體系結構

計算機網(wǎng)絡概念

• 一個將分散的、獨立的系統(tǒng)通過通信設備和線路連接實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)

組成與功能

• 組成部分：軟件、硬件、協(xié)議，工作方式： 邊緣部分和核心部分，功能組成：通信子網(wǎng)(OSI模型下三層)和資源子網(wǎng)
• 數(shù)據(jù)通信，資源共享，分布式處理（三大功能），提高可靠性，負載均衡

分類

• 分布范圍

  • 廣域網(wǎng)，城域網(wǎng)，局域網(wǎng)，個人區(qū)域網(wǎng)

• 傳輸技術

  • 廣播式，點對點

• 拓撲結構

  • 總線型，星型，環(huán)形，網(wǎng)狀型

• 使用者

  • 專用網(wǎng)、公用網(wǎng)

• 交換技術

  • 電路交換，報文交換，分組交換

    • 其中分組交換分為

      • 數(shù)據(jù)報，無連接，每個分組都有完整的目的地址
      • 虛電路，面向連接，提供可靠服務，分組不包含目的地址，包含虛電路標識符，僅在建立連接階段使用目的地址

性能指標

• 帶寬

• 時延

  • 發(fā)送時延，傳輸時延，排隊時延，處理時延

• 時延帶寬積

  • 傳播時延X帶寬

• 吞吐量

• 往返時間

• 速率

分層結構

• 在各個層次中每個報文分為兩部分 SDU和PCI組成PDU

• 協(xié)議（語義，語法和同步），接口和服務

  • 協(xié)議是水平的，服務是垂直的，相臨兩層通過SAP交互

    • 服務類型是否面向連接，可靠，應答六種

OSI協(xié)議

• 7層（低三層通信子網(wǎng)，高三層資源子網(wǎng)）

  • 物理層（SAP: 網(wǎng)卡接口）

    • 定義DCE,DTE的物理和邏輯連接方式，進行透明比特流傳輸
    • 接口標準：EIA, X.21

  • 數(shù)據(jù)鏈路層（點對點）（SAP:MAC地址）

    • 幀，功能組幀，流量控制，差錯控制，傳輸管理
    • 協(xié)議：PPP，HDLC，SDLC，STP，幀中繼

  • 網(wǎng)絡層（SAP:IP地址）

    • 數(shù)據(jù)報，進行路由選擇，流量控制，差錯控制，擁塞控制，網(wǎng)際互聯(lián)
    • 協(xié)議：IP，ICMP，IGMP，ARP，RARP，OSFP，IPX

  • 傳輸層（端對端）（SAP:端口號）

    • 報文段和用戶數(shù)據(jù)報，主機中兩個進程的通信，提供端對端可靠傳輸，流量控制，差錯控制，數(shù)據(jù)傳輸管理

  • 會話層

    • 建立連接（SYN），并在連接上有序傳輸數(shù)據(jù)

  • 表示層

    • 數(shù)據(jù)和信息相互轉化，如解密加密

  • 應用層（SAP:用戶界面）

    • 用戶與網(wǎng)絡的潔敏，如FTP，SMTP，POP3，HTTP

TCP/IP協(xié)議

• 4層

  • 網(wǎng)絡接口層

    • 類似物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

  • 網(wǎng)際層

    • 類似網(wǎng)絡層

  • 傳輸層

    • 有連接可靠傳輸
    • 無連接不可靠傳輸

  • 應用層

OSI和TCP/IP協(xié)議 區(qū)別

• 網(wǎng)絡層面向連接和無連接，傳輸層 無連接，TCP/IP相反
• 精確定義 服務，協(xié)議和接口，而TCP/IP沒有區(qū)分

物理層

功能

• 透明傳輸比特流

通信基礎

• 數(shù)據(jù)：傳輸信息的實體，分為串行和并行傳輸，遠距離串行

• 信號：數(shù)據(jù)的電氣或電磁表現(xiàn)，是數(shù)據(jù)的存在形式。模擬信號：連續(xù)的數(shù)據(jù)/信號 數(shù)字信號：離散的數(shù)據(jù)/信號

