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news 2025/7/6 9:23:48

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計算機網(wǎng)絡

1.概述

1.1概念

含義

計算機網(wǎng)絡：是一個將分散的。具有獨立功能的計算機系統(tǒng)，通過通信設備和線路連接起來，由功能完善的軟件實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。

簡單點說，計算機網(wǎng)絡是互聯(lián)的，自治的計算機集合。

功能

數(shù)據(jù)通信（連通性）
資源共享
分布式處理
提高可靠性
負載均衡

組成

組成部分：硬件，軟件，協(xié)議
工作方式

邊緣部分用戶直接使用（C/S方式——服務端客戶端方式，P2P方式——PeertoPeer，不太理解）
核心部分為邊緣部分服務

功能組成

通信子網(wǎng) 實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信
資源子網(wǎng) 實現(xiàn)資源共享/數(shù)據(jù)處理

分類

1.2性能指標

速率

速率即數(shù)據(jù)率或稱數(shù)據(jù)傳輸率或比特率（bit）。即將數(shù)據(jù)從主機傳到信道上的速度。

一般位簡寫為小寫字母“b”，字節(jié)簡寫為大寫字母“B”。

注意

帶寬

計算機網(wǎng)絡中，帶寬用來表示網(wǎng)絡的通信線路傳送數(shù)據(jù)的能力，通常是指單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。單位是“比特每秒”，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。

以豌豆射手舉例，假設1b/s是指每秒發(fā)出一個炮彈，那2b/s就是每秒發(fā)出兩個炮彈，但是炮彈飛行的速度是不變的。

吞吐量

表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。單位b/s，kb/s，Mb/s等。

吞吐量受網(wǎng)絡的帶寬或網(wǎng)絡的額定速率的限制。

以公園為例，假設公園每秒最多進100人（帶寬），但是現(xiàn)在只有30個人進入公園，所以吞吐量就是30人/s.

時延

指數(shù)據(jù)（報文/分組/比特流）從網(wǎng)絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。也叫延遲或遲延。單位是s。

排隊時延和處理時延類似于火車站排隊進站時的場景，排隊時間就是排隊時延，安檢時間就是處理時間。

時延帶寬積

時延帶寬積=傳播時延 X 帶寬

時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。即“某段鏈路現(xiàn)在有多少比特”。

往返時延RTT

從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到接收方的確認（接收方收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認），總共經(jīng)歷的時延。

RTT = 往返傳播時延（傳播時延*2）+ 末端處理時延（基本忽略不計）

利用率

1.3分層結(jié)構(gòu)

分層的基本原則

各層之間相互獨立，每層只實現(xiàn)一種相對獨立的功能。
每層之間界面自然清晰，易于理解，相互交流盡可能少。
結(jié)構(gòu)上可分割開。每層都采用最合適的技術(shù)來實現(xiàn)。
保持下層對上層的獨立性，上層單向使用下層提供的服務。
整個分層結(jié)構(gòu)應該能促進標準化工作。

分層結(jié)構(gòu)中的概念

1.實體:第n層中的活動元素稱為n層實體。同一層的實體叫對等實體。

2.協(xié)議:為進行網(wǎng)絡中的對等實體數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定稱為網(wǎng)絡協(xié)議。【水平】

語法:規(guī)定傳輸數(shù)據(jù)的格式
語義:規(guī)定所要完成的功能
同步:規(guī)定各種操作的順序

3.接口（訪問服務點SAP) :上層使用下層服務的入口。

4.服務:下層為相鄰上層提供的功能調(diào)用?！敬怪薄?/p>

上一層的PDU變成下一層的SDU。

1.4 OSI參考模型

五層參考模型是為了方便學習而劃分出來的，實際上并沒有這個模型。

使用OSI模型時的通信過程

接下來會介紹一下各個層的作用

應用層

所用能和用戶交互產(chǎn)生網(wǎng)絡流量的程序。如QQ，瀏覽器等

典型的應用層服務：

文件傳輸（FTP）
電子郵件（SMTP）
萬維網(wǎng)（HTTP）

表示層

用于處理在兩個通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式（語法和語義）

功能：

數(shù)據(jù)格式變換（翻譯官）
數(shù)據(jù)加密解密
數(shù)據(jù)壓縮和恢復

會話層

向表示層實體/用戶進程提供建立連接并在連接上有序地傳輸數(shù)據(jù)。這是會話，也是建立同步(SYN)。

功能：

建立、管理、終止會話
使用校驗點可使會話在通信失效時從校驗點/同步點繼續(xù)恢復通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。適用于傳輸大文件。

傳輸層

負責主機中兩個進程的通信，即端到端的通信。傳輸單位是報文段或用戶數(shù)據(jù)報。

功能：

可靠傳輸，不可靠傳輸（一般用于小文件）
差錯控制（用來處理傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤）
流量控制（當兩臺主機處理數(shù)據(jù)的速度不匹配時，會對速度過快的主機進行控制）
復用分用
- 復用:多個應用層進程可同時使用下面運輸層的服務。
- 分用:運輸層把收到的信息分別交付給上面應用層中相應的進程。

網(wǎng)絡層

主要任務是把分組從源端傳到目的端，為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務。

網(wǎng)絡層傳輸單位是數(shù)據(jù)報。把數(shù)據(jù)報進行切割后，就是分組。

功能：

路由選擇（選擇最合適的路由來傳遞數(shù)據(jù)）
流量控制
差錯控制
擁塞控制（若所有結(jié)點都來不及接受分組，而要丟棄大量分組的話，網(wǎng)絡就處于擁塞狀態(tài)。因此要采取一定撒施，緩解這種擁塞。）

數(shù)據(jù)鏈路層

主要任務是把網(wǎng)絡層傳下來的數(shù)據(jù)報組裝成幀。

數(shù)據(jù)鏈路層/鏈路層的傳輸單位是幀。

功能:

成幀（定義幀的開始和結(jié)束）
差錯控制
流量控制
訪問（接入）控制（控制對信道的訪問）

物理層

主要任務是在物理媒體上實現(xiàn)比特流的透明傳輸。

物理層傳輸單位是比特。

透明傳輸:指不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的比特組合,都應當能夠在鏈路上傳送。

功能：

定義接口特性
定義傳輸模式
- 單工接受方和發(fā)送方已經(jīng)確定，不能更改
- 半雙工介于兩者之間。同一時間段內(nèi)，只能有一個接受方或發(fā)送方，但是身份可以調(diào)換。
- 雙工可以同時當做接收方和發(fā)送方，類似于打電話
定義傳輸速率
比特同步
比特編碼

1.5 TCP/IP模型

2.物理層

2.1物理層概念

物理層解決如何在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的傳輸媒體。

物理層主要任務 : 確定與傳輸媒體接口有關的一些特性（即定義標準）

物理層的幾個特性

機械特性：定義物理連接的特性，規(guī)定物理連接時所采用的規(guī)格、接口形狀、引線數(shù)目、引腳數(shù)量和排列情況。
電氣特性：規(guī)定傳輸二進制位時，線路上信號的電壓范圍、阻抗匹配、傳輸速率和距離限制等。
功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平表示何種意義，接口部件的信號線的用途。
規(guī)程特性(過程特性）：定義各條物理線路的工作規(guī)程和時序關系。

2.2數(shù)據(jù)通信基礎知識

數(shù)據(jù)通信模型

調(diào)制解調(diào)器就是路由器

相關術(shù)語

通信的目的是傳送消息（消息:語音、文字、圖像、視頻等）。
數(shù)據(jù)data:傳送信息的實體，通常是有意義的符號序列。
信號:數(shù)據(jù)的電氣/電磁的表現(xiàn)，是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的存在形式。

信源:產(chǎn)生和發(fā)送數(shù)據(jù)的源頭。
信宿:接收數(shù)據(jù)的終點。
信道:信號的傳輸媒介。一般用來表示向某一個方向傳送信息的介質(zhì)，因此一條通信線路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。

數(shù)據(jù)通信的方式

單工通信：只有一個方向的通信而沒有反方向的交互，僅需要一條信道。（廣播）
半雙工通信：通信的雙方都可以發(fā)送或接收信息，但任何一方都不能同時發(fā)送和接收，需要兩條信道。（對講機）
全雙工通信：通信雙方可以同時發(fā)送和接受信息，也需要兩條信道。（打電話）

