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编程问答

复习笔记--计算机网络

發布時間：2025/3/21 编程问答 26 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了复习笔记--计算机网络小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

第一周

計算機網絡就是互連的、自治的計算機集合
- 自治：無主從關系
- 互連：互聯互通
全球最大的互聯網絡：ISP，Internet Service Provider
網絡協議，簡稱為協議，是為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定；協議規定了通信實體之間所交換的消息的格式、意義、順序以及針對所收到信息或發生的事件所采取的“動作”
協議的三要素：
- 語法
- 語義
- 時序
網絡邊緣
- 主機
- 網絡應用
接入網絡，物理介質
- 有線或無線通信鏈路
網絡核心
- 互聯的路由器
- 網絡之網絡
電路交換的三個階段：
- 建立連接(呼叫/電路建立)
- 通信
- 釋放連接(拆除電路)
- 特點：獨占資源
多路復用，簡稱復用，是通信技術中的基本概念
- 頻分多路復用
- 時分多路復用
- 波分多路復用
- 碼分多路復用
  - 若發送1，則發送碼片序列，若為-1，則發送其反碼
  - 多個用戶的碼片序列要求，及解碼公式
數據交換兩種類型：報文交換和分組交換
分組：報文分析拆出來的一系列相對較小的數據包，分組交換需要報文的拆分和重組，帶有頭部信息
報文交換與分組交換均采用存儲-轉發交換方式
- 報文交換以完整報文進行“存儲-轉發”
- 分組交換以較小的分組進行“存儲-轉發”
分組交換的報文傳輸延遲：T = M/R + nL/R
- 報文總長：M bits
- 鏈路帶寬：R bps
- 分組長度：L bits
- 路由器數：n (跳步數為h = n + 1)
分組交換vs電路交換
- 分組交換允許更多用戶同時使用網絡
- 適用于突發數據傳輸網絡：資源充分共享，簡單、無需呼叫建立
- 但是分組交換可能產生擁塞

第二周

速率：即數據率或稱數據傳輸速率或比特率
- 單位時間傳輸信息的量
- 計算機網絡中最重要的一個性能指標
- 常用單位：b/s(bps)
帶寬：數字信道所能傳達的“最高數據率”
四種分組延遲：
- 結點處理延遲d_proc
  - 差錯檢測
  - 確定輸出鏈路
  - 通常小于msec
- 排隊延遲d_queue
  - 等待輸出鏈路可用
  - 取決于路由器擁塞程度
- 傳輸延遲d_trans
- 傳播延遲d_prop
流量強度：La/R，其中R是鏈路帶寬，L是分組長度，a是平均分組到達速率
- 若趨近于0：平均排隊延遲很小
- 若趨近于1：平均排隊延遲很大
- 若大于1：超出服務能力，平均排隊延遲無限大
時延帶寬積 = 傳播延遲 X 帶寬
吞吐量：表示在發送端與接收端之間傳送數據速率
- 即時吞吐量：給定時刻的速率
- 平均吞吐量：一段時間的平均速率
瓶頸鏈路：端到端路徑上，限制端到端吞吐量的鏈路
計算機網絡體系結構是計算機網絡的各層及其協議的集合

OS1參考模型

物理層：
- 接口特性：機械特性、電氣特性、功能特性、規程特性
- 傳輸模式：單工、半雙工、全雙工
數據鏈路層：
- 負責結點-結點的數據傳輸，流量控制、差錯控制、訪問(接入)控制
- 組幀
- 物理尋址：在幀頭部中增加發送端和接收端的物理地址標識數據幀的發送端和接收端
網絡層：
- 負責源主機到目的主機數據分組交付
- 邏輯尋址：全局唯一邏輯地址，確保數據分組被送達目的主機，如IP地址
- 路由和分組轉發
傳輸層：
- 負責進程間完整報文傳輸
- SAP尋址，如端口號
- 流量控制、連接控制、差錯控制
會話層：
- 對話控制
- 同步
- 最薄的一層
表示層：
- 處理兩個系統間交換信息的語法和語義問題
- 數據表示轉化，加密/解密，壓縮/解壓縮
應用層：
- 支持用戶使用網絡服務

