计算机网络教程 第6版
计算机网络教程 第6版
概述
作用
- 浏览信息和发布信息
- 休闲和娱乐
- 资源共享
- 电子商务
- 远程协作
- 网上办公
定义
- 以传输信息为基础目的
- 用通信线路和通信设备将多个计算机连接起来的计算机系统的集合
分类
按网络的覆盖范围
- 局域网（LAN）
- 城域网（MAN）
- 广域网（WAN）
- 个人区域网（PAN）
按网络的使用者
- 公用网
- 专用网
互联网概述
网络：把许多计算机连接在一起
互联网络：把许多网络连接在一起
互联网/因特网
- 边缘部分
- 核心部分
发展的三个阶段
单个网络
三级结构的互联网
- 主干网
- 地区网
- 校园网（企业网）
多层次 ISP 结构的互联网
标准化工作
交换技术
电路交换
- 建立连接
- 通话
- 释放连接
报文交换
分组交换
分组（包）
- 首部
- 报文
分组交换机
- 路由器
- 二层交换机
存储转发
优点
- 高效
- 灵活
- 迅速
- 可靠
问题
- 时延
- 开销
- 网络拥塞
主要性能指标
速率
带宽
吞吐量
时延
- 发送时延
- 传播时延
- 处理时延
- 排队时延
丢包率
利用率
体系结构
网络协议
- 语法
- 语义
- 同步（时序）
分层体系结构
具有五层协议的原理体系结构
实体，协议和服务
TCP/IP 体系结构
新型网络技术
云计算
- 基础设施即服务（Iaas）
- 平台即服务（Paas）
- 软件即服务（Saas）
物联网
- 对象的智能识别
- 环境监控和对象追踪
- 对象的智能控制
物理层
基本概念
物理层规程
需要面对的问题
- 传输媒体的类型，位的表示，数据率，位同步，链路配置，物理拓扑结构，传输方式，与传输媒体的接口特性（机械特性，电气特性，功能特性，过程特性）
数据通信基础
模型
- 源点
- 发送器
- 接收器
- 终点
- 模拟信号（连续信号）
- 数字信号（离散信号）
- 码元：代表不同离散数值的基本波形
- 信道：向某一方向传送信息的媒体
编码与调制
常用编码方式
- 不归零制
- 归零制
- 曼彻斯特编码
- 差分曼彻斯特编码
基本的调制方法
- 调幅
- 调频
- 调相
- 基带信号：基本频带信号
信道的极限容量
- 信道能够通过的频率范围
- 理想低通信道
- 奈氏准则
- 信噪比
- 香农公式
传输方式
- 并行传输
- 串行传输
- 异步传输
- 同步传输
- 单工通信
- 半双工通信
- 全双工通信
物理层下面的传输媒体
导引型
- 双绞线
- 同轴电缆
- 光纤
非导引型
- 微波
- 其他无线电波
- 红外线与可见光
信道复用技术
- 频分复用
- 时分复用
- 波分复用
- 码分复用
数字传输系统
- PCM 速率体制
- SONET/SDH
- 光网络
互联网接入技术
电话网拨号接入
数字用户接入
光纤同轴混合接入
光纤接入
以太网接入
无线接入
- 无线局域网接入
- 蜂窝移动通信系统接入
数据链路层
使用点对点信道的数据链路层
数据链路层所处的地位
数据链路
- 逻辑链路
- 实现：网络适配器
帧
封装成帧
帧定界
- 帧定界符
最大传送单元（MTU）
透明传输
- 字节填充（字符填充）
- 零比特填充法
差错检查
- 比特差错
- 误码率
- 差错检验码
- 帧检验序列
- 循环冗余检验
- CRC 编码
可靠传输
停止等待协议
- 确认（ACK）
- 否认（NAK）
- 超时重传
- 发送序号
- 自动重传请求（ARQ）
- 算法描述
- 信道利用率
回退 N 帧协议
- 发送窗口
- 滑动窗口协议
选择重传协议
点对点协议（PPP）
特点
- 简单
