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计算机网络 组成部分：硬件、软件、协议 //协议是计算机网络的核心 工作方式：边缘部分、核心部分 //边缘部分是主机、核心部分是网络和路由设备 功能组成：通信子网、资源子网 //资源子网：应用层、表示层、会话层 通信子网：网络层、数据链路层、物理层 计算机网络的功能： 1.数据通信 //最基本最重要的功能 2.资源共享 3.分布式处理 4.提高可靠性 //各台计算机可以通过网络互为替代机 5.负载均衡 计算机网络分类 by分布范围： 1.广域网WAN //几十千米到几千千米 2.城域网 //5～50千米 3.局域网 //几十米到几千米 4.个人区域网 //10米 by传输技术： 1.广播式网络 //局域网常用方式 2.点对点网络 //广域网常用方式 by拓扑结构： 1.星型网络 2.总线型网络 3.环形网络 4.网状型网络 //广域网常用方式 by使用者： 1.公用网 2.专用网 by交换技术： 1.电路交换网络 //virtue：数据直接传送、时延小 defect：线路利用率低、不能充分利用线路容量、不便于进行差错控制 2.报文交换网络 //virtue：可以较为充分利用线路容量、可以实现差错控制 defect：增大了资源开销、增加了缓冲时延、缓冲区难以管理 3.分组交换网络 //virtue：包括报文交换网络的优点、缓冲易于管理、包的平均时延更小、网络占用的平均缓冲区更少、更易标准化、更适合应用 by传输介质： 1.有线网络 //双绞线网络、同轴电缆网络 2.无线网络 //蓝牙、微波、无线电 RFC上升为因特网正式标准： 1.因特网草案 2.建议草案 //开始称为RFC文档 3.草案标志 //已删除此环节 4.因特网标准 计算机网络性能指标 1.带宽：本来表示通信线路允许通过的信号频带范围，单位时赫兹（Hz）；而在计算机网络中，带宽表示网络的通信线路所能传送数据的能力，单位时比特/秒（b/s） 2.时延： 发送时延=分组长度/信道宽度 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率 处理时延 排队时延 3.时延带宽积：传播时延*信道带宽 4.往返时延：指从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延 5.吞吐量：单位时间内通过某个网络的数据量 //最早的计算机网络：ARPAnet 计算机网络各个层次的报文： 1.服务数据单元（SDU）：为完成用户所要求的功能而应传送的数据 2.协议控制信息（PCI）：控制协议操作的信息 3.协议数据单元（PDU）：对等层次之间传送的数据单位称为该层的PDU //SDU+PCI=PDU //物理层PDU称为比特，链路层PDU称为帧，网络层PDU称为分组，传输层PDU称为报文 协议：由语法、语义、同步三部分组成 语法规定了传输数据的格式 语义规定了所要完成的功能 同步规定了执行各种操作的条件、时序关系 开放系统互连参考模型（OSI） 1.物理层：透明的传输比特流 2.数据链路层：成帧、差错控制、流量控制、传输管理 3.网络层：路由选择、流量控制、差错控制、拥塞控制 4.传输层：流量控制、差错控制 5.会话层：建立同步 6.表示层：数据格式变换、数据加密解密 7.应用层：用户与网络的界面 TCP/IP模型： 1.网络接口层 //类似于OSI的物理层和数据链路层 2.网际层 3.传输层 4.应用层 //类似于OSI的会话层、表示层、应用层 TCP/IP与OSI的不同： 1.OSI定义了服务、协议和接口，TCP/IP没有明确区分 2.TCP/IP先设计的是协议，模型是对已有协议的描述，不会出现协议不能匹配模型的情况，但该模型不适合于任何其他非TCP/IP的协议栈 3.TCP/IP考虑到了多种异构网络的互联问题，并将网络协议（IP）作为一个单独的重要层次 4.OSI在网络层支持无连接通信和面向连接的通信，在传输层只有面向连接的通信；TCP/IP在网际层只有无连接的通信，而在传输层支持无连接通信和面向连接的通信 ❤️❤️❤️ 物理层 数据：传送信息的实体 //传输方式分为：串行传输和并行传输 信号：数据的电气或电磁表现，是数据在传输过程中的存在形式 1.连续变化的数据/信号，称为模拟数据/模拟信号 2.取值仅允许为有限的几个离散数值的数据/信号，称为数字数据/数字信号 码元：用一个固定时长的信号波形（数字脉冲）表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度 信源：产生和发送数据的源头 信宿：接收数据的终点 信道：信号的传输媒介 1.一条通信线路包含一条发送信道和一条接收信道 2.信道by传输信号形式可以分为：传送模拟信号的模拟信道、传送数字信号的数字信道 3.信道by传输介质可以分为：无线信道、有线信道 4.信道上传送的信号分为：基带信号、宽带信号 交互方式： 1.单工通信：无线电广播、电视广播，需要一条信道 2.半双工通信：任何一方都不能同时发送和接收信息，需要两条信道 3.