  • 基帶信號

    • 將信號0和1用不同電壓表示在數(shù)字信道上傳輸，基帶傳輸

  • 寬帶信號

    • 將基帶信號調制成頻分復用模擬信號在模擬信道上傳輸，寬帶傳輸

• 碼元: 一個固定的信號波形表示一個K進制數(shù)字

• 信源，信道（≠電路，電路往往包括發(fā)送和接收信道），信宿

• 交互方式：單工（無線電廣播），半雙工，全雙工

• 速率，波特和帶寬

  • 速率=波特*1Baud所攜帶的數(shù)據(jù)
  • 帶寬 原是信號的頻帶寬度，網(wǎng)絡中指最高數(shù)據(jù)率
  • 波特率：每秒信號變化次數(shù)

• 奈奎斯特定理(信道理想狀態(tài)下，沒有噪聲)

  • 極限數(shù)據(jù)傳輸率=2Wlog2V (極限碼元傳輸率2*W)

• 香農(nóng)定理

  • 極限傳輸速率=Wlog2(1+S/N) 信噪比=10log10(S/N)

• 編碼與調制

  • 調制 數(shù)據(jù)-->模擬信號

  • 編碼 數(shù)據(jù)-->數(shù)字信號

  • 模擬數(shù)據(jù)可通過PCM編碼器轉化成數(shù)字信號，數(shù)字數(shù)字通過QAM調制成模擬信號

  • 數(shù)字數(shù)據(jù)-->編碼-->數(shù)字信號

    • 不歸零碼 NRZ，反轉不零碼 NRZI ：反轉代表1 ，不轉代表0
    • 曼徹斯特編碼 每個碼元中間跳轉，可用于同步，頻帶寬度是原生基帶寬度的兩倍
    • 差分曼徹斯特編碼 前一個是0跳轉，1不跳轉，同步，抗干擾
    • 4B/5B編碼

  • 數(shù)字數(shù)據(jù)-->調制-->模擬信號

    • ASK 幅移鍵控 改變振幅 抗干擾能力差
    • FSK 頻移鍵控 改變頻率 抗干擾強
    • PSK 相移鍵控
    • QAM 正交振幅調制 將ASK和PSK結合 R=Blog2(mn) 傳輸率等于波特率log2(相位振幅)

  • 模擬數(shù)據(jù)-->編碼-->數(shù)字信號

    • 抽樣，量化，編碼。 常見于對音頻信號進行PCM，采樣頻率必須大于等于2倍最大頻率

  • 模擬數(shù)據(jù)-->調制-->模擬信號

數(shù)據(jù)傳輸

• 電路交換

  • 建立連接，數(shù)據(jù)傳輸，釋放連接。始終占用專用通信線路，直通式，不具備差錯控制能力，延遲小，實時性強，適合交互類通信。

• 報文交換

  • 存儲轉發(fā)。無需建立連接，沒有分組，要求較大的緩存空間，長度不固定，不能用于語音。

• 分組交換

  • 存儲轉發(fā)，分組小，加速傳輸，不易出錯，減小時延。

傳輸介質

• 導向型介質

  • 電磁波沿著固體媒介傳播

    • 雙絞線

      • 銅導線組成，絞合減少電磁干擾，可增加金屬絲編織的金屬層（屏蔽雙絞線），在局域網(wǎng)和傳統(tǒng)電話網(wǎng)中普遍使用

    • 同軸電纜

      • 銅質芯線，絕緣層，屏蔽層組成

        • 50Ω

          • 傳送基帶數(shù)字信號，局域網(wǎng)中廣泛使用

        • 75Ω

          • 傳送寬帶信號，有線電視

    • 光纖

      • 單模光纖

        • 適合遠距離傳輸

      • 多模光纖

        • 多條不同角度光線在一條光纖中傳輸，近距離傳輸

• 非導向型介質

  • 空氣，真空，海水

    • 無線電波
    • 微波，紅外線，激光，都需要接收方之間有一條視線通路，沿直線傳播

物理接口的特性

• 機械特性

  • 物理結構，引腳，引線數(shù)目，排線

• 電氣特性

  • 電壓高低，傳輸速率和距離限制

• 功能特性

  • 電壓代表意義，信號線用途

• 規(guī)程(過程)特性

  • 各條物理線路的工作規(guī)程和時序關系

物理層設備

• 中繼器（轉發(fā)器）：將數(shù)字信號整形并放大，原理是再生。遵循5-4-3規(guī)則。
• 放大器：放大模擬信號，將衰減的信號放大
• 集線器：相當于多端口的中繼器，只能在半雙工工作，每臺計算機平坦總寬帶。收到的數(shù)據(jù)從其他端口輸出。
• 無存儲轉發(fā)功能，無法連接不同協(xié)議的兩個局域網(wǎng)。