串行傳輸&并行傳輸

串行傳輸：將表示一個字符的8位二進制數(shù)按由低位到高位的順序依次發(fā)送。

特點：速度慢，費用低，適合遠距離

并行傳輸：將表示一個字符的8位二進制數(shù)同時通過8條信道發(fā)送。、

特點：速度快，費用高，適合近距離。

2.3 碼元，速率，波特

碼元

碼元是指用一個固定時長的信號波形（數(shù)字脈沖)，代表不同離散數(shù)值的基本波形，是數(shù)字通信中數(shù)字信號的計量單位，這個時長內(nèi)的信號稱為k進制碼元，而該時長稱為碼元寬度。當碼元的離散狀態(tài)有M個時(M大于2)，此時碼元為M進制碼元。

1碼元可以攜帶多個比特的信息量。例如，在使用二進制編碼時，只有兩種不同的碼元，一種代表0狀態(tài)，另一種代表1狀態(tài)。

例如：K進制碼元——4進制碼元——>碼元的離散狀態(tài)有4個——>4種高低不同的信號波形 00、01、10、11(四種不同的電平)，這時一個碼元攜帶兩個比特的信息量。

速率

速率也叫數(shù)據(jù)率，是指數(shù)據(jù)的傳輸速率，表示單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量?？梢杂么a元傳輸速率和信息傳輸速率表示。

碼元傳輸速率:別名碼元速率、波形速率、調(diào)制速率、符號速率等，它表示單位時間內(nèi)數(shù)字通信系統(tǒng)所傳輸?shù)拇a元個數(shù)（也可稱為脈沖個數(shù)或信號變化的次數(shù))，單位是波特（Baud)。1波特表示數(shù)字通信系統(tǒng)每秒傳輸一個碼元。
信息傳輸速率:別名信息速率、比特率等，表示單位時間內(nèi)數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)亩M制碼元個數(shù)（即比特數(shù))，單位是比特/秒(b/s )
關系:若一個碼元攜帶n bit的信息量，則M Baud的碼元傳輸速率所對應的信息傳輸速率為M×n bit/s。

2.4 奈氏準則，香農(nóng)定理

失真

影響失真程度的因素: 1.碼元傳輸速率 ⒉信號傳輸距離 3.噪聲干擾﹐4.傳輸媒體質(zhì)量

碼間串擾

碼間串擾:接收端收到的信號波形失去了碼元之間清晰界限的現(xiàn)象。

奈氏準則

奈氏準則:在理想低通（無噪聲，帶寬受限)條件下，為了避免碼間串擾，極限碼元傳輸速率為2W Baud，W是信道帶寬，單位是Hz。

注意：只有在這兩個公式這帶寬才用Hz! !

在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜摹Ｈ魝鬏斔俾食^此上限，就會出現(xiàn)嚴重的碼間串擾問題，使接收端對碼元的完全正確識別成為不可能。
信道的頻帶越寬（即能通過的信號高頻分量越多)，就可以用更高的速率進行碼元的有效傳輸。
奈氏準則給出了碼元傳輸速率的限制，但并沒有對信息傳輸速率給出限制。
由于碼元的傳輸速率受奈氏準則的制約，所以要提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，就必須設法使每個碼元能攜帶更多個比特的信息量，這就需要采用多元制的調(diào)制方法。

香農(nóng)定理

噪聲存在于所有的電子設備和通信信道中。由于噪聲隨機產(chǎn)生，它的瞬時值有時會很大，因此噪聲會使接收端對碼元的判決產(chǎn)生錯誤。但是噪聲的影響是相對的，若信號較強，那么噪聲影響相對較小。因此，信噪比就很重要**。信噪比=信號的平均功率/噪聲的平均功率，常記為S/N，并用分貝(dB）作為度量單位**，即:

香農(nóng)定理:在帶寬受限且有噪聲的信道中，為了不產(chǎn)生誤差，信息的數(shù)據(jù)傳輸速率有上限值。

信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。
對一定的傳輸帶寬和一定的信噪比，信息傳輸速率的上限就確定了。
只要信息的傳輸速率低于信道的極限傳輸速率，就一定能找到某種方法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。
香農(nóng)定理得出的為極限信息傳輸速率，實際信道能達到的傳輸速率要比它低不少。
從香農(nóng)定理可以看出，若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限（不可能），那么信道的極限信息傳輸速率也就沒有上限。

兩者對比

2.5編碼和調(diào)制

1.基帶信號與寬帶信號

基帶信號：將數(shù)字信號1和0直接用兩種不同的電壓表示，再送到數(shù)字信道上去傳輸（基帶傳輸）。

寬帶信號：將基帶信號進行調(diào)制后形成的頻分復用模擬信號，再傳送到模擬信道上去傳輸（寬帶傳輸）。

在傳輸距離較近時，計算機網(wǎng)絡采用基帶傳輸方式（近距離衰減小，從而信號內(nèi)容不易發(fā)生變化)

在傳輸距離較遠時，計算機網(wǎng)絡采用寬帶傳輸方式(遠距離衰減大，即使信號變化大也能最后過濾出來基帶信號)

2.編碼和調(diào)制

3.數(shù)字數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號

非歸零編碼

高1低0

曼徹斯特編碼

將一個碼元分成兩個相等的間隔，前一個間隔為低電平后一個間隔為高電平表示碼元1;碼元o則正好相反。也可以采用相反的規(guī)定。

每一個碼元都被調(diào)成兩個電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。

差分曼徹斯特編碼

常用于局域網(wǎng)傳輸，其規(guī)則是:若碼元為1，則前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相同，若為0，則相反。

該編碼的特點是，在每個碼元的中間，都有一次電平的跳轉(zhuǎn)，可以實現(xiàn)自同步，且抗干擾性強于曼徹斯特編碼。

4.數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號

數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)在發(fā)送端將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，而在接收端將模擬信號還原為數(shù)字信號，分別對應于調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制和解調(diào)過程。

2.6 物理層傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)也稱傳輸媒體/傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送設備和接收設備之間的物理通路。

傳輸媒體并不是物理層。

傳輸媒體在物理層的下面，因為物理層是體系結(jié)構(gòu)的第一層，因此有時稱傳輸媒體為0層。在傳輸媒體中傳輸?shù)氖切盘?#xff0c;但傳輸媒體并不知道所傳輸?shù)男盘柎硎裁匆馑肌?strong>但物理層規(guī)定了電氣特性，因此能夠識別所傳送的比特流。

2.7 物理層設備

1.中繼器

誕生原因:由于存在損耗，在線路上傳輸?shù)男盘柟β蕰饾u衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導致接收錯誤。

中繼器的功能:對信號進行再生和還原，對衰減的信號進行放大，保持與原數(shù)據(jù)相同，以增加信號傳輸?shù)木嚯x，延長網(wǎng)絡的長度。

中繼器的兩端: 兩端的網(wǎng)絡部分是網(wǎng)段，而不是子網(wǎng)，適用于完全相同的兩類網(wǎng)絡的互連，且兩個網(wǎng)段速率要相同。（后面會講解網(wǎng)段，子網(wǎng)的相關內(nèi)容）

中繼器只將任何電纜段上的數(shù)據(jù)發(fā)送到另一段電纜上，它僅作用于信號的電氣部分，并不管數(shù)據(jù)中是否有錯誤數(shù)據(jù)或不適于網(wǎng)段的數(shù)據(jù)。
兩端可連相同媒體，也可連不同媒體。
中繼器兩端的網(wǎng)段一定要是同一個協(xié)議。（中繼器不會存儲轉(zhuǎn)發(fā)，傻)

2.集線器（多口中繼器）

集線器的功能:對信號進行再生放大轉(zhuǎn)發(fā)，對衰減的信號進行放大，接著轉(zhuǎn)發(fā)到其他所有（除輸入端口外）處于工作狀態(tài)的端口上，以增加信號傳輸?shù)木嚯x，延長網(wǎng)絡的長度。不具備信號的定向傳送能力，是一個共享式設備。

