计算机网络课程

计算机网络和因特网

各种工

单工：单信道，单向传输
半双工：单信道，异时双向传输
双工：双信道，同时双向传输

网络交换方式

电路交换
分组交换

排队时延：在队列中，当分组在链路上等待传输时经受的时延。

协议

概念

定义两个或多个通信实体间交换的报文格式和次序，以及报文发送和/或接收一条报文或其他事件所采取的动作。

分层

原因：简单、容易学习、便于讨论。模块化的设计便于讨论，也简化了维护和升级，具体表现在某层次的服务对系统的其他层次透明，且某个层次改变后，只需改变与其相邻层次的接口。

层名	数据名
物理层	比特流
链路层	帧
网络层	数据报
传输层	报文段
应用层	报文

层名

数据名

物理层

比特流

链路层

帧

网络层

数据报

传输层

报文段

应用层

报文

常用协议及其端口

协议	端口
FTP	21
SMTP	25
DNS	53
HTTP	80

应用层

RTT

一个短分组从客户到服务器再返回客户的时间。包括分组传播时延、分组在中间路由器和交换机上的排队时延及分组处理时延。

HTTP 条件 GET

作用

解决缓存陈旧

过程

代理缓存器代替浏览器，向 Web 服务器请求某对象，Web 服务器向代理缓存器返回包含该对象的响应报文，其中包含Last-Modified
缓存器将该对象转发给浏览器，并在本地存储该对象和最后修改日期
一定日期后，另一用户请求同对象，因为服务器上的该对象可能已修改而缓存仍陈旧，因此对服务器发起条件 GET（包含 If-Modified-Since，值等于 Last-Modified）
如果没有修改，服务器发回304状态码，缓存器直接将缓存发回浏览器；若已修改，则再次缓存

SMTP 与 HTTP 比较

相同

都用于从一台主机向另一主机传送文件
进行文件传送时，持续的 HTTP 和 SMTP 都使用持续连接

不同

HTTP 主要是拉协议，SMTP 基本上是推协议
SMTP 的报文使用 7 比特 ASCII 码格式，HTTP 没有该限制
处理超文本文档时，HTTP 把每个对象封装到自身的响应报文中，SMTP 把所有报文对象封装到一个报文中

HTTP 工作流程

DNS 工作流程

HTTP、DNS、IP 综合工作

传输层

复用与分解

在源主机从不同套接字中收集数据块，并为每个数据块封装上首部信息从而生成报文段，然后将报文段传递到网络层。这称为多路复用。

将运输层报文段中的数据交付到正确的套接字的工作称为多路分解。

UDP、TCP 的复用及分解

UDP

复用：源主机运输层创建运输层报文段，其中包括应用数据、源端口号、目的端口号和其他两个值，然后将其传递到网络层，网络层将其封装入 IP 数据报，尽力而为地交付给目的主机

分解：目的主机根据报文段中的目的端口号将其交付到相应套接字的进程，套接字由二元组（目的 IP 地址，目的端口号）标识，因此即使两个报文段的源 IP 地址和源端口号不同，也会交付给同一套接字

TCP

复用：同 UDP

分解：目的主机根据报文段中的目的端口号将其交付到相应套接字的进程，套接字由四元组（源 IP 地址，源端口号，目的 IP 地址，目的端口号）标识，因此两个报文段的源 IP 地址和源端口号不同，就会交付给不同套接字

TCP 首部字段

源端口号和目的端口号
序号
确认号
首部长度、标志、接收窗口
因特网检验和、紧急数据指针
选项

TCP 三次握手、四次挥手

TCP 的流量控制、拥塞控制

流量控制：首部定义了窗口大小，接收方明确通过首部窗口字段发送接收窗口大小，从而限制发送方发送窗口的最大值，而发送方保证发送窗口大小不超过对方发送的接收窗口的大小
拥塞控制：第一、使用拥塞窗口cwnd控制发送窗口大小，发送窗口上限值=MIN（rwnd，cwnd）；第二、分组超时则认为拥塞，反之收到确认则认为网络未拥塞；第三、拥塞则少发（cwnd减小），未拥塞则多发（cwnd增大）；第四、网络未知的情况下，cwnd从最小开始，收到确认后cwnd逐渐增大；第五、为提高效率，开始增加速度快，到了一定阶段后增速变慢

