计算机网络（期末详细总结）
一.一些总结
各种协议的头部格式
PPP协议
F：flag 帧的定界符
A：没用
C：没用
协议：间接表示信息部分有什么作用
FSC：CRC帧检验序列
MAC帧格式
802.1Q帧
VLAN：用来标识发送给哪个虚拟的局域网
IPv4协议
IPv6
UDP
TCP
二.物理层
信道的容量
比特：一个二进制数字信号
比特传输速率又称比特率或信息传输速率或传信率
码元：一个数字信号（可以是二进制也可以是多进制）
码元传输速率又称波特率
如何提高信道的传输效率？
可以提高信号的频率来提高传输速度。
但是当频率太高时，接收到的信号（码元）就失去了原本清晰的界限，也就是信号之间相互影响了（码间串扰）导致无法识别信号。
所以人们知道了信号的频率有上限值，奈氏准则给出了答案在带宽为W （HZ）的信道中，不考虑噪声影响，则码元传输最高速率是2W （码元/s）。
当码元传输速率达到上限后，怎么提高数据的传输速率呢？
可以让一个码元携带多个比特。
但是也不代表一个码元可以携带任意多个比特，香农公式给出了限制。
香农公式信道的极限信息传输速率C=Wlog2（1+S/N）（bit/s）。
三种交换方式特点
报文交换
电路交换
电路交换实时传输，实时性好，线路利用率低。
分组交换
实时性较差，线路利用率高。
信道复用技术
频分复用 FDM Frequency Division Multplexing
频分复用的各路信号在相同的时间占用不同的宽带资源
时分复用 TDM Time
又称同步时分复用
不同的时间占用相同的宽带资源
统计时分复用 STDM statistic TDM
又称异步时分复用
波分复用 WDM Wavelength
光的频分复用
码分复用 CDM Code
三.数据链路层
以太网的多种形式历程
1.最简单的形式
三台机器相连接，组成了一个网络。
越来越多的机器加入这个网络，这样导致了机器开的网口太多了，网线也密密麻麻，导致不能再增加新的机器了，那怎么拓展以太网呢？
2.在物理层扩展以太网
通过集线器连接多个机器。
集线器不能对数据进行任何识别和处理，只是将传入集线器的数据从各个端口转发出去。
集线器还可以连接集线器从而实现以太网的拓展。
在物理层拓展的以太网存在碰撞问题，所以需要CSMA/CD协议。
在用集线器拓展的以太网有以下特点
- 扩大了以太网覆盖的范围，连接了更多计算机
- 扩大了冲突域
- 为了兼容各个机器的处理速率，可能会使总的处理速率下降
- 因为有冲突问题，只能用半双工方式通信
3.在数据链路层拓展以太网
通过交换机连接多个数据
在使用交换器拓展的以太网有以下特点
- 交换器是根据MAC地址转发，所以一个转发端口代表一个碰撞域
- 采用全双工方式通信，不需要CSMD/CD协议
- 不用照顾各个机器的处理速率
- 交换机的端口有存储器，可以暂时存储要转发的数据
4.虚拟局域网 VLAN
在局域网中发送广播域时，会发给所有主机，但有时并不想转发到所有主机，但又想使用广播，这时候可以在局域网内部再次划分范围，达到缩小广播域的目的。
CSMA/CD协议 载波监听多点接入/碰撞检测
多点接入：多台计算机连接在总线上。
载波监听：每台计算机不管在数据发送之前还是数据发送之中都不停检测信道。
碰撞检测：检测信道电压变化情况，当检测到碰撞则立刻停止发送。
发送数据
当检测到信道为空闲时发送数据并不能保证数据一定不发生碰撞。
那如何知道数据是否发生碰撞了呢？
规定了争用期，发送数据后，到过了争用期还没有检测到碰撞则表明没有发生碰撞。
争用期，最小帧长，传播时延的关系
1.为了判断数据有没有发生碰撞，需要判断在大于等于两倍的传播时延内能否监听到信道电压的变化，如果监听到说明发生了碰撞，需要重发，这里的两倍传播时延暂且称作争用期，在争用期内（两倍传播时延）没有检测到电压相应的变化说明没有发生碰撞，监测的前提是数据还没有发送完，因为载波监听是发送之前和之中进行监测。
2.如果数据过短的话，数据一下发送完，数据没有到达接收方时就发生了碰撞，发送方是检测不到的，又因为数据一旦到达了接收方，就表明不会发生碰撞的问题了，因为接受方会检测到所以不再发送数据，因此不光要保证在争用期内没有监测电压相应变化，还要保证数据在争用期内没有发送完。