- 封装成帧
- 透明性
- 多种网络层协议和多种类型链路
- 差错检测
- 检测连接状态
- 最大传送单元
- 网络层地址协商
组成
- 将 IP 数据报封装到串行链路的方法
- 链路控制协议（LCP）
- 网络控制协议（NCP）
帧格式
- 各字段的意义
- 透明传输
工作状态
静止
建立
配置请求帧
配置选项
- 配置确认帧
- 配置否认帧
- 配置拒绝帧
鉴别
网络
- IP 控制协议（IPCP）
打开
- 回送请求
- 回送应答
- 终止请求
- 终止确认
终止
使用广播信道的数据链路层
媒体接入控制
静态划分信道
动态接入控制
- 随机接入
- 受控接入
局域网
拓扑
- 星形网
- 环形网
- 总线网
体系结构
- 逻辑链路控制（LLC）
- 媒体接入控制（MAC）
网络适配器
过滤功能
- 单播
- 多播
- 广播
混杂方式
- 嗅探器
MAC 地址
- 组织唯一标识符
- 公司标识符
- 扩展标识符
- 全球管理
- 本地管理
共享式以太网
CSMA/CD 协议
多址接入
载波监听
冲突检测
争用期（冲突窗口）
- 截断二进制指数退避算法
最短有效帧长：64字节
强化冲突
帧间最小间隔
信道利用率
使用集线器的星型拓扑
帧格式
- 目的地址
- 源地址
- 类型字段
- 数据字段
- 帧校验序列
网桥和以太网交换机
在物理层扩展以太网
- 转发器
- 冲突域
在数据链路层扩展以太网
网桥
- 转发表（MAC地址表）
- 过滤通信量，增大吞吐量
- 扩大了物理范围
- 提高了可靠性
- 可互联不同物理层，不同 MAC 子层和不同速率
- 增加了时延
- 没有流量控制功能
- 广播风暴
透明网桥
- 通过一种自学习算法来逐步建立起自己的转发表
- 地址
- 接口
- 时间
生成树协议
以太网交换机
- 多接口的网桥
虚拟局域网（VLAN）
- 简化网络管理
- 控制广播风暴
- 增强网络安全性
以太网的演进
无线局域网
组成
有固定基础设施的无线局域网
- 基站（接入点）
- 基本服务集（BSS）
- 服务集标识符（SSID）
- 基本服务区（BSA）
- 分配系统（DS）
- 扩展服务集（ESS）
无固定基础设施的无线局域网
- 自组网络
- 残桩网络
802.11 无线局域网的物理层
802.11 无线局域网的 MAC 协议
- CSMA/CA 协议
- 确认机制和帧间间隔
- 退避算法
- 信道预约和虚拟载波监听
802.11 无线局域网的 MAC 帧
- 地址字段
- 序列控制字段
- 持续期字段
- 帧控制字段
无线个域网
- 蓝牙
- 低速 WPAN
- 高速 WPAN
蜂窝互联网接入
蜂窝移动通信系统概述
- 小区
- 基站
- 无线电接口
体系结构
- 用户设备
- 无线电接入
- 核心网
移动终端接入互联网
网络层
概述
分组转发
路由选择
虚拟电路网络：提供面向连接服务的网络
ATM 网络
帧中继网络
X.25 网络
组成
- 源主机和目的主机之间的路径
- VC 号，该路径上的每段链路的号码
- 该路径上的每台路由器中的转发表表项
阶段
- 虚电路建立
- 数据传送
- 虚电路拆除
数据报网络：提供无连接服务的网络
端到端原则：将复杂的网络处理功能置于互联网边缘，将相对简单的，尽最大努力的分组交付功能置于互联网核心。
多协议标签交换
网际协议（IP，互联网协议）
配套协议
- 地址解析协议（ARP）
- 互联网控制报文协议（ICMP）
- 互联网组管理协议（IGMP）
异构网络互连
中间设备
- 转发器
- 网桥/桥接器
- 路由器
- 网关
直接交付
间接交付
IP 地址及编址方式