3.數(shù)據(jù)鏈路層

3.1 功能概述

一些基本概念

結(jié)點:主機、路由器
鏈路﹔網(wǎng)絡中兩個結(jié)點之間的物理通道，鏈路的傳輸介質(zhì)主要有雙絞線、光纖和微波。分為有線鏈路、無線鏈路。
數(shù)據(jù)鏈路︰網(wǎng)絡中兩個結(jié)點之間的邏輯通道，把實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的硬件和軟件加到鏈路上就構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈路
幀:鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，封裝網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)報。

數(shù)據(jù)鏈路層負責通過一條鏈路從一個結(jié)點向另一個物理鏈路直接相連的相鄰結(jié)點傳送幀。

功能概述

數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供服務的基礎上向網(wǎng)絡層提供服務，其最基本的服務是將源自網(wǎng)絡層來的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點的目標機網(wǎng)絡

層。其主要作用是加強物理層傳輸原始比特流的功能，將物理層提供的可能出錯的物理連接改造成為邏輯上無差錯的數(shù)據(jù)鏈路，使之對網(wǎng)

絡層表現(xiàn)為一條無差錯的鏈路。

漫畫解釋

功能

為網(wǎng)絡層提供服務。（無確認無連接服務，有確認無連接服務，有確認面向連接服務。）
鏈路管理，即連接的建立、維持、釋放（用于面向連接的服務）。
組幀。
流量控制。
差錯控制（幀錯/位錯）。

3.2 封裝成幀&透明傳輸

封裝成幀就是在一段數(shù)據(jù)的前后部分添加首部和尾部，這樣就構(gòu)成了一個幀。接收端在收到物理層上交的比特流后，就能根據(jù)首部和尾部的標記，從收到的比特流中識別幀的開始和結(jié)束。
首部和尾部包含許多的控制信息，他們的一個重要作用:幀定界（確定幀的界限）。幀同步:接收方應當能從接收到的二進制比特流中區(qū)分出幀的起始和終止。
組幀的四種方法: 1.字符計數(shù)法，2.字符(節(jié)）填充法，3.零比特填充法，4.違規(guī)編碼法。

透明傳輸

透明傳輸是指不管所傳數(shù)據(jù)是什么樣的比特組合，都應當能夠在鏈路上傳送。因此，鏈路層就“看不見”有什么妨礙數(shù)據(jù)傳輸?shù)臇|西。

當所傳數(shù)據(jù)中的比特組合恰巧與某一個控制信息完全一樣時，就必須采取適當?shù)拇胧?#xff0c;使收方不會將這樣的數(shù)據(jù)誤認為是某種控制信息。這樣才能保證數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸是透明的。

下面來介紹這幾種方法。

1.字符計數(shù)法

幀首部使用一個計數(shù)字段（第一個字節(jié)，八位）來標明幀內(nèi)字符數(shù)。

這樣做有一個很大的缺陷，就是第一個數(shù)錯誤的話，剩下的就全部錯誤了。因此不經(jīng)常使用。

2.字符填充法

聯(lián)想java中的轉(zhuǎn)義字符。

3.零比特填充法

操作:

1.在發(fā)送端，掃描整個信息字段，只要連續(xù)5個1，就立即填入1個0。
⒉.在接收端收到一個幀時，先找到標志字段確定邊界，再用硬件對比特流進行掃描。發(fā)現(xiàn)連續(xù)5個1時，就把后面的0刪除。

保證了透明傳輸:在傳送的比特流中可以傳送任意比特組合，而不會引起對幀邊界的判斷錯誤。

4.違規(guī)編碼法

可以用“高-高”，“低-低”來定界幀的起始和終止。

由于字節(jié)計數(shù)法中Count字段的脆弱性（其值若有差錯將導致災難性后果）及字符填充實現(xiàn)上的復雜性和不兼容性，目前較普遍使用的幀同步法是比特填充和違規(guī)編碼法。

3.3 差錯控制（檢錯編碼）

1.差錯從哪來

概括來說，傳輸中的差錯都是由于噪聲引起的。

全局性：1.由于線路本身電氣特性所產(chǎn)生的隨機噪聲(熱噪聲)，是信道固有的，隨機存在的。
解決辦法:提高信噪比來減少或避免干擾。(對傳感器下手)

局部性⒉.外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲，是產(chǎn)生差錯的主要原因。
解決辦法:通常利用編碼技術(shù)來解決。

差錯種類

2.差錯控制（位錯）

冗余編碼

在數(shù)據(jù)發(fā)送之前，先按某種關系附加上一定的冗余位，構(gòu)成一個符合某一規(guī)則的碼字后再發(fā)送。當要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)變化時，相應的冗余位也隨之變化，使碼字遵從不變的規(guī)則。接收端根據(jù)收到碼字是否仍符合原規(guī)則，從而判斷是否出錯。

奇偶校驗碼

注意：“1”的個數(shù)包括檢驗元

CRC循環(huán)校驗碼

接收端如何檢錯
把收到的每一個幀都除以同樣的除數(shù)，然后檢查得到的余數(shù)R。

1.余數(shù)為0，判定這個幀沒有差錯，接受。
2.余數(shù)為不為0，判定這個幀有差錯（無法確定到位），丟棄。

FCS的生成以及接收端CRC檢驗都是由硬件實現(xiàn)，處理很迅速，因此不會延誤數(shù)據(jù)的傳輸。

3.4 差錯控制（糾錯編碼——海明碼）

海明碼:發(fā)現(xiàn)雙比特錯，糾正單比特錯。

1.確定校驗碼的位數(shù)r

2.確定校驗碼和數(shù)據(jù)的位置

校驗碼放在2的幾次方的位置，如2^0,21,2^2…

3.求出校驗碼的值

首先寫出數(shù)據(jù)位對應的二進制，二進制位數(shù)由數(shù)據(jù)位最后一位（在下面的例子中為10）確定。所以是4位。
P1的值是所有二進制最后一位為1的實際值異或為0。如何解釋？

二進制最后一位為1的有 P1,D1,D2,D4,D5。對他們代表的實際值進行異或。P1設為x

x⊕1⊕0⊕1⊕0=0 所以 x=0 即P1=0。

4.檢錯并糾錯

對所有要校驗的位進行異或運算。

eg：對第一位進行異或運算。

P1⊕D1⊕D2⊕D4⊕D5=1。

其他位一樣。按從高到低的順序進行排序。為 0101=5。所以判定第五位是錯的。糾錯即可。

3.5 流量控制和可靠傳輸機制

較高的發(fā)送速度和較低的接收能力的不匹配，會造成傳輸出錯，因此流量控制也是數(shù)據(jù)鏈路層的一項重要工作。

數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層流量控制的區(qū)別

數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制是點對點的，而傳輸層的流量控制是端到端的。

數(shù)據(jù)鏈路層流量控制手段:接收方收不下就不回復確認。

傳輸層流量控制手段:接收端給發(fā)送端一個窗口公告。

流量控制的方法

三者的區(qū)別

可靠傳輸，流量控制，滑動窗口

3.6 停止——等待協(xié)議

下面來介紹一下停等協(xié)議的幾種應用情況

1.無差錯情況

2.數(shù)據(jù)幀丟失或者幀出錯

3.ACK（確認幀）丟失

4.ACK遲到

5.信道利用率

3.7 后退N幀協(xié)議（GBN）

1.圖解

2.GBK發(fā)送方必須響應的三件事

上層的調(diào)用
上層要發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送方先檢查發(fā)送窗口是否已滿，如果未滿，則產(chǎn)生一個幀并將其發(fā)送;如果窗口已滿，發(fā)送方只需將數(shù)據(jù)返回給上層，暗示上層窗口已滿。上層等一會再發(fā)送。(實際實現(xiàn)中，發(fā)送方可以緩存這些數(shù)據(jù)，窗口不滿時再發(fā)送幀)。
收到了一個ACK
GBN協(xié)議中，對n號幀的確認采用累積確認的方式，標明接收方已經(jīng)收到n號幀和它之前的全部幀。
超時事件
協(xié)議的名字為后退N幀/回退N幀，來源于出現(xiàn)丟失和時延過長幀時發(fā)送方的行為。就像在停等協(xié)議中一樣，定時器將再次用于恢復數(shù)據(jù)幀或確認幀的丟失。如果出現(xiàn)超時，發(fā)送方重傳所有已發(fā)送但未被確認的幀。

