《计算机网络》第7版——知识摘要总结

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第一章

网络

计算机网络（网络）：结点+链路【4】
互连网internet：网络的网络【5】
互联网Internet【5】
ISP：互联网服务提供者（电信…）主干ISP、地区ISP、本地ISP
IXP：互联网交换点【7】

因特网边缘部分的工作方式

互联网组成：边缘+核心【10】
计算机之间通信：主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信
边缘部分通信方式分为两大类【11】
a) 客户-服务器方式（C/S）C：2；S：3
b) 对等方式（P2P）

客户程序的特征

【11】2

服务器程序的特征

【11】3

互联网核心部分【12】

路由器：分组转发——采用存储转发技术——逐段占用线路，分组路径不一定相同
电路交换&报文交换&分组交换【17】

计算机网络的分类

按作用范围分
a) 广域网WAN
b) 城域网MAN
c) 局域网LAN
d) 个人区域网PAN
按网络使用者分
a) 公用网
b) 专用网
用来把用户接入到互联网的网络
a) 接入网AN（本地接入网/居民接入网）——从某个用户端系统到互联网的第一个路由器

计算机网络的分层结构（五层结构）

速率、带宽、时延【21】

速率：数据的传送速率（额定速率/）bit/s——k：10^3；M：6；G：9；T：12；P：15；E：18；Z：21；Y：24
字节B——k：2^10，M：20；G：30… 1字节=8比特
带宽：网络中某通道传送数据的能力，单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”bit/s
吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际的数据量。受带宽或额定速率限制
时延：数据从网络的一端到另一端所需的时间。
a) 发送时延=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s) 发生在网络适配器中（高速网络链路提高的是发送速率！）
b) 传播时延=信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s)
c) 处理时延
d) 排队时延：通信量很大时，队列溢出，分组丢失，排队时延无穷大
总时延=a+b+c+d
时延带宽积=传播时延×带宽单位bit
往返时间RTT：双方交互一次所需的时间
有效数据率=数据长度/（发送时间+RTT）
利用率【25】
a) 信道利用率
b) 网络利用率
网络当前时延D = 网络空闲时的时延D0/（1-利用率U）

协议【28】

网络协议: 为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定
三要素：语法、语义、同步

计算机网络体系结构【31】

网络的体系结构：计算机网络的各层及其协议（抽象）

应用层：应用进程间的交互完成特定网络应用。应用进程通信和交互规则。DNS、HTTP、SMTP等。报文。
运输层：负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。复用和分用。TCP（报文段）、UDP（用户数据报）。
网络层：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务+选择合适的路由。报文段/用户数据报—>IP数据包。
数据链路层：IP数据报—>组装成帧。帧=数据+必要的控制信息（同步信息、地址信息、差错控制等）。控制信息被分成两部分，分别加到首部和尾部。
物理层：bit。物体媒介（双绞线、同轴电缆等）不再物理层协议之内，而在物理层协议的下面。不再加控制信息。

实体【34】

实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
协议：控制两个或多个对等实体进行通信的规则集合
协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，需要使用下一层所提供的服务。

第三章

链路【70】

从一个结点到相邻结点的一段物理线路（有线或无线），中间无任何其他交换结点

数据链路【70】

除了物理线路外，还需一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，构成数据链路。——用网络适配器实现这些协议。

3个基本问题：
a) 封装成帧
b) 透明传输
c) 差错检测

第四章网络层

网络层只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
网络层不提供服务质量的承诺。端到端的差错处理和流量控制（可靠通信）由用户主机负责。
网际协议IP配套使用：ARP（IP调用）、ICMP、IGMP（调用IP）

虚拟互连网络

中间设备
a) 物理层：转发器
b) 数据链路层：网桥/桥接器
c) 网络层：路由器
d) 网络层以上：网关
虚拟互连网络：互连起来的各种网络的异构性客观存在，但利用IP协议使性能各异的网络在网络层看起来好像使一个统一的网络。

