计算机网络理论复习概括

(计算机网络理论复习概括1) 什么是因特网

物理层
通过物理设备明确的传送比特流
链路层
在两个相邻节点之上无差错的传输以帧为单位的数据
选择合适的路由使发送站的的运输层传递下来的的份则能够正确无误的按照地址找到目的站
运输层是向上一层进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端的服务
应用层直接向客户的应用进程提供服务

isp
网络服务提供商
网络边缘
主机，客户机和服务器
位于数据中心的服务器
网络核心
路由器网络的网络
接入网，物理媒体
通信链路

网络的网络
电路交换网络

分组交换网路
工作流程：
1.首先在发送端，报文分割固定长度
2.报文添加首部构成分组
首部中包含地址等信息
3以分组作为数据传输单元
4。分组发送到接收端
5.接收端收到分组剥离首部还原报文、
6.还原成原来的报文
分组交换网中的节点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个节点交换机
使用存储转发的模式，分组可以达到最终目的地
注意转发表的变化

分组交换网中的每一个节点都是共享结点，都怕具有存储和转发的功能
网络核心断续的分配传输带宽，提高了通信链路的利用率

分组交换网络存在的问题
分组在各节点存储转发时需要排队造成时延
通信链路越多时延越大

数据丢失和产生时延的原因
分组到达输入链路的速率超出输出链路的能力
分组队列等待转发
总时延=传输时延+结点处理时延+排队时延+传播时延
传播时延
L分组长度
R链路带宽
dtrans = l/R
传播时延
dprop=物理链路长度/媒体中的传播速度

排队时延
a平均分组到达速率
LR同上
La/R = 流量强度

丢包是因为缓存的容量有限
的那个分组到达时队列已满，分局就会被丢弃
吞吐量：在发送与接收方之间的传输比特的速率
平均吞吐量和瞬时吞吐量

协议的层次
应用层
ftp，smtp，http
运输层
tcp，udp
网络层
ip,路由协议
链路层
以太网，ppp
物理层
在线路上面传输比特流
协议
语法：数据与控制信息的结构或者格式
语义：需要发现何种控制信息，完成何种动作以完成何种应答
同步对事件实现顺序的详细说明
可以理解服务是不同层之间的通信，协议是平行层之间的通信规范

网络体系结构就是层和协议的集合
每一层之间ap的传递都需要添加首部
交换机是链路层和物理层
路由器是网络层链路层和物理层
源目的主机对于ap的封装
报文->报文段->数据报->帧上面四层做完工作之后由物理层传输比特流

(计算机网络理论复习概括2)网络层

internet 网络层协议是典型的数据报协议
网络层的核心功能是转发
另一个核心功能是路由
连接的建立：
每一个路由器都应该维护转发表

路由协议rip，ospf，bgp都存放到转发表中（路由表）
供网络层协议使用
ip协议，internet网络层中十分重要的协议
ip数据报ip分组
首部和数据
首部：
版本号：给出ip协议的版本占用4个字节
首部长度：占用4个字节,首部长度里面的值需要乘以4

ip分片
最大传输单元，mtu
IP分组封装到数据帧中
mtu=max（data）
标识字段占16位，标识ip分组
标志位
df：禁止分片
df=1：禁止
df=0；允许
mf：更多分片
mf=1：非最后一片
mf=0：已经是最后一片
片偏移：
一个ip分组分片封装原ip分组数据的相对偏移量
以8字节为单位

头：20字节

ip编址
网络接口进行编址
主机接口和路由器的接口

具有相同网络号的网络称为ip子网
ip子网：
所有网络号是相同的
不跨越路由器就可进行物理联通
跨越路由器就不属于一个子网

ip地址
网络号：高比特位
主机号：低比特位

无类域间路由cidr
消除传统的a类b类c类地址界限
netid+subid->network prefix (prefix)可以任意长度
融合子网地址和子网掩码，方便子网划分
无类地址格式：a.b.c.d/x 其中x为前缀长度