分类编址
- 网络号
- 主机号
划分子网
- 网络号
- 子网号
- 主机号
无分类编址
- 无类别域间路由选择（CIDR）
- 网络前缀
- 主机号
- 子网掩码
- 斜线记法
不指派给接口的特殊 IP 地址
- 全 0：这个
- 全 1：所有
- 127：环回测试
IP 地址的分配
IP 地址与物理地址
地址解析协议（ARP）
- ARP 高速缓存
IP 数据报的格式
首部的固定部分
- 版本
- 首部长度
- 区分服务
- 总长度
- 标识
- 标志
- 片偏移
- 生存时间
- 协议
- 首部检验和
首部的可变部分
IP 数据报的转发
- 路由表
- 转发流程
- 路由聚合（地址聚合）
- 最长前缀匹配
互联网控制报文协议（ICMP）
分类
ICMP 差错报告报文
- 终点不可达
- 超时
- 参数问题
- 路由重定向
ICMP 询问报文
- 回送请求或应答
- 时间戳请求或应答
ICMP 应用距离
- 分组网间探测（PING）
- traceroute/tracert
互联网路由选择协议
基本概念
理想的路由选择算法
- 正确，完整，简单，自适应，稳定，公平，最佳
静态路由选择（非自适应路由选择）
动态路由选择（自适应路由选择）
分层次的路由选择协议
自治系统（AS）
内部网关协议（IGP）
- RIP，OSPF，…
外部网关协议（EGP）
- BGP
路由信息协议（RIP）
- 距间向量路由选择算法
- RIP 基本原理
- 坏消息传播得慢
开放最短路径优先（OSPF）
- 链路状态路由选择算法
- OSPF 的基本原理
- OSPF 分组
边界网关协议（BGP）
- 为什么需要 BGP
- 基本原理
- BGP 报文
路由器的工作原理
构成
路由选择
分组转发
- 输入端口
- 交换结构
- 输出端口
路由器与交换机的比较
三层交换机
虚拟专用网与网络地址转换
虚拟专用网（VPN）
- 隧道技术
- 远程接入 VPN
网络地址转换（NAT）
IP 多播
基本概念
在局域网上进行硬件多播
协议
互联网组管理协议（IGMP）
报文类型
- 成员查询报文
- 成员报告报文
- 离开组报文
加入多播组
监视成员变化
离开多播组
多播路由选择协议
多播转发树
基于源树
- 反向路径多播算法（RPM）
组共享树
互联网的多播路由选择协议
移动 IP
移动性对网络应用的影响
移动 IP 的工作原理
- 代理发现与注册
- 通信主机向移动主机发送数据报
- 移动主机行通信主机发送数据报
- 同址转交地址
- 三角形路由问题
移动 IP 的标准
- 代理发现
- 信息注册
- 间接路由
IPv6
特点
- 巨大的地址空间
- 高效的分级寻址和路由结构
- 灵活的首部格式
- 支持即插即用
- 更好的支持 QoS
- 内置的安全性支持
- 具有可扩展性
基本首部
- 版本
- 流浪类型
- 流标号
- 有效载荷长度
- 下一个首部
- 跳数限制
- 源地址
- 目的地址
地址
表示方法
- 冒号十六进制记法
类型
单播地址
- 全球路由选择前缀
- 子网标识符
- 接口标识符
多播地址
- 所有节点地址
- 所有路由器地址
- 请求结点地址
任播地址
ICMPv6
差错报告报文
信息提供报文
- 回送请求与应答报文
- 多播听众发现报文
- 邻居发现报文
无状态地址自动配置
- 创建本地链路单播地址
- 重复地址检测
- 创建全球单播地址
- 创建临时全球单播地址
从 IPv4 向 IPv6 过渡
- 逐步演进
- 双协议栈
- 隧道技术
多协议标签交换（MPLS）
- 一种 IP 增强技术
- 最初目的：改善 IP 路由器的转发速度
