x^0x4x1x0 阶为4 11010110110000 ② 11010110110000 / 10011 余数为1110 ③ 最终发送数据 11010110111110
海明码
纠错d位需要2d1的编码方案 检错d位需要d1的编码方案
① 确定校验码位数r 海明不等式 2r≥kr12^r\geq kr12r≥kr1 r为冗余信息位数k为信息位数 ② 确定校验码和数据的位置校验码PPP 在 2 的几次方位置 ③ 求出校验码的值令所有要校验的位异或0 ④ 检错并纠错计算校验码二进制序列值为 i出错位就是第 i 位
3.4 流量控制与可靠传输机制
两种控制关注点流量控制接收端数据接收处理和缓存能力拥塞控制网络传输能力
流量控制的基本方法由接收方控制发送方发送数据的速率
链路层流量控制的两种方法停止-等待协议 和 滑动窗口协议后退N帧协议GBN和选择重传协议SR
公式信道利用率uTDTDRTTTAu\frac{T_D}{T_DRTTT_A}uTDRTTTATDuL:T内发送L比特的数据C:发送方数据传输率T:发送周期−从开始发数据到收到第一个确认帧为止u\frac{\frac{L: T内发送L比特的数据}{C: 发送方数据传输率}}{T: 发送周期-从开始发数据到收到第一个确认帧为止}uT:发送周期−从开始发数据到收到第一个确认帧为止C:发送方数据传输率L:T内发送L比特的数据信道吞吐率信道吞吐率 信道利用率 * 发送方的发送速率
停止-等待协议
作用①解决丢包 ②流量控制
研究前提 ① 一方为发送方一方为接收方 ② 不考虑起发生层次 ③ 每发完一个帧就停下来等对方确认后再发下个帧
应用情况有差错的三种情况 ① 数据帧丢失或检测到帧出错 ② ACK丢失 ③ ACK迟到
数据帧丢失或检测到帧出错时怎么处理 ① 发完一个帧必须保留起副本 ② 数据帧和确认帧必编号
后退N帧协议GBN 滑动窗口长度WTW_TWT若采用n个比特对帧编号1≤WT≤2n−11\leq W_T\leq 2^n-11≤WT≤2n−1 e.g. 2个比特对帧编号1≤WT≤31\leq W_T\leq 31≤WT≤3
N越大信道利用率越高总数据传输速率越高但重传代价更大缓存也更大
重点总结 ① 累积确认偶尔捎带确认 ② 接收方只按序接收帧不按序则无情丢弃 ③ 确认序列号最大的按序到达帧 ④ 发送窗口最大为2n−12^n-12n−1
选择重传协议 SR
GBN弊端累积确认、批量重传 解决① 设置单个确认② 加大接收窗口③ 设置接收缓存缓存乱序帧 滑动窗口长度设置问题发送窗口最好等于接收窗口大了溢出小了没意义 一般WTmaxWRmax2(n−1)一般W_{T_{max}}W_{R_{max}}2^{(n-1)}一般WTmaxWRmax2(n−1) 至少满足发送窗口大小接收窗口大小≤2n至少满足发送窗口大小接收窗口大小\leq 2^n至少满足发送窗口大小接收窗口大小≤2n e.g. 0 1 2 3 0 1 2 3…n2窗口最大设为 2n−122−122^{n-1}2^{2-1}22n−122−12
重点总结 ① 对数据帧逐一确认收一个确认一个 ② 只重传出错的帧 ③ 接收方有缓存 ④ WTmaxWRmax2(n−1)W_{T_{max}}W_{R_{max}}2^{(n-1)}WTmaxWRmax2(n−1)
3.5 介质访问控制
常见三种介质访问控制方法信道划分、随机访问、轮询访问 1静态23动态 信道划分介质访问控制
四种复用多路复用 DM - division multiplexing ① 频分多路复用FDMA ② 时分多路复用TDMA ③ 波分多路复用WDMA ④ 码分多路复用CDMA
CDMA码分多址
作用方式1比特分为多个chip每个站点指定唯一的m位chip序列发送1时发送chip序列发送0时发送起反码
多个站点同时发送数据时要求它们的chip序列相互正交 随机访问介质访问控制
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、如果发生冲突超时一定时间后重传改进后时隙ALOHA协议用时间片约束用户改进目的控制想发就发的随意性
CSMA协议
CSCarrier Sense 载波监听每个站在发送数据前都要通过总线电压检测别人有没有在发 MAMultiple Access 多路访问
1-坚持CSMA非坚持CSMAp-坚持CSMA信道空闲马上发马上发p 概率直接传输1-p 概率等下一时间槽再传输信道忙继续坚持监听等一段时间再监听等一段时间再监听
CSMA/CD协议适用有线局域网
CDCollision Detection 碰撞检测边发送边侦听
工作流程先听后发边听边发冲突停发随机重发