TCP/IP模型

第三周

網絡應用體系結構
- 客戶機/服務器
- P2P
- 混合結構
網絡應用的服務需求
- 可靠性
- 帶寬
- 時延
Internet傳輸層服務模型
- TCP
- UDP
特定網絡應用及協議
- HTTP
- SMTP，POP，IMAP
- DNS
- P2P應用
Socket編程
- TCP
- UDP
TCP
- 面向連接
- 可靠的傳輸
- 流量控制：關注的是接收端的數據接收和緩存能力
- 擁塞控制：關注的是網絡傳輸能力
- 不提供時間/延遲保障
- 不提供最小帶寬保障
UDP服務
- 無連接
- 不可靠
Web
- URL格式 -> Scheme://host:port/path
- C/S結構
- HTTP協議，端口80
  - HTTP 1.0：非持久性連接，每個TCP對象最多允許傳輸一個對象，方法有GET，POST，HEAD
  - HTTP 1.1：持久性連接，每個TCP連接允許傳輸多個對象，方法有GET，POST，HEAD，PUT，DELETE
- TCP傳輸服務
- 無狀態：服務器不維護任何有關客戶端過去所發請求的信息
RTT：從客戶端發送一個很小的數據包到服務器并返回所經歷的時間
- 非持久性連接：每個對象都需要2個RTT
- 持久性連接：對于無流水，每個被引用的對象耗時1個RTT；對于流水機制，所有對象只需耗時1個RTT。需要注意連接需要一個RTT
HTTP協議兩類信息：請求消息(ASCII)，響應消息。這兩種類型的消息請求方法URI協議/版本(協議狀態版本代碼描述)、請求(響應)頭和請求(響應)正文
- 請求消息：
- 響應消息：
  - 200：OK
  - 301：Moved Permanently
  - 400：Bad Request
  - 404：Not Found
  - 505：HTTP Version Not Supported
Cookies技術可以提供：身份鑒別，購物車，推薦服務和用戶會話狀態信息維護
Web緩存/代理服務器技術：縮短客戶請求的響應時間，減少機構/組織的流量，在大范圍內實現有效的內容分發
Email應用的構成組件
- 郵件客戶端
  - 讀、寫Email消息
  - 與服務器交互，收、發Email消息
- 郵件服務器
  - 郵箱：存儲發給該用戶的Email
  - 消息隊列：存儲等待發送的Email
- SMTP協議，端口25
傳輸過程的三個階段：
- 握手
- 消息的傳輸
- 關閉
命令/響應交互模式
- 命令：ASCII文本
- 響應：狀態代碼和語句
Email消息只能包含7位ASCII碼

Email消息
- 頭部行：To，From，Subject
- 消息體
- 若MIME協議進行多媒體拓展，則頭部行加入MIME-Version，Content-Transfer-Encoding，Content-Type
SMTP僅僅是郵件服務器之間的協議，還需要郵件訪問協議：從服務器獲取郵件
- POP：認證/授權和下載
  - 下載并刪除模式：用戶如果換了客戶端軟件，無法重讀該郵件
  - 下載并保持模式：不同客戶端都可以保留消息的拷貝
  - POP3是無狀態的
- IMAP
  - 所有消息統一保存在服務器
  - 允許用戶利用文件夾組織消息
  - 支持跨會話的用戶狀態
- HTTP
域名解析系統DNS
- 域名向IP地址的解釋
- 主機別名
- 郵件服務器別名
- 負載均衡：Web服務器
步驟
- 本地域名服務器
- 根域名服務器(全球13個)
- 頂級域名服務器
- 權威域名服務器
迭代查詢
遞歸查詢
DNS記錄(RR, resource records)，格式為(name, value, type, ttl)
- Type = A
  - Name：主機域名
  - Value：IP地址
- Type = NS
  - Name：域
  - Value：該域權威域名解析服務器的主機域名
- Type = CNAME
  - Name：某一真實域名的別名
  - 真實域名
- Type = MX
  - Value是與name相對應的郵件服務器