- 使网络在面对故障时更容易回复
- 用于实现 VPN
- 改进网络的服务质量
软件定义网络（SND）
- 数据平面和控制平面的分离
- 网络开放可编程
- 逻辑上的集中控制
运输层
概述
进程间通信
- 面向连接的 TCP
- 无连接的 UDP
- 客户-服务器通信模式
互联网的运输层协议
- 用户数据报协议（UDP）
- 传输控制协议（TCP）
运输层的复用与分用
- 端口：应用层与运输层之间接口的抽象
- 端口号只具有本地意义
- 熟知端口号：0~1023
- 登记端口号：1024~49151
- 动态端口号：49152~65535
用户数据报协议
UDP 概述
- 无连接
- 尽最大努力交付
- 没有拥塞控制
- 面向报文
- 支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互方式
- 只有 8 字节的首部
首部格式
- 源端口
- 目的端口
- 长度
- 校验和
套接字地址：二元组（IP，端口号）
伪首部
传输控制协议
TCP 的主要特点
- 面向连接
- 点对点
- 可靠交付
- 全双工通信
- 面向字节流
报文格式
- 源端口号
- 目的端口号
- 序号
- 确认号
- 数据偏移
- 保留
- URG
- ACK
- PSH
- RST
- 同步 SYN
- 终止 FIN
- 窗口
- 校验和
- 选项
可靠传输
- 数据编号与确认
- 以字节为单位的滑动窗口
- 超时重传时间的选择
- 快速重传
- 选择重传
流量控制
连接管理
- 建立连接
- 数据传送
- 连接释放
- 有限状态机
拥塞控制
拥塞的原因与危害
基本方法
开环控制
闭环控制
- 显示反馈
- 隐式反馈
TCP 的拥塞控制
- 慢启动和拥塞避免
- 快速恢复
- 加性增和乘性减
应用层
概述
网络应用程序体系结构
- 客户/服务器体系结构
- 对等体系结构
应用层协议
选择运输层协议
域名系统
概述
- 主机别名
- 负载分配
- 反向域名解析
互联网的域名结构
顶级域名
- 国家或地区顶级域名
- 通用顶级域名
- 反向域arpa
二级域名
- 类别域名
- 行政区域名
域名服务器
- 权威域名服务器
- 根域名服务器
- 顶级域名服务器（TLD）
- 本地域名服务器
- 主域名服务器
- 辅助域名服务器
域名解析的过程
- 递归查询
- 迭代查询
- 高速缓存
DNS 资源记录
- 主机记录
- 域名服务器记录
- 主机别名记录
- 邮件交换记录
万维网（Web）
概述
- 大规模，联机式的信息储藏所
- 运行在互联网上的一个分布式应用
统一资源定位符
- URL 格式：<协议>://<主机>:<端口>/<路径>
- 使用 HTTP 的 URL：http://<主机>:<端口>/<路径>
超文本传输协议
HTTP 的操作过程
非持续连接与持续链接
HTTP 的报文格式
请求报文
响应报文
面向文本
请求行
- 方法
- 请求资源的 URL
- 版本
状态行
状态码
- 1XX：通知信息
- 2XX：成功
- 3XX：重定向
- 4XX：客户端差错
- 5XX：服务器差错
首部行
实体主体
在服务器上记录用户信息：Cookie
万维网缓存与代理服务器
- Web 缓存
- 代理服务器
万维网的文档
超文本标记语言
静态文档
动态文档
- CGI
- PHP
- JSP
- ASP
活动文档
- Java applet
- JavaScript
- ActionScript
B / S 应用程序结构
移动 Web
- 开发移动版网页
- 使用内容转换技术
- 使用移动浏览器
