計算機網(wǎng)絡(luò)復習筆記

第一章概論Internet：指當前全球最大、開放、有眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成特定計算機網(wǎng)路，它采取TCP/IP協(xié)議族。因特網(wǎng)：從硬件和軟件方面來說：數(shù)以百萬計互聯(lián)計算設(shè)備（主機=端系統(tǒng)，通信鏈路communicationlink，運行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用）；從分布式應(yīng)用提供服務(wù)聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施：通信基礎(chǔ)設(shè)施使能分布式應(yīng)用，提供給應(yīng)用通信服務(wù)。協(xié)議：定義了在兩個或多個通信實體之間交換報文格式和次序，以及在報文傳輸和/或接收或其余事件方面所采取動作。一組控制數(shù)據(jù)通信規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)組成：網(wǎng)絡(luò)邊緣（應(yīng)用與主機）、網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵（路由器，網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)），接入網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)邊緣：面向連接服務(wù)——TCP（transmissionControlprotocol）：可靠，有序字節(jié)流數(shù)據(jù)傳送（丟包：確認和重傳），采取流控制（發(fā)送方不能過載接收方），擁塞控制（當網(wǎng)絡(luò)擁塞時發(fā)送方“降低發(fā)送速率”）。網(wǎng)絡(luò)邊緣：無連接服務(wù)——UDP（UserDataprotocol）用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，無連接，不可靠數(shù)據(jù)傳送，無流控，無擁塞控制。網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵：電路交換（circuitswitching）和分組交換（packetswitching）。電路交換：為“呼叫”預留端到端資源，在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，沿著端系統(tǒng)通信路徑，為端系統(tǒng)之間通信所提供資源在（緩存、鏈路傳輸速率）在通信會話期間會被預留。（非共享）。將鏈路帶寬劃分為“片”，F(xiàn)DM和TDM。FDM（frequency-divisionmultiplexing）頻分多路復用，該鏈路在連接期間為每條連接專用一個頻段。TDM（time-divisionmultiplexing）時分多路復用，時間被劃分為固定區(qū)間幀，而且每幀又被劃分為固定數(shù)量時隙，一個時隙可用于傳輸該連接。分組交換（統(tǒng)計多路復用statisticalmultiplexing）：每個端到端數(shù)據(jù)劃分為分組，分組交換使用按需方式分配鏈路。分組交換與電路交換對比：分組交換允許更多用戶使用網(wǎng)絡(luò)；對突發(fā)數(shù)據(jù)極為有效，資源共享，較簡單，無呼叫建立。不過分組交換需要可靠數(shù)據(jù)傳送、擁塞控制協(xié)議。分組交換——存放轉(zhuǎn)發(fā)：從源到目標地經(jīng)過路由器移動分組，幾個路徑選擇算法（數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)，虛電路網(wǎng)絡(luò)）。數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)：分組中目標地址決定下一跳，在會話中路由能夠改變。不是面向連接，而是無連接。虛電路網(wǎng)絡(luò)：每個分組攜帶標簽（虛電路ID），標簽決定下一跳，固定路徑在呼叫建立時決定，在呼叫期間保持不變，路由器保持呼叫狀態(tài)。分組交換中丟包和時延出現(xiàn)原因：分組抵達鏈路速率超出輸出鏈路能力，分組排隊，等候交換，假如無空閑緩存則抵達分組丟失，出現(xiàn)丟包現(xiàn)象。