3.GBN接收方要做的事

如果正確收到n號幀，并且按序，那么接收方為n幀發(fā)送一個ACK，并將該幀中的數(shù)據(jù)部分交付給上層。

其余情況都丟棄幀，并為最近按序接收的幀重新發(fā)送ACK（如圖所示）。接收方無需緩存任何失序幀，只需要維護一個信息: expectedseqnum(下一個按序接收的幀序號）。

4.滑動窗口的長度

若采用n個比特對幀編號，那么發(fā)送窗口的尺寸 w 應滿足:1≤w≤2^n-1。因為發(fā)送窗口尺寸過大，就會使得接收方無法區(qū)別新幀和舊幀。

5.性能分析

優(yōu)點：因連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀而提高了信道利用率。

缺點：在重傳時必須把原來已經(jīng)正確傳送的數(shù)據(jù)幀重傳，使傳送效率降低。

選擇重傳協(xié)議可以解決這個問題。

3.8 選擇重傳協(xié)議（SR）

那么如何解決后退N幀協(xié)議的缺點呢？

解決辦法:設置單個確認，同時加大接收窗口，設置接收緩存，緩存亂序到達的幀。

1.滑動窗口

2.SR發(fā)送方必須響應的三件事

上層的調(diào)用
從上層收到數(shù)據(jù)后，SR發(fā)送方檢查下一個可用于該幀的序號，如果序號位于發(fā)送窗口內(nèi)，則發(fā)送數(shù)據(jù)幀;否則就像GBN一樣，要么將數(shù)據(jù)緩存，要么返回給上層之后再傳輸。
收到了一個ACK
如果收到ACK，加入該幀序號在窗口內(nèi)，則SR發(fā)送方將那個被確認的幀標記為已接收。如果該幀序號是窗口的下界（最左邊第一個窗口對應的序號)，則窗口向前移動到具有最小序號的未確認幀處。如果窗口移動了并且有序號在窗口內(nèi)的未發(fā)送幀，則發(fā)送這些幀。
超時事件

每個幀都有自己的定時器，一個超時事件發(fā)生后只重傳一個幀。

3.SR接收方要做的事

4.滑動窗口長度

3.9 信道劃分介質(zhì)訪問控制

1.傳輸數(shù)據(jù)用到的兩種鏈路

點對點鏈路 : 兩個相鄰節(jié)點通過一個鏈路相連，沒有第三者。應用:PPP協(xié)議，常用于廣域網(wǎng)。
廣播式鏈路 : 所有主機共享通信介質(zhì)。應用:早期的總線以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)，常用于局域網(wǎng)。典型拓撲結(jié)構(gòu):總線型、星型（邏輯總線型)

2.介質(zhì)訪問控制

介質(zhì)訪問控制的內(nèi)容就是，采取一定的措施，使得兩對節(jié)點之間的通信不會發(fā)生互相干擾的情況。

3.信道劃分介質(zhì)訪問控制

信道劃分介質(zhì)訪問控制:將使用介質(zhì)的每個設備與來自同一信道上的其他設備的通信隔離開，把時域和頻域資源合理地分配給網(wǎng)絡上的設備。

下面來介紹幾種多路復用技術(shù)。

4.頻分多路復用 FDM

用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬（頻率帶寬）資源。
優(yōu)點：充分利用傳輸介質(zhì)帶寬，系統(tǒng)效率較高 ; 由于技術(shù)比較成熟，實現(xiàn)也比較容易。

5.時分多路復用TDM

將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TDM幀)。每一個時分復用的用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙，所有用戶輪流占用信道。

這樣做有一個弊端，就是當ABC都不傳輸數(shù)據(jù)的時候，D仍然要等待，不能直接傳輸。信道利用率只有1/4.

5. 改進時分復用——統(tǒng)計時分復用STDM

ABCD中任何一個想傳輸數(shù)據(jù)時，直接發(fā)送即可。不用等到自己的時間段，信道利用率大大提高。

6.波分多路復用WDM

波分多路復用就是光的頻分多路復用，在一根光纖中傳輸多種不同波長（頻率）的光信號，由于波長（頻率)不同，所以各路光信號互不干擾，最后再用波長分解復用器將各路波長分解出來。

7.碼分多路復用（CDMA）

碼分多址(CDMA）是碼分復用的一種方式。
1個比特分為多個碼片/芯片(chip），每一個站點被指定一個唯一的m位的芯片序列。發(fā)送1時站點發(fā)送芯片序列，發(fā)送0時發(fā)送芯片序列反碼（通常把0寫成-1）。
如何不打架:多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，要求各個站點芯片序列相互正交。
如何合并:各路數(shù)據(jù)在信道中被線性相加。
如何分離:合并的數(shù)據(jù)和源站規(guī)格化內(nèi)積。

這個部分比較難理解，建議結(jié)合書和視頻多看幾遍。

接下來會將隨機訪問介質(zhì)訪問控制中的幾種協(xié)議。

3.10 ALOHA 協(xié)議

ALOHA協(xié)議分為兩種，純ALOHA協(xié)議和時隙ALOHA協(xié)議。接下來分別介紹他們。

1.純ALOHA協(xié)議

純ALOHA協(xié)議思想:不監(jiān)聽信道，不按時間槽發(fā)送，隨機重發(fā)。想發(fā)就發(fā)

2.時隙ALOHA協(xié)議

時隙ALOHA協(xié)議的思想:把時間分成若干個相同的時間片，所有用戶在時間片開始時刻同步接入網(wǎng)絡信道，若發(fā)生沖突，則必須等到下一個時間片開始時刻再發(fā)送。 控制想發(fā)就發(fā)的隨意性

3.11 CSMA協(xié)議

CS:載波偵聽/監(jiān)聽，每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)。

如何檢測？

當幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上的信號電壓擺動值將會增大（互相疊加)。當一個站檢測到的信號電壓擺動值超過一定門限值時，就認為總線上至少有兩個站同時在發(fā)送數(shù)據(jù)，表明產(chǎn)生了碰撞，即發(fā)生了沖突。

MA : 多點接入，表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。

協(xié)議思想:發(fā)送幀之前，監(jiān)聽信道。

1. 1—堅持CSMA

堅持指的是對于監(jiān)聽信道忙之后的堅持。
1-堅持CSMA思想:如果一個主機要發(fā)送消息，那么它先監(jiān)聽信道。
空閑則直接傳輸，不必等待。
忙則一直監(jiān)聽，直到空閑馬上傳輸。
如果有沖突(一段時間內(nèi)未收到肯定回復〉，則等待一個隨機長的時間再監(jiān)聽，重復上述過程。
優(yōu)點:只要媒體空閑，站點就馬上發(fā)送，避免了媒體利用率的損失。
缺點:假如有兩個或兩個以上的站點有數(shù)據(jù)要發(fā)送，沖突就不可避免。

2.非堅持CSMA

非堅持指的是對于監(jiān)聽信道忙之后就不繼續(xù)監(jiān)聽。
非堅持CSMA思想:如果一個主機要發(fā)送消息，那么它先監(jiān)聽信道。
空閑則直接傳輸，不必等待。
忙則等待一個隨機的時間之后再進行監(jiān)聽。
優(yōu)點:采用隨機的重發(fā)延遲時間可以減少沖突發(fā)生的可能性。
缺點:可能存在大家都在延遲等待過程中，使得媒體仍可能處于空閑狀態(tài)，媒體使用率降低。

3.P—堅持CSMA

p-堅持指的是對于監(jiān)聽信道空閑的處理。
p-堅持CSMA思想:如果一個主機要發(fā)送消息，那么它先監(jiān)聽信道。
空閑則以p概率直接傳輸，不必等待;概率1-p等待到下一個時間槽再傳輸。忙則等待一個隨機的時間之后再進行監(jiān)聽。
優(yōu)點:既能像非堅持算法那樣減少沖突，又能像1-堅持算法那樣減少媒體空閑時間的這種方案。
發(fā)生沖突后還是要堅持把數(shù)據(jù)幀發(fā)送完，造成了浪費。

4. 對比總結(jié)

3.12 CSMA/CD協(xié)議

CS:載波偵聽/監(jiān)聽，每一個站在發(fā)送數(shù)據(jù)之前以及發(fā)送數(shù)據(jù)時都要檢測一下總線上是否有其他計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)。

MA:多點接入，表示許多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。（總線型網(wǎng)絡）

CD:碰撞檢測（沖突檢測)，“邊發(fā)送邊監(jiān)聽”，適配器邊發(fā)送數(shù)據(jù)邊檢測信道上信號電壓的變化情況，以便判斷自己在發(fā)送數(shù)據(jù)時其他站是否也在發(fā)送數(shù)據(jù)。（半雙工網(wǎng)絡）

問：監(jiān)聽之后為啥還會發(fā)生沖突呢？

答：因為電磁波在總線上總是以有限的速率傳播的。

問：最遲多久才能知道自己發(fā)送的數(shù)據(jù)沒和別人碰撞?