以太网取51.2微秒为争用期的长度对于10Mb/s的以太网在争用期内可发送512bit也即64B
最迟多久知道数据有无碰撞2×端到端的传播时延2 \times 端到端的传播时延2×端到端的传播时延
如何确定碰撞后的重传时机截断二进制指数规避算法 ① 确定基本退避时间位争用期2×端到端的传播时延2 \times 端到端的传播时延2×端到端的传播时延 ② 定义 k min[重传次数,10] ③ 从[0,1,...,2k−1][0,1,...,2^k-1][0,1,...,2k−1]中随机取一数r设重传的退避时间为r−2×端到端的传播时延r - 2 \times 端到端的传播时延r−2×端到端的传播时延 ④ 若重传次数达16则认为网络拥挤抛弃帧并向上层报错
最小帧长总线传播时延×数据传输速率×2最小帧长总线传播时延\times 数据传输速率\times 2最小帧长总线传播时延×数据传输速率×2
CSMA/CA协议适用无线局域网
CACollision Avoidance 碰撞避免
载波监听多点接入/碰撞避免 无线局域网无法全面检测碰撞
工作原理发送数据前先检测信道是否空闲信道空闲发出RTS信道忙碌等待
算法归纳① 站点有数据要发送且检测到信道空闲在等待DIFS后发送整个数据帧② 否则站点执行CSMA/CA退避算法选取一个随机回退值③ 当退避计时器减到0时站点发送帧④ 发送站若收到确认则跳转②发送第二帧
IEEE 802.11 帧间间隔DIFS分布式协调IFS最长的IFS优先级最低用于异步帧竞争访问的时延PIFS点协调IFS中等长度的IFS优先级居中在PCF操作中使用SIFS短IFS最短的IFS优先级最高用于需要立即响应的操作
处理隐蔽站RTS和CTSRTS源站在发送数据帧前先广播一个短请求发送RTS若信道空闲AP广播一个允许发送CTS控制帧CTS① 给源站明确的发送许可② 指示其他站点在预约期内不要发送
不同点CSMA/CACSMA/CD传输介质无线有线载波检测方式ED、CS、能量载波混合检测电压变化
轮询访问介质访问控制令牌传递协议
polling、token passing
令牌一个特殊格式的MAC控制帧不含任何信息
作用控制信道的使用确保同一时刻只有一个结点独占信道
每个结点在 持有令牌 时才能发送数据
令牌开销等待延迟单点故障
应用于令牌环网物理星型拓扑逻辑环形拓扑
常用于负载较重通信量较大的网络中
3.6 局域网
局域网某一区域内多计算机互联的计算机组使用广播信道
特点 ① 范围小 ② 专门传输介质速率高 ③ 延迟短误码率低 ④ 平等共享 ⑤ 分布式广播式广播组播
决定局域网主要因素网络拓扑传输拓扑介质访问控制方法
网络拓扑4种星型、总线型、环形、树型
传输介质 有线双绞线、同轴电缆、光纤 无线电磁波
介质访问控制方法 ① CSMA/CD总线型/树型 ② 令牌总线型/树型只有令牌持有者才能控制总线 ③ 令牌环环形令牌环网
分类 ① 以太网最广泛 CSMA/CD ② 令牌环网少用 ③ FDDI网环形 ④ ATM网新型 ⑤ WLANIEEE 802.11
IEEE 802标准
以太网令牌环网光纤WLAN802.3802.5802.8802.11802.3 以太网
CSMA/CD 总线网逻辑上总线物理上星型
提供无连接、无差错、不可靠的服务
10BASE-T 以太网传送基带信号无屏蔽双绞线
适配器计算机与外界的局域网连接
以太网的MAC帧 MAC地址物理地址48位二进制地址前24位代表厂家后24位厂家指定常用6个十六进制数表示
格式标准DIX Ethernet V2最常用、IEEE 802.3
高速以太网
① BASE前的数字表示数据率单位为Mb/s ② BASE指介质上的信号为基带信号采用曼彻斯特编码 ③ 后面的5或2表示每段电缆最长长度为500m或200m(实际为185m) ④ T表示双绞线F表示光纤
名称用线速率100BASE-T以太网双绞线100Mb/s吉比特以太网光纤或双绞线1Gb/s10吉比特光纤10Gb/s
IEEE802.11 无线局域网
CSMA/CA
802.11数据帧有4种子类型分别是 IBSS、From AP、To AP 和 WDS
在To AP中地址1是RA地址2是SA地址3是DA RAReceiver Address接入点的MAC SASource Address源MAC DADestination Address目的MAC 3.7 广域网
PPP协议
point-to-point Protocol使用串行线路通信的面向字节的协议目前使用最广泛的数据链路层协议
三个组成部分 ① 一个将IP数据报封装到串行链路的方法 ② 链路控制协议 LCP用于建立、配置、测试和管理数据链路 ③ 网络控制协议 NCP允许采用多种网络层协议