數(shù)據(jù)鏈路層

功能

• 傳輸數(shù)據(jù)幀，差錯檢測（檢錯不糾錯 CRC）、流量控制、組幀。加強物理層傳輸原始比特流的功能，改造成邏輯上無差錯的數(shù)據(jù)鏈路

為網(wǎng)絡層提供服務

• 無確定無連接，適用實時通信，誤碼率低的通信信道。如以太網(wǎng)
• 有確定無連接，誤碼率高的通信信道
• 有確定面向連接，使用要求可靠性高的場合

鏈路管理

• 連接的建立，維持，和釋放過程

組幀

• 幀定界，幀同步，透明傳輸。要加首部和尾部，分組則不需要加尾部定界

• 字符計數(shù)法

  • 幀頭部加計數(shù)字段，包括自身所占的一個字節(jié)

• 字符填充法

  • 使用轉義字符定界

• 比特填充法

  • 五個連續(xù)的1添加一個0，容易用硬件實現(xiàn)，優(yōu)于字符填充

• 違規(guī)編碼法

  • 局域網(wǎng)IEEE802標準使用了這個方法

差錯控制

• 差錯是由于噪聲引起的，噪聲兩大類，前者可減少或避免，后者不可，是產(chǎn)生差錯的主要原因

  • 隨機差錯：信道固有的隨機熱噪聲
  • 突發(fā)差錯：外界引起的短暫沖擊噪聲

• 使用CRC（常用）/漢明碼發(fā)現(xiàn)位錯，通過ARQ或前向糾錯FEC 重傳出錯的幀（幀的丟失，重復，失序）

• 檢錯編碼

  • 奇偶檢驗嗎

  • 循環(huán)冗余碼

    • 多項式階為r 則幀低位加r個0，模二除。可檢驗r位錯，逃離概率為1/2^r

• 糾錯編碼

  • 海明碼 需滿足2^r>=m+r+1

    • 糾錯d位需要碼距 2d+1

• 可靠傳輸通常靠 確定（無數(shù)據(jù)控制幀或者 捎帶確定）和超時重傳

流量控制

• 控制相鄰兩結點的流量，對于傳輸層控制的是源端到目的端的流量

• 停止等待協(xié)議

  • 發(fā)送窗口=1，接收窗口=1 發(fā)送方續(xù)收到接收方的確定才可繼續(xù)發(fā)送

• 滑動窗口協(xié)議

  • 后退N幀 GBN

    • 發(fā)送窗口>1，接收窗口=1 ，發(fā)送窗口滿足1<=W<=2^n-1。 一般采用累積確認

  • 選擇重傳 SR

    • 發(fā)送窗口>1，接收窗口>1, 一般發(fā)送窗口等于接收窗口 且滿足 兩者和<=2^n 單個滿足W<=2^(n-1)。

• 信道利用率=一個發(fā)送周期內(nèi)發(fā)送的比特/數(shù)據(jù)傳輸率/發(fā)送周期

• 信道吞吐率=信道利用率*發(fā)送方的發(fā)送速率

介質訪問控制

• 隔離來著同一信道上的其他結點發(fā)的信號，協(xié)調活動節(jié)點的傳輸

• 常見方法 信道劃分介質訪問控制，隨機訪問介質訪問控制，輪詢訪問介質控制，前者靜態(tài)劃分，后兩者動態(tài)劃分信道

• 介質訪問控制層MCA層，決定信道分配的協(xié)議

• 信道劃分介質訪問控制

  • 頻分多路復用FDM

    • 分割成若干個子信道

  • 時分多路復用TDM

    • 按時間分成若干個時間片，輪流分配
    • 利用率不搞高，統(tǒng)計時分多路復用STDM，按需動態(tài)分配時隙

  • 波分多路復用WDM

    • 光的頻分多路復用，一根光纖中傳輸多種不同波長(頻率)的光信號

  • 碼分多路復用CDM

    • 既共享空間又共享時間，利用率高，抗干擾強，保密性強，語音質量好。

  • 碼分多址CDMA，CDM的一種方式

    • 每比特時間被分成M個更短的時間槽（chip）通常64或128個芯片。發(fā)送1時發(fā)送芯片序列，0時反碼，各個站點序列正交，自己內(nèi)積為1

• 隨機訪問介質控制，又稱爭議型協(xié)議

  • 既不共享空間也不共享時間，實際上就是將廣播信道轉化為點對點信道

  • 純ALOHA 協(xié)議

    • 不進行任何檢測直接發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)生碰撞等待隨機時間，再重傳，吞吐量低