全双工通信：需要两条信道 码元传输速率：又称码元速率、波形速率等，单位是波特（Baud） //码元速率与进制数无关 信息传输速率：又称信息速率、比特率等，单位是比特/秒（b/s） 1.若一个码元携带n比特的信息量，则M波特率的码元传输速率所对应的信息传输速率为Mn比特/秒 奈奎斯特定理：又称奈氏准则，它指出在理想低通的信道汇总，极限码元传输率为2W波特 1.理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2（V），其中W是理想低通信道的带宽，V是每个码元离散电平的数目 2.码元传输速率有上限，若传输速率超过此上限，就会出现码间串扰问题 香农定理：给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率 1.信道的极限数据传输率=Wlog2（1+S/N），其中S为信道所传输信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率 2.S/N为信噪比，信噪比=10log10（S/N），单位为dB 3.一个码元对应的二进制位数是有上限的 调制：数据变换成模拟信号 编码：数据变换成数字信号 数字数据通过数字发送器，转换成数字信号传输 数字数据通过调制器，转换成模拟信号传输 模拟数据通过PCM编码器，转换成数字信号传输 模拟数据通过放大器调制器，转换成模拟信号传输 数字数据编码为数字信号： 1.非归零编码 //没有检错功能、难以保持同步 2.曼彻斯特编码 //以太网的编码方式 3.差分曼彻斯特编码 //常用于局域网传输 4.4B/5B编码 数字数据调制为模拟信号 1.幅移键控（ASK） //抗干扰能力差 2.频移键控（FSK） //抗干扰能力强，较为广泛 3.相移键控（PSK） //分为绝对调相和相对调相 4.正交振幅调制（QAM） //ASK与PSK结合体 模拟数据编码为数字信号 步骤：采样、量化、编码 采样定理（奈奎斯特定理）：采样频率必须大于等于原始信号中最大频率的两倍 量化是把采样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值并取整数 电路交换 //直通方式 步骤：连接建立、数据传输、连接释放 virtue： 1.通信时延小 2.有序传输 3.没有冲突 4.使用范围广 5.实时性强 6.控制简单 defect： 1.建立连接时间长 2.线路独占 3.灵活性差 4.难以规格化 报文交换 //存储转发 virtue： 1.无须建立连接 2.动态分配线路 3.提高线路可靠性 4.提高线路利用率 5.提供多目标服务 defect： 1.转发时延大 2.报文交换对报文的大小没有限制，这就需要网络结点有较大的缓存空间 分组交换 //存储转发 virtue： 1.无建立时延 2.线路利用率高 3.简化了存储管理 4.加速传输 5.减少了出错概率和重发数据量 defect： 1.存在传输时延 2.需要传输额外的信息量 3.失序、丢失、重复分组等问题 分组交换之无连接的数据报方式： 1.发送分组前不需要建立连接 2.网络尽最大努力交付，传输不保证可靠性，可靠性由用户主机来保证 3.发送的分组中要包括发送端和接收端的完整地址，以便独立传输 4.网络对故障的适应能力强，能够相应地更新转发表 5.存储转发的时延较小，提高了网络的吞吐量 6.收发双方不独占某一链路，资源利用率较高 分组交换之面向连接的虚电路方式： 步骤：虚电路建立、数据传输、虚电路释放 1.虚电路通信链路的建立和拆除需要时间开销 2.虚电路的路由选择体现在连接建立阶段，连接建立后，就确定了传输路径 3.虚电路提供了可靠的通信功能，能保证每个分组正确且有序到达 4.虚电路有一个致命的弱点，即当网络中某个结点或某条链路出现故障而彻底失效时，所有经过该结点或该链路的虚电路都会遭到破坏 5.分组首部并不包含目的地址，而包含虚电路标识符，相对数据报方式开销小 传输介质（传输媒体）可分为导向传输介质和非导向传输介质 1.双绞线：由两根采用一定规则并排绞合、相互绝缘的铜导线组成 绞合可以减少相邻导线的电磁干扰 进一步提高抗电磁干扰能力，在双绞线的外面再加上一个由金属丝编织成的屏蔽网，就成了屏蔽双绞线（STP） 无屏蔽层的双绞线称为非屏蔽双绞线（UTP） 2.同轴电缆：由内导体、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外层构成 50欧同轴电缆主要用于传送基带数字信号，又称基带同轴电缆 //局域网中应用广泛 75欧同轴电缆主要用于传送宽带信号，又称宽带同轴电缆 //有线电视系统应用广泛 3.光纤：由纤心和包层构成 多模光纤：从不同角度入射的多束光线可在一条光纤中传播，光源为发光二极管，只适合近距离传输 单模光纤：纤心很细，制作成本高，光源为定向性很好的激光二极管，适合远距离传输 4.无线传输介质 1⃣️无线电波：具有较强的穿透能力，向所有方向散播 2⃣️微波：沿直线传播，传播距离有限，需要中继站来接力 3⃣️红外线：沿直线传播，需要把传输的信号转换成红外光信号 4⃣️激光：沿直线传播，需要把传输的信号转换成激光信号 物理层接口的特性 1.