网络层

转发表的使用

IP

首部

版本
首部长度
服务类型
数据报长度
标识、标志、片偏移
寿命
协议
首部检验和
源和目的 IP 地址
选项

标准大小为20字节。

分类

类别	网络号位数	主机号位数	网络个数	主机个数	地址范围
A 类	8	24	2⁷-2	2²⁴-2	1.0.0.0——126.255.255.255
B 类	16	16	2¹⁴	2¹⁶-2	128.0.0.0——191.255.255.255
C 类	32	8	2²¹	2⁸-2	192.0.0.0——223.255.255.255
D 类					224.0.0.0——239.255.255.255

特殊 IP

名称	地址	说明
广播地址	主机号全1
网络地址	主机号全0
内网地址（私有地址）	10.0.0.0——10.255.255.255，172.16.0.0——172.31.255.255，192.168.0.0——192.168.255.255	内部网络使用的地址，不能用于公网
链路本地地址	169.254.0.0——169.254.255.255	无 IP 地址时操作系统临时分配的 IP 地址
本地环回地址	127.0.0.0——127.255.255.255
本地链路广播地址	255.255.255.255

名称

地址

说明

广播地址

主机号全1

网络地址

主机号全0

内网地址（私有地址）

10.0.0.0——10.255.255.255，172.16.0.0——172.31.255.255，192.168.0.0——192.168.255.255

内部网络使用的地址，不能用于公网

链路本地地址

169.254.0.0——169.254.255.255

无 IP 地址时操作系统临时分配的 IP 地址

本地环回地址

127.0.0.0——127.255.255.255

本地链路广播地址

255.255.255.255

分片

原因

IP 数据报需封装在链路层帧中以从一个路由器传输到下一个路由器，而链路层协议的 MTU 限制了其大小。因此只能通过分片封装在不同的链路层帧中，使其小于链路层协议的 MTU。

实现

将 IP 数据报中的数据分片成两个或更多个较小的 IP 数据报，用单独的链路层帧将其封装，再向数据链路上发送这些帧
当一台目的主机从相同源收到一系列数据报时，根据数据报首部中的标识号是否相同，判断哪些数据报是一个大数据报的片。又根据标志是否为0，来确定是否对原始数据报已接收完毕。最后根据偏移字段来重新按序组装片为原始数据报

IP 地址计算

ICMP

作用

用于主机和路由器间彼此沟通网络层的消息。最典型用途是差错报告，除此之外还有：

目标地址不可达
网络拥塞
TTL 到期
IP 分组检验和失败
…

ping

ping 发送一个 ICMP 类型8编码0的报文到指定主机。看到回显请求后，目的主机发回一个类型0编码0的 ICMP 回显回答。用于确认是否能与目的主机连通。

链路状态路由选择算法、距离向量路由选择算法

链路状态路由选择算法

这是一种全局式路由选择算法

距离向量路由选择算法

比较

相同

都采用互补的方法来解决路由选择计算问题。

区别

LS 算法：每个结点与所有其他结点交谈，提供其直接相连链路的费用
DV 算法：每个结点与直接相连邻居交谈，提供自己到其他所有结点的最低费用估计

RIP

RIP 使用距离向量路由算法，用 UDP 传输（端口 520），以固定时间间隔（30s）交换路由信息。RIP 将距离定义为跳数，每经过一个路由器跳数加1，最大值为15（16则表示不可到达）。使用毒性逆转（向某条路由对应的出接口通告该路由为无穷大路由）等方法缓解环路影响。