  • 時隙ALOHA協(xié)議

    • 只在每個時隙開始時發(fā)送幀，吞吐量比純ALOHA大了一倍

  • CSMA協(xié)議

    • 1-堅持CSMA

      • 監(jiān)聽到信道忙后，繼續(xù)堅持監(jiān)聽，直到信道空閑，直接發(fā)送數(shù)據(jù)

    • 非堅持CSMA

      • 監(jiān)聽到信道忙后，放棄監(jiān)聽，等待隨機時間再重新監(jiān)聽

    • p-堅持CSMA

      • 監(jiān)聽到忙，等下個時隙再監(jiān)聽，空閑后以P概率發(fā)送數(shù)據(jù)

  • CSMA/CD協(xié)議

    • 適用于總線型網(wǎng)絡或半雙工網(wǎng)絡，不可能支持全雙工
    • 先聽后發(fā)，邊聽邊發(fā)，沖突停發(fā)，隨機重發(fā)（碰撞檢測就是檢測信道上的電壓變化，判斷其他站點是否在發(fā)送）
    • 總線傳輸時延影響大，傳輸時延至少大于兩倍傳播時延。以太網(wǎng)規(guī)定51.2微秒為爭用期，10Mb/s以太網(wǎng)爭用期可發(fā)送64B，不足要補夠64B
    • 采用二進制指數(shù)退避算法，k=min{重傳次數(shù)，10}，從【0，1，...2^k-1】中取一個數(shù)作為退避時間，16次仍不成功，拋棄此幀

  • CSMA/CA協(xié)議

    • 適用于無線局域網(wǎng)，碰撞避免：盡量減少避免的概率，而不是完全避免

    • 三個機制實現(xiàn)碰撞避免

      • 預約信道

        • 讓其他站點不發(fā)送數(shù)據(jù)

      • ACK幀

      • RTS/CTS幀

        • 解決隱蔽站問題

    • CSMD/CA和CA的區(qū)別

      • CD可檢測沖突，但無法避免，用于總線型以太網(wǎng)，檢測電壓的變化，CA不能檢測沖突，用于無線局域網(wǎng)802.11a/b/g/n，采用能量檢測，載波檢測，和能量載波混合檢測來檢測信道空閑

• 輪詢訪問介質訪問控制

  • 令牌傳遞協(xié)議

    • 以循環(huán)的方式輪詢每個結點，再決定信道分配
    • 主要使用再令牌環(huán)局域網(wǎng)，令牌是一組特殊的比特組合而成的幀。不會發(fā)生沖突。即不共享時間也不共享空間

局域網(wǎng)

• 特性主要由拓撲結構，傳輸介質和介質訪問控制方式（最重要）決定

• 可使用雙絞線，銅纜和光纖等傳輸介質，雙肩先為主流

• 三種特殊局域網(wǎng)拓撲實現(xiàn)

  • 以太網(wǎng)

    • 邏輯結構 總線型 物理星型

  • 令牌環(huán)

    • 邏輯結構 環(huán)形 物理星型

  • FDDI 光纖分布數(shù)字接口

    • 邏輯結構 環(huán)形 物理 雙環(huán)

• IEEE802 標準將數(shù)據(jù)鏈路層分為 邏輯鏈路控制LLC子層和媒體介入控制MAC子層

  • MAC子層

    • 組幀，拆卸幀，比特傳輸差錯檢測，透明傳輸

  • LLC子層

    • 提供無確定無連接，面向連接，帶確定無連接，高速傳送

• 以太網(wǎng)