机械特性：主要定义物理连接的边界点，即接插装置，规定物理连接时所采用的规格、引线的数目、引脚的数量和排列情况等 2.电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等 3.功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意思，接口部件的信号线的用途 4.规程特性：主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系 中继器：又称转发器，主要功能将信号整形并放大再转发出去，消除信号的失真和衰弱，进而扩大网络传输的距离，其原理是信号再生（而非简单地将衰减的信号放大） 中继器工作在物理层，连接的几个网段仍然是一个局域网 5-4-3规则：用4个中继器串联的5段通信介质中只有3段可以挂接计算机，其余两段只能用作扩展通信范围的链路段 放大器放大的是模拟信号，中继器放大的是数字信号 中继器没有存储转发功能，所连接两端的网段一定要使用同一个协议 集线器（Hub）：实质上是一个多端口的中继器 如果同时有两个或多个端口输入，那么输出时会发生冲突，致使这些数据都无效 它在网络中只起信号放大和转发作用，不具备信号的定向传送能力，信号传输的方向是固定的 由Hub组成的网络是共享式网络，但逻辑上仍是一个总线网 Hub的每个端口连接的网络部分是同一个网络的不同网段，只能在半双工状态下工作 集线器不能分割冲突域 基带传输：在计算机内部或相邻设备之间近距离传输时，可以不经过调制就在信道上直接进行的传输方式 频带传输：用数字信号对特定频率的载波进行调制（数字调制），将其变成合适于传送的信号后再进行传输 宽带传输：借助频带传输，可将链路容量分解成两个或多个信道，每个信道可以携带不同的信号 ❤️❤️❤️ 数据链路层 为网络层提供服务： 1.无确认的无连接服务 2.有确认的无连接服务 3.有确认的面向连接服务 组帧：既要添加首部，又要添加尾部（帧定界） 1.字符计数法：在帧头部使用一个计数字段来标明帧内字符数 //脆弱，不常使用 2.字符填充的首尾定界符法：使用特定的字符来定界帧的开始（DLE STX）和结束（DLE ETX） //复杂和不兼容，不常使用 3.比特填充的首尾标志法：使用特定的比特模式来标志帧的开始和结束，例如01111110 4.违规编码法：不需要采用任何填充技术，只适用于采用冗余编码的特殊编码环境 噪声：传输中的差错都是由噪声引起的 1.一类是信道所固有的、持续存在的随机热噪声，可通过提高信噪比来减少或避免干扰 2.一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产生差错的重要原因 检错编码： //全都采用冗余编码技术 1.奇偶校验码 2.循环冗余码（CRC）：又称多项式码 纠错编码： 1.海明码：能发现双比特错，但只能纠正单比特错 流量控制： 1.停止-等待协议 //一次只能发送一个帧 2.滑动窗口协议 //一次可以发送多个帧 滑动窗口： 1.停止-等待协议：发送窗口=1，接收窗口=1 2.后退n帧协议：发送窗口>1,接收窗口=1 3.选择重传协议：发送窗口>1,接收窗口>1 4.接收窗口为1时，可保证帧的有序接收 5.窗口的大小在传输过程中是固定的 后退n帧协议（GBN） 1.采用累计确认机制，ACKn表示对第n号帧以及之前的所有帧的确认，期待收到第n+1号帧 2.若采用n比特对帧编号，则发送窗口Wt：1<=Wt<=2^n-1 //若窗口过大，则接收方无法分辨新帧和旧帧 3.后退n帧协议不一定优于停止-等待协议 选择重传协议（SR） 1.一旦接收方怀疑帧出错，就会发送一个否定帧NAK给发送法，请求重传指定帧 2.若采用n比特对帧编号，则发送窗口Wt+接收窗口Wr<=2^n，两者的最大值都为2^（n-1） 3.信道吞吐率=信道利用率*发送方的发送速率 介质访问控制：为使用介质的每个结点隔离来自同一信道上其他结点所传送的信号，以协调活动结点的传输 1.用来决定广播信道中信道分配的协议属于数据链路层的一个子层，称为介质访问控制子层（MAC） 2.方法：信道划分介质访问控制、随机访问介质访问控制、轮询访问介质访问控制 //前者是静态，后两者是动态 信道划分介质访问控制：隔离同一信道的不同设备，把时域和频域资源合理分配 1.频分多路复用（FDM）：将多路基带信号调制到不同频率载波上，再叠加形成一个复合信号 2.时分多路复用（TDM）：将一条物理信道按时间分成若干时间片，轮流地分配给多个信号使用 3.统计时分多路复用（STDM）：并不固定分配时隙，而按需动态地分配时隙 4.波分多路复用（WDM）：即光的频分多路复用 5.