计算机网络复习提纲

发布于 2020-08-18  2166 次阅读

计网复习

第一章

协议的基本要素：语法、语义和同步

网络的分类

  1. 电路交换：频分（FDMA）和时分（TDMA）

  2. 分组交换：

    a. 数据报网络（TCP/IP），分组目的地址决定下一跳，路由可以改变

    b. 虚电路网络（X.25,FR,ATM），路径固定，路由器必须为每个连接维护状态信息

分组延迟的四种类型
  1. 节点处理时延
  2. 排队时延。取决于路由器的拥塞程度 La/R（分组长度*平均分组到达率/链路带宽）
  3. 传输时延。取决于带宽
  4. 传播时延。取决于信号传播速度
网络模型

  1. ISO/OSI 七层参考模型

    应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

  2. TCP/IP 参考模型

    应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

第二章

HTTP是无状态协议

  1. 非持久HTTP：每个TCP只能传输一个对象
  2. 持久HTTP: 每个TCP上可以传输多个对象

RTT（Round-Trip Time）往返时间： 1个小分组从客户主机到服务器再到客户主机所花费的时间.

总时间 = 2*RTT + 传输时延

FTP：21端口用于控制连接、20端口用于数据连接

SMTP：用于邮件服务器之间信件的传输

DNS查询方法
  1. 递归查询（本地DNS服务器以DNS客户的身份向根DNS服务器查询，再由根服务器去查询ip）
  2. 迭代查询（一级一级地问每个DNS服务器，直到找到最低一级的服务器ip）

第三章

传输层服务和协议

在两个不同的主机上运行的应用程序之间提供逻辑通信

多路复用和多路分解
  1. 多路复用：从多个套接字收集数据，用首部封装数据，然后将报文段传递到网络层
  2. 多路分解：将接收到的数据段传递到正确的套接字
UDP
数据包的定义

校验和的计算

image-20200814235407463

校验和的检验：将数据包的首部（包括伪首部）进行求和，然后变反

image-20200814235600440

可靠数据传输
rdt1.0

image-20200815142628655

rdt2.0

image-20200815142639146

image-20200815142739302

这是一个停-等协议，发送方发送一个报文，然后等待接收方的响应

rdt2.0 有一个缺陷，发送方并不知道接收方发生了什么，不能正确重发，可能重复

rdt2.1

image-20200815143217320

  1. 状态加倍

  2. 必须检查是否收到混淆的 ACK/NAK

image-20200815143223102

  1. 必须检查是否接收到重复的报文
  2. 接收方并不知道它的上一个 ACK/NAK 是否被发送方正确收到
rdt2.2

image-20200815143536174

  1. 功能和 rdt2.1 一样
  2. 只使用 ACK，接收方在收到报文后放松的 ACK 中明确包含被确认的报文的序号
  3. 发送方收到重复的 ACK 将导致重发当前报文
rdt3.0

假设：下层信道会丢失报文（数据和ACK）

发送者等待合理的确认时间

  1. 若未在时间内收到ACK就重发
  2. 使用序号来解决重发导致的重复问题

image-20200815144017493

image-20200815144039333

image-20200815144045178

流水线

发送方

  1. 用于增加利用率

  2. 在分组头中规定一个k位的序号

  3. 增加“窗口”，允许连续未确认的报文

    窗口（等待发送的报文）必须小于等于序号空间（一次性发送的报文）大小的一半

接收方：

  1. 总是为正确接收的最高序号的分组发送 ACK （提示发送方进行选择性重传）
  2. 只需要记住被期待接受的序号
  3. 如果收到乱序数据，则丢弃，只保留有顺序的
TCP
报文段结构