动态获取ip地址
动态主机配置协议DHCP
dhcp协议
从dhcp服务器中动态获取ip地址
子网掩码
默认网关地址
dns服务器名称和ip地址
服务器端口号67
客户端端口号68

dhcp实现应用层实现
广播发现保温
存在dhcp服务器，广播提供报文

ip广播，链路层的广播
discover->offer->request->ack
ack报文
包括ip地址，子网掩码，默认网关，dns服务器地址

地址转换
nat
路由器实现地址转换的功能
nat转换表
转换表map查找实现网络地址转换

避免nat的弊端
nat的穿越
1.静态配置转发表
将特定端口的连接请求转发给服务器
2.利用upnp物联网网关设备协议自动配置
3.中继
网络上设置中继服务器，与中继服务器建立连接
内部客户和外部客户的交接作用

icmp协议，互联网控制报文协议
支持主机和路由器差错或者异常的报告

两类icmp报文
差错报文
1.目的不可达，目的ip数据报会被丢弃
2.源抑制问题，、

例题：
路由聚合技术

图抽象技术
链路算法，链路长度

距离向量路由算法
基于动态规划方程
dx（y）
局部链路费用的改变
来自邻居的dv更新
分布式算法
根据自身的向量进行计算
发生变化通知邻居

对于每一个距离向量路由算法计算路由的节点
等待状态：只有两种
本地链路向量的变化，邻居节点dv更新
本地局部链路费用变化或者邻居的dv更新
重新计算dv并且估计
如果dv中到达任意目的距离发生改变，通告所有邻居

毒性逆转

层次路由内部路由协议igp
rip路由信息协议
基于距离向量路由算法
开放最短路径优先协议ospf
基于链路状态路由算法
内部网关路由协议igrp

rip路由信息协议
适用于小规模的内部网络
距离度量跳步数，每条链路一个跳步，max=15hops
直接lian
每隔30s邻居之间交换一侧dv，成为通告
每次通告最多25个目的子网
如果180s没有收到通告->邻居/链路失效

毒性逆转基数用于预防乒乓环路
无穷大距离=16hops

ospf协议
开放最短路径优先协议
链路状态路由算法
整个as范围中泛洪
ospf报文直接封装到ip数据报

ospf优点，rip不具备
ospf协议比较安全
每个报文需要被路由器认证
允许使用多条相同费用的路径
ospf优势，支持大规模的as分层路由

ospf
再次的层次划分，局部区和主干区
链路状态通告只限于区内

需要区边界路由器
局部区内以及主干区内共同存在

as边界路由器bgp

(计算机网络理论复习概括3)运输层

dns是用于将因特网主机名转换成IP地址的协议

运输层功能
稳步通风的主机上运行的应用进程之间提供逻辑通信
运输层协议的工作内容
发送方，应用数据划分成报文段交给网络层
接收方：把报文段重新组合成应用数据交付给应用层
网络层，不同主机之间的逻辑通信
运输层：不同应用进程之间的逻辑通信

用户数据报协议：udp 数据报
传输控制协议：tcp 报文段

tcp使用很多附加技术
流量控制，序号，确认号，定时器，拥塞控制
端口的作用让应用层的各种应用进程都能惊奇数据通过端口乡下交付给运输层，以及让运输层知道应当将其报文段中的数据项上通过端口交给应用层相应的进程
端口是用来表hi应用层的进程或者线程

多路复用和多路分用技术
原因：如果一个协议对应上层的多个协议的实体，需要多路复用和多路分用

udp的优点
无需建立链接，建立链接会增加时延
简单，发送方和接受放无需维护连接状态
段首部开销小
无拥塞控制，udp可以按需随时发送
udpsoket两元组
目的IP地址目的端口号
tcpsocket四元组
源IP地址源端口号目的IP地址目的端口号

可靠数据传输的原理
rdt_sned()
udt_send()
rdt_receiver()
deliver_data()