IP地址的组成（二级，三级IP地址）

分类的IP地址【199】二级IP地址
a) IP地址::={<网络号>,<主机号>}
b) 网络号：标志主机（或路由器）所连接到的网络（唯一）
c) 主机号：标志主机（或路由器）（唯一）
d) IP地址唯一
分为A、B、C类地址（单播地址）4字节=4*8=32位【121】
A类：1字节网络号（前面0）[1, 126]+3字节主机号
B类：2字节网络号（前面10）[128.0, 191.255]+2字节主机号
C类：3字节网络号（前面110）[192.0.0, 223.255.255]+1字节主机号
D类：1110+多播地址
E类：1111+…（保留为今后使用）
网络号（只有A类地址出现全0或127情况，网络号-2）
全0：本网络[只能作为源地址，不能作为目的地址]
127（01111111）：保留作为本地软件环回测试本主机进程之间测试之用
主机号（A、B、C都会出现全0或全1情况，主机号-2）
全0：本主机所连接到的单个网络地址
全1：该网络上的所有主机[只能作为目的地址，不能作为源地址]
无编号网络/无名网络：两个路由器直接相连的特殊网络。（不分配IP地址节省资源）
三级IP地址【136】
a) IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}

IP地址与硬件地址的区别（图与文字）【123】

物理地址：物理层和数据链路层使用
IP地址：网络层及以上使用
注意：
a) 在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报：IP数据报首部只能看到源IP地址和目的IP地址，数据报中间结果的路由器IP地址不在IP数据报首部中
b) 路由器只根据目的站的IP地址进行路由选择
c) 在局域网的链路层只能看到MAC帧。IP数据报封装在MAC帧中。MAC帧首部的源地址和目的地址会发生改变。不断丢弃原来的首部和尾部，再重新添加。
d) IP层抽象的互联网屏蔽了下层复杂的细节。使在网络层上使用统一的抽象的IP地址研究主机和主机或路由器之间的通信。

ARP的功能【125】

ARP——地址解析协议——在主机ARP高速缓存中存放一个（本局域网上各主机和路由器）从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表经常动态更新（新增或超时删除）
IP地址32位，硬件地址48位
步骤【125】主机A 发送ARP请求分组是广播发送（携带主机A的IP地址和硬件地址和查找的目的主机B的IP地址），主机B发送ARP响应分组（携带主机B的IP地址和硬件地址，收到ARP请求时会将主机A的IP地址和硬件地址写入高速缓存中）是单播。
ARP对保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设有生存时间【126】
四种典型情况【127】
IP数据报首部=固定长度20字节+可选字段
a) 版本：4位IPV4/IPV6
b) 首部长度：4位，单位：32位字（=4字节）。范围[5,15]，若不是4字节整数倍则利用填充字段补充。最常用首部长度是20字节，即5
c) 区分服务：8位
d) 总长度：16位，首部+数据，单位：字节。最大长度2^16-1=65535字节。IP数据报长传输效率高，但数据报短路由器转发速度快。IP协议规定互联网所有主机和路由器必须接收长度不超过576字节的数据报。
e) 标识：16位。每产生一个数据报，计数器+1，赋给标识字段。不是序号，IP无连接。当数据报长度>MTU最大传送单元（数据链路层协议）必须进行分片，标识字段的值被复制到所有的数据报片的标识字段中。相同标识字段的值使分片后的各数据报片最后能正确地重新安装为原来的数据报。
f) 标志：3位。
最低位MF=1:还有分片；MF=0：最后一个
中间位DF不能分片，DF=0才能分片
g) 片偏移：13位。分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8字节位偏移单位（减少首部开销）。除最后一个数据片外，每个分片长度一定是8字节（64位）的整数倍
h) 生存时间：8位。单位：跳数。路由器每次转发时TTL-1。TTL=0丢弃数据报。TTL=1：只能在本局域网中传送。
i) 协议：8位。使目的主机的IP层知道应该将数据部分上交给哪个协议进行处理。
i. IP-4
ii. TCP-6
iii. UDP-17
iv. IPV6-41
j) 首部检验和：16位。只检验数据报首部，数据由运输层检查。
k) 源地址：32位
l) 目标地址：32位

划分子网情况下的路由器转发算法【140】6步骤，P197:4-20

未划分子网情况下IP层分组转发【134】6步骤
a) 路由表指出到某个网络如何转发。路由（目的网络地址，下一跳地址）
b) hulw 所有分组转发都是基于目的主机所在的网络，但有特例：特定主机路由
c) 默认路由：在一个网络只有很少的对外连接时有用。
d) 表示“直接”或“其他”记为0.0.0.0
e) 路由器收到一个待转发的数据报，在从路由表得出下一跳路由器的IP地址后不填入IP数据报，而是送交数据链路层的网络接口软件（负责转换成硬件地址，并放在MAC帧首部，根据硬件地址找到下一跳路由器）。
划分子网：属于一个单位内部，对外表现为一个网络。从主机号借用若干位作为子网号。