答：最多是兩倍的總線端到端的傳播時延（2T)

總線的端到端往返傳播時延只要經(jīng)過2z時間還沒有檢測到碰撞，就能肯定這次發(fā)送不會發(fā)生碰撞。

問：如何確定碰撞后的重傳時機?

答：

若連續(xù)多次發(fā)生沖突,就表明可能有較多的站參與爭用信道。使用此算法可使重傳需要推遲的平均時間隨重傳次數(shù)的增大而增大，因而減小發(fā)生碰撞的概率，有利于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定。

最小幀長問題

如果幀的長度太小，可能在站點停止傳送之前，就已經(jīng)傳送完了。因此需要確定一個最小幀長。

3.13 CSMA/CA協(xié)議

CSMA/CA主要用于無線局域網(wǎng)。CSMA/CD主要用于有線局域網(wǎng)。

工作原理

發(fā)送數(shù)據(jù)前，先檢測信道是否空閑。
空閑則發(fā)出RTS (request to send），RTS包括發(fā)射端的地址、接收端的地址、下一份數(shù)據(jù)將持續(xù)發(fā)送的時間等信息;
信道忙則等待。
接收端收到RTS后，將響應CTS (clear to send )。
發(fā)送端收到CTS后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)幀（同時預約信道:發(fā)送方告知其他站點自己要傳多久數(shù)據(jù)）。接收端收到數(shù)據(jù)幀后，將用CRC來檢驗數(shù)據(jù)是否正確，正確則響應ACK幀。
發(fā)送方收到ACK就可以進行下一個數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，若沒有則一直重傳至規(guī)定重發(fā)次數(shù)為止(采用二進制指數(shù)退避算法來確定隨機的推遲時間)。

CSMA/CA 和 CSMA/CD 對比

3.14 輪訓訪問介質(zhì)控制訪問

優(yōu)點：既要不產(chǎn)生沖突，又要發(fā)送時占全部帶寬。

1.輪訓協(xié)議

2.令牌傳遞協(xié)議

以下幾節(jié)的內(nèi)容都不是重點，了解即可。

3.15 局域網(wǎng)基本概念和體系結(jié)構(gòu)

局域網(wǎng)(Local Area Network):簡稱LAN，是指在某一區(qū)域內(nèi)由多臺計算機互聯(lián)成的計算機組，使用廣播信道。

特點1:覆蓋的地理范圍較小，只在一個相對獨立的局部范圍內(nèi)聯(lián)，如一座或集中的建筑群內(nèi)。
特點2:使用專門鋪設的傳輸介質(zhì)（雙絞線、同軸電纜）進行聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率高（10Mb/s~10Gb/s）
特點3:通信延遲時間短，誤碼率低，可靠性較高。
特點4:各站為平等關系，共享傳輸信道。
特點5:多采用分布式控制和廣播式通信，能進行廣播和組播。

決定局域網(wǎng)的主要要素為:網(wǎng)絡拓撲，傳輸介質(zhì)與介質(zhì)訪問控制方法。

1.拓撲結(jié)構(gòu)

2.傳輸介質(zhì)

3.介質(zhì)訪問控制方法

4.MAC子層和LLC子層

3.16 以太網(wǎng)

1.概述

2. 提供無連接，不可靠的服務

無連接:發(fā)送方和接收方之間無“握手過程”。
不可靠:不對發(fā)送方的數(shù)據(jù)幀編號，接收方不向發(fā)送方進行確認，差錯幀直接丟棄，差錯糾正由高層負責
以太網(wǎng)只實現(xiàn)無差錯接收，不實現(xiàn)可靠傳輸。

3. 10BASE—T以太網(wǎng)

4. 適配器與MAC地址

計算機與外界有局域網(wǎng)的連接是通過通信適配器的。

5. MAC幀

3.17 PPP協(xié)議和HDLC協(xié)議

在介紹這兩個協(xié)議之前，先了解一下廣域網(wǎng)。

1.廣域網(wǎng)

廣域網(wǎng)（WAN，Wide Area Network)，通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶?#xff0c;所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個城市或國家，或橫跨幾個洲并能提供遠距離通信，形成國際性的遠程網(wǎng)絡。

廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)。廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)可以利用公用分組交換網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)和無線分組交換網(wǎng)，它將分布在不同地區(qū)的局域網(wǎng)或計算機系統(tǒng)互連起來，達到資源共享的目的。如因特網(wǎng)（Internet)是世界范圍內(nèi)最大的廣域網(wǎng)。

局域網(wǎng)強調(diào)信息傳遞，廣域網(wǎng)強調(diào)資源共享。

2.PPP協(xié)議

特點

點對點協(xié)議PPP (Point-to-Point Protocol)是目前使用最廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，用戶使用撥號電話接入因特網(wǎng)時一般都使用PPP協(xié)議。
只支持全雙工鏈路。

滿足的要求

簡單對于鏈路層的幀，無需糾錯，無需序號，無需流量控制。
封裝成幀幀定界符
透明傳輸與幀定界符一樣比特組合的數(shù)據(jù)應該如何處理:異步線路用字節(jié)填充，同步線路用比特填充。
多種網(wǎng)絡層協(xié)議封裝的IP數(shù)據(jù)報可以采用多種協(xié)議。
多種類型鏈路串行/并行，同步/異步，電/光…
差錯檢測錯就丟棄。
檢測連接狀態(tài) 鏈路是否正常工作。
最大傳送單元數(shù)據(jù)部分最大長度MTU。
網(wǎng)絡層地址協(xié)商知道通信雙方的網(wǎng)絡層地址。
數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商

無需滿足的要求

糾錯
流量控制
序號
不支持多點線路

組成部分

PPP協(xié)議的狀態(tài)圖

PPP協(xié)議的幀格式

3.HDLC協(xié)議

簡介

HDLC的站

幀格式

4.兩種協(xié)議對比

3.18 鏈路層設備

1.網(wǎng)橋

網(wǎng)橋根據(jù)MAC幀的目的地址對幀進行轉(zhuǎn)發(fā)和過濾。當網(wǎng)橋收到一個幀時，并不向所有接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個接口，或者是把它丟棄（即過濾）。

網(wǎng)橋分為透明網(wǎng)橋和源路由網(wǎng)橋。

透明網(wǎng)橋:“透明”指以太網(wǎng)上的站點并不知道所發(fā)送的幀將經(jīng)過哪幾個網(wǎng)橋，是一種即插即用設備（通過自學習算法來提高效率）。
源路由網(wǎng)橋:在發(fā)送幀時，把詳細的最佳路由信息（路由最少/時間最短）放在幀的首部中。

如何發(fā)現(xiàn)最佳路由信息呢？

方法 : 源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀?？赡苡泻脦讉€路徑到達目的棧，發(fā)現(xiàn)幀會記錄到達的時間，返回給源站，由此確定最佳路由信息。

