计算机网络学习笔记

chfychin🥝2024-03-252024-03-26

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第1章（概述）

1.1 计算机网络在信息时代的作用

1.2 因特网概述

概念

因特网服务提供者ISP

因特网的组成

1.3 三种交换方式

电路交换

分组交换

用户发送的信息称为报文，将报文分成等长的数据段，数据段加上首部称为分组，也可简称为”包”。首部存放的是分组的目的地址

电路交换、分组交换、报文交换的对比

1.4 计算机网络的定义和分类

定义

分类

广域网覆盖范围大，局域网覆盖范围小，

1.5 计算机网络的性能指标

速率

时延

利用率

最好控制信道利用率为50%

丢包率

只有网络拥塞时才会出现丢包

1.6 计算机网络的体系结构

常见的计算机网络体系结构

TCP/IP协议协议中，TCP协议和IP协议是比较重要的，IP协议互连不同的网络接口，TCP协议提供数据有效传输
四层的TCP/IP协议是国际标准
学习计算机网络时，一般折中采用五层协议进行学习

计算机网络结构分层的必要性

计算机网络的分层处理方法，使得数据能够正确传输
各层数据包的举例：

下面的协议对上面的实体是透明的

1.7 习题课

时延计算略

第2章(物理层)

2.1 物理层的基本概念

2.2 物理层下面的传输媒体

2.3 传输方式

计算机网络采用串行传输，计算机内部采用并行传输
双向同时通信需要两个信道，举例来说就是电话

2.4 编码与调制

把数字信号转换为模拟信号，在模拟信道中传输，称为调制

2.5 信道的极限容量

第3章(数据链路层)

3.1 数据链路层概述

封装成帧差错检测可靠传输

3.2 封装成帧

3.3 差错检测

差错检测方法：

奇偶校验差错高，计算机网络一般不采用这种方法

循环冗余校验CRC有很好的检错能力，漏检率非常低。
检错码只能检测出帧在传输过程中出现了差错，但不能定位错误，因此无法纠正错误。

3.4 可靠传输的基本概念

可靠传输的实现机制：

停止等待协议

数据分组和确认分组需要进行编号

回退N帧协议

回退N帧协议又叫发送窗口协议

选择重传协议

为了避免对通信资源的极大浪费，接收窗口的尺寸WR 不应该再等于1

3.5 点对点协议PPP

PPP协议是目前使用最广泛的点对点数据链路层协议

3.6 媒体接入控制

CSMA协议有可能发生冲突，也称为碰撞

3.7 MAC地址、IP地址、ARP协议

MAC地址

MAC地址属于数据链路层的范畴

可以从组织唯一标识符，看出硬件生产产商，如华为、小米等，由IEEE分配组织唯一标识符

IP地址

如果主机所在的网络要接入因特网，那么MAC地址和IP地址都要使用
习题：

ARP协议

如果未知目标设备的MAC地址，通过ARP协议，可以获得目标设备的MAC地址。
ARP协议只能在一段链路上使用，不能跨网络使用

3.8 集线器与交换机的区别

3.9 以太网交换机自学习和转发帧的流程

3.10 以太网交换机的生成树协议STP

3.11 虚拟局域网VLAN概述

使用广播有可能发生广播风暴问题，占用CPU资源
虚拟局域网VLAN技术可以隔绝广播域

第4章(网络层)

4.1 网络层概述

4.2 网络层提供的两种服务

面向连接的虚电路服务、无连接的数据报服务

4.3 IPv4地址

1.概述

8位无符号二进制整数转十进制数

2.分类编址的IPv4地址

地址=网络号+主机号

主机号全0为网络地址，主机号全1为广播地址

主机号小于127的A类，128-191的B类，192-223的C类
申请C类网络地址，可分配的IP地址数量为254个；其他类，查看上述图片
可以将主机号的一部分作为子网号，划分子网

一般是从主机号借用比特作为子网号

应用规划

定长的子网掩码FLSM、变长的子网掩码VLSM

4.4 IP数据报的发送和转发过程

由IP地址和子网掩码，可以得出网络地址。路由器进行网络地址的转发，需要知道目的网络地址，才能将数据发送出去
由路由器的路由表确定该由哪个路由器进行转发

4.5 静态路由配置及其可能产生的路由环路问题

4.6 路由选择协议概述

路由器的基本结构

路由选择协议

路由信息协议RIP认为好的路由就是距离短的路由

路由表包含的条目是到目的地址的信息
开放式最短路径优先OSPF

为了使OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF把一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域。这样使每个区域内部交换的信息量大大减少。
边界网关协议BGP
直接封装RIP、OSPF、BGP的报文协议分别是UDP、IP、TCP

4.7 IPv4数据报的首部格式

首部的固定部分是20字节，可变部分字节数是变化的
生存时间是TTL

每行都是4个字节，32个bit
可变部分长度可变，导致首部的长度也是可变的，增加了路由器处理数据的压力，但一般可变部分很少用到
网际层使用的是IP协议进行封装

4.8 网际控制报文协议ICMP

ICMP的应用举例：分组网间探测PING、跟踪路由

4.9 虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT

在因特网的所有路由器中，对目的地址是私有地址的IP数据报一律不进行转发

可重用IP一般是说每人都可以用的，比如局域网中的：192.168.x.x这类格式。

网络地址转换NAT

什么是私有IP地址、公有IP地址？

第5章(运输层)

5.1 运输层概述

5.2 运输层端口号、复用与分用的概念

网络层使用的是IP协议，运输层使用的是TCP/UDP协议

举例：浏览器输入一个域名后，产生哪些行为？

DNS服务器将域名解析为IP地址

5.3 UDP和TCP的对比

UDP支持一对一、一对多、一对全的通信，TCP只支持一对一的通信
全双工：两个方向可以同时通信半双工：同一时间只能一个方向通信
UDP适用于视频会议等，TCP适用于文件传输等

报文段包括首部和数据部分

5.4 TCP的流量控制

举例：

5.5 TCP的拥塞控制

首部加数据部分构成报文段。若报文段发送过程发生丢失，会超时重传
拥塞控制算法：
慢开始和拥塞避免

快重传和快恢复

如果只是丢失个别的报文段，而不是拥塞，可以不用启动慢开始算法，执行快恢复算法，提高效率

5.6 TCP超时重传时间的选择

5.7 TCP可靠传输的实现

TCP基于以字节为单位的滑动窗口来实现可靠传输
滑动窗口的原理需要能够描述，就是发送数据时，滑动窗口的状态及移动的过程
确认号字段确认接收后，发送窗口才会移动。若发送方迟迟收不到接收方的确认，会产生超时重传
TCP的通信是全双工通信。通信中的每一方都在发送和接收报文段。
发送方和接收方对报文段数据的确认