可靠信道的可靠传输
rdt_1.0
可靠数据可靠的信道
rdt2.0
确认机制
差错检测机制
接收方反馈控制信息机制 nak，ack
重传机制
rdt2.1
rdt2.2

rdt3.0
加了超时机制
增加定时器
start_timer
rdt3.0性能并不是很高

发送方利用率
传输时延/总时延

滑动窗口协议，流水线机制
实现条件
更大的序列号范围
发送方和接收方需要更大的缓存空间

GBN协议
窗口尺寸为N，最多允许N个分组没有被确认

SR协议
SR缺点
发送方窗口尺寸加上接收方窗口尺寸小于等于序列号的个数

TCP特点
点对点
通信双方必须提前建立连接
tcp的段结构

设置TCP的计时器，设置边界

三次握手
客户端向服务端发送报文段建立连接请求
服务器答复同意建立连接的报文段
客户机收到答复，发送ack报文段等同于再次答复

tcp是如何拆除的
一般是客户端发送数据

tcp的拥塞控制问题
网络拥塞表现
分组丢失路由器缓存溢出
分组延迟过大路由器缓存中排队排队延迟过长

进行拥塞控制
控制网络负载
管制网上的负载
拥塞控制方法
1.端到端的拥塞控制
tcp采用
tcp的拥塞控制机制
控制发送速率，
设置变量
拥塞避免机制
aimd
加的时候增加，减少的时候减半
慢启动
带宽远远高于初始速率的时候，指数型增长
初始速率很慢但是攀升速度很快
两种启动方式的切换
初始值threshold
threshold更新为当时发送拥塞时候数目的一半
线性增长，拥塞避免
检测拥塞的两种手段
timeout
3个冗余ack

两个处理方式不一样
超时问题回初始值会直接降为1
但是冗余时减为一半
conwin和threshold是同时变化的

2.网络辅助的拥塞控制：
atm

tcp拥塞控制算法

tcp的性能分析
TCP的吞吐率
mss最大报文段长度
ipv4 536byte 576-20-20
ipv6 1220byte 1280-20-40

tcp是具有公平性的

(计算机网络理论复习概括4)应用层

应用层协议原理
网络应用所需采用的体系结构
客户机/服务器体系结构(C/S)
P2P体系结构
混合体系结构
c/s
注意1：客户机之间不能相互通信
注意2：使用服务器群集
p2p：
注意：容易扩展但是比较困难管理
混合体系结构是上面两种体系结构的混合体

TCP
面向连接
可靠传输
流量控制
拥塞控制在网络进程超负荷时，数据你发送端口，减缓发送速度
不提供实时性和最小带宽承诺
UDP
在客户端和服务器进程之间提供不可靠的数据传输

套接字
套接字长度位48位
host/server->socket->TCP with buffers->internet->…
web 信息表达的协议html
web 信息传送的协议http
web属于C/S模式

TCP传输服务
客户端启动tcp链接到指定url的htto服务器
http服务器端口上面等待tcp的连接请求
url地址
由主机名和路径名组成
http使用tcp作为支撑运输协议

客户端向他的套接字接口发送http请求报文
再从套接字端口接收http响应报文
rtt时间，发送请求报文到接收到响应报文的时间总量
首先有一个tcp连接建立的过程

三次握手过程
总共的时间是liangcirt加上文件传输的时间
两个rtt
tcp链接
对象的请求和传送

持续链接概念
在第四步中不断开tcp的链接

http报文类型
http请求报文http响应报文

用户和服务器的交互
cookie
web站点使用cookie的原因
限制客户端的访问
把内容和用户身份关联起来
cookie的技术组成部分
响应报文的请求报文的都具有cookie首部行
用户的端系统中保存了一个cookie文件
web站点中有一个后端数据库