2.以太網(wǎng)交換機

以太網(wǎng)交換機就是多端口的網(wǎng)橋。現(xiàn)在基本上都在使用以太網(wǎng)交換機。分為兩類。

3.沖突域和廣播域

沖突域:在同一個沖突域中的每一個節(jié)點都能收到所有被發(fā)送的幀。簡單的說就是同一時間內(nèi)只能有一臺設備發(fā)送信息的范圍。
廣播域:網(wǎng)絡中能接收任一設備發(fā)出的廣播幀的所有設備的集合。簡單的說如果站點發(fā)出一個廣播信號，所有能接收收到這個信號的設備范圍稱為一個廣播域。

重點

4.網(wǎng)絡層

4.1 網(wǎng)絡層功能概述

主要任務是把分組從源端傳到目的端，為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務。網(wǎng)絡層傳輸單位是數(shù)據(jù)報。

分組和數(shù)據(jù)報的關系：把數(shù)據(jù)報進行切割之后，就是分組。

功能一:路由選擇與分組轉(zhuǎn)發(fā)（最佳路徑）

功能二:異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)

功能三:擁塞控制（若所有結(jié)點都來不及接受分組，而要丟棄大量分組的話，網(wǎng)絡就處于擁塞狀態(tài)。因此要采取一定措施，緩解這種擁塞。）

方法：開環(huán)控制（靜態(tài)）閉環(huán)控制（動態(tài)）

4.2 數(shù)據(jù)交換方式

1.電路交換

優(yōu)缺點

2.報文交換

優(yōu)缺點

3.分組交換

優(yōu)缺點

[外鏈圖片轉(zhuǎn)存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-Lfo5qm9u-1630313939552)(https://gitee.com/infiniteStars/picgoimages/raw/master/image-20210828144905860.png)]

4.三種方式對比

[外鏈圖片轉(zhuǎn)存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-FtfoDF6X-1630313939552)(https://gitee.com/infiniteStars/picgoimages/raw/master/image-20210828145005830.png)]

5. 傳輸單元名詞辨析

應用層——> 報文
傳輸層——> 報文段
網(wǎng)絡層——> IP數(shù)據(jù)報，分組（數(shù)據(jù)報拆分后就是分組）
數(shù)據(jù)鏈路層——> 幀
物理層——> 比特流

6. 數(shù)據(jù)報方式 && 虛電路方式

數(shù)據(jù)報方式為網(wǎng)絡層提供無連接服務。

無連接服務:不事先為分組的傳輸確定傳輸路徑，每個分組獨立確定。傳輸路徑，不同分組傳輸路徑可能不同。
虛電路方式為網(wǎng)絡層提供連接服務。

連接服務:首先為分組的傳輸確定傳輸路徑（建立連接），然后沿該路徑（連接）傳輸系列分組，系列分組傳輸路徑相同，傳輸結(jié)束后拆除連接。

數(shù)據(jù)報

虛電路

[外鏈圖片轉(zhuǎn)存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-PsL7pxgP-1630313939554)(https://gitee.com/infiniteStars/picgoimages/raw/master/image-20210828145811347.png)]

對比

4.3 IP數(shù)據(jù)報格式

詳細圖解 (中間的標識，標志，偏移量在下一小節(jié)中進行講解)

4.4 IP數(shù)據(jù)報分片

中間三個的含義

下面通過一個例題來加深理解。

主要看偏移量。

數(shù)據(jù)部分的第一個字節(jié)位置為0。所以數(shù)據(jù)報片1的偏移量為0。數(shù)據(jù)報片2起始地址為1400B。偏移量單位為8B,所以偏移量為1400/8=175。數(shù)據(jù)報片3同理。

4.5 分類的IPv4地址

一個路由器有多個IP地址，每一個端口都有一個IP地址
IP地址由網(wǎng)絡號和主機號組成。
為了人類方便識別，我們經(jīng)常使用點分十進制來表示IP地址。

IP地址的分類

根據(jù)網(wǎng)絡號所占字節(jié)的多少，將IP地址分為5類。之所以會減一，減二，是因為含有一些特殊的IP地址。

其中包含一些特殊的IP地址，如圖所示。

私有IP地址（網(wǎng)段個數(shù)就是網(wǎng)絡號的個數(shù)）

4.6 網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換NAT

因為普通的路由器不能將局域網(wǎng)里的數(shù)據(jù)發(fā)送到因特網(wǎng)。所以需要 NAT 來實現(xiàn)它。

網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換NAT(Network Address Translation) : 在專用網(wǎng)連接到因特網(wǎng)的路由器上安裝NAT軟件，安裝了NAT軟件的路由器叫NAT路由器，它至少有一個有效的外部全球IP地址。

實現(xiàn)原理

里邊含有一張NAT轉(zhuǎn)換表，包含局域網(wǎng)里邊的主機和因特網(wǎng)里邊的一個IP地址。局域網(wǎng)里邊的主機請求數(shù)據(jù)時會進行IP地址轉(zhuǎn)換，

以此來獲取數(shù)據(jù)。

4.7 子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼

分類的IP地址的弱點

IP地址空間的利用率有時很低。
兩級IP地址不夠靈活。

子網(wǎng)劃分

子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼與IP地址逐位相與，就得到子網(wǎng)網(wǎng)絡地址。

使用子網(wǎng)分組時的轉(zhuǎn)發(fā)

解釋

提取目的IP地址與路由表中的子網(wǎng)掩碼進行與運算，如果找到，直接交付。沒有找到，進行第三步。
路由表中有一行是特定主機路由，查看目的IP的地址是否等于主機路由，等于交付。不等于進行第四步。
目的IP地址與路由表中的每一個子網(wǎng)掩碼進行與運算，有則交付。沒有進入第五步。
跳轉(zhuǎn)到另一個路由，重復上述步驟。

4.8 無分類變址 CIDR

構(gòu)成超網(wǎng)

通過習題來練習一下

前24位為網(wǎng)絡前綴，后8位又進行了子網(wǎng)劃分。通過子網(wǎng)掩碼來確定子網(wǎng)掩碼的位數(shù)。258轉(zhuǎn)換為二進制為 11111000。子網(wǎng)位數(shù)為5，最大子網(wǎng)個數(shù)為 2^5 =32, 分配地址個數(shù) 為 2^3 -2=6。 (減2 是因為不能全為0或全為1)。

4.9 ARP協(xié)議

由于在實際網(wǎng)絡的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時，最終必須使用MAC地址，如圖所示。因此我們需要一種協(xié)議來獲取MAC地址。

ARP協(xié)議 : 完成主機或路由器IP地址到MAC地址的映射。

ARP協(xié)議使用過程:

檢查ARP高速緩存，有對應表項則寫入MAC幀，沒有則用目的MAC地址為FF-FF-FF-FF-FF-FF的幀封裝并廣播ARP請求分組，同一局域網(wǎng)中所有主機都能收到該請求。目的主機收到請求后就會向源主機單播一個ARP響應分組，源主機收到后將此映射寫入ARP緩存(10-20min更新一次）。

ARP協(xié)議4種典型情況:
1. 主機A發(fā)給本網(wǎng)絡上的主機B:用ARP找到主機B的硬件地址;
2. 主機A發(fā)給另一網(wǎng)絡上的主機B:用ARP找到本網(wǎng)絡上一個路由器（網(wǎng)關）的硬件地址;
3. 路由器發(fā)給本網(wǎng)絡的主機A:用ARP找到主機A的硬件地址;
4. 路由器發(fā)給另一網(wǎng)絡的主機B:用ARP找到本網(wǎng)絡上的一個路由器的硬件地址。
具體過程如圖所示

4.10 DHCP協(xié)議

主機可以靜態(tài)和動態(tài)的獲取IP地址。靜態(tài)是管理員事先分配好主機的IP地址，子網(wǎng)掩碼，默認網(wǎng)關等。動態(tài)則是依靠DHCP協(xié)議來完成的。接下來介紹一下DHCP協(xié)議。

動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）是應用層協(xié)議，使用客戶/服務器方式，客戶端和服務端通過廣播方式進行交互，基于UDP。DHCP提供即插即用聯(lián)網(wǎng)的機制，主機可以從服務器動態(tài)獲取IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關、DNS服務器名稱與IP地址,允許地址重用，支持移動用戶加入網(wǎng)絡，支持在用地址續(xù)租。

使用過程

4.11 ICMP協(xié)議

作用

從圖中可以看出ICMP和傳輸層緊密相連。因此它的作用就是為了更有效地轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報和提高交付成功的機會。