第四周

從一個服務器向N個結點分發一個文件需要多長時間，u_s是服務器上傳帶寬，u_i是節點i的上傳帶寬，d_i節點i的下載帶寬
- C/S所花時間：max{ NF/u_s, F/min(d_i) }
- P2P所花時間：max { F/u_s, F/min(d_i), NF/(u_s + ∑u_i) }

BitTorrent協議
- tracker：跟蹤參與torrent的節點
- torrent：交換同一個文件的文件塊的節點組
- 文件劃分為256KB的chunk
- 當節點加入torrent時
  - 剛開始沒有chunk，但是會逐漸累積
  - 向tracker注冊以獲取節點清單，與某些節點建立連接
- 獲取chunk采取策略：稀缺優先
- 發送chunk：tit-for-tat
  - Alice向4個鄰居發送chunk：正在向Alice發送數據并且速率最快的4個鄰居
  - 每10秒重新評估top4
  - 每30秒隨機選擇一個其他節點，向其發送chunk

上傳速率高，就能夠找到更好的交易伙伴，從而獲得更快的下載速度

P2P索引
- 集中式索引
- 洪泛式查詢
- 層次式覆蓋網絡
服務器端套接字綁定的IP地址是：INADDR_ANY

第五、六周

TCP概述
- 全雙工：同一連接中能夠傳輸雙向數據流
- 面向連接
- TCP擁塞控制和流量控制機制設置窗口尺寸
TCP頭部信息
TCP傳輸中
- 序列號：指的是segment中第一個字節的編號，而不是segment的編號。建立TCP連接，雙方隨機選擇序列號
- ACKs：希望收到的下一個字節的序列號，并采取累積確認機制
擁塞控制的方法
- 端到端擁塞控制
  - 網絡層不需要顯示的提供支持
  - 端系統通過觀察loss，delay等網絡行為判斷是否發生擁塞
  - TCP采取這種方法
- 網絡輔助的擁塞控制
  - 路由器向發送方顯式地反饋網絡擁塞信息
  - 簡單的擁塞指示
  - 指示發送方應該采取何種速率
Sender限制發送速率：LastByteSent-LastByteAcked <= CongWin
rate = CongWin/RTT bps
如何合理地調整發送速率
- 加性增-乘性減：AIMD
- 慢啟動：SS

第七周

虛電路網絡提供網絡層連接服務，而數據報網絡提供網絡層無連接服務
虛電路：一條從源主機到目的主機，類似于電路的路徑(邏輯連接)
- 分組交換
- 每個分組的傳輸利用鏈路的全部帶寬
- 源到目的路徑經過的網絡層設備共同完成虛電路功能
- 通信過程：呼叫建立 -> 數據傳輸 -> 拆除呼叫
- 每個分組攜帶虛電路標識(VCID)，而不是目的主機地址
每條虛電路包括
- 從源主機到目的主機的一條路徑
- 虛電路號(VCID)，沿路每段鏈路一個編號
- 沿路每個網絡層設備(如路由器)，利用轉發表記錄經過的每條虛電路

虛電路信令協議
- 用于VC的建立、維護與拆除
  - 路徑選擇
- 應用于虛電路網絡
  - 如ATM、幀中繼網絡等
- 目前的Internet不采用
數據報網絡
- 網絡層無連接
- 每個分組攜帶目的地址
- 路由器根據分組的目的地址轉發分組
  - 基于路由協議/算法構建轉發表
  - 檢索轉發表
  - 每個分組獨立選路
最大傳輸單元：MTU，鏈路層數據幀可封裝數據的上限

標識字段占16位：標識一個IP分組
- IP協議利用一個計數器，每產生IP分組計數器加1，作為該IP分組的標識
標志位占3位，保留位+DF(Don't Fragment)+MF(More Fragment)，所以DF=1表示禁止分片，MF=1表示非最后一片
片偏移字段占13位：一個IP分組分片封裝原IP分組數據的相對偏移量
- 以8字節為單位