image-20200816154653184

  1. 序号（Seq）代表当前发送的数据在字节流中的编号
  2. 确认号（ACK）代表期望从另一边获取到的数据的编号
序号和确认

image-20200816160757477

image-20200816161401530

快速重传

发送方收到三个对同样报文段的确认，则认为该报文段之后的数据已经丢失，启用快速重传

流量控制
  1. 接收方在报文段中宣告接收窗口的剩余空间
  2. 发送方限制没有确认的数据不超过接收窗口
连接管理

握手（重要）

连接的建立（三次握手）：

image-20200816162619558

  1. 发送方发送 SYN 包
  2. 接收方收到包后发送 ACK+SYN 包
  3. 发送方发送 ACK 包

进行上述行为的同时要注意 Seq 和 ACK 的改变

连接的结束（四次握手）：

image-20200816162346143

  1. 发送方发送 FIN 包（发送方进入等待状态，只能收不能发）

  2. 接收方发送 ACK 包（此时接收方还能继续发送数据）

  3. 接收方再发送 FIN 包（此后接收方就不能发送数据了）

  4. 发送方发送 ACK 包（完成整个 TCP 通信）

拥塞控制

image-20200816164006153

  1. 一开始处于慢启动状态（启动速度慢，增加得快）
  2. cwnd 达到阈值 ssthresh 时，进入拥塞避免状态（每次增加 MSS*(MSS/cwnd)）
  3. 若收到三个重复的 ACK，那么就进入快速恢复状态，并且阈值 ssthresh 减半，cwnd 减半 + 3
  4. 只要超时，就立刻恢复慢启动状态

image-20200816164616109

第四章

第五章

网络层的功能
  1. 转发，将分组从路由器输入端口转移到正确的输出端口
  2. 路由，确定分组从发送方传输到接收方所经过的路径
数据平面和控制平面

  1. 数据平面

    本地的，每个路由器自身的功能

  2. 控制平面

    整个网络范围。

    两种控制平面的实现方式：

    a) 传统的路由算法，在路由器内实现

    b) 软件定义网络（SDN），在远程服务器上实现

网络层可能提供的服务
  1. 确保交付
  2. 具有时延上界的确保交付
  3. 有序分组交付
  4. 确保最小带宽
  5. 确保最大时延抖动
连接与无连接服务
  1. 数据报网络：无连接
  2. 虚电路网络：连接

数据报网络

特点
  1. 网络层服务模型简单
  2. 端系统功能复杂
最长前缀匹配

image-20200817231949465

路由器查表方法
  1. 存在匹配，转发
  2. 不存在匹配，选择其他项对应的链路转发
  3. 存在多个匹配，使用最长前缀匹配规则转发
路由器交换结构

image-20200817233046306

  1. 内存。数据会两次穿过总线（传入和传出内存）
  2. 总线。每次只能有一个分组传送。其他的分组会被阻塞，排队等待总线为空
  3. 纵横式（交换矩阵）
IP数据报

image-20200817233650161

IP地址分类

image-20200817233818155

image-20200817233845910

image-20200817233850064

image-20200817233855243

image-20200817233902932

image-20200817233930030

子网掩码和子网划分

见PPT

DHCP（应用层协议）

image-20200817235138088

1-5：DHCP确定动态IP地址的过程 DHCPDISCOVER - DHCPOFFER - DHCPREQUEST - DHCPACK

6：DHCP客户租用期过了一半，发送请求报文 DHCPREQUEST 要求更新租用期

7：若服务器拒绝，则返回 DHCPNACK

8：若服务器同意，则返回 DHCPACK

9：DHCP使用结束，客户向服务器发送释放报文 DHCPRELEASE

NAT

网络地址转换

ICMP

image-20200817235612031

image-20200817235638312

IPv6
  1. 不允许分片
  2. 固定长度的 40 Bytes 首部

image-20200817235747019

路由
Dijkstra最低费用路径算法

基本思想：以源节点为起点，每次找出一个到原节点的费用最低的节点，直到把所有的目的节点都找到为止。然后再从目的节点开始依次寻找前驱，就能遍历整个最短路径，形成最小生成树。

image-20200818175214801

image-20200818175223106

image-20200818175234665

距离向量路由算法

基本思想：每个节点维护一个距离向量表，每个节点不断向邻居发送其距离向量拷贝，当节点 x 收到邻居 v 的新距离向量，先保存，并用 B-F 公式更新自己的距离向量，并通知其邻居，直到距离向量不再变化。
$$
D_x(y) = min_v{c(x,v)+D_v(y)}
$$