万维网搜索引擎
基本原理
- 网页搜索
- 建立索引
- 索引排序
垂直搜索引擎
元搜索引擎
电子邮件
系统组成
用户代理
- 电子邮件客户机软件
邮件服务器
- 推
- 拉
协议
简单邮件传送协议
- 连接建立
- 邮件传送
- 连接释放
信息格式
信封
内容
首部
- To：
- Subject:
- Bcc:
- From:
- Date:
- Reply-To:
主体
邮件读取协议
- 邮局协议第三版 POP3
- 互联网邮件访问协议（IMAP）
基于万维网的电子邮件
通用互联网邮件扩展（MIME）
- 内容传送编码
- 内容类型
文件传送协议（FTP）
基本工作原理
FTP 服务器
主进程
- 打开熟知端口
- 等待客户进程发送请求
- 启动从属进程处理请求
- 回到等待状态
从属进程
- 控制进程
- 数据传输进程
FTP 命令和应答
远程终端协议
- TELNET
- 伪终端驱动程序
- 网络虚拟终端（NTV）
动态主机配置协议（DHCP）
- 即插即用连网
- 发现报文，提供报文，请求报文，确认报文
- 中继代理
- 租用期
P2P 文件共享
P2P 文件分发
在 P2P 对等方中搜索对象
- 集中式目录
- 查询洪泛
- 分布式散列表
多媒体网络应用
挑战及应用层措施
音/视频压缩
时延抖动消除
丢失分组恢复
- 前向纠错
- 数据恢复
- 数据交织
实时运输协议（RTP）
有效载荷类型
序号
时间戳
同步源标识符
- 实时运输控制协议（RTCP）
流式存储 音/视频
- 从万维网服务器下载后播放
- 使用媒体服务器边下载边播放
- 使用内容分发网络（CDN）
流式实况 音/视频
- P2P 应用层多播
- PPLive
实时交互 音/视频
- 会话发起协议（SIP）
网络应用编程接口
- TCP 套接字编程
- UDP 套接字编程
网络安全
概述
安全威胁
基本攻击形式
被动攻击
- 截获
- 流量分析
主动攻击
中断，篡改，伪造
重放攻击
拒绝服务攻击（DoS）
分布式拒绝服务攻击（DDoS）
远程入侵
恶意病毒
- 计算机病毒
- 计算机蠕虫
- 特洛伊木马
- 逻辑炸弹
安全服务
- 机密性
- 报文完整性
- 不可否认性
- 实体鉴别
- 访问控制
- 可用性
机密与密码学
- 对称密钥密码体制
- 公钥密码体制
完整性与鉴别
- 报文摘要（MD）
- 报文鉴别码（MAC）
- 数字签名
- 实体鉴别
密钥分发与公钥验证
- 对称密钥的分发
- 公钥的签发与认证
访问控制
基本概念
- 主体
- 客体
- 访问
- 访问控制策略
访问监视器
访问控制策略
自主访问控制（DAC）
强制访问控制（MAC）
- 下读上写原则
基于角色的访问控制（RBAC）
网络各层的安全实例
物理层：信道机密
数据链路层：802.11i
早期无线局域网的安全机制
- SSID 匹配
- MAC 地址过滤
- WEP 算法
IEEE 802.11i
WAPI
网络层：IPsec
运输层：SSL/TLS
应用层：PGP
系统安全
防火墙
基本原理
- 分组过滤路由器
- 应用级网关
个人防火墙
局限性
入侵检测系统（IDS）
- 基于特征
- 基于异常
网络攻击机器防范
网络扫描
- 主机发现
- 端口扫描
- 操作系统检测
- 漏洞扫描
- 防范
网络监听
- 分组嗅探器
- 交换机毒化攻击
- ARP 欺骗
- 防范
拒绝服务攻击
- 基于漏洞的 DoS 攻击
- 基于资源消耗的 DoS 攻击
- DDoS 攻击
- 防范
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