IP分片過程
- 假設原IP總長度為L，待轉發鏈路的MTU為M
- 若L>M，且DF=0，則可以分片
- 分片時每個分片的標識復制原IP分組的標識
- 通常分片時，除最后一個分片，其他分片均分為MTU允許的最大分片
- 一個最大分片可封裝的數據是8的倍數，因此，一個最大分片可封裝的數據為：d = ?(M-20)/8?x8
- 需要的總片數為：n = ?(L-20)/d?
- 每片的片偏移字段取值為：F_i = d/8x(i-1)
- 每片的總長度字段為：當i在[i,n)間，L_i = d+20,當i為n時，L_i = L-(n-1)d
有類編址：
- A類地址：占50%，NetID(8位，最高位為0)，HostID(24位)，0.0.0.0-127.255.255.255
- B類地址：占25%，NetID(16位，最高位為10)，HostID(16位)，128.0.0.0-191.255.255.255
- C類地址：占12.5%，NetID(24位，最高位為110)，HostID(8位)，192.0.0.0-223.255.255.255
- D類地址：占6.25%，全為HostID，最高位1110，224.0.0.0-239.255.255.255
- E類地址：占6.25%，全為HostID，最高位1111，240.0.0.0-255.255.255.255

無類域間路由(CIDR)：a.b.c.d/x，其中x為NetID+SubID的長度
動態主機配置協議(DHCP)
- 主機廣播"DHCP discover"(發現報文)
- DHCP服務器利用"DHCP offer"(提供報文)進行響應
- 主機請求IP地址："DHCP request"(請求報文)
- DHCP服務器分配IP地址："DHCP ack"(確認報文)
除了獲取了IP地址外，主機還得到了子網掩碼、默認網關、DNS服務器地址等
網絡地址轉換(NAT)實現：
- 替換：利用(NAT IP地址，新端口號)替換每個外出IP數據報的(源IP地址，源端口號)
- 記錄：將每隊(NAT IP新地址，新端口號)與(源IP地址，源端口號)的替換信息存儲到NAT轉換表中
- 替換：根據NAT轉換表，利用(源IP地址，源端口號)替換每一個進入內網IP數據報的(目的IP地址，目的端口號)

第八周

互聯網控制報文協議：ICMP
- 差錯報告
  - 目的不可達
  - 源抑制
  - 超時/超期
  - 參數問題
  - 重定向
- 網絡探詢
  - 回聲(Echp)請求與應答報文(Reply)
  - 時間戳請求和應答報文
ICMP報文封裝到IP數據報中傳輸
ICMP的停止準則：
- UDP數據報最終到達目的主機
- 目的主機返回“目的端口不可達”(type=3, code=3)
- 源主機停止
IPv6數據報格式
- 固定長度的40字節基本首部
- 不允許分片
IPv6地址表示形式
- 一般形式：1080:0:FF:0:8:800:200C:417A
- 壓縮形式：FF01:0:0:0:0:0:0:43，壓縮為FF01::43
- IPv4-嵌入形式：0:0:0:0:0:FFFF:13:1:68:3或者::FFFF:13:1:68:3
IPv6基本地址類型
- 單播：一對一通信
- 多播：一對多通信
- 任意播：一對一組之一
隧道：IPv6數據報作為IPv4數據報的載荷進行封裝，穿越IPv4網絡
路由算法分類
- 靜態路由 vs 動態路由
  - 靜態路由：手工配置，路由更新慢，優先級高
  - 動態路由：更新快，及時響應鏈路費用或網絡拓撲變化
- 全局信息 vs 分散信息
  - 全局信息：所有路由器掌握完整的網絡拓撲和鏈路費用信息，如鏈路狀態(LS)路由算法
  - 分散信息：路由器只掌握物理相連的鄰居以及鏈路費用，如距離向量(DV)路由算法
LS路由算法的Dijkstra算法的算法時間復雜度為O(n²)，存在震蕩的可能
DV路由算法的無窮計數問題
- 毒性逆轉：如果一個結點到達某目的的最小費用路徑是通過某個鄰居，則通告給該鄰居結點到達該目的的距離為無窮大，不能徹底消除
- 定義最大度量：定義一個最大的有效費用值，如15跳步，則16跳步表示無窮大
層次路由
- 聚合路由器為一個區域：自治系統AS
- 同一AS內的路由器運行相同的路由協議
  - 自治系統內部路由協議
  - 不同自治系統內的路由器可以運行不同的AS內部路由協議
- 網關路由器
  - 位于AS“邊緣”
  - 通過鏈路連接其他AS的網關路由器
熱土豆路由：選擇最小費用路徑的費用最小的網關
最常見的AS內部路由協議：
- 路由信息協議：RIP
  - 采用距離向量路由算法
    - 距離度量：max = 15 hops
    - 每隔30秒，鄰居之間交換一次DV，成為通告
    - 每次通告：最多25個目的子網(IP地址形式)
    - 如果180秒沒有收到通告->鄰居/鏈路失效
- 開放最短路徑優先：OSPF
  - 采用鏈路狀態路由算法
  - LS分組擴散
  - 每個路由器構造完整的網絡拓撲圖
  - 利用Dijkstra算法計算路由
  - 在整個AS范圍內泛洪
  - OSPF報文直接封裝到IP數據報中
  - 分層的OSPF
    - 主干路由器BR：在主干內運行OSPF路由算法
    - AS邊界路由器：連接其他AS
AS間路由協議：BGP
- eBGP從鄰居獲取子網可達性信息
- iBGP：向所有AS內部路由器傳播子網可達性信息
- 基于可達性信息與策略，確定到達其他網絡的好路徑
- BGP報文
  - OPEN：與peer建立TCP連接，并認證發送方
  - UPDATE：通告新路徑
  - KEEPALIVE：保活連接
  - NOTIFICATION：報告錯誤或者關閉連接