码分多路复用（CDM）：采用不同编码来区分各路原始信息，即共享信道的频率，又共享时间 随机访问介质访问控制：又称争用性协议，不集中控制解决发送信息的次序问题，所有用户自由发送信息 1.ALOHA协议：每个站点随心所欲地发送数据 1⃣️纯ALOHA协议：重传策略是让各站等待一段随机的时间 2⃣️时隙ALOHA协议：规定只能在每个时隙开始时才能发送一个帧 2.CSMA协议：每个站点发送前先侦听共用信道，发现信道空闲再发送 1⃣️1-坚持CSMA：侦听信道忙，继续坚持侦听，等待一个随机时间后侦听；侦听信道空闲，发送帧的概率为1 2⃣️非坚持CSMA：侦听信道忙，放弃侦听，等待一个随机时间后重复；侦听信道空闲，发送帧的概率为1 3⃣️p-坚持CSMA：侦听信道忙，继续侦听，等待下一个时隙再侦听；侦听信道空闲，发送帧的概率为p 3.CSMA/CD协议（载波侦听多路访问/碰撞检测）：先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发 最小帧长=总线传播时延*数据传输率*2 采用二进制指数退避算法来解决碰撞问题，当重传次数大于10时，参数k一直等于10，重传16次仍不能成功则抛弃此帧并向高层报告错误 4.CSMA/CA协议（载波侦听多路访问/碰撞避免）：任何一个站要发送数据帧时，不仅需要等待一个时间间隔，而且还要进入争用窗口 发送方在发送数据的同时向其他站点通知自己传输数据需要的时间长度 所有站点在正确接收到发给自己的数据帧（除广播帧和组播帧）后，都需要向发送方回复一个ACK帧 RTS/CTS帧可以解决无线网中的“隐蔽站”问题 轮询访问介质访问控制：令牌传递协议（典型方式） 令牌帧在环上传送时，所有站点都要进行转发，直到该帧回到始发站 当计算机都不需要发送数据时，令牌在环形网上游荡 传输介质的物理拓扑结构不必是一个环，但传递通路逻辑上必须时一个环 局域网（LAN）：在一个较小的地理范围内，将各种计算机、外部设备和数据库系统等通过双绞线、同轴电缆等连接介质互相连接起来，组成资源和信息共享的计算机互联网络 特点：所有站点共享较高的总带宽、较低的时延和较低的误码率、各站为平等关系、能进行广播和组播 特性主要由三个要素决定：拓扑结构、传输介质、介质访问控制方式（最重要） 拓扑结构：1.星型结构 2.环形结构 3.总线型结构 4.星型和总线型结合的复合型结构 传输介质：双绞线（主流）、铜缆、光纤 介质访问控制：CSMA/CD、令牌总线、令牌环 IEEE802标准把数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）子层和媒体接入控制（MAC）子层 三种特殊的局域网拓扑： 1⃣️以太网（最广泛）：逻辑拓扑是总线型结构，物理拓扑是星形或拓展星型结构 2⃣️令牌环：逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是星型结构 3⃣️FDDI：逻辑结构是环形，物理拓扑是双环结构 广域网 1.广域网由一些结点交换机及连接这些交换机的链路组成 2.局域网使用的协议主要在数据链路层，广域网使用的协议主要在网络层 3.广域网的重要问题是路由选择和分组转发 PPP协议：使用串行线路通信的面向字节的协议，应用在直接连接的两个结点的链路上 目的：用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共同的解决方案 组成： 1⃣️链路控制协议（LCP）：一种扩展链路控制协议，用于建立、配置、测试和管理数据链路 2⃣️网络控制协议（NCP）：PPP协议允许同时采用多种网络层协议，每个不同的网络层协议要用一个相应的NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑连接 3⃣️一个将IP数据报封装到串行链路的方法：IP数据报在PPP帧中就是其信息部分，这个信息部分的长度受最大传送单元（MTU）的限制 PPP提供差错检测但不提供纠错功能，只保证无差错接收，它是不可靠的传输协议，因此也不使用序号和确认机制 它仅支持点对点的链路通信，不支持多点线路 PPP只支持全双工链路 PPP的两端可以运行不同的网络层协议，但仍然可以使用同一个PPP进行通信 PPP是面向字节的 HDLC（高级数据链路控制）协议：ISO制定的面向比特的数据链路层协议 该协议不依赖于任何一种字符编码集； 数据报文可透明传输，用于实现透明传输的“0比特插入法”易于硬件实现； 全双工通信，有较高的数据链路传输效率； 所有帧采用CRC检验，对信息帧进行顺序编号，可防止漏收或重发，传输可靠性高； 传输控制功能与处理功能分离，具有较大的灵活性 HDLC有三种站：主站、从站、复合站 三种数据操作方式：正常响应方式、异步平衡响应方式、异步响应方式 三种帧：信息帧、监督帧、无编号帧 网桥：工作在链路层的MAC子层，可以使以太网各网段成为隔离开的碰撞域 特点： 1⃣️网桥必须具备寻址和路径选择能力，以确定帧的传输方向 2⃣️从源网络接收帧，以目的网络的介质访问控制协议向目的网络转发该帧 3⃣️网桥在不同或相同类型的LAN之间存储并转发帧，必要时还进行链路层上的协议转换 4⃣️网桥对接收到的帧不做任何修改，或只对帧的封装格式做很少的修改 5⃣️网桥可以通过执行帧翻译互联不同类型的局域网，即把原协议的信息段的内容作为另一种协议的信息部分封装在帧中 6⃣️网桥应有足够大的缓冲空间，因为在短时间内帧的到达速率可能高于转发速率 优点： 1⃣️能过滤通信量 2⃣️扩大了物理范围 3⃣️可使用不同的物理层 