  • 以太網(wǎng)采用無連接工作方式，不對數(shù)據(jù)幀編號，無需確認，盡最大努力交付，提供的是不可靠服務

  • 常用四種傳輸介質：粗纜，細纜，雙絞線，光纖

  • 10BASE5

    • 基帶同軸電纜（粗纜)，曼徹斯特編碼，總線型，最大段長500m 結點數(shù)目100

  • 10BASE2

    • 細纜，曼徹斯特編碼，總線型，200，30

  • 10BASE-T

    • 雙絞線，曼徹斯特編碼，星型，100，2

  • 10BASE-FL

    • 光纖，曼徹斯特編碼，點對點，2000，2

  • 通過網(wǎng)絡適配器/網(wǎng)絡接口卡與外界局域網(wǎng)連接。網(wǎng)卡上裝有處理器和存儲器。

  • 以太網(wǎng)的MAC幀，MAC地址6字節(jié)

    • 前導碼8字節(jié)，前7字節(jié)為前同步碼，最后幀開始定界符，不需要幀結束符。目的地址+源地址+類型+IP數(shù)據(jù)報+FCS 6+6+2+(46-1500)+4字節(jié)
    • FCS 采用32為CRC檢測 數(shù)據(jù)，目的，源地址和類型字段 不檢測前導碼

  • 高速以太網(wǎng)

    • 100BASE-T，吉比特以太網(wǎng)

      • 支持全雙工和半雙工，但在CSMA/CD上半雙工

    • 10吉比特以太網(wǎng)

      • 不在使用銅線，而用光纖，只工作在全雙工

• IEEE 802.11

  • 無線局域網(wǎng)分為兩大類

    • 有固定基礎設施

      • 最小固件是基本服務集，包含一個基站和若干移動站，本站內(nèi)可直接通信，和其他站需要通過基站（AP）作用和網(wǎng)橋類似

    • 無固定基礎設施

      • 各點地位平等，中間結點都作為轉發(fā)結點

• 令牌環(huán)網(wǎng)

  • 數(shù)據(jù)幀沿環(huán)路傳輸，接收到自己發(fā)送的幀就不再轉發(fā)，源結點傳輸完畢后重新生成令牌

廣域網(wǎng)

• 覆蓋范圍很廣的長距離網(wǎng)絡，點到點

協(xié)議

• PPP

  • 在SLIP基礎上發(fā)展而來， 使用串行線路通信的面向字節(jié)，只支持全雙工的協(xié)議。主要用來撥號或專線方式建立點對點連接發(fā)送數(shù)據(jù)。

    • 鏈路控制協(xié)議 LCP

      • 擴展鏈路控制協(xié)議，建立，配置，測試和管理數(shù)據(jù)鏈路

    • 網(wǎng)絡控制協(xié)議 NCP

      • 允許采用多種網(wǎng)絡層協(xié)議，每個不同的協(xié)議都要用一個NCP配置

    • 點對點的，不是總線型，無需采用CSMA/CD，提供差錯檢測但不提供糾錯功能，不可靠

• HDLC

  • 面向比特，全雙工

    • 站

      • 主站

        • 控制鏈路操作，發(fā)出命令幀

      • 從站

        • 受控于主站，發(fā)出相應幀

      • 復合站

    • 有兩種基本配置

      • 非平衡配置

        • 一個主站控制整個鏈路

      • 平衡配置

        • 鏈路兩端都是復合站，平等發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸

    • 三種數(shù)據(jù)操作方式

      • 正常響應方式

        • 非平衡，從站只有接收到主站的許可后才可進行相應

      • 異步平衡方式

        • 復合站可互相進行數(shù)據(jù)傳輸

      • 異步相應方式

        • 非平衡，從站可直接向主站發(fā)送數(shù)據(jù)

    • HDLC幀由標志，地址，控制，信息和FCS字段構成

      • 信息幀

      • 監(jiān)督幀

        • 流量和差錯控制

      • 無編號幀

        • 鏈路的確認，請求重發(fā)，暫停發(fā)送

• PPP和HDLC差別

  • PPP面向字節(jié)，HDLC面向比特，PPP幀比HDLC多2字節(jié)協(xié)議字段。PPP不使用序號和確定機制，而HDLC使用編號和確認，提供可靠傳輸