image-20200818180410338

通知邻居时传播的特性：坏事（距离变长）不出门，好事（距离变短）传千里

image-20200818180708548

image-20200818180712350

image-20200818180715714

image-20200818180724972

image-20200818181004722

小练习（重要）：

image-20200818181119868

image-20200818181115037

image-20200818181124474

image-20200818181128430

层次选路

域间路由协议（IGP）

IGP，也叫内部网关协议

RIP 路由信息协议*

  1. 距离向量算法

  2. 距离衡量：跳数（max = 15）

OSPF 开放最短路径优先
  1. 分发LS 分组
  2. 每个节点具有拓扑图
  3. 路由计算使用 Dijkstra 算法
  4. OSPF 信息直接通过 IP 传输

image-20200818182236308

image-20200818182242791

image-20200818182247612

IGRP 内部网关路由协议（Cisco特有）
域间选路：BGP

image-20200818182340764

image-20200818182348664

image-20200818182351788

SDN（软件定义网络）

SDN的核心理念是，希望应用软件可以参与对网络的控制管理，满足上层业务需求，通过自动化业务部署，简化网络运维。

SDN并不是一个具体的技术，它是一种网络设计理念，规划了网络的各个组成部分（软件、硬件、转发面和控制面）及相互之间的互动关系。

image-20200818182457810

image-20200818182450653

OpenFlow

image-20200818182512107

第六章

链路层概述

建议直接看ppt

主机和路由器：节点

沿着通信路径连接相邻节点的通信通道：链路

分组：数据帧

差错检测和纠错

三种技术：

奇偶校验
普通的奇偶校验

奇校验：必须有奇数个1

偶校验同理

二维奇偶校验

image-20200818233603340

image-20200818233614315

可以检测并纠正单个比特差错

Internet校验和（传输层）

image-20200818233700068

循环冗余检测（链路层）

使用CRC编码

image-20200818233839897

image-20200818233911378

r是自己选定的，r是多少，就在被除数后面填几个0，最后算出来的余数就是CRC码

CRC编码，一位错误可检测到，六位错误一般情况下不可以

多路访问协议
信道划分协议

  1. 时分多路访问 TDMA (time division multiple access)

    image-20200819004903790

    节点速率有限，只有 R/N b/s

    效率不高，节点必须等待它的传输时隙

  2. 频分多路访问FDMA (frequency division multiple access)

    image-20200819005019254

  3. 码分多路访问CDMA (frequency division multiple access)

image-20200819005035729

随机访问协议

image-20200819005108393

  1. ALOHA

    纯ALOHA：

    帧一到达，立即传输

    发现冲突，以 p 的概率立即重传，并以 1-p 的概率等待一个帧的传输时间后继续以概率 p 传输该帧。

    效率：$1/(2e) = 0.18$

    时隙ALOHA：

    节点只能在一个时隙的开始才能传送

    最大效率：$1/(e) = 0.37$

  2. CSMA（载波监听多路访问）

    在某个节点发送之前，先监听信道。若忙，则随机等待一段时间；若空，则开始传输

    但是由于传播时延的存在，仍有可能出现冲突，并造成信道浪费

  3. CSMA/CD（带冲突检测的CSMA）

    检测到冲突，就立刻放弃传输，并且在 {0,1,2,…,2m-1} 中随机选取一个K值 ，其中m=min(n,10)，然后*等待K512比特时间**

  4. CSMA/CA

轮流协议

  1. 轮询

    主节点邀请从节点依次传送

    image-20200819010238171

  2. 令牌传递

    控制令牌顺序从一个节点传递到下一个节点

    image-20200819010241912

局域网概述

见ppt

ARP与MAC

见ppt

以太网

以太网的帧结构：

image-20200819010626657

前同步码是用来时钟同步的，接收方收到后就会删除。

CRC的校验范围不包括前同步码

image-20200819010631175

以太网的最大传输单元MTU是1500字节，过大，必须将数据包分段

最小长度是46字节，过小，必须填充为46字节。

交换机

详情见ppt

交换机的交换方式
  1. 存储转发
  2. 快速分组（直通交换）
Vlan

见ppt

第七章

无线网络和网络安全 见ppt

CTFer|NOIPer|CSGO|摸鱼|菜鸡