《计算机网络》笔记

写在前面：本文为笔者学习《计算机网络》时的部分笔记，其余记录在本子上，日后有时间补全。

1 计算机网络体系结构

分层模型及协议

层	协议
网络层	ICMP
数据链路层	HDLC,PPP,SLIP

2 物理层

2.2-2.3

同轴电缆带宽高得益于抗干扰性强。

中继器不能连接具有不同速率、协议的网段。

中继器放大数字信号，放大器放大模拟信号。

某网络设备如果具有存储转发功能，则认为有两个不同的协议。

两个网段在物理层进行互联时要求数据传输率相同，数据链路层协议可以不同。（原因：本次及本层一下的协议必须相同，本层以上协议可以不同。）

用集线器连接的工作站属于同一冲突域和广播域。

数据链路层

3.1

帧错：计时器超时重发。

数据链路层不必考虑物理层如何实现物理传输（为终端结点隐蔽物理传输的细节）。

3.3

奇偶校验码只能检测出错而无法进行修正，也无法检测出双位错误。

CRC：通信双方必须预先商定一个生成多项式。待r个校验位的多项式编码可以检测到所有长度小于或等于r的突发性错误。用硬件实现

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海明码：“纠错”d位，码距2d+1；“检错”d位，码距d + 1。

3.4

对窗口大小为n的滑动窗口，最多可以有n - 1帧已发送但没有确认。

3.5 介质访问（*）

信道划分
TDM利用介质的位速率比单个信号的位速率大，FDM利用介质的带宽大于结合信号的带宽。
在计算机网络中使用TDM而非FDM的原因是TDM可用于数字传输而FDM不行。

随机访问MAC
纯ALOHA协议信道利用率为18.4%。
只有随机访问MAC协议才会发生冲突。
CSMA/CD定义的争议期是最远两个端点的往返传输时间。在数据传输率提高的时候，为了避免冲突（ $\ 最小帧长=往返传输时间\times数据传输率\times2$），增加最小帧长或者减少往返传输时间，即缩短最远距离。

$\ 最短帧长 = 2 \times 数据传输率 \times \frac {传播距离}{传播速率}$
$\ \tau = \frac {传播距离}{传播速率} ，最短检测到冲突的时间为 \tau， 最长时间为2 \tau$
CSMA/AD会发送确认帧，而其他的MAC协议如CSMA/CD，ALOHA等不会发送确认。

轮询访问
多路复用器的主要功能是结合多条线路的信号。
令牌环路所有结点共享网络带宽。

3.6 局域网

工作在数据链路层和物理层。网卡用来实现以太网协议，同样也主要作用在数据链路层和物理层。
MAC地址：以太网地址，局域网硬件地址，通常存在网卡中。
LLC子层给帧加序号。
以太网
并非所有类型都用半双工|CSMA/CD，如10吉比特只能全双工就不用CD了。
广播域是全体，A发出的数据自己也能收到。
两个设备有相同MAC地址会导致两个设备都不能正确通信。
命名方式：10（传输速度）BASE（基带传输）-2/5/T/F（数字表示传输距离，字母表示介质材料，T为双绞线，F为光纤）
采用曼彻斯特编码，每一位数据都需要两个电平；采用分组交换的方式；数据以帧的形式传输。段间相连使用中继器。
吉比特以太网支持流量控制功能。

逻辑	总线
物理	星型

MTU是1500字节。
IEEE802.3
规定同轴电缆最远500米，双绞线最远100米，光纤200米。

无线局域网不用CSMA/CD的原因是不需要在发送的时候检测冲突。
令牌环网的站点一段时间内可以持有令牌+发送数据，但不能一直持有。

3.7 广域网

使用的协议主要在网络层，覆盖物理层、数据链路层、网络层。

广域网	局域网
OSI层次	物理层、数据链路层、网络层
着重点	资源共享

联系：从互联网角度，二者相同。
广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。
PPP协议在异步中使用字符填充。两端的网络层可以使用不同的网络层协议。
HDLC协议中主动相应只能由主站启动。帧分为3类：信息帧、监督帧、无编号帧。

3.8 数据链路层设备

注意14 15 16 18 19题。
网桥
可以连接不同类型的局域网（还包括不同物理层、不同MAC子层和不同速率的以太网）。
网桥可隔离信息，将网络划分为多个网段，一个网段的故障不会影响到另一个网段运行。
网桥对网络进行过滤和分段。但是传递所有广播信息，导致广播风暴。
交换机（多端口网桥）
利用交换机可以实习虚拟局域网VLAN，VLAN可以隔离冲突域与广播域。
透明网桥和源路由网桥中的最佳路由是往返时间最短的路由，而非经过路由器最少的路由。
进行转发决策时使用的PDU地址是目的物理地址。（数据链路层仍旧使用物理地址）
交换机的总带宽随着端口结点的增加而增加。交换机连接N带宽的网络，玫瑰用户可以占用的带宽为N.
交换机检查帧中6B的地址。
传输时延：路由器>网桥>交换机>集线器
不能实现采用不同网络层协议的网络互联。
交换机隔离冲突域，适合用于本局域网内通信量大的局域网。