數(shù)據(jù)鏈路層設備（實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的功能）

• 網(wǎng)橋

  • 可隔離碰撞域，具有尋址和路徑選擇功能

  • 透明網(wǎng)橋

    • 使用生成樹算法，記錄幀的源地址和進入端口建立轉發(fā)表。選擇的不是最佳路由

  • 源路由網(wǎng)橋

    • 選擇的是最佳路由，由發(fā)送站負責路由選擇，發(fā)送 Discover幀探測

• 交換機

  • 多端口網(wǎng)橋，一般工作在全雙工，使用VLAN剋隔離沖突域和廣播域

  • 直通式

    • 只檢測幀的目的地址

  • 存儲轉發(fā)式

    • 丟棄錯幀，可靠性高，但延遲大

• 交換機一般直接于局域網(wǎng)主機相連，而網(wǎng)橋連接局域網(wǎng)，交換機允許多對計算機同時通信，而網(wǎng)橋只只允許每個網(wǎng)段的計算機同時，網(wǎng)橋存儲轉發(fā)，交換機直通，存儲轉發(fā)

網(wǎng)絡層

異構網(wǎng)絡互聯(lián)

路由與轉發(fā)

• 路由選擇

• 分組轉發(fā)

  • 根據(jù)轉發(fā)表將IP數(shù)據(jù)包從合適的端口轉發(fā)出去
  • 轉發(fā)表由路由表得出，路由表由路由選擇算法得出

擁塞控制

• 擁塞：由過量分組引起網(wǎng)絡性能下降

• 與流量控制的區(qū)別：這是個全局性的過程，所及網(wǎng)絡中的所有主機，路由器。而流量控制是點對點的

• 方法

  • 開環(huán)控制

    • 靜態(tài)預防方法，啟動后不再修改

  • 閉環(huán)控制

    • 動態(tài)方法，基于反饋環(huán)路

路由算法

• 靜態(tài)路由

  • 由網(wǎng)絡管理員手動配置路由信息

• 動態(tài)路由

  • 路由器彼此交換信息，根據(jù)算法優(yōu)化得出路由信息

  • 距離-向量路由算法

    • 定期向相鄰結點傳送整個路由選擇表（包括每條路徑的目的地，路徑的代價）

    • RIP

      • 用跳數(shù)作為距離的度量

  • 鏈路狀態(tài)路由算法

    • 定期泛洪法向所有路由器發(fā)送信息
    • OSPF

• 層次路由

  • 內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議IGP

    • 自治系統(tǒng)內(nèi)使用 RIP，OSPF

  • 外部網(wǎng)關協(xié)議 EGP

    • 自治系統(tǒng)之間 BGP

IPv4

• 由首部和數(shù)據(jù)組成，首部固定長度為20B，總長度單位1B 首部長度4B 片偏移8B 協(xié)議字段6表示TCP 17表示UDP

• IPv4地址

  • A類

    • 1-126

      • 子主題 1

  • B類

    • 128.1-191.255

  • C類

    • 192.1-223.255

  • D類

    • 224.1-239.255

      • 多播地址

  • E類

    • 240 保留今后使用

  • 主機號全0表示網(wǎng)絡本身，全1表示廣播地址 （受直接廣播地址） IP地址全1為受限廣播地址。IP全0表示本網(wǎng)絡上的本主機，127.0.0.0 環(huán)路自檢地址

• 網(wǎng)絡地址轉換NAT

  • 私有IP地址只用于LAN，路由器不轉發(fā)

    • 10.*
    • 172.16.-172.32.
    • 192.168.0.-192.168.255.

• 子網(wǎng)劃分

  • 從主機號借用若干比特，不改變原來網(wǎng)絡號
  • 子網(wǎng)掩碼

• 無分類編址CIDR

  • 實現(xiàn)超網(wǎng)的一種IP地址劃分方法
  • 路由聚合
  • 最長前綴匹配（最佳匹配）

• ARP協(xié)議

  • IP地址到MAC地址的映射，工作在網(wǎng)絡層
  • 用MAC地址全1的幀 發(fā)送廣播ARP請求分組，而相應分組是單播

• DHCP

  • 基于UDP的應用層協(xié)議， 獲取IP地址
  • Discover，Offer，Request，ACK

• ICMP

  • 報告差錯和異常

  • ICMP差錯報文

    • 終點不可達

      • 主機/路由器不能交付數(shù)據(jù)