構(gòu)成

從圖中可以看出ICMP報文分為差錯報文和詢問報文。

差錯報文

終點不可達:當路由器或主機不能交付數(shù)據(jù)報時就向源點發(fā)送終點不可達報文。（無法交付）
時間超過:當路由器收到生存時間TTL=0的數(shù)據(jù)報時，除丟棄該數(shù)據(jù)報外，還要向源點發(fā)送時間超過報文。當終點在預先規(guī)定的時間內(nèi)不能收到一個數(shù)據(jù)報的全部數(shù)據(jù)報片時，就把已收到的數(shù)據(jù)報片都丟棄，并向源點發(fā)送時間超過報文。（TTL=0）
參數(shù)問題:當路由器或目的主機收到的數(shù)據(jù)報的首部中有的字段的值不正確時，就丟棄該數(shù)據(jù)報，并向源點發(fā)
送參數(shù)問題報文。（首部字段有問題）
改變路由（重定向)︰路由器把改變路由報文發(fā)送給主機，讓主機知道下次應將數(shù)據(jù)報發(fā)送給另外的路由器(可通過更好的路由）。（有更好的路由）

差錯報文構(gòu)成

不發(fā)送ICMP報文的情況

對ICMP差錯報告報文不再發(fā)送ICMP差錯報告報文。
對第一個分片的數(shù)據(jù)報片的所有后續(xù)數(shù)據(jù)報片都不發(fā)送ICMP差錯報告報文。
對具有組播地址的數(shù)據(jù)報都不發(fā)送ICMP差錯報告報文。
對具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的數(shù)據(jù)報不發(fā)送ICMP差錯報告報文。

ICMP詢問報文

回送請求和回答報文

主機或路由器向特定目的主機發(fā)出的詢問，收到此報文的主機必須給源主機或路由器發(fā)送ICMP回送回答報文。(測試目的站是否可達以及了解其相關狀態(tài))
時間戳請求和回答報文

請某個主機或路由器回答當前的日期和時間。(用來進行時鐘同步和測量時間)

ICMP的應用

4.12 IPv6數(shù)據(jù)報

IPv6從根本上解決了IPv4地址不夠用的問題。

添加的功能：

快速處理/轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報
支持QoS（Qos (Quality of Service，服務質(zhì)量）指一個網(wǎng)絡能夠利用各種基礎技術(shù)，為指定的網(wǎng)絡通信提供更好的服務能力,是網(wǎng)絡的一種安全機制，是用來解決網(wǎng)絡延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。）

1.數(shù)據(jù)報格式

詳細的數(shù)據(jù)報格式

2. IPv4和IPv6的區(qū)別

IPv6將地址從32位（4B）擴大到128位（16B），更大的地址空間。
IPv6將IPv4的校驗和字段徹底移除，以減少每跳的處理時間。
lPv6將IPv4的可選字段移出首部，變成了擴展首部，成為靈活的首部格式，路由器通常不對擴展首部進行檢查，大大提高了路由器的處理效率。
IPv6支持即插即用（即自動配置），不需要DHCP協(xié)議。
IPv6首部長度必須是8B的整數(shù)倍，IPv4首部是4B的整數(shù)倍。
IPv6只能在主機處分片，IPv4可以在路由器和主機處分片。
ICMPv6:附加報文類型“分組過大”。
IPv6支持資源的預分配，支持實時視像等要求，保證一定的帶寬和時延的應用。
IPv6取消了協(xié)議字段，改成下一個首部字段。
IPv6取消了總長度字段，改用有效載荷長度字段。
IPv6取消了服務類型字段。

3.IPv6的表示形式

4. IPv6向IPv4過度策略

雙棧協(xié)議

**雙協(xié)議棧技術(shù)就是指在一臺設備上同時啟用lPv4協(xié)議棧和IPv6協(xié)議棧。**這樣的話，這臺設備既能和IPv4網(wǎng)絡通信，又能和IPv6網(wǎng)絡通信。如果這臺設備是一個路由器，那么這臺路由器的不同接口上，分別配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分別連接了IPv4網(wǎng)絡和IPv6網(wǎng)絡。如果這臺設備是一個計算機，那么它將同時擁有IPv4地址和IPv6地址，并具備同時處理這兩個協(xié)議地址的功能。

隧道技術(shù)

通過使用互聯(lián)網(wǎng)絡的基礎設施在網(wǎng)絡之間傳遞數(shù)據(jù)的方式。使用隧道傳遞的數(shù)據(jù)（或負載)可以是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包。**隧道協(xié)議將其它協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包重新封裝然后通過隧道發(fā)送。**意思就是將IPv6作為IPv4的數(shù)據(jù)部分，繼續(xù)傳輸。到時候解封裝。

4.13 路由算法與路由協(xié)議概述

1. 作用

每一個路由里邊都有一張路由表。表的結(jié)構(gòu)如下圖所示。由路由算法來填寫表中內(nèi)容，找出最佳路徑。

2. 分類

3. 分層次的路由選擇協(xié)議

出現(xiàn)原因

(1）因特網(wǎng)規(guī)模很大
(2）許多單位不想讓外界知道自己的路由選擇協(xié)議，但還想連入因特網(wǎng)

解決辦法

自治系統(tǒng)AS:在單一的技術(shù)管理下的一組路由器，而這些路由器使用一種AS內(nèi)部的路由選擇協(xié)議和共同的度量以確定分組在該AS內(nèi)的路由，同時還使用一種AS之間的路由協(xié)議以確定在AS之間的路由。

一個AS內(nèi)的所有網(wǎng)絡都屬于一個行政單位來管轄，一個自治系統(tǒng)的所有路由器在本自治系統(tǒng)內(nèi)都必須連通。

4.14 RIP協(xié)議（距離向量算法）

RIP是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，是因特網(wǎng)的協(xié)議標準，最大優(yōu)點是簡單。

RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡中每一個路由器都維護從它自己到其他每一個目的網(wǎng)絡的唯一最佳距離記錄(即一組距離）。距離:通常為“跳數(shù)”，即從源端口到目的端口所經(jīng)過的路由器個數(shù)，經(jīng)過一個路由器跳數(shù)+1。特別的，從一路由器到直接連接的網(wǎng)絡距離為1。RIP允許一條路由最多只能包含15個路由器，因此距離為16表示網(wǎng)絡不可達。

RIP的特點:當網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，要經(jīng)過比較長的時間(例如數(shù)分鐘)才能將此信息傳送到所有的路由器，“慢收斂”。

RIP協(xié)議只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。

路由表如何更新？

通過例題來加深理解

4.15 OSPF協(xié)議（鏈路狀態(tài)算法）

開放最短路徑優(yōu)先OSPF協(xié)議 :“開放”標明OSPF協(xié)議不是受某一家廠商控制，而是公開發(fā)表的 ; “最短路徑優(yōu)先”是因為使用了Dijkstra提出的最短路徑算法SPF。

OSPF最主要的特征就是使用分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議。

鏈路狀態(tài)路由算法

每個路由器發(fā)現(xiàn)它的鄰居結(jié)點【HELLO問候分組】，并了解鄰居節(jié)點的網(wǎng)絡地址。
設置到它的每個鄰居的成本度量metric。
構(gòu)造【DD數(shù)據(jù)庫描述分組】，向鄰站給出自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的所有鏈路狀態(tài)項目的摘要信息。
如果DD分組中的摘要自己都有，則鄰站不做處理;如果有沒有的或者是更新的，則發(fā)送【LSR鏈路狀態(tài)請求分組】請求自己沒有的和比自己更新的信息。
收到鄰站的LSR分組后，發(fā)送【LSu鏈路狀態(tài)更新分組】進行更新。
更新完畢后，鄰站返回一個【LSAck鏈路狀態(tài)確認分組】進行確認。

只要一個路由器的鏈路狀態(tài)發(fā)生變化:
1. 泛洪發(fā)送【LSu鏈路狀態(tài)更新分組】進行更新。
2. 更新完畢后，其他站返回一個【LSAck鏈路狀態(tài)確認分組】進行確認。
3. 使用Dijkstra根據(jù)自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫構(gòu)造到其他節(jié)點間的最短路徑。

