计算机网络

  • 参考模型
  • 主要协议
    • TCP
    • UDP
    • IP
    • 点对点协议PPP
    • 以太网
  • 物理层
    • 数据通信系统
    • 信号
    • 信道
    • 信号调制
      • 编码（基带调制）
      • 带通调制
    • 信道的极限容量
    • 传输媒体
    • 信道复用
    • 其他
  • 数据链路层
    • 点对点协议PPP
    • 以太网
      • 以太网交换机（第二层交换机）
      • 高速以太网
    • CSMA/CD协议
    • MAC子层
  • 网络层
    • IP地址分类
      • 地址解析协议ARP
      • 划分子网
      • 构造超网（无分类编址CIDR）
    • IP
    • ICMP
    • 路由选择协议
      • 路由器
    • IPv6
    • IGMP
    • VPN,NAT,NAPT
    • 其他
  • 运输层
    • TCP
      • 三次握手
      • 四次挥手
      • 流量控制
    • UDP
  • 应用层
    • 端口
    • DNS
    • FTP
    • HTTP
    • SMTP
    • POP3 IMAP
    • MIME
    • DHCP
    • SNMP
  • 数据加密

参考模型

OSI 7层参考模型

  • 第七层：应用层
  • 第六层：表示层
  • 第五层：会话层
  • 第四层：运输层
  • 第三层：网络层
  • 第二层：数据链路层
  • 第一层：物理层

TCP/IP 4层参考模型

  • 第四层：应用层（对应OSI的第5-7层）
  • 第三层：运输层
  • 第二层：网络层
  • 第一层：网络接口层（对应OSI的第1-2层）

普遍使用的模型
OSI的最下面两层（物理层，数据链路层）+TCP/IP的最上面三层（传输层，网络层，应用层）

  • 第五层：应用层
  • 第四层：运输层
  • 第三层：网络层
  • 第二层：数据链路层
  • 第一层：物理层

主要协议

TCP

↑来自:https://blog.csdn.net/qq_42002936/article/details/88544422

UDP

[源IP地址,目的IP地址,0,17,UDP长度,]源端口,目的端口,长度,检验和

IP

↑来自:https://blog.csdn.net/qq_42002936/article/details/99703907

点对点协议PPP

||
|-|-
|

  • 格式
  • F A C 协议 IP数据报 FCS F
  • 7E FF 03 - - - 7E
  • 1 1 1 2 [46,1500] 2 1

以太网

DIX Ethernet V2

  • 格式
  • (前同步码) 目的地址 源地址 类型 IP数据报 FCS
  • 8 6 6 2 [46,1500] 4

物理层

数据通信系统

  • 源系统（发送端，发送方）
  • 传输系统（传输网络）
  • 目的系统（接收端，接收方）

传输系统中的每一个节点，对一次传输来说，有输入端和输出端

信号

  • 模拟信号（连续型号）：有许多不同的值，随着采样频率越高越精确
  • 数字信号（离散信号）：只有0与1

信道

  • 单工信道（单向信道）：永远只能单向通信
  • 半双工信道（双向交替信道）：同时只能向一个方向传输信息
  • 全双工信道（双向同时信道）：可以同时双向通信

信号调制

编码（基带调制）

将数字信号转换成另一种数字信号，以保证传输的准确

基本：用 正电平|正脉冲 表示1，用 负电平|负脉冲 表示0

  • 不归零制：0即低电平，1即高电平
  • 归零制：在发送的每个信号两边各加一个0，并且相邻两个信号不共用0
  • 曼彻斯特：每个信号用两个电平表示；0：低->高，1：高->低
  • 差分曼彻斯特：每个信号用两个电平表示，用电平的变化；初始：高->低，0：与上一位相同，1：与上一位相反

带通调制

数字型号转模拟型号，以在模拟信道中更好地传输

  • 调幅( AM): 幅度
  • 调频( FM): 频率
  • 调相( PM): 相位
  • 正交振幅调制( QAM):

信道的极限容量

  • 频率范围（带宽）：信号发送速率
  • 信噪比:信噪比(dB)=10log10(1+S/N)信噪比(dB) = 10 log_{10}(1+S/N)信噪比(dB)=10log10​(1+S/N)
    • 香农公式：C=Wlog2(1+S/N)C = W log_2(1+S/N)C=Wlog2​(1+S/N)

      • 信道的宽度或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高
    • C：信道的极限信息传输速率
    • W：信道带宽
    • S：信道内所传信号的平均功率
    • N：信道内部的高斯噪声功率

传输媒体

  • 有线（引导型传输媒体）

    • 双绞线：单位（MHz）

      • 无屏蔽双绞线

        • 3(16)，4类(20)，5类(100)，超5类（5E）(125)，6类(250)
      • 屏蔽双绞线
        • 7类(600)
    • 同轴电缆:该质量接近1GHz
    • 光缆（光纤）
      • 多模光纤
      • 单模光纤
  • 无线（非引导型传输媒体）
    • 低频
    • 中频
    • 高频
    • 甚高频，特高频，超高频，极高频
    • 短波（高频）
    • 无线电微波：地面微波接力通信，卫星通信

信道复用

  • 频分复用FDM: 频率
  • 时分复用TDM: 时间
  • 统计时分复用STDM:
  • 波分复用WDM：光的频分复用
  • 码分复用CDM：每个用户1个码片（mbit）；保证码片互不相同，且两两之间内积为0