(计算机网络理论复习概括5)链路层

数据链路层概述
结点:主机或者路由器可以概括的称为结点
链路：
物理链路
有线链路
无线链路
局域网
链路层数据分组：
封装网络层数据报
数据链路层负责通过一条链路从一个节点向另一个物理链路直接相连的相邻节点传送数据报
组帧：
封装数据报构成的数据帧，加首部或者尾部
帧同步
链路接入问题：
如果是共享介质，需要解决信道输入
链路层寻址，map地址：物理地址，局域网地址
用于标识数据帧的源地址和目的地址（不同于ip地址）
相邻节点之间的可靠交付：
在地误码率的有向链路上很少采用

流量控制问题
协调相邻节点之间的发送节点和接收节点

差错检测
信号衰减课噪声引起的差错检测
通知发送端重传或者直接丢弃帧

差错纠正：
接收端直接纠正比特差错
全双工和半双工通信
：
链路层的具体实现：
每个主机或者路由器的接口
链路层在适配器(即网络接口卡-nic)中实现或者在一个芯片的实现
以太网网卡802.11网卡
实现链路层和物理层
链接主机和系统总线
有硬件软件和固件组成

差错编码
数据基础上增加冗余信息
D->DR(R冗余比特)->D’R’->根据D’判断是否有差错

设计检错能力更加强的检错方法
根据差错编码检错能力
分为检错码和纠错码
纠错码功能性>检错码
对于检错码，如果编码集的汉明距离ds=r+1，则该差错编码可以检测出来r位的差错
汉明距离：（计算机组成原理里面有相同的定义）
差错编码：
奇偶校验码：

校验和
checksum 将数据（校验内容）划分为16位的二进制煮熟序列
求和
不嘛求和（最高位进位的1返回最低为继续加）
校验和全0全1，表示无错
crc编码，循环冗余校验码：
比特串看作二进制数据D
确定一个r+1位的比特模式（生成比特模式）G
选择r位的crc比特R 满足
<D,R>刚好被G整除（模2）
接收端检错
利用G除<D,R>，余式全0，无错
确定一个R：
crc举例：
D2^rXOR R = nG
D2^r=nG XOR R
利用G去除D2^r，则余式为R
R=余式[D2^r/G]

数据链路层提供的服务
多路访问控制协议（MAC）
采用分布式算法觉点结点如何共享信道，即决策结点合适可以传输数据
必须基于信道本身，通信信道共享协调信息

理想的MAC协议
给定速率（带宽）为R
当只有一个结点希望传输数据时，使用R
当有M个结点期望发送，每个节点使用平均
完全分散控制
1）无需特定的结点协调
2)无需时钟时隙同步

无带外信道进行协调
链路：
1。点对点链路
以太网交换机与主机间的点对点链路
2.
广播链路
早期的总线以太网
hfc的上行链路
802.11无线局域网

需要解决的问题
使用单一共享广播信道
两个或者两个以上结点同时传输：干扰
冲突：
结点同时接受两个或者两个以上的信号->接收失败

分类：
信道划分mac协议
多路复用技术
随机访问mac协议
信道不划分，允许冲突
采用冲突恢复机制
轮转mac协议：
结点轮流使用信道：
tdma fdma

随机访问mac协议：
利用新的到全部数据速率r发送分组
没有事先的结点间协调
随机访问mac协议如何检测冲突
如何从冲突中恢复
时隙aloha协议
假设所有帧大小相同
事件被划分为等长的时隙
每个时隙可以传输1个帧
结点只能在时隙开始时刻发送帧
结点间需要时钟同步
如果两个或者两个以上结点在同一时隙发送帧，结点就能检测到冲突

时隙aloha的效率问题
长期运行时，成功发送帧的时隙所占用的比例（很多的结点，有很多的帧待发送）
假设n个节点有很多帧待传输，每个节点在每个时隙决议gailvp发送
对于给定的一个结点，在一个时隙将帧发送成功的概率=p（1-p）^(n-1)
对于任意结点成功发送帧的概率=np（1-p）^(n-1)
最大效率
求得上式最大效率时的p
最大效率1/e=0.37

aloha协议
非时隙aloha协议
当有新的帧生成时
立即发送
有缺点：冲突的可能性增大
效率=p*(1-p)^(n-1)*(1-p)(n-1)