4⃣️可互联不同类型的局域网 5⃣️提高了可靠性 6⃣️性能得到改善 缺点： 1⃣️增大了时延 2⃣️MAC子层没有流量控制功能 3⃣️不同MAC子层的网段桥接在一起时，需要进行帧格式的转换 4⃣️网桥只适合于用户数不多和通信量不大的局域网 分类： 透明网桥：选择的不是最佳路由（生成树算法） 源路由网桥：选择的是最佳路由（发送帧往返时间最短的路由） 局域网交换机(以太网交换机)：一个多端口的网桥 原理：它检测从以太端口来的数据帧的源和目的地的MAC地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据帧的MAC地址不在查找表中，则将该地址加入查找表，并将数据帧发送给相应的目的端口 特点： 1⃣️以太网交换机的每个端口都直接与单台主机相连，并且一般都工作在全双工方式 2⃣️以太网交换机能同时联通许多对端口，使每对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞地传输数据 3⃣️以太网交换机也是一种即插即用设备，其内部的帧的转发表也是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的 4⃣️以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，因此交换速率较高 5⃣️以太网交换机独占传输媒体的带宽 两种交换模式： 1.直通式交换机只检查帧的目的地址，这使得帧在接收后几乎能马上被传出去，这种方式速度快，但缺乏智能性和安全性，也无法支持具有不同速率的端口的交换 2.存储转发式交换机先将接收到的帧缓存到高速缓存器中，并检查数据是否正确，确认无误后通过查找表转换成输出端口将该帧发送出去，如果发现帧有错，那么就将其丢弃，优点是可靠性高，并能支持不同速率端口间的转换，缺点是延迟较大 四种网络互联设备 中继器：工作在物理层，用来连接两个速率相同且数据链路层协议也相同的网段，其功能是消除数字信号在基带传输中由于经过一长段电缆而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需的要求，其原理是信号再生 集线器：工作在物理层，相当于一个多借口的中继器，它可讲多个结点连接成一个共享式的局域网，但任何时刻都只能有一个结点通过公共信道发送数据 网桥：工作在数据链路层，可以互联不同的物理层、不同的MAC子层及不同速率的以太网，网桥具有过滤帧及存储转发帧的功能，可以隔离冲突域，但不能隔离广播域 交换机：工作在数据链路层，相当于一个多端口的网桥，是交换式局域网的核心设备，它允许端口之间建立多个并发连接，实现多个结点之间的并发传输，因此交换机的每个端口结点所占用的带宽不会因为端口结点数目的增加而减少，且整个交换机的总带宽会随着端口结点的增加而增加；利用交换机可以实现虚拟局域网（VLAN），VLAN不仅可以隔离冲突域，而且可以隔离广播域 ❤️❤️❤️ 网络层 中继系统 1⃣️物理层中继系统：中继器、集线器（Hub） 2⃣️数据链路层中继系统：网桥或交换机 3⃣️网络层中继系统：路由器 4⃣️网络层以上的中继系统：网关 路由器 路由选择：指按照复杂的分布式算法，根据从各相邻路由器所得到的关于整个网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由 分组转发：指路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去 //路由表是根据路由选择算法得出的，而转发表是从路由表得出的 拥塞控制 拥塞：在通信子网中，因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象 方法： 1⃣️开环控制：在设计网络时实现将有关发生拥挤的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞 2⃣️闭环控制：实现不考虑有关发生拥塞的各种因素，采用监测网络系统去监视，及时检测哪里发生了拥塞，及时调整解决问题 静态路由算法（非自适应路由算法）：由网络管理员手工配置的路由信息，当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时，网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息 优点：简便、可靠，在负荷稳定、拓扑变化不大的网络中运行效果很好，故仍广泛应用于高度安全的军事系统和较小的商业网络 动态路由算法（自适应路由算法）：路由器上的路由表项是通过相互连接的路由器之间彼此交换信息，然后按照一定的算法优化出来的，而这些路由信息会在一定时间间隙里不断更新，以适应不断变化的网络，以随时获得最优的寻路效果 分类： 1.距离-向量路由算法：所有结点都定期地将它们的整个路由选择表传送给所有与之直接相邻的结点 2.