注意 ① 提供差错检测但不提供纠错功能使用CRC ② 仅支持点对点的链路通信不支持多点线路 ③ 只支持全双工链路 ④ 两端可以运行不同的网络层协议 ⑤ 面向字节若在异步线路则采用字节填充法若在同步线路则采用硬件来比特填充 ⑥ 由于不采用CSMA/CD协议所以信息段占01500字节而不是461500字节 HDLC协议
High-level Data Link Control高级数据链路控制是ISO制定的面向比特的数据链路层协议不属于TCP/IP协议族
① 可透明传输使用0比特插入法成帧 ② 采用全双工 ③ CRC检验 ④ 对信息帧进行顺序编号可防止漏发或重发
三种站主站控制链路发出命令帧从站按主站命令操作发出响应帧复合站发出命令帧和响应帧
三种数据操作方式正常响应方式从站收到主站许可后方可响应异步平衡方式平衡结构操作方式每个复合站可以进行对另一站的数据传输异步响应方式非平衡结构操作方式从站即使未受到主站的允许也可进行传输
三类帧无间隙无编号帧提供对链路的建立、拆除等多种控制功能监督帧用于流量控制和差错控制执行确认请求重发请求暂停发送信息帧传输数据信息
PPP协议 vs HDLC协议面向?协议字段PPP协议面向字节2B协议字段无序号和确认机制不可靠HDLC协议面向比特没有有编号和确认机制可靠
3.8 链路层设备
3.8.1 网桥
根据MAC帧的目的地址对帧进行转发过滤
4个作用 ① 过滤通信量增大冲突量 ② 扩大物理范围 ③ 提高可靠性 ④ 互连不同物理层MAC子层的以太网
分类 透明网桥用自学习的方法构建转发表 源路由网桥详细的最佳路由信息放在帧首部 方法源站以广播方式向目的站发送发现帧
3.8.2 交换机
交换机是一个多端口的网桥
以太网交换机两种交换方式
直通式存储转发式查完目的地址立即转发将帧放入缓存检查是否正确Y则转发N则丢弃
冲突域广播域同一时间只能有一台设备发送信息的范围能接收某站点发出广播信号的设备范围能否隔离冲突域能否隔离广播域物理层设备中继器、集线器不能不能链路层设备网桥、交换机能不能网络层设备路由器能能
4 网络层
4.1 网络层的功能
主要功能把分组从源端传到目的端为分组交换网上不同主机提供通信服务
网络层传输单位数据报
功能 ① 路由选择和分组转发 ② 异构网络互联 ③ 拥塞控制 开环静 闭环动
中继系统
系统物理层中继系统中继器集线器数据链路层中继系统网桥、交换机网络层中继系统路由器网络层以上的中继系统网关
4.2 路由算法
两类路由算法自适应说明举例静态路由算法非自适应由网络管理员手工配置的路由信息军用动态路由算法自适应按照路由算法优化出路由表项① 距离向量路由算法② 链路状态路由算法
分散性距离向量路由算法 RIP
路由选择表中有路径的目的地路径的代价
要求 ① 网络中每一个路由器都维护一个从自己到每一个目的网络的唯一最佳距离 ② 所有结点定期用自己的路由选择表更新邻层
更新路由选择表的条件被通知新路由/更短的路
距离“跳数”经过一个路由器就1。允许一条路由最多只包含15个路由器16表不可达
交换规则 ① 仅和相邻路由器交换信息 ② 路由器交换的信息是自己的路由表 ③ 每 30s 交换一次路由信息然后路由表根据新信息更新路由表 ④ 若超 180s 未收到邻层路由器的通告则判定邻居没了并自更新路由表 ⑤ 最终路由信息会实现收敛
距离向量算法
修改相邻路由器发来的RIP报文中的所有表项对修改后的RIP报文中的每一个项目 ① 若下一跳为x则用收到的项目替换源路由表中的项目 ② 若下一跳不为x原来距离比从x走的距离远则更新否则不作处理若180s还没收到相邻路由表x的更新路由表则把x记为不可达的路由器即把距离设为16返回 全局性链路状态路由算法 OSPF
开放最短路径优先协议使用了 Dijkstra 提出的最短路径优先算法
最主要的特征使用分布式的链路状态协议
要求每个结点有完全的网络拓扑信息
结点任务 ① 主动测试所有邻接结点 ② 定期传播链路状态
三个特征 ① 泛洪法发送信息 ② 发送的是路由器相邻的所有链路状态 ③ 只有链路变化时才发
特点 ① 使用洪泛法向自治系统内所有路由器发送信息相邻 相邻 ② 发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态 ③ 只有链路状态发生变化时才会交换信息 BGP协议
与其他AS的邻站BGP发言人交换的是网络可达性信息要到达某个网络要经过一系列AS
发生变化时更新有变化的部分 三种路由协议比较 层次路由
分层次的路由选择协议 ① 因特网规模大 ② 单位对外透明性
一个自治系统的所有网络都属于一个行政单位管辖 一个自治系统的所有路由器在本自治系统内部都必须连通
IGP内部网关协议、具体的协议有RIP和OSPF EGP外部网关协议、具体的协议有BGP