由主机的IP地址与子网掩码如何得到主机的网络地址【137】

子网掩码：将子网掩码和IP地址进行逐位“与”运算得出网络地址。
如果一个网络不划分子网，该网络的子网掩码使用默认子网掩码（默认子网掩码中1的位置与IP地址中网络号字段对应）。
子网数=2^子网位-2（全为0或全为1）
划分子网增加了灵活性但减少了能够连接在网络上的主机总数
同样的IP地址和不同的子网掩码可以得出相同或不同的网络地址

多归属主机

当一台主机同时连接到两个网络时，该主机必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号必须是不同的。这种主机成为多归属主机。

路由表包含的信息

（目标网络地址，子网掩码，下一跳地址）

距离向量算法【155】:P199,4-41,4-42

内部网关协议RIP——分布式的基于距离向量的路由选择协议。每个路由去要维护从它到其他每一个目的网络的距离记录。
距离：从路由器到直接连接的网络的距离定义为1，经过路由器+1。
RIP允许一条路径最多只包含15个路由器，则距离=16时即相当于不可达。只适用小型互联网
RIP选择一条具有最少路由器的路由（不考虑速录时延等）
RIP特定：
a) 仅和相邻路由器交换信息
b) 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己现在的路由表。
c) 按固定的时间间隔交换路由信息。
距离向量算法——找到每个目的网络的最短距离。
RIP协议使用运输层的用户数据报UDP传送

第五章

运输层：向上面的应用层提供通信服务。面向通信部分的最高层，用户功能的最低层。提供应用进程间的逻辑通信。
IP层：通信的两端是主机，但实际上是主机中的进程。
运输层：通信的真正端点不是主机而是主机中的进程。端对端的通信是应用进程之间的通信。屏蔽网络核心的细节（网络拓扑、路由协议等）
停止等待协议【213】
TCP协议中规定即使是零窗口也要接收零窗口探测报文段、确认报文段、携带紧急数据报文段
TCP的运输连接管理（三报文握手）【238】

运输层的复用

复用：在发送方不同的应用进程都可以使用同一个运输层协议传送数据（加上适当的首部）
运输层的分用
分用：接收方的运输层在剥去报文首部后能够把这些数据正确交付目的应用进程。

协议（软件）端口【206】

两种不同的运输协议：面向连接的TCP和无连接的UDP协议
面向TCP协议，尽管下面的网络不可靠，但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道，面向UDP协议，这种逻辑通信是不可靠信道。
TCP：传输控制协议——TCP报文段；提供面向连接的服务。必须先建立连接，传送结束后释放连接，不提供广播或多播。在应用层协议：电子邮件SMTP、远程终端接入TELNET、万维网HTTP、文件传送FTP。
UDP：用户数据报协议——UDP用户数据报；不需要先建立连接，不需确认，不提供可靠交付。在应用层协议：名字转换DNS、文件传送TFTP、路由选择协议RIP、多播IGMP、IP电话专用协议、流式多媒体通信专用协议等…
协议端口号（端口）：在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口，不同于路由器或交换机上的硬件端口。硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口。软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。
端口号只具有本地意义，只是为了标志本计算机应用层中各个进程在和运输层交互时的层间接口。在互联网不同计算机中，相同的端口号没有关联。
端口号：
a) 服务器端
i. 熟知端口号/系统端口号0-1023
FTP-21；TELNET-23；SMTP-25；DNS-53；TFTP-69；HTTP-80；HTTPS-443
ii. 登记端口号
b) 客户端49152-65535
i. 短暂端口号：在客户进程运行时动态选择

套接字【212】

套接字socket=（IP地址：端口号）
TCP连接 ::= {socket1，socket2}={(IP1:port1),(IP2:port2)}（每一条TCP连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定）
TCP的主要特点【210】
面向连接的传输层协议（建立连接-传送数据-释放连接）
每一条TCP连接只能是点对点（一对一）（套接字）
提供可靠交付服务。无差错、不丢失、不重复、按序到达
提供全双工信道。允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据，TCP连接的两端都舍友发送缓存和接收缓存临时存放双向通信的数据。
面向字节流。流：流入到进程或从进程流出的字节序列。TCP不保证接收方应用程序所收到的数据块和发送方应用程序所发出的数据块具有相应大小的关系。TCP根据对方的窗口值和当前网络拥塞的程度决定一个报文段应包含多少个字节。