链路状态路由算法：一个结点检查所有直接链路的状态，并将所得的状态信息发送给网上的所有其他结点 层次路由 一个自治系统内部所使用的路由选择协议称为内部网关协议（IGP），也称域内路由选择，具体的协议有RIP和OSPF等 自治系统之间所使用的路由选择协议称为外部网关协议（EGP），也称域间路由选择，具体的协议有BGP IP数据报首部长度标记： 首部长度，基本单位为4B 总长度，基本单位为1B 片偏移，基本单位为8B 最大传送单元（MTU）：一个链路层数据报能承载的最大数据量 IPv4地址（IP地址：：={<网络号>，<主机号>}） A类：1～126 B类：128～191 C类：192～223 D类：224～239 E类：240～255 主机号全为0表示本网络本身 主机号全为1表示本网络的广播地址，又称直接广播地址 127.0.0.0保留为环路自检地址，此地址表示任意主机本身，目的地址为环回地址的IP数据报永远不会出现在任何网络上 32位全为0，即0.0.0.0表示本网络上的本主机 32位全为1，即255.255.255.255表示整个TCP/IP网络的广播地址，又称受限广播地址 网络地址转换（NAT）：通过将专用网络地址转换为公用地址，从而对外隐藏内部管理的IP地址 私有IP地址网段（目的地址是私有地址的数据报一律不进行转发） A类：1个A类网段，即10.0.0.0～10.255.255.255 B类：16个B类网段，即172.16.0.0～172.31.255.255 C类：256个C类网段，即192.168.0.0～192.168.255.255 普通路由器在转发IP数据报时，不改变其源IP地址和目的IP地址，而NAT路由器在转发IP数据报时，一定要更换其IP地址（转换源IP地址或目的IP地址）。普通路由器仅工作在网络层，而NAT路由器转发数据报时需要查看和转换传输层的端口号 三级IP地址结构：IP地址={<网络号>，<子网号>，<主机号>} 所有的网络都必须使用子网掩码 A、B、C类地址的默认子网掩码分别为：255.0.0.0、255.255.0.0、255.255.255.0 同属于一个子网的所有主机及路由器的相应端口，必须设置相同的子网掩码 路由器的路由表中，所包含信息的主要内容必须有目的网络地址、子网掩码、下一跳地址 地址解析协议（ARP）：完成IP地址到MAC地址的映射 动态主机配置协议（DHCP）：常用于给主机动态地分配IP地址，它提供了即插即用联网的机制，这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手工参与，它是应用层协议，基于UDP的 网际控制报文协议（ICMP）：让主机或路由器报告差错和异常情况 种类：ICMP差错报告报文、ICMP询问报文 差错报告类型：重点不可达、源点抑制、时间超时、参数问题、改变路由（重定向） 1⃣️对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文 2⃣️对第一个分片的数据报文不再发送ICMP差错报告报文 3⃣️对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文 4⃣️对具有特殊地址的数据报不发送ICMP差错报告报文 IPv6的主要特点 1.更大的地址空间：128位 2.扩展的地址层次结构 3.灵活的首部格式 4.改进的选项 5.允许协议继续扩充 6.支持即插即用 7.支持资源的预分配 8.不允许分片 9.IPv6首部长度必须是8B的整数倍，IPv4首部长度是4B的整数倍 10.增大了安全性 自治系统（AS）：单一技术管理下的一组路由器，这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量来确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由选择协议来确定分组在AS之间的路由 内部网关协议（IGP）：一个自治系统内部使用的路由选择协议，例如RIP和OSPF 外部网关协议（EGP）：若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统，例如BGP 路由信息协议（RIP）：一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，其最大优点就是简单 规定： 1.网络中的每个路由器都要维护从它自身到其他每个目的网络的距离记录 2.距离也称跳数，规定从一个路由器到直接连接网络的距离为1，每经过一个路由器，跳数加1 3.RIP认为好的路由就是它通过的路由器的数目少，即优先选择跳数少的路径 4.RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器，因此距离等于16时，表示网络不可达 5.RIP默认在任何两个使用RIP的路由之间每30秒广播一次RIP路由更新信息，以便自动建立并维护路由表（动态维护） 6.在RIP中不支持子网掩码的RIP广播，所以RIP中每个网络的子网掩码必须相同 特点： 1.仅和相邻路由器交换信息 2.路由器交换的信息是当前路由器所知道的全部信息，即自己的路由表 3.