    • 源點抑制

      • 擁塞

    • 參數(shù)問題

    • 時間超過

    • 重定向

  • ICMP詢問報文

    • 回送請求和回答報文
    • 時間戳請求和回答報文
    • 時間戳請求
    • 掩碼請求

  • 不發(fā)送ICMP

    • 對ICMP報文出錯
    • 第一個分片的數(shù)據(jù)報文后續(xù)報文
    • 組播地址
    • 特殊地址 如127.0.0.0 0.0.0.0

  • 應用

    • PING 使用了ICMP回送請求和回答報文
    • traceroute ICMP時間超過報文

  • DF=1 長度超過MTU時，丟棄分組，且發(fā)送ICMP差錯報文

IPv6

• 采用CIDR 和NAT 128位 ，在傳輸路徑中不能分片，首部長度是8B的整數(shù)倍，IPv4是4B

• 首部長度固定，提供Qos保障，沒有校驗和字段

• 表示法

  • 雙冒號省略0，只能出現(xiàn)一次

• IPV4向IPv6過渡方法

  • 雙協(xié)議棧
  • 隧道技術

路由協(xié)議

• 自治系統(tǒng)

• 域內(nèi)路由

  • IGP

    • RIP (應用層協(xié)議，在傳輸層使用UDP協(xié)議)

      • 優(yōu)先選擇跳數(shù)少的路徑，16為不可達

    • OSPF（網(wǎng)絡層協(xié)議，使用IP數(shù)據(jù)包傳送 協(xié)議字段89）

      • 只發(fā)送與自己相鄰的所有路由器鏈路狀（部分信息），而RIP發(fā)送整個轉發(fā)表

      • 分組類型

        • 問候分組

          • 檢測可達性

        • 數(shù)據(jù)庫描述分組

          • 摘要信息

        • 鏈路狀態(tài)請求分組

          • 請求發(fā)送詳細信息

        • 鏈路狀態(tài)更新分組

        • 鏈路狀態(tài)確定分組

• 域間路由

  • EGP

    • EGP-4

      • 尋找能到到達目標網(wǎng)絡的路由（并非最佳）

      • 建立TCP連接與其他自治系統(tǒng)發(fā)言人交換 整個路徑序列

      • 四種報文

        • 打開

        • 更新

        • ?；?/p>

        • 通知

          • 發(fā)送檢測到的差錯

IP組播

• 應用于UDP，需要路由器支持

• 使用IGMP協(xié)議將主機加入組播組

• 組播地址224.-239.

• 只能用于目的地址，不可靠，不產(chǎn)生ICMP

• 組播類型

  • 因特網(wǎng)組播

  • 局域網(wǎng)硬件組播

    • 硬件組播地址01-00-5E+后23位組播IP地址

移動IP

• 移動結點
• 本地代理（歸屬代理）
• 外部代理

網(wǎng)絡層設備

• 路由器

  • 直接交付
  • 間接交付
  • 路由表用軟件執(zhí)行，轉發(fā)表軟硬都可

• 默認路由 目的地址和子網(wǎng)掩碼都是全零

傳輸層

功能

• 為運行在不同主機上的進程之間（端到端）提供了邏輯通信（網(wǎng)絡層提供的是主機間的邏輯通信）
• 復用和分用
• 差錯檢測，首部和數(shù)據(jù)部分（網(wǎng)絡層只檢測IP數(shù)據(jù)報首部）
• TCP和UDP

端口

• 軟件端口，區(qū)別于硬件端口

• 端口號

  • 16bit 0-65535

  • 服務器端口

    • 熟知端口號(0-1023)

      • FTP 21
      • Telnet 23
      • SMTP 25
      • DNS 53
      • TFTP 69
      • SNMP 161

    • 登記端口號(1024-49151)

  • 客戶端端口（49152-65535）

• 套接字

  • IP地址:端口號

面向連接的TCP

• 向上提供一條全雙工的可靠信道

  • 適用對可靠性需求高的場合，F(xiàn)TP, HTTP, TELNET

• 只能是點對點的，面向字節(jié)流

• 首部

  • 最短為固定的20B

  • 端端口，目的端口，序號，確定號

  • 數(shù)據(jù)偏移

    • 首部長度，4B為單位

  • URG

  • ACK

  • PSH

  • RST

  • SYN

  • 窗口字段

  • 檢驗和

  • 緊急指針

• 連接管理

  • 連接建立

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

  • 數(shù)據(jù)傳送

  • 連接釋放

    • FIN=1, seq=u
    • ACK=1, seq=v, ack=u+1
    • 服務器仍可繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)
    • FIN=1, seq=w, ack=u+1
    • ACK=1, seq=u+1, ack=w+1 (客戶端等待2ML后關閉連接)