TCP报文首部中的各组成部分的含义与功能

TCP传送的数据单元是报文段。
首部前20字节固定，后有4n字节可选增加。因此TCP首部最小长度20字节

a) 源端口和目的端口：各占2字节，实现分用
b) 序号：4字节[0,2^32-1]。只本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
c) 确认号：4字节。期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。
d) 数据偏移：4位。以32位4字节为单位。TCP报文段的数据起始位置处离TCP报文段起始处有多远（即首部长度）。最大值（1111=15，15*4=60字节——TCP首部最大长度）
e) 保留：6位
f) 控制位
i. 紧急URG：=1发送方TCP把紧急数据插入到本报文段数据最前面，紧急数据后仍是普通数据，须于紧急指针配合使用
ii. 确认ACK：仅当=1时确认号有效；=0确认号无效。连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置1.
iii. 推送PSH：发送方将PSH=1，并立即创建一个报文段发送出去，接收方收到PSH=1的报文段，尽快交付接收应用程序，不再等到缓存满了再交付。
iv. 复位RST：RST=1表明TCP连接中出现严重差错必须释放连接再重新建立连接。
v. 同步SYN：建立连接时用来同步序号。SYN=1,ACK=0连接请求报文段。SYN=1,ACK=1同意连接。
vi. 终止FIN：=1发送方数据发送完毕，要求释放连接
g) 窗口：2字节。发送本报文段的一方的接收窗口。指出现在允许对方发送的数据量。动态变化。
h) 检验和：2字节。检验首部和数据。
i) 紧急指针：2字节。URG=1才有意义。指出本报文段中紧急数据的字节数。即使窗口为0也可以发送紧急数据。
j) 选项：长度可变，最大40字节。填充使首部是4的整数倍。

什么是超时重传？【213】什么是流水线传输？【216】

可靠传输的工作原理——停止等待协议——3种情况：无差错；出现差错；确认丢失和确认迟到（丢弃重复的，重新确认）
超时重传：A超过一段时间没有收到确认，则认为刚才发送的分组丢失，因而重传前面发送过的分组。
超时计时器：每发送完一个分组都设置超时计算器，到期之前收到则撤销已设置的超时计时器。设置的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。
自动重传协议ARQ——可靠传输协议
信道利用率=发送分组需要的时间TD/（TD+往返时间RTT+发送确认分组时间TA）
流水线传输
a) 连续ARQ协议【216】
i. 发送窗口：位于发送窗口内的n个分组都可连续发送出去不需要等待对方的确认。
ii. 接收方采用累积确认的方式。对按序到达的最后一个确认分组发送确认。接收方返回的序号为希望发送方发送的第一个分组序号。
b) 滑动窗口协议【221】
i. 滑动窗口以字节为单位
ii. 发送窗口：在未收到B的确认的情况下，A可以连续把窗口内的值都发送出去。凡是已经发送但未收到确认之前都必须暂时保留，以便超时重传使用。
iii. 发送窗口不能超过接收方的接收窗口值
iv. 发送窗口前沿不动原因：没有收到新的确认，对方通知的窗口大小不变；收到了新的确认但对方通知的窗口缩小了，使得发送前沿正好不动。
v. TCP缓存与窗口的关系【223】发送窗口时发送缓存的一部分。发送窗口的后沿与发送缓存后沿重合
vi. 发送窗口与接收窗口并不总是一样大。TCP对不按序到达的数据先临时存放在接收窗口，等到字节流中所缺少的字节收到后，再按序交付上层的应用程序。
vii. TCP要求接收方必须有累积确认的功能

超时重传时间RTO的计算【225】

加权平均往返时间RTTs
新的RTTs =（1-α）×（旧的RTTs）+α×（新的RTT样本）α取0.125
注：第一次测量RTT样本，RTTs = RTT样本
超时重传时间RTO=RTTs + 4×RTTD（RTTD是RTT的偏差的加权平均值）
新的RTTD = （1-β）×（旧的RTTD）+β×|RTTs – 新的RTT样本|（β取0.25）
注：第一次测量时，RTTD = 1/2 × RTT样本值