按固定的时间间隔交换路由信息 开放最短路径优先协议（OSPF）：是使用分布式链路状态路由算法的典型代表，也是内部网关协议的一种 与RIP的区别： 1.OSPF向本自治系统中的所有路由器发送信息，使用的是洪泛法；而RIP仅向自己相邻的几个路由器发送信息 2.发送的信息是本路由器相邻的所有路由器的链路状态；而RIP发送的信息是本路由器知道的全部信息 3.只有当链路状态变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息，并且更新过程收敛得快，不会出现RIP“坏消息传得慢”的问题；而在RIP中，不管网络拓扑是否发生变化，路由器之间都会定期交换路由表的信息 4.OSPF是网络层协议，它不使用UDP或TCP，而直接用IP数据报传送；而RIP是应用层协议，它在传输层使用UDP 特点： 1.OSPF对不同链路可以根据IP分组的不同服务类型（TOS）而设置成不同的代价 2.如果到同一个目的网络有多条相同代价的路由，那么可以将通信量分配给这几条路径，这称为多路径间的负载平衡 3.所有在OSPF路由器之间交换的分组都具有鉴别功能，因而保证了仅在可信赖的路由器之间交换链路状态信息 4.支持可变长度的子网划分和无分类编址CIDR 5.每个链路状态都带上一个32位的序号，序号越大，状态就越新 五种分组类型： 1.问候分组：用来发现和维持邻站的可达性 2.数据库描述分组：向邻站给出自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息 3.链路状态请求分组：向对方请求发送某些链路状态项目的详细信息 4.链路状态更新分组：用洪泛法对全网更新链路状态 5.链路状态确认分组：对链路更新分组的确认 边界网关协议（BGP）：不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议，是一种外部网关协议 BGP只能力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由，而并非寻找一条最佳路由 BGP是应用层协议，它是基于TCP的 特点： 1.BGP交换路由信息的结点数量级是自治系统的数量级，要比这些自治系统中的网络数少很多 2.每个自治系统中BGP发言人的数目是很少的，这样就使得自治系统之间的路由选择不致过分复杂 3.BGP支持CIDR，因此BGP的路由表也就应当包括目的网络前缀、下一跳路由器，以及到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列 4.在BGP刚运行时，BGP的邻站交换整个BGP路由表，但以后只需在发生变化时更新有变化的部分 分类： 1.打开报文：用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系 2.更新报文：用来发送某一路由的信息，以及列出要撤销的多条路由 3.保活报文：用来确认打开报文并周期性地证实邻站关系 4.通知报文：用来发送检测到的差错 组播一定仅应用于UDP，需要路由器的支持才能实现 IP组播使用D类地址格式，225.0.0.0～239.255.255.255，每个D类IP地址标志一个组播组 组播数据报也是“尽最大努力交付”，不提供可靠交付 组播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址 对组播数据报不产生ICMP差错报文 并非所有的D类地址都可以作为组播地址 因特网组管理协议（IGMP）：让连接到本地局域网上的组播路由器知道本局域网上是否有主机参加或退出了某个组播组 移动IP：支持移动性的因特网体系结构与协议共称为移动IP，它是为了满足移动结点在移动中保持其连接性而设计的 移动结点：具有永久IP地址的移动结点 本地代理：在一个网络环境中，一个移动结点的永久居所被称为归属网络，在归属网络中代表移动结点执行移动管理功能的实体称为归属代理（本地代理），它根据移动用户的转交地址，采用隧道技术转交移动结点的数据包 外部代理：在外部网络中帮助移动结点完成移动管理功能的实体称为外部代理 路由器：是一种具有多个输入/输出端口的专用计算机，其任务是连接不同的网络并完成路由转发 ❤️❤️❤️ 传输层 功能: 1.提供应用进程之间的逻辑通信（即端到端的通信） 2.复用与分用，复用是指发送方不同的应用进程都可以使用用一个传输层协议传送数据，分用是指接收方的传输层在剥去报文的首部后能够把这些数据正确交付到目的应用进程 3.传输层还要对收到的报文进行差错检测（首部和数据部分） 4.提供两种不同的传输协议，即面向连接的TCP和无连接的UDP 数据链路层的SAP是MAC地址、网络层的SAP是IP地址、传输层的SAP是端口 端口号：长度为16bit，只标识本计算机应用层中的各进程 服务端使用的端口号：熟知端口号，数值为0～1023；登记端口号，数值为1024～49151 客户端使用的端口号：数值为49152～65535，由于这类端口号仅在客户进程运行时才动态选择，因此又称短暂端口号 套接字：唯一地标识网络中的一台主机和其上的一个应用（进程） 套接字=（主机IP地址，端口号） UDP优点： 1.无须建立连接 2.无连接状态 3.分组首部开销小 4.