分組時延4種起源：（1）、節(jié)點處理（檢驗比特差錯）；（2）、排隊（等候輸出鏈路傳輸時間，取決于路由器擁塞等級）；（3）、傳輸時延：R=鏈路寬帶（bps），L=分組長度（比特），發(fā)送比特進入鏈路時間=L/R；（4）、傳輸時延：d=物理鏈路長度，s=在媒體中傳輸速度（~2*108m/sec），傳輸時延=d/s。協(xié)議分層：每一層實現(xiàn)一個服務(wù)，經(jīng)他自己層內(nèi)動作，依賴由下面層次提供服務(wù)。分層是為了處理復雜系統(tǒng)，明確結(jié)構(gòu)使得能夠標識復雜構(gòu)件關(guān)系，模塊化易于維護、系統(tǒng)更新。因特網(wǎng)協(xié)議棧：應(yīng)用（支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，F(xiàn)TP，SMTP，HTTP）；運輸（主機到主機數(shù)據(jù)傳輸，TCP，UDP）；網(wǎng)絡(luò)（從源目標地數(shù)據(jù)報選路，IP，選路協(xié)議）；鏈路（在鄰近網(wǎng)元之間傳輸數(shù)據(jù)，PPP，以太網(wǎng)）；物理（“在線上”比特）。第二章應(yīng)用層1、應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)：客戶機/服務(wù)器，對等（P2P），客戶機/服務(wù)器與P2P混合。 2、客戶機/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)：服務(wù)器（總是打開主機，永久IP地址，可擴展為服務(wù)器池）；客戶機（與服務(wù)器通信，能夠間歇地連接，能夠具備動態(tài)IP地址，彼此不直接地通信）。 3、純P2P體系結(jié)構(gòu)：無總是打開服務(wù)器，任意端系統(tǒng)直接通信，對等方間歇地連接，改變IP地址。4、混合：例——Napster（文件傳送P2P，集中式文件搜索：對等方在中心服務(wù)器上注冊內(nèi)容對等方查詢相同中心服務(wù)器以定位內(nèi)容）。5、進程通信——進程：在一臺主機上運行程序。客戶機進程（發(fā)起通信進程），服務(wù)器進程（等候聯(lián)絡(luò)進程）。進程經(jīng)過一個稱為套接字軟件接口在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收報文。套接字是同一臺主機內(nèi)應(yīng)用層與運輸層之間接口。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用從運輸層協(xié)議取得服務(wù)：TCP和UDP6、TCP：面向連接（客戶機和服務(wù)器之間所需建立）；可靠傳輸（在發(fā)送和接收進程之間）；流控制（發(fā)送方不會淹沒接收方）；擁塞控制（當網(wǎng)絡(luò)過載時抑制發(fā)送方）；并不提供定時，最小帶寬確保。7、UDP：在發(fā)送進程及接收進程之間不可靠數(shù)據(jù)傳輸，不提供建立連接建立、可靠性流控制、擁塞控制、定時或帶寬確保。8、HTTP（超文本傳輸協(xié)議）和Web應(yīng)用：使用TCP，進程端口為80。HTTP連接分為：非持久連接（每個請求/響應(yīng)是經(jīng)一個單獨TCP連接發(fā)送）和持久連接（全部請求及對應(yīng)響應(yīng)經(jīng)相同TCP連接發(fā)送）。RTT（往返時延）：從客戶機到服務(wù)器發(fā)送一個小分組并返回所經(jīng)歷時間。9、HTTP請求報文格式：請求行、首部行和實體主體。方法類型：GET、POST、HEAD。GET和POST區(qū)分在于：使用GET方法時實體主體為空，使用POST方法時實體主體看到用戶在表單中所填內(nèi)容。10、HTTP響應(yīng)報文格式：11、WEB緩存：滿足客戶機請求而不包括起始服務(wù)器。12、FTP（文件傳輸協(xié)議）：使用兩個并行TCP連接來傳輸文件，一個是控制連接（帶外傳送），端口號為21；一個是數(shù)據(jù)連接（帶內(nèi)連接），端口號為20。13、電子郵件：三個主要部分（用戶代理、郵件服務(wù)器和SMTP（簡單郵件傳輸協(xié)議））。14、電子郵件：SMTP（簡單郵件傳輸協(xié)議），端口號25，使用持久連接，要求報文以7bitASCII格式，交付/存放到接收方服務(wù)器。