冲突域与广播域

隔离冲突域	隔离广播域
网络层设备（路由器）	Yes
数据链路层设备（网桥、交换机）	Yes
物理层设备（中继器、集线器）	No

4

4.1

4.2 路由算法

注意第5题
8-10超出
距离向量协议中，慢收敛导致路由器接收无效的路由信息，从而导致路由回路的问题。

链路状态协议
发生链路状态变化的时候，用洪泛法传送信息，不局限于与相邻的路由器交换。

4.3 ip4

注意2、7、9 、13、15、20、22、28、30、35、36、38。
RARP（逆地址解析协议）、IP、ARP、ICMP是网络层协议。
表头的协议表示IP协议使用的上层协议，6TCP，17 UDP。 版本表示ip的版本，4为ipv4，6为ipv6。
标识：是一个计数器，每产生一个数据报就加1，并赋值给标识字段。
标志：DF=1表示超过MTU的分组要被丢弃，并发送ICMP差错报文；DF=0则进行分片， MF=1表示收到的分片不是最后的分，MF=0是最后的分片。
片偏移：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。
标识、标志和片偏移与分片、组装有关。
数据到达目的网络后，要传到目的主机，需要知道IP地址对应的物理地址（MAC地址）。分片的数据报在目的主机重组。
划分子网的好处是减小广播域，提高IP地址的利用率，而不会增加网络的数量。

T20 除了网络以外剩下5为可以分为三级地址，主机号至少需要2位，即一个子网2个主机，子网号最多3位，8个子网；如果是2级地址，那么5为都用于主机号，就可以有30个主机。

类别	子网掩码
A	255.0.0.0
B	255.255.0.0
C	255.255.255.0

特殊网络地址	含义
主机全为0	本网络
主机号全为1	本网络直接广播地址
127.x.y.z	环路自检
32位全为0	本网络的主机
32位全为1	整个TCP/IP的网络的广播

一个主机有2个IP地址，则该主机可能使用两个逻辑网络，题目中属于C类地址，只能选C，C的逻辑网络与题目信息不同。
IPv4中分组可以在路由器上进行，因为可能出现不同网络的MTU不同的情况。组装一定是发生在目的主机上。
T36 在同一网段内的主机可以正常通信，Heap的默认网关为192.168.3.1与Right的接口192.168.3.254不同，所以不能访问Internet，而且H1 H3的默认网关不同，只能直接由swith和hub进行通信，需要依赖R2但是R2和H1不能正常通信，所以C错。
0.0.0.0只能作为IP分钟的源地址，不能是目的地址。
相互通信的主机不在一个子网内，因此不可以直接通过ARP广播得到目的站的硬件地址。
路由器在转发IP数据报时，重新封装源硬件地址和目的硬件地址 （因为硬件地址只有本地意义）；首部的源IP地址和目的IP地址不发生改变。
私有地址,需要记住（不能出现在因特网上）

A	B	C
10.0.0.0-10.255.255.255	172.16.0.0-172.31.255.255.255	192.168.0.0-192.168.255.255

T41 NAT的表项需要管理员添加，不在表项内就丢弃分组。
ARP协议的作用是根据IP地址查询MAC地址。
ICMP协议属于IP层协议，ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上IP数据报的首部，组成IP数据报发出去。缺乏差错控制机制，主机和网络管理查询机制。
T52根据“最长前缀匹配原则”，选择匹配最长的子网。
二

1. 首部长度的单位是4B。
2. IP数据报首部固定长度为20B。学习这道题。
3. 所有报片的最小载荷（除了最后一个报片以外）都是8B的倍数。
4. 学习。

4.4 ip4

（待补全）

4.8 网络层设备

路由器面向协议，实现网络层、数据链路层、物理层的功能。
路由表由软件实现；转发表由软件/硬件实现。
转发仅涉及一个路由器，而路由选择涉及多个路由器。
只能根据IP地址转发。
分组转发部分包含：1 交换结构 2 输入端口 3 输出端口。
路由选择部分包含：1 路由选择处理机 2 路由选择协议 3 路由表
默认路由的目的地址和子网掩码都是0.0.0.0
IP网关和IP路由器是同一词。gateway