4.3 IPv4 最大传送单元MTU代表链路数据帧可封装数据的上限
以太网MTU是1500字节首部至少为20B数据部分长度需为8B的整数倍
IP地址
历史分类的IP地址 子网的划分 构成超网无分类编址方法
分类的IP地址全世界唯一的32位(4字节)的标识符标识路由器主机接口一般写为点分十进制格式 {网络号,主机号}
IPv4地址起始规律A类11B类128128C类19212864D类2241286432E类240128643216用途NetID网络号HostID主机号作为IP分组源地址作为IP分组目的地址本网范围内表示主机全0全0可以不可以表示本网内某个特定主机全0特定值不可以可以本网广播地址(路由器不转发)全1全1不可以可以网络地址表示一个网络特定值全0不可以不可以直接广播地址(对特定网络上所有主机进行广播)特定值全1不可以可以用于本地软件环回测试127任何数可以可以
网络类别最大可用网络数第一个可用的网络号最后一个可用的网络号每个网络中的最大主机数A27−22^7-227−21126224−22^{24}-2224−2B2142^{14}214128.0191.255216−22^{16}-2216−2C2212^{21}221192.0.0223.255.25528−22^8-228−2
私有IP地址网段
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
子网划分
某单位划分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的子网划分
子网掩码与IP地址逐位相与就得到子网网络地址
IP地址级数 子网掩码 快速计算表1000 00001281111 10002481100 00001921111 11002521110 00002241111 11102541111 00002401111 1111255
使用子网时分组转发
路由表中的三样 ① 目的网络地址 ② 目的网络子网掩码 ③ 下一跳地址
路由器转发分组的算法 ① 提取目的中地址 ② 是否直接交付 ③ 特定主机路由 ④ 检测路由表中有无路径 ⑤ 默认路由0.0.0.0
无分类域间路由选择CIDR 消除传统的A类B类和C类地址以及划分子网的概念 融合了子网地址和子网掩码方便子网划分CIDR把网络前缀均相同的连续IP地址组成一个“CIDR”地址块
构成超网路由聚合将多个子网聚合成一个较大的子网
最长前缀匹配使用CIDR时查看路由表可能得到几个匹配结果。 应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
地址解析协议 ARP
Address Resolution Protocol
如何解决下一跳走哪的问题完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射
两个步骤 ① 检查ARP高速缓存 有对应表项则写入MAC帧 没有对应表项则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装成广播ARP请求分组。 ② 目的主机收到请求后会向源主机单播一个ARP响应分组源主机收到后将此映射写入ARP缓存
ARP高速缓存IP地址为MAC地址的映射
ARP协议4种典型情况
主机A发给本网络中的主机B用ARP找到主机B的硬件地址主机A发给另一网络中的主机B用ARP找到本网络中一个路由器(网关)的硬件地址路由器发给本网络中的主机A用ARP找到主机A的硬件地址路由器发给另一网络中的主机B用ARP找到本网络中一个路由器(网关)的硬件地址
动态主机配置协议 DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol基于UDP的应用层协议用于给主机动态分配IP地址提供即插即用联网的机制
DHCP服务器聚合DHCP客户机的交换过程
客户机广播“DHCP发现”报文DHCP服务器广播“DHCP提供”报文客户机广播“DHCP请求”报文DHCP服务器广播“DHCP确认”报文
网际控制报文协议 ICMP
Internet Control Message Protocol
差错报告报文类型原因终点不可达无法交付源点抑制拥塞丢数据时间超过TTL0参数问题首部字段有问题改变路由重定向值得更好的路由不应发送ICMP差错报文的情况对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文不自首对第1分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文不重复对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报文忽视组播对具有特殊地址如127.0.0.0或0.0.0.0的数据报不发送ICMP差错报告报文不搞特殊总结ICMP报文本身非第一个分片(仅对第一个分片发)具有组播地址的IP数据报