效率比较高的随机访问mac协议：
csma协议
载波监听多路访问协议
监听信道
信道空闲的时候再去发送完整帧
信道忙：推迟发送
冲突可能仍然发生时：
信道会发生传播延迟

tprop= LAN中2个结点间的最大传播延迟
ttrans=最长帧传输延迟

效率=1/(1+5tprop/ttrans)

轮状访问mac协议
轮询访问机制
令牌传递访问机制
结点获取令牌之后进行操作
网络主机构成环形图
节点发送数据之后将令牌还到环形图上面
令牌是一种特殊帧

mac协议总结
信道划分协议：时间，频带，码片划分
tdma，fdma，cdma
随机访问mac协议aloha，s-aloha，csma，csma/cd

mac地址
（或者称为LAN地址，物理地址，以太网地址）
作用：用于局域网内标识一个镇从哪一个接口发出，到哪一个物理相连的其他接口
48位mac地址（用于大部分的lans），固化在网卡rom中，可以软件设置
局域网中的每一块网卡都有唯一的mac地址
mac地址和ip地址的类比
mac地址：身份证号
ip地址：邮政地址
IP地址一来到结点连接到哪一个子网

arp
地址解析协议
ip和mac间的地址
dns是域名
域名解析可以得到ip服务器地址
网络层的分组封装到链路层数据帧中
arp表
a发送ip数据报给b
b的mac地址不在a的arp表中
arp协议
a广播arp查询分组，其中包含b的IP地址
首先目的mac地址 48位全一
所有的结点都会接收到
b的ip匹配成功，向a应答b的mac地址

如果a b不在同一个局域网之内呢？
根据路由器
找默认网关地址
经过路由器以后在是由arp协议

以太网
有线局域网技术（lan）
以太网的csma/cd算法

虚拟局域网

ppp协议
一个发送端一个接收端一条链路比广播链路更加容易
无需介质访问控制
无需明确的mac寻址
拨号两路isdn链路
常见的点对点数据链路控制协议

ppp设计要求
组帧：将网络层数据包封装到数据连路层中
可以同时承载任何网络层协议分组

无限局域网技术
802.11
802.11b
最高速率11mbps
802.11a
最高速率54mbps

802.11g
54
802.11n
理论 600

体系结构
无限主机与基站进行通信
基站服务范围
固定基础设施模式
基础设施模式是指预先建立起来的、能够覆盖一定地理范围的一批固定基站。
移动主机通过基站接入有线网络;
切换:移动主机的移动可能会改变与之相关联的基站。

自组网模式
ad hoc
无基站；
节点(移动主机)仅仅能够在其覆盖范围内向其他节点传送数据；
节点之间相互通信组成的临时网络:在它们内部进行选路和地址分配
使用csma/ca进行多路访问
基本服务及 bss称为单元
单元包括基站，ap和各主机

ap是无线基站
信道与ap相关联
主机与ap相关联
扫描信道：
监听包含ap名称（服务集标识符——ssid）和mac地址的信标帧）
选择一个ap相关联
可能需要进行身份认证

需要mac协议解决多路访问控制问题
csma监听信道
csma/ca 避免数据真的冲突

检测到信道空闲时间满足difsSS
发送整个帧
如果接受到正确帧
等待sifs事件后，像发送端发送ack

csma/csma协议基本思想
允许发送端预约信道，而不是随机发送数据帧
从而比卖你长数据帧的冲突
首先利用csma向标识发送一个很短的pts帧
基站广播cts帧作为rts响应
cts帧可以被所有的结点接收
difs和sifs一定要进行等待

802.11mac帧
crc进行校检
arq进行重传
递减的信号强度
来自其他源的干扰
多径传播

cdma码分多址访问具有很强的抗干扰能力
码片向量的乘积进行区分
自己和自己
自己和自己的反码
自己和别人的

802.11使用冲突避免而不是冲突碰撞
rts 和 cts

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