15、HTTP與SMTP比較：HTTP：拉，每個對象封裝在其自己響應(yīng)報文中；SMTP：推，多個對象在多方報文中發(fā)送。二者都有ASCII命令/響應(yīng)交互，狀態(tài)碼。MIME（multipurposeInternetmailextension）多用途因特網(wǎng)郵件擴展：為發(fā)送非ASCII文本內(nèi)容，發(fā)送方用戶代理必須在報文中使用附加首部行。在報文首部附加行申明MIME內(nèi)容類型。郵件訪問協(xié)議：從服務(wù)器獲取郵件。POP3：郵局協(xié)議；IMAP：互聯(lián)網(wǎng)郵件訪問協(xié)議。基于Web電子郵件使用是HTTP協(xié)議，比如：Hotmail，Yahoo等。DNS（DomainNameSystem）域名系統(tǒng)：一個由分層DNS服務(wù)器實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫，一個允許主機查詢分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用層協(xié)議，主要任務(wù)是實現(xiàn)主機名到IP地址轉(zhuǎn)換目錄服務(wù)。識別主機方式：經(jīng)過主機名或者IP地址。DNS協(xié)議運行在UDP上，使用53號端口。頂級域(TLD)服務(wù)器：負責com,org,net,edu等，以及全部頂級國家域uk,fr,ca,jp。權(quán)威DNS服務(wù)器：組織DNS服務(wù)器為組織服務(wù)器提供對IP權(quán)威主機名。查詢過程分為遞歸查詢和迭代查詢。從請求主機到當?shù)谼NS服務(wù)器查詢是遞歸，其余查詢是迭代。P2P文件共享，在對等方區(qū)域中組織和搜索索引3種方法：集中式索引（當用戶開啟P2P文件共享應(yīng)用程序時，該應(yīng)用程序?qū)⑺鸌P地址以及可供共享文件名稱通知索引服務(wù)器，該索引服務(wù)器從每個活動對等方那里搜集這些信息，從而建立一個集中式動態(tài)索引，將每個文件拷貝映射到一個IP地址集合。缺點是：單點故障，假如索引服務(wù)器瓦解，則整個P2P應(yīng)用也就隨之瓦解；性能瓶頸和基礎(chǔ)設(shè)施費用）；查詢洪泛（查詢報文經(jīng)現(xiàn)有TCP連接，對等方轉(zhuǎn)發(fā)查詢報文，查詢命中經(jīng)反向路徑發(fā)送）；層次覆蓋（結(jié)合前二者優(yōu)點，與洪泛查詢類似，不使用專門服務(wù)器來跟蹤和索引文件，但不一樣是，在層次覆蓋設(shè)計中并非全部對等方都是平等）。第三章運輸層運輸層協(xié)議為運行在不一樣主機上應(yīng)用進程之間提供了邏輯通信（logiccommunication），進程間邏輯通信，端到端傳輸。運輸層協(xié)議是在端系統(tǒng)中而不是在網(wǎng)絡(luò)路由器中實現(xiàn)。在發(fā)送方，運輸層將接收到來自發(fā)送應(yīng)用進程報文轉(zhuǎn)換成運輸層分組，用因特網(wǎng)術(shù)語稱其為運輸層報文段（segment），可能方法是，將應(yīng)用報文劃分為較小塊，并為每塊加上一個運輸層首部來創(chuàng)建運輸層報文段。然后，在發(fā)送方端系統(tǒng)中，運輸層將這些報文段傳遞給網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層將其封裝成網(wǎng)絡(luò)層分組并向目標地發(fā)送。注意：網(wǎng)絡(luò)路由器僅作用于該數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)層字段，即他們不會檢驗封裝在該數(shù)據(jù)報運輸層報文段字段。在接收方，網(wǎng)絡(luò)層從數(shù)據(jù)報中提取運輸層報文段，并將該報文段向上交給運輸層。2、運輸層VS網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層是主機間邏輯通信；運輸層是進程間邏輯通信，依賴、強化網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)。3、將主機間交付擴展到進程間交付，成為運輸層多路復用（multiplexing）和多路分解（demultiplexing）。多路復用（multiplexing）：從源主機不一樣套接字中搜集數(shù)據(jù)塊，并為每個數(shù)據(jù)塊封裝上首部信息從而生成報文段，然后將報文段傳遞到網(wǎng)絡(luò)層工作。