ICMP询问报文
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。测试目的站是否可达以及了解其相关状态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。
ICMP的应用
ping测试两个主机之间的连通性使用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ICMP时间超过差错报告报文
4.4 IPv6
与IPv4的区别 ① 地址从32位增大到128位 ② 在路由器中不能分片 ③ 首部长度单位从4B变为8B
一般形式冒号十六机制记法 压缩形式0000 0 和 零压缩一连串连续的0可以被一堆冒号取代在一个地址中只能用一次 基本地址类型
单播一对一通信源地址目的地址 多播一对多通信可做目的地址 任播一对多中的一个通信
IPv6向IPv4过渡的策略
双栈协议一台设备上同时启用IPv4和IPv6协议栈隧道技术隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送
4.5 IP组播
点对多点的传输方式
IP组播地址让源设备能将分组发送给一组设备属于多播组的设备将被分配一个组播组IP地址 D类地址224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 只能作为分组的目标地址 源地址总为单播地址 组播数据报 “尽最大努力交付”UDP不产生ICMP差错报文并非所有D类地址都可以作为组播地址
硬件组播组播IP地址需要相应的 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-SE打头余下的6个十六进制根据IP组播地址最后23为转换得到 TCP/IP协议使用的以太网多播地址范围01-00-5E-00-00-00 ~ 01-00-5E-7F-FF-FF 所以组播地址的后23位与D类IP地址中的后23位有一一对应的关系 IGMP协议 让路由器找到本局域网上是否有主机(的进程)参加或退出了某组播组 ① 主机向组播组的组播地址发送IGMP报文申请加入 ② 本地组播路由器周期性探询本地局域网上的主机
组播路由协议三种算法基于链路基于距离-向量协议无关的组播
4.6 移动IP
移动节点以固定的网络IP地址实现跨越不同网段的漫游功能
4.7 网络层设备
路由器是一种多输入、多输出端口的专用计算机任务是转发分组 三层设备的区别
网络层路由器可以互联两个不同网络层协议的网段链路层网桥可以互联两个物理层和链路层不同的网段物理层集线器不能互联两个物理层不同的网段
路由表由路由选择算法得来转发表由路由表得来
5 传输层
5.1 传输层概述
只有主机才有的层次
功能 ① 提供进程之间的逻辑通信端到端 ② 复用应用层所有应用进程通过传输层传输到网络层 分用传输层从网络层收到数据后交付指明的应用进程 ③ 对收到的报文进行差错检测 ④ 两种协议TCP协议 vs UDP协议
5.2 UDP协议
只在IP数据报上增加了复用分用和差错检测功能
主要特点 ① 无连接 ② 不保证可靠交付 ③ 面向报文一次发送一个完整报文 ④ 设有拥塞控制适用于实时应用 ⑤ 首部开销小8B
UDP数据报 伪首部 UDP校验 5.3 TCP协议
特点 ① 面向连接虚连接 ② 点对点只能有两个端点 ③ 可靠交付无差错不丢失不重复按序到达 ④ 全双工通信 ⑤ 面向字节流 TCP连接管理
三个阶段连接建立 数据传送 连接释放
连接建立三次握手
连接释放四次挥手 规律 seq ack1 ack seq不变 TCP可靠传输
机制校验序号确认重传
TCP流量控制
利用滑动窗口实现流量控制
接收方通过接收缓存大小动态调整发送方发送窗口大小 也即发送方的发送窗口取接收窗口rwnd和拥塞窗口rwnd最小值 TCP拥塞控制
出现拥塞对资源需求的总和可用资源
拥塞控制防止过多的数据注入到网络中
四种算法
假定 ① 发送窗口Min{接收窗口拥塞窗口} ② 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 ③ 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