第九周

組幀：封裝數據報構成數據幀，加首部和尾部
全雙工和半雙工通信控制
- 全雙工：鏈路兩端結點同時雙向傳輸
- 半雙工：鏈路兩端結點交替雙向傳輸
差錯檢測：差錯編碼，D->DR，其中R為差錯檢測和糾正比特(冗余比特)
- 差錯編碼的檢錯能力
  - 差錯編碼可分為檢錯碼和糾錯碼
  - L - 1 = r + s
循環冗余校驗碼
- 數據比特為D，選擇r+1位的比特模式G，選擇r位的CRC比特，R，滿足
- <D,R>被G整除
- 可以檢測長度小于r+1位的差錯
- 應用于以太網，802.11 Wifi
MAC協議分類
- 信道劃分MAC協議
  - 多路復用技術
  - TDMA、FDMA、CDMA、WDWA
- 隨機訪問MAC協議
  - 信道不劃分，允許沖突
  - 采用沖突“恢復”機制
- 輪轉MAC協議
  - 結點輪流使用信道
  - 輪詢(polling)：主結點輪流邀請從屬結點發送數據
  - 令牌傳遞(token passing)：控制令牌依次從一個結點傳遞到下一個結點
典型的隨機訪問MAC協議
- 時隙ALOHA
  - 如果沖突：該結點在下一個時隙以概率p重傳該幀，直至成功，最大效率為1/e=0.37
- ALOHA
  - 1/(2e)=0.18
- CSMA
  - 發送幀之前進行信道監聽
- CSMA/CD
  - 短時間內檢測到沖突，邊發邊聽，不發不聽
  - L_min/R = RTT_max

第十周

ARP協議：48位MAC地址，固化在網卡的ROM中，如1A-2B-3D-56-A3-4D
- ARP表：<IP,MAC,TTL>
- 同一個局域網內：先廣播查詢分組，目的MAC地址為FF-FF-FF-FF-FF-FF
以太網：無連接、不可靠服務，采用二進制指數退避算法的CSMA/CD
- 發生沖突后，若為第m次連續沖突，n = Min(m,10)，從0到2^n-1隨機中選擇一個k，等待k512比特的傳輸延遲時間

交換機：存儲-轉發以太網幀
- 若目的MAC位置未知，則泛洪
點對點數據鏈路控制：一個發送端，一個接收端，一條鏈路
PPP

轉載于:https://www.cnblogs.com/vachester/p/7087898.html

總結

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