多路分解（demultiplexing）：將運輸層報文段中數(shù)據(jù)交付到正確套接字工作。4、無連接分解：UDP套接字由二元組標識（目標地IP地址，目標地端口號）；當主機接收UDP段時：在段中檢驗目標地端口號，將UDP段定向到具備該端口號套接字。5、面向連接分解：TCP套接字由四元組標識（源IP地址，源端口號，目標IP地址，目標端口號）；接收主機使用這四個值來將段定向到適當套接字。6、無連接傳輸——UDP：“盡力而為”服務(wù)，UDP段可能丟包或者對應(yīng)用程序交付失序。首部只有4個字段，每個字段兩個字節(jié)（即共8個字節(jié)）。UDP檢驗和提供了差錯檢測功效，即檢驗和用于確定當UDP報文段從源抵達目標時，其中比特是否發(fā)生了改變。7、可靠數(shù)據(jù)傳輸原理（停等協(xié)議和流水線協(xié)議）：不可靠信道特點決定了可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（rdt）復雜性。使用有限狀態(tài)機（FSM）來定義發(fā)送方和接收方。Rdt1.0：經(jīng)可靠信道可靠傳輸（底層信道非?？煽浚簾o比特差錯，無分組丟失）。Rdt2.0：具備比特差錯信道，該數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議采取了差錯檢測、必定確認是否定確認。類似于Rdt2.0協(xié)議被稱為停等協(xié)議（stop-and-wait）。自動重傳請求（automaticrepeatrequest，ARQ）協(xié)議。Rdt2.1：假如ACK/NAK受損，將會出現(xiàn)發(fā)送方不知道在接收方發(fā)生了什么情況，不能只是重傳，可能造成冗余。處理冗余：發(fā)送發(fā)對每個分組增加序列號，假如ACK/NAK受損，發(fā)送方重傳當前分組，接收方丟棄冗余分組。Rdt2.2：一個無NAK協(xié)議，代替NAK，接收方對最終正確接收分組發(fā)送ACK。Rdt3.0：具備差錯和丟包信道。處理方法：發(fā)送方等候ACK一段“合理”時間，需要倒計時定時器。其接收方FSM和Rdt2.2一樣。8、流水線協(xié)議：發(fā)送方允許發(fā)送多個、“傳輸中”、還沒有應(yīng)答報文段（序號范圍必須增加，發(fā)送方和/或接收方設(shè)有緩沖）；有兩種形式（回退N幀法go-back-N和選擇重傳S-R）。9、Go-Back-N：對失序分組（丟棄，不緩存，沒有接收緩沖區(qū)；重新確認具備按序分組）10、SR協(xié)議經(jīng)過讓發(fā)送方僅重傳那些他懷疑在接收方犯錯分組而防止了無須要重傳。窗口長度必須小于或等于序號空間大小二分之一。11、TCP報文段結(jié)構(gòu)：由首部字段（通常是20字節(jié)）和一個數(shù)據(jù)字段組成。MSS（maximumsegmentsize）最大報文段長；MTU（maximumtransmissionunit）最大傳輸單元。MSS通常依照最初確定最大鏈路層幀長度來設(shè)置。12、TCP可靠數(shù)據(jù)傳輸：TCP在IP不可靠服務(wù)基礎(chǔ)上創(chuàng)建可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，流水線發(fā)送給報文段，累計確認，TCP使用單個重傳計時器，重傳超時事件和重復ACK事件觸發(fā)。快速重傳：假如對相同數(shù)據(jù)，發(fā)送方收到3個ACK，假定被確認報文段以后報文段丟失了，在定時器超時之前重傳。13、流量控制：發(fā)送方不能發(fā)送太多、太快數(shù)據(jù)讓接收方緩沖溢出。14、擁塞控制：擁塞（太多源發(fā)送太多太快數(shù)據(jù)，使網(wǎng)絡(luò)來不及處理），表現(xiàn)為丟包和長延時。擁塞控制兩類方法（端到端擁塞控制和網(wǎng)絡(luò)輔助擁塞控制）。15、TCP擁塞控制：端到端控制。三個機制（AIMD加增倍減算法、慢開啟和超時事件后保守機制）。慢開啟（當連接開始時候，速率呈指數(shù)式上升，直到第一次報文丟失事件發(fā)生為止或抵達閥值Threshold）。第四章網(wǎng)絡(luò)層1、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)層功效：轉(zhuǎn)發(fā)（forwarding）和選路（routing）。