慢开始和拥塞避免 快重传和快恢复 6 应用层
6.1 应用层概述
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录
重要协议FTPSMTPPOP3HTTPDNS
网络应用体系结构包括C/S纯P2P混合模式
6.2 网络应用模型
客户/服务器模型
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
p2p模型
每个主机既可以提供服务也可以请求服务 任意端系统/节点之间可以直接通讯 节点间歇性接入网络并可能改变IP地址
6.3 域名系统DNS
记录主机名与主机IP地址映射关系
3种DNS服务器组成了自上而下的层次结构根DNS服务器顶级域(TLD)DNS服务器(.com、.org等)权威DNS服务器(xxx.com、xxx.org等)
DNS服务器中维护的DNS资源记录表示为四元组(Name,Value,Type,TTL)其中TTL为记录有效时间Type为记录类型有以下4种 • A描述主机名与IP地址的映射例如(relay1.bar.foo.com,145.3.3.3,A) • NS描述域名与权威DNS服务器主机名映射例如(foo.com,dns.foo.com,NS) • CNAME描述主机别名与规范主机名的映射例如(foo.com,relay1.bar.foo.com,CNAME) • MX描述邮件服务器与规范主机名的映射例如(foo.com,mail.bar.foo.com,MX)
当申请xxx.com的新域名时需要准备自己的权威DNS服务器dns.xxx.com向对应的顶级域DNS服务器插入(xxx.com,dns.xxx.com,NS)和(dns.xxx.com,[IP地址],A) 6.4 文件传输协议FTP
控制连接
服务器监听21号端口等待客户连接
控制信息以7位ASCII格式传送
数据连接
主动模式PORT“服务器”连接到“客户端”的端口
被动模式PASV“客户端”连接到“服务器”的端口
FTP的控制信息是带外(Out-of-band)传送
工作原理
6.5 简单邮件传输协议 SMTP
Simple Mail Transfer Protocol使用TCP连接端口号25当收到CRLF.CRLF时表明 邮件内容结束
普通电子邮件SMTP-SMTP-HTTP
SMTP缺点 ① 不能传送可执行文件或者其他二进制对象 ② 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
基于万维网的电子邮件HTTP-SMTP-HTTP
**网际报文存取协议 IMAP**比POP协议复杂可以让用户在不同地方使用不同的计算机随时上网阅读处理邮件还允许部分阅读
发送方用户代理通过SMTP协议或HTTP协议(基于web的电子邮件)将邮件发送到发送方邮件服务器的报文队列中。
接收邮件时可以使用的应用层协议包括HTTPPOPIMAP
6.6 万维网
超文本标记语言HTMLHyperText Markup Language
统一资源定位符URL 唯一标识 资源
URL一般形式协议://主机:端口/路径
6.7 超文本传输协议 HTTP
定义浏览器怎样向万维网服务器请求万维网文档以及服务器如何传文档到浏览器
特点① 无状态但有Cookie ② 采用TCP但HTTP协议本身无连接 anjing.myqcloud.com/img/image-20230127165337226.png alt“image-20230127165337226” style“zoom: 33%;” /
SMTP缺点 ① 不能传送可执行文件或者其他二进制对象 ② 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
基于万维网的电子邮件HTTP-SMTP-HTTP
**网际报文存取协议 IMAP**比POP协议复杂可以让用户在不同地方使用不同的计算机随时上网阅读处理邮件还允许部分阅读
发送方用户代理通过SMTP协议或HTTP协议(基于web的电子邮件)将邮件发送到发送方邮件服务器的报文队列中。
接收邮件时可以使用的应用层协议包括HTTPPOPIMAP
6.6 万维网
超文本标记语言HTMLHyperText Markup Language
统一资源定位符URL 唯一标识 资源
URL一般形式协议://主机:端口/路径
6.7 超文本传输协议 HTTP
定义浏览器怎样向万维网服务器请求万维网文档以及服务器如何传文档到浏览器
特点① 无状态但有Cookie ② 采用TCP但HTTP协议本身无连接 [外链图片转存中…(img-A3NPSbme-1677832738578)]