3.以太网规定了最短帧长为64字节（512比特），对于10Mbit/s的以太网，64字节要发送51.2us，前面说要保证争用期内要保证数据发不完，如果把51.2us当作争用期，那大于64字节的数据是肯定发不完的，那么还需要在发送数据开始后51.2us内没有监测到碰撞。规定争用期后，端到端的时延就确定为25.6us，大约5KM。
4.如果端到端时延小于25.6，那么争用期就大于两倍传播时延，保证在两倍传播时延内监测不到碰撞就代表发送成功，那么大于两倍传播时延的时间内更能保证了。实际上以太网覆盖范围没有5KM这么大，所以实际端到端的时延都是小于25.6us的。
要点总结
要保证在争用期内没有监测到碰撞，说明数据成功到达接收方，后序的数据传输就没有发生碰撞的风险了。
监测到碰撞，那么传输过去的数据小于64字节，接收方舍弃，发送方发送人为干扰信号，并且执行退避算法。
重传
碰撞后的重传时机使用截断二进制指数退避。
四.网络层
特殊的IP地址
分类的IP地址
以A类为例
网络号全为0：表示本网络
网络号为01111111（127）：本地软件环回测试，本主机进程之间的通信
主机号全0：表示该IP地址是本主机所连接到的单个网络地址
主机号全1：表示该网络上的所有主机
0.0.0.0：可以作为本机在本网络的源地址，但不可作为目的地址。
A类地址可指派的网络号为2的7次方-2个
一个网络的最大主机数是2的24次方-2个
无分类的IP地址CIDR
32位充当网络号：主机路由
31位充当网络号：点对点链路
0位网络号同时IP地址为0：默认路由
主机号全0：表示地址块，代表一个网段
主机号全1：代表广播地址，指向该网络的全部主机
网络号多少位就有2的多少次方个可指派网络号
网络号可以全0或全1，分配主机号是不能全0或全1
路由选择协议
RIP
基于UDP协议的520端口来发送和接收RIP分组。基于路由向量的路由选择协议。
认为经过的路由器越少越好。
RIP的路由表
RIP通过发送RIP报文来维护路由表。
OSPF
基于IP协议。基于链路状态的路由选择协议。
认为经过的链路代价越小越好。
路由器内维护一个链路状态数据库，这个数据库就是本自治系统内全网的拓扑结构图，每个路由器都知道该自治系统中所有链路的情况等等。也可以将自治系统划分为多个区域，以减少数据库中的数据量。
BGP
基于TCP。
五.运输层
TCP和UDP区别
TCP没有多播服务，TCP是面向连接的，UDP有多播和广播。
TCP连接的建立和释放
信号发出前后都对应主机的一个状态
三握手
1.A，B都处于CLOSED状态。
2.B创建TCB，进入LISTEN状态，A创建TCB发出连接请求报文段，进入SYN-SENT状态。
3.B收到报文段，进入SYN-RCVD状态，B返回确认，A收到确认，进入ESTABLISHED状态。
4.A返回确认，B收到确认，进入ESTABLISHED状态。
握手1：SYN=1，消耗一个序号（seq=x）
握手2：SYN=1，ACK=1，ack=x+1，消耗一个序号（seq=y）
握手3：ACK=y+1，ack=x+1,seq=x+1，不携带数据不消耗序号
四挥手
1.A，B都处于ESTABLISHED状态。
2.A发送连接释放报文，A进入FIN-WAIT-1状态。等待确认。
3.B收到连接释放报文，发送确认，进入CLOSE-WAIT状态。
4.A收到B的确认，进入FIN-WAIT-2状态，这时A向B的连接已经关闭。等待
5.B发送连接释放，进入LAST-ACK状态。
6.A收到确认并返回确认进入TIME-WAIT状态。
7.B进入CLOSED状态，A经过2MSL后进入CLOSED状态。
可靠传输
停止等待协议 SW
发送窗口为1，接收窗口为1
回退N帧的ARQ协议/连续ARQ协议 GBN
发送窗口>1,接收窗口=1
采用累计确认。
发送窗口大小为2的i次方-1，i是分组编码序号用的位数。
选择重传协议/选择ARQ协议 SR
发送窗口>1,接收窗口>1
不能采用累计确认，而是对每个接收到的分组进行逐一确认。
拥塞控制
拥塞控制的方法有慢开始，拥塞避免，快重传，快恢复。
拥塞的判定是当出现发送的某个报文出现超时。
拥塞控制的过程是一开始执行慢开始，到了阈值开始拥塞避免，遇到超时则阈值减半，拥塞窗口变为1再重新慢开始。
遇到三次确认帧（快重传），执行快恢复（拥塞窗口减半，阈值和拥塞窗口相同），执行拥塞避免
六.应用层
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