设备	功能
路由器
网桥	互联两个物理层和数据链路层不同的网段
中继器	不能互联两个物理层不同的网段（因为中继器没有存储转发功能）

5 传输层

5.1 传输层提供的服务

层	传输层	网络层
复用	发送方不同的应用进程可以使用同一个传输层协议传送数据	发送方不同的协议的数据都可以封装为IP数据报
分用	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程序	接收方的网络层在剥去首部后把数据交付给相应的协议

SAP：数据链路层MAC，网络层IP，传输层 端口（或称软件端口，标识应用进程）。
FTP:文件传输，HTTP：超文本协议，TELNET远程登录
TFTP：小文件传送协议，DNS，实时协议RTP
UDP协议不进行拥塞控制、差错控制。

协议	FTP	TELENT	SMTP	DNS	TFTP	HTTP	POP3	SNNP
端口号	21	23	25	53	69	80	110	161

IP	TCP	UDP
最短首部长度（B）	20	20

5.2 UDP

UDP检验和
计算的是首部和数据部分。
如果不要，可以全部为0。
检错能力不强，但是简便。（如果特意提及，那就是UDP校验和对伪首部、UDP报文头及应用层数据进行校验）
如果校验和的计算结果为0，那么就置为0。
计算方法：二进制反码运算求和再取反。
客户/服务器，远程调研，实时多媒体应用，多播：UDP；远程登录：TCP。

伪首部包含源IP和目的IP，这是IP数据报的一部分。
注意题目 二、4 5

5.3 TCP

可靠：保证接受放进程从缓存区读出的字节流与发送方发出的字节流是完全一样的。
T21 拥塞窗口大小在超时后变为1KB，第一次RTT传输成功，为2KB，第二次4KB，随后第4次16KB，（之前的门限值为17KB）
T22 做阅读理解。这道题的含义是从初始的1KB的开始
T23 关键词 均获得确认
T29 ACK=x+1
T32 主机1端口x与主机2端口y之间只能建立唯一一条TCP，再建立一条则会失败，但不会影响先建立连接的传输。

6应用层

6.1 网络应用模型

客户端必须实事先知道服务器的地址才能发出连接请求，服务器无需提前得知。一旦连接确认，服务器可以主动发数据。
客户机面向客户，服务器面向任务。客户机前段，服务器后端。
P2P网络是一种动态的逻辑网络。通信模式指直接通信能力。

6.2 DNS系统

主机一定要有IP地址，不一定要有域名。
域名在不同时期可以解析出不同IP地址（可以用多台服务器来分担负载）。
可以将多个域名指向同一个IP地址。
域名与IP地址、MAC地址、主机都不具有一一对应的关系。主机通过两块网卡接入则有两个IP地址，两个MAC地址。多个主机映射到同一域名（负载均衡），一个主机映射到多个域名。
主机只需要知道本地域名服务器的IP，其他的根域名服务器等不需要知道。
授权域名服务器可以将其管辖的主机名换为该主机的IP地址。

6.3 FTP

FTP提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型与格式，允许文件有存取权限。
在服务器端，控制连接的端口21，数据连接的端口20；客户端，端口自动分配。常设端口都是服务器端口。
控制信息是带外传递的是FTP协议（分离的控制连接）。
FTP客户和服务器间传递FTP命令时，使用TCP的控制连接。
FTP服务器，在客户端主动的时候使用其他端口。

6.4 电子邮件

格式：用户名@邮箱所在主机的域名
HTTP协议可以用于发送、收取电子邮件。
SMTP协议允许客户向服务器或者服务器之间发送邮件。
POP3协议在传输层使用明晚传输密码，并不加密。基于ASCII编码。一个账号在服务器上只能由一个邮件接受目录。
MIME协议允许电子邮件系统传输文字、图像、语音与视频等多种信息。

6.5 万维网

协议	FTP数据连接	FTP控制连接	TELNET	SMTP	DNS	TFTP	HTTP	POP3	SNNP
使用协议	TCP	TCP	TCP	TCP	UDP	UDP	TCP	TCP	UDP
端口号	20	21	23	25	53	69	80	110	161

HTTP协议
HTTP1.0只能非持续连接，1.1默认使用持续连接。
HEAD： 服务器对HTTP报文进行相应，不会返回请求对象；用于调试。
Cookie会威胁用户隐私，由服务器产生，存在于用户处
非持续连接对每次请求/相应都要建立一次TCP连接。包含100个图片对象的web页面，需要打开、关闭100个TCP连接。
Connection:Close 非持续连接/keep-alive持续连接