报文段每重传一次，把超时重传时间RTO增大一些，为旧的2倍，直至不再发生重传继续按原公式计算。

cwnd,rwnd的含义

流量控制：让发送方的发送速率不要太快，让接收方来得及接收
cwnd：拥塞窗口。取决于网络的拥塞程度，并且动态变化。发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口。
rwnd：接收方窗口
TCP为每一个连接设有一个持续计时器，只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器，若设置的数据到期，就发送一个零窗口探测报文段（仅携带1字节数据）而对方就在确认这个探测报文段给出现在窗口值。若窗口仍然为0则重新设置持续计时器，若不是0则打破死锁。
慢开始和拥塞避免的原理【234】；快重传与快恢复的原理。
网络负荷>吞吐量=>出现拥塞
拥塞控制：防止过多的数据注入到网络中，使网络中的路由器或链路不致过载。前提：网络能够承受现有的网络符合。全局性的过程。
流量控制往往是点对点通信量的控制，端对端的问题。流量控制就是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收。
慢开始和拥塞避免：
a) 判断网络拥塞的依据是出现了超时
b) 慢开始：由小到大增大发送窗口。刚开始时cwnd不超过2到4个SMSS数值（试探网络的拥塞程度）。cwnd每次的增加量=min{N,SMSS}（N：原先未被确认的现在刚收到确认报文段所确认的字节数）每经过一个传播轮次（往返时间RTT），cwnd加倍。
c) 实际上TCP使用字节数作为窗口大小的单位。但为方便表述使用报文的个数作为单位。
d) 慢开始门限ssthresh：
i. cwnd<ssthresh，使用慢开始
ii. cwnd>ssthresh，停止慢开始开始拥塞避免
iii. cwnd=ssthresh，既可以用慢开始也可以拥塞避免
e) 拥塞避免：每经过一个RTT就把发送方的cwnd+1。线性规律缓慢增长。
f) 当出现超时，则判断为网络拥塞。调整ssthresh=1/2* ssthresh，同时设置cwnd=1进入慢开始。
g) 快重传算法：让发送方尽早知道发生了个别报文段的丢失。接收方即使收到失序的报文段也要立即对已收到的报文段重复确认。发送方只要一连收到3个重复确认，立即进行重传（快重传），这样不会出现超时不会误以为网络拥塞。
h) 快恢复：发送方知道只是丢失个别报文段，不启动慢开始而执行快恢复，调整ssthresh=cwnd/2，cwnd= ssthresh，并开始执行拥塞避免算法。
i) 发送方窗口值上限值=Min[rwnd,cwnd]

第六章

域名的结构

域名：任何一个连接在互联网上的主机或路由器都有一个唯一的层次结构的名字。
每一个域名由标号序列组成。各标号之间用点隔开。
域名服务器的分类【257】
根域名服务器：最高层次的域名服务器。首先求助根域名服务器。
顶级域名服务器
权限域名服务器
本地域名服务器：不属于域名服务器层次结构。当一台主机发送DNS查询请求时，这个查询请求报文就发送给本地域名服务器。若本地域名服务器没有存放该缓存则访问根域名服务器。
a) 主机向本地域名服务器查询：递归查询
b) 本地域名服务器向根域名服务器查询：迭代查询

URL的格式

统一资源定位符URL：<协议>://<主机>:<端口>/<路径>
主机：该主机在互联网上的域名
FTP主进程的工作步骤
文本传送协议FTP——基于TCP
FTP服务器进程由两大部分组成
a) 主进程：接受新的请求
b) 若干从属进程：处理单个请求
主进程工作步骤：
a) 打开熟知端口21，使客户进程能够连接上
b) 等待客户进程发出连接请求
c) 启动从属进程处理客户进程发来的请求。从属进程对客户进程的请求处理完毕后立即终止，但从属进程在运行期间根据需要还可能创建其他一些子进程。
d) 回到等待状态，继续接受其他客户进程发来的请求。主进程与从属进程的处理是并发进行的

HTTP报文的种类【271】

请求报文——从客户向服务器发送请求报文
响应报文——从服务器向客户的回回答

邮件地址的格式【287】

用户名@邮件服务器域名

什么是活动万维网文档

活动万维网文档是指把所有工作都转移给浏览器。每当浏览器请求一个活动文档时，服务器就返回一段活动文档程序副本，使该程序副本在浏览器端运行。只要用户运行活动文档程序，活动文档的内容就可以连续的改变。