应用层能更好地控制要发送的数据和发送时间 UDP是面向报文的，报文不可分割，是UDP数据报处理的最小单位 UDP校验：校验和之前，要在UDP数据报之前增加12B的伪首部，伪首部既不向下传送也不向上递交，仅为了计算校验和 UDP校验和的计算方法和IP数据报首部校验和的计算方法相似，都使用二进制反码运算求和再取反，但不同的是，IP数据报的校验和只检验IP数据报的首部，但UDP的校验和则检查首部和数据部分 如果UDP校验和校验出UDP数据报是错误的，那么可以丢弃，也可以交付给上层，但是需要附上错误报告 TCP：是在不可靠的IP层之上实现的可靠的数据传输协议 特点： 1.TCP是面向连接的传输层协议 2.每条TCP连接只能有两个端点 3.TCP提供可靠的交付服务，保证传送的数据无差错、不丢失、不重复且有序 4.TCP提供全双工通信，允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据，为此TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据 5.TCP是面向字节流的，虽然应用程序和TCP的交互式一次一个数据块，但TCP把应用程序交下来的数据仅视为一连串的无结构的字节流 建立连接： 1.要使每一方都能确知对方的存在 2.要允许双方协商一些参数 3.能够对运输实体资源进行分配 4.服务器端资源是在完成第二次握手时分配的，客户端资源是在完成第三次握手时分配的，使得服务器易于收到SYN洪泛攻击 快速重传：TCP规定当发送方收到对同一个报文段的3个冗余ACK时，就可以认为跟在这个被确认报文段之后的报文段已经丢失，就立即开始重传 接收窗口rwnd：接收方根据目前接收缓存大小所许诺的最新窗口值，反映接收方的容量，由接收方根据其放在TCP报文首部的窗口字段通知发送方 拥塞窗口cwnd：发送方根据自己估算的网络拥塞程度而设置的窗口值，反映网络当前的容量 拥塞控制四种算法： 1.慢开始算法 2.拥塞避免算法 3.快重传算法 4.快恢复算法 ❤️❤️❤️ 应用层 客户机/服务器模型（C/S）：客户程序必须知道服务器程序的地址，服务器程序不需要知道客户程序的地址 特点： 1.网络中各计算机的地位不平等 2.客户机相互之间不直接通信 3.可拓展性不佳 P2P模型：各计算机没有固定的客户和服务器划分，任意一对计算机称为对等方（Peer），直接相互通信 优点： 1.减轻了服务器的计算压力 2.多个客户机之间可以直接共享文档 3.可拓展性好，传统服务器有响应和带宽的限制，因此只能接受一定数量的请求 4.网路健壮性强，单个结点的实效不会影响其他部分的结点 域名系统（DNS）：用来把便于人们记忆的具有特定含义的主机名转换为便于机器处理的IP地址 从概念上分为三部分：层次域名空间、域名服务器、解析器 层次域名空间：<三级域名>.<二级域名>.<顶级域名> 域名标号注意： 1.标号中的英文不区分大小写 2.标号中除连字符（_）外不能使用其他的标点符号 3.每个标号不超过63个字符，多标号组成的完整域名最长不超过255个字符 4.级别最低的域名写在最左边，级别最高的顶级域名写在最右边 顶级域名分类： 1.国家顶级域名：.cn、.us... 2.通用顶级域名：.com、.net、.org、.gov... 3.基础结构域名：.arpa 域名服务器：域名到IP地址的解析是由运行在域名服务器上的程序完成的 分类： 1.根域名服务器：是最高层次的域名服务器，所有的根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的IP地址，因特网有13个 2.顶级域名服务器：负责管理在该顶级域名服务器注册的所有二级域名 3.授权域名服务器（权限域名服务器）：能将其管辖的主机名转换成该主机的IP地址 4.本地域名服务器：DNS地址 主机向本地域名服务器查询采用递归查询 本地域名服务器向根域名服务器查询采用迭代查询 文件传输协议（FTP）：因特网上使用最广泛的文件传输协议，提供交互式的访问，屏蔽了各计算机系统的细节 功能： 1.提供不同种类主机系统之间的文件传输能力 2.以用户权限管理的方式提供用户对远程FTP服务器上的文件管理能力 3.以匿名FTP的方式提供公用文件共享的能力 FTP在工作时使用两个并行的TCP连接：一个是控制连接，一个是数据连接 万维网WWW：是一个资料空间 内核部分由三个标准构成： 1.统一资源定位符（URL）：负责标识万维网上的各种文档，并使每个文档在整个万维网的范围内具有唯一的标识符URL 2.超文本传输协议（HTTP）：一个应用层协议，它使用TCP连接进行可靠的传输，HTTP是万维网客户程序和服务器程序之间交互所必须严格遵守的协议 3.超文本标记语言（HTML）：一种文档结构的标记语言，它使用一些约定的标记对页面上的各种信息、格式进行描述 URL的一半形式：<协议>://<主机>:<端口>/<路径> 主机是存放资源的主机在因特网中的域名，也可以是IP地址；端口和路径有时可以省略，在URL中不区分大小写 |
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