• 可靠傳輸實現(xiàn)

  • 檢驗

  • 序號

    • 建立在字節(jié)流之上

  • 確認

    • 默認使用累計確認

  • 重傳機制

    • 超時和冗余ACK（連續(xù)發(fā)送三個ACK, 快重傳）
    • 新RTTs=（1-a）舊RTTs+a新RTT
    • RTO=RTTs+4RTTd
    • RTTd=(1-b)舊RTTd+b|RTTs-新RTT|

• TCP流量控制

  • 基于滑動窗口協(xié)議的流量控制
  • 接收窗口 rwnd
  • 擁塞窗口 cwnd
  • 發(fā)送窗口=min{rwnd, cwnd}

• TCP擁塞控制

  • 慢開始

    • 初始 cwnd=MSS，每次加倍，達到ssthresh 改用擁塞避免
    • 滿開始門限ssthresh 網(wǎng)絡出現(xiàn)擁塞時/2

  • 擁塞避免

    • cwnd 每次+1

  • 快重傳

    • 直接重傳對方未收到的報文段

  • 快恢復

    • 連續(xù)收到三個冗余ACK后，ssthresh =ssthresh /2 將cwnd設為ssthresh的值 進行擁塞避免

無連接的UDP

• 不可靠邏輯信道

• 沒有流量控制，只有兩個基本的功能：復用和分用，差錯檢測

• 無需建立連接，首部開銷小8B，TCP20B

• 常用于一次性傳輸比較少量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡應用，如DNS和SNMP

• 組成

  • UDP首部

    • 8字節(jié)，四個字段，源端口，目的端口，UDP長度，檢驗和

  • 數(shù)據(jù)

• UDP檢驗

  • 增加12B的偽首部

應用層

網(wǎng)絡應用模型

• C/S

  • 地位不平等

• P2P

  • 地位平等

DNS系統(tǒng)

• 使用UDP 53端口

• 分為三部分

  • 層次域名空間

  • 域名服務器

    • 根域名服務器

    • 頂級域名服務器

    • 授權域名服務器

      • 每個主機必須在這登記

    • 本地域名服務器

  • 解析器

• 域名解析

  • 遞歸查詢

    • 主機向本地域名服務器

  • 遞歸查詢和迭代查詢

    • 本地域名服務器向根域名服務器

文件傳輸協(xié)議FTP

• 使用TCP可靠傳輸

• 一個主進程接收新請求，若干個從屬進程

• 控制連接 21

  • 控制信息以7位ASCII格式傳輸

• 數(shù)據(jù)連接 20

電子郵件

• 異步通信方式

• 三個主要組成構件

  • 用戶代理

  • 郵件服務器

  • 電子郵件協(xié)議

    • SMTP
    • POP3或IMAP

• 郵件格式

  • 首部
  • 主題

• MIME

  • 由于SMTP只能傳送ASCII碼，MIME定義了傳送非ASCII碼的編碼規(guī)則

• SMTP

  • 連接建立

    • 25端口進行TCP連接

  • 郵件傳送

    • C: MAIL FROM <>
    • S: 250 OK
    • C: RCPT TO:
    • S: 250 OK or 550 No such user here
    • C: DATA
    • S: 354

  • 連接釋放

    • QUIT命令 S:221

• POP3

  • 拉取郵件

• IMAP 網(wǎng)際報文存取協(xié)議

• 基于WWW的電子郵件，使用的是HTTP

  • Hotmail
  • Gmail

萬維網(wǎng)WWW

• 統(tǒng)一資源定位符 URL

• 超文本傳輸協(xié)議 HTTP

  • HTTP協(xié)議本身是無連接的，即可使用非持久連接，也可使用持久連接（HTTP/1.1)

  • 持久連接

    • 流水線

      • HTTP/1.1默認

    • 非流水線

      • 必須等待確認

  • 報文結構

    • 請求報文
    • 相應報文

• 超文本標記語言 HTML

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