轉(zhuǎn)發(fā)：將分組從路由器輸入移動到適當路由器輸出。選路：決定分組從源到目標地所采取路由。網(wǎng)絡(luò)層連接和無連接服務(wù)：數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)層無連接服務(wù)；虛電路網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)層連接服務(wù)。一條VC組成：從源到目標地路徑；VC號是標志沿路徑每條鏈路號碼；沿路徑路由器中轉(zhuǎn)發(fā)表中項。數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)：無呼叫建立，路由器（沒有端到端連接狀態(tài)），分組使用目標主機地址轉(zhuǎn)發(fā)（在相同源和目標對可能采取不一樣路徑）。采取最長前綴匹配。路由器體系結(jié)構(gòu)概述：路由器兩個關(guān)鍵功效（運行選路算法/協(xié)議RIP、OSPF、BGP；從入鏈路到出鏈路轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報）。IP分片和重新組裝IP編址：IP地址（對主機、路由器接口32bit標識符）。采取無類型域間選路（CIDR，classlessinter-domainrouting任意長地址子網(wǎng)部分；地址格式:a.b.c.d/x,其中x是地址子網(wǎng)部分比專長度）。子網(wǎng)：從主機或路由器分離每個接口，生成孤立網(wǎng)路島，每個孤立網(wǎng)絡(luò)被稱為一個子網(wǎng)。IP地址（子網(wǎng)部分——高階比特；主機部分——低階比特）。主機得到一個IP地址——DHCP（動態(tài)主機配置協(xié)議，DynamicHostConfigurationProtocol）：動態(tài)地從服務(wù)器得到地址，“即插即用”。網(wǎng)絡(luò)從他ISP地址空間得到IP地址子網(wǎng)部分；ISP經(jīng)過ICANN得到地址塊。NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，networkaddresstranslation）ICMP（互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議）：用于主機和路由器彼此交互網(wǎng)絡(luò)信息。其功效時：差錯匯報；回聲請求/回答IPV6：數(shù)據(jù)報格式（固定長度40字節(jié)首部）。與IPv4改變：IPv6沒有檢驗和、選項，IPv6不允許在中間路由器上進行分片與重新組裝。從IPv4到IPv6遷移，引入了隧道（在IPv路由器之間IPv6數(shù)據(jù)報作為IPv4數(shù)據(jù)報負載）。選路算法：選路信息必須在兩個方向流動（從一組參加路由器到一個非參加路由器；非參加路由器必須將隱藏網(wǎng)絡(luò)信息傳給該組）。全局選路算法（全部路由器具備完全拓撲、鏈路費用信息，具備全局狀態(tài)信息算法常被稱作鏈路狀態(tài)（LS）算法；分布式選路算法（以迭代、分布式方式計算出最低費用路徑，距離向量（DV）算法））。LS算法可能振蕩。DV算法會增加毒性逆轉(zhuǎn)。RIP（選路信息協(xié)議）：距離矢量算法；每30秒在鄰居之間經(jīng)響應(yīng)報文（又稱通告）交換；每個通告在AS中包含多大24個目標網(wǎng)絡(luò)列表。OSPF（開放最短路優(yōu)先）：使用鏈路狀態(tài)算法；公共可用；OSPF攜帶每個鄰居路由器一個項；通告散布到整個AS。BGP（邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）：為每個AS提供了一個伎倆：從相鄰AS取得子網(wǎng)可達性信息；向AS內(nèi)部全部路由器傳輸可達性信息；基于可達性信息和策略，決定到子網(wǎng)好路由。廣播選路（broadcastrouting）：網(wǎng)絡(luò)層提供了從一個源節(jié)點到網(wǎng)絡(luò)中全部其余節(jié)點交付分組服務(wù)。多播選路（multicastrouting）：使單個源節(jié)點能夠向其余網(wǎng)路節(jié)點一個子集發(fā)送分組拷貝。IGMP：Internet組管理協(xié)議。第五章鏈路層1、鏈路層服務(wù)：成幀（將數(shù)據(jù)報封裝進幀，加