其他

  • 非对称数字用户线ASDL：对模拟电话用户线进行改造
  • 光纤同轴混合网HFC
  • FTTx技术

数据链路层

  • 封装成帧：每一帧有最大长度限制，一次发送可能被封装为多帧
  • 透明传输：每一帧都有相同的结束标志符EOF，当数据部分出现与EOF相同的编码时，进行转义（后加转义符，但同时也对原有的与转义符相同的也转义。保证帧的数据部分是透明的
  • 差错检测：加入帧检验序列FCS，一般CRC
    • CRC：根据现有位数（比如n位）；双方事先商定除数P（总共n+1位，首位为1）；数据后面+n个0作为被除数M；P/Q 借位时，数字并不减少；将余数填入原本位0的位置

点对点协议PPP

||
|-|-
|

  • 格式
  • F A C 协议 IP数据报 FCS F
  • 7E FF 03 - - - 7E
  • 1 1 1 2 [46,1500] 2 1

以太网

DIX Ethernet V2

  • 格式
  • (前同步码) 目的地址 源地址 类型 IP数据报 FCS
  • 8 6 6 2 [46,1500] 4

以太网交换机（第二层交换机）

  • STP生成树协议
  • 星形以太网
  • 虚拟局域网VLAN

高速以太网

  • 100BASE-T以太网
  • 吉比特以太网
  • 10吉比特以太网 和 更快的以太网

CSMA/CD协议

解决冲突

  • 争用期 t=512bit 时间
  1. 等到信道空闲，发送
  2. 检测到碰撞
  3. 重传次数=16，放弃
  4. k=min[重传次数,10]k = min[重传次数,10]k=min[重传次数,10]，
  5. r=random(0,2k−1)r = random(0,2^k-1)r=random(0,2k−1)
  6. 等待r*t时间，( 碰撞) ->1

MAC子层

  • MAC地址

网络层

  • 网际协议IP
  • 地址解析协议ARP
  • 网际控制报文协议ICMP
  • 网际组管理协议IGMP

IP地址分类

IPv4：将地址分为4个1字节，总共4字节。
IP地址为 <网络号> <主机号>

  • A类：8+24，网络号最前面 0
  • B类：16+16，网络号最前面 10
  • C类：24+8，网络号最前面 110
  • D类，E类

地址解析协议ARP

划分子网

<网络号> <子网号> <主机号>
子网掩码

构造超网（无分类编址CIDR）

<网络前缀> <主机号>

IP

↑来自:https://blog.csdn.net/qq_42002936/article/details/99703907

ICMP

  • 分组网间探测PING

路由选择协议

  • 内部网关协议IGP

    • 当有更短距离 或 来向的IP更长时，更新
    • 路由信息协议RIP：小型内网
      • TTL：距离向量
    • 开放最短路径优先OSPF：大型内网
      • TTL：传输时间
  • 外部网关协议EGP
    • 边界网关协议BGP

      • 每个自治系统一个发言人

路由器

IPv6

IGMP

VPN,NAT,NAPT

  • 虚拟专用网VPN：

    • 专用地址快：

      • 10.0.0.0/8
      • 172.16.0.0/12
      • 192.168.0.0/16
  • 网络地址转换NAT：内网IP->外网IP
  • 网络地址与端口号转换NAPT：内网IP:对内端口->外网IP:对外端口

其他

  • 多协议标记交换MPLS

运输层

TCP

↑来自:https://blog.csdn.net/qq_42002936/article/details/88544422

三次握手

  • [ SYN] seq=x
  • [ SYN, ACK] seq=y, ack=x+1
  • [ ACK] seq=x+1, ack=y+1

四次挥手

  • [ FIN] seq=u
  • [ ACK] seq=v, ack=u+1
  • [ FIN, ACK] seq=w, ack=u+1
  • [ ACK] seq=u+1, ack=w+1

流量控制

滑动窗口

cwnd拥塞窗口
ssthresh慢门限开始
拥塞控制

  • 慢开始

    • ( 出现超时)->ssthresh=cwnd/2; cwnd=1
    • 每发送1轮cwnd*=2
  • 拥塞避免
    • ( cwnd>=ssthresh)->
    • 每发送1轮cwnd++
  • 快重传
    • 遇到连续3次对同一个包的确认,则断定后面的包丢失, 立即重传, 并用快恢复算法
  • 快恢复
    • ssthresh=cwnd=cwnd/2
    • [ 之后将使用拥塞避免]

UDP

[源IP地址,目的IP地址,0,17,UDP长度,]源端口,目的端口,长度,检验和

应用层

端口

  • 熟知端口: [0,1024) 20,210
  • 登记端口: [1024,49152) 210,215+214
  • 暂时端口: [49152,65536) 215+214,216
应用层协议 端口号 下层协议
FTP-文件 20 TCP
FTP-登录 21 TCP
TELNET 23 TCP
SMTP 25 TCP
DNS 53
TFTP 69
HTTP 80 TCP
POP3 110 TCP
RPC 111
SNMP 161
SNMP(trap) 162
HTTPS 443 TCP

DNS

FTP

HTTP

SMTP

POP3 IMAP

MIME

DHCP

SNMP

数据加密

  • 对称密钥密码体制

    • DES
    • AES
  • 公开密钥密码体制（公钥密码体制）
    • RSA
  • 数字签名

IDS

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