其他特點

OSPF直接用IP數(shù)據(jù)報傳送。
每隔30min，要刷新一次數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)。
由于一個路由器的鏈路狀態(tài)只涉及到與相鄰路由器的連通狀態(tài)，因而與整個互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模并無直接關系。因此當互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模很大時，OSPF協(xié)議要比距離向量協(xié)議RIP好得多。
OSPF不存在壞消息傳的慢的問題，它的收斂速度很快。

4.16 BGP協(xié)議

自治系統(tǒng)之間的使用的協(xié)議就是BGP協(xié)議。

和誰交換？

交換信息的過程

BGP所交換的網(wǎng)絡可達性的信息就是要到達某個網(wǎng)絡所要經(jīng)過的一系列AS。當BGP發(fā)言人互相交換了網(wǎng)絡可達性的信息后，各BGP發(fā)言人就根據(jù)所采用的策略從收到的路由信息中找出到達各AS的較好路由。如圖所示。

特點

BGP支持CIDR，因此BGP的路由表也就應當包括目的網(wǎng)絡前綴、下一跳路由器，以及到達該目的網(wǎng)絡所要經(jīng)過的各個自治系統(tǒng)序列。
在 BGP剛剛運行時，BGP的鄰站是交換整個的 BGP路由表。但以后只需要在發(fā)生變化時更新有變化的部分。這樣做對節(jié)省網(wǎng)絡帶寬和減少路由器的處理開銷都有好處。

BGP報文類型

4.17 三種協(xié)議比較

RIP是一種分布式的基于距離向量的內(nèi)部網(wǎng)關路由選擇協(xié)議，通過廣播UDP報文來交換路由信息。
OSPF是一個內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議，要交換的信息量較大，應使報文的長度盡量短，所以不使用傳輸層協(xié)議（如UDP或TCP)，而是直接采用IP。
BGP是一個外部網(wǎng)關協(xié)議，在不同的自治系統(tǒng)之間交換路由信息，由于網(wǎng)絡環(huán)境復雜，需要保證可靠傳輸所以采用TCP。

4.18 IP組播

1. IP數(shù)據(jù)報的三種傳送方式

單播：一對一
廣播：一對多（多指的所有）
組播：一對多（多指的特定主機）

2. IP組播地址

3. 硬件組播

4. IGMP協(xié)議和組播路由選擇協(xié)議

IGMP協(xié)議讓路由器知道本局域網(wǎng)上是否有主機(的進程)參加或退出了某個組播組。

IGMP工作階段

組播路由選擇協(xié)議目的是找出以源主機為根節(jié)點的組播轉(zhuǎn)發(fā)樹。
構(gòu)造樹可以避免在路由器之間兜圈子。
對不同的多播組對應于不同的多播轉(zhuǎn)發(fā)樹;同一個多播組，對不同的源點也會有不同的多播轉(zhuǎn)發(fā)樹。

組播路由選擇的算法

感興趣的小伙伴可以去了解一下，這里不做過多講解。

4.19 移動IP

1. 移動IP的相關術(shù)語

移動IP技術(shù)是移動結(jié)點(計算機/服務器等)以固定的網(wǎng)絡IP地址，實現(xiàn)跨越不同網(wǎng)段的漫游功能，并保證了基于網(wǎng)絡IP的網(wǎng)絡權(quán)限在漫游過程中不發(fā)生任何改變。

移動結(jié)點具有永久IP地址的移動設備。
歸屬代理（本地代理) 一個移動結(jié)點擁有的就“居所”稱為歸屬網(wǎng)絡，在歸屬網(wǎng)絡中代表移動節(jié)點執(zhí)行移動管理功能的實體叫做歸屬代理。
外部代理（外地代理）在外部網(wǎng)絡中幫助移動節(jié)點完成移動管理功能的實體稱為外部代理。
永久地址（歸屬地址/主地址)移動站點在歸屬網(wǎng)絡中的原始地址。
轉(zhuǎn)交地址（輔地址)移動站點在外部網(wǎng)絡使用的臨時地址。

2.通信過程

A進入外部網(wǎng)絡

A進入下一個外部網(wǎng)絡或者回到了歸屬網(wǎng)絡

4.20 網(wǎng)絡層設備

網(wǎng)絡層設備主要是路由器。

路由器是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用計算機，其任務是轉(zhuǎn)發(fā)分組。

輸入端口對線路上收到的分組的處理

輸入端口中的查找和轉(zhuǎn)發(fā)功能在路由器的交換功能中是最重要的。

輸出端口將交換結(jié)構(gòu)傳送來的分組發(fā)送到線路

若路由器處理分組的速率趕不上分組進入隊列的速率，則隊列的存儲空間最終必定減少到零，這就使后面再進入隊列的分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。
路由器中的輸入或輸出隊列產(chǎn)生溢出是造成分組丟失的重要原因。

三層設備的區(qū)別

路由表與路由轉(zhuǎn)發(fā)

路由表根據(jù)路由選擇算法得出的，主要用途是路由選擇，總用軟件來實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)如下圖所示。

轉(zhuǎn)發(fā)表由路由表得來，可以用軟件實現(xiàn)，也可以用特殊的硬件來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)發(fā)表必須包含完成轉(zhuǎn)發(fā)功能所必需的信息，在轉(zhuǎn)發(fā)表的每一行必須包含從要到達的目的網(wǎng)絡到輸出端口和某些MAC地址信息的映射。

5.傳輸層

5.1 概述

傳輸層是主機才有的層次。
它使用網(wǎng)絡層提供的服務為應用層提供服務。
功能：

提供進程與進程之間的通信。
復用和分用（后邊會詳細解釋的）
對收到的報文進行差錯檢測。

傳輸層最重要的兩個協(xié)議——TCP和UDP。

尋址和端口

復用:應用層所有的應用進程都可以通過傳輸層再傳輸?shù)骄W(wǎng)絡層。
分用:傳輸層從網(wǎng)絡層收到數(shù)據(jù)后交付指明的應用進程。
邏輯端口/軟件端口 : 端口是傳輸層的SAP，標識主機中的應用進程。
端口號只有本地意義，在因特網(wǎng)中不同計算機的相同端口是沒有聯(lián)系的。
端口號長度為16bit，能表示65536個不同的端口號。

幾個常用的端口號

5.2 UDP協(xié)議

UDP在IP數(shù)據(jù)報服務之上添加了復用分用和差錯檢測的功能。

主要特點

UDP是無連接的，減少開銷和發(fā)送數(shù)據(jù)之前的時延
UDP使用最大努力交付，即不保證可靠交付。
UDP是面向報文的，適合一次性傳輸少量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡應用。
UDP無擁塞控制，適合很多實時應用。
UDP首部開銷小，8B，TCP 20B。

UDP的首部格式

UDP校驗

這部分我暫時也咩看懂，所以不做太多解釋。

5.3 TCP協(xié)議

1.TCP協(xié)議的特點

字節(jié)流發(fā)送如圖所示

2. TCP報文段首部格式

5.4 TCP連接管理

1.建立連接

[外鏈圖片轉(zhuǎn)存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-4IqjCyTq-1630313939599)(https://gitee.com/infiniteStars/picgoimages/raw/master/image-20210830151713806.png)]

假設運行在一臺主機（客戶)上的一個進程想與另一臺主機（服務器)上的一個進程建立一條連接，客戶應用進程首先通知客戶TCP，他想建立一個與服務器上某個進程之間的連接，客戶中的TCP會用以下步驟與服務器中的TCP建立一條TCP連接:

SYN 連接請求報文
seq 序號
ACK 確認連接
ack 確認號

2.釋放連接

參與一條TCP連接的兩個進程中的任何一個都能終止該連接，連接結(jié)束后，主機中的“資源”(緩存和變量）將被釋放。

5.5 TCP可靠傳輸

可靠傳輸：保證接收方進程從緩存區(qū)讀出的字節(jié)流與發(fā)送方發(fā)出的字節(jié)流是完全一樣的。

TCP協(xié)議實現(xiàn)可靠傳輸?shù)臋C制

校驗（與UDP校驗一樣，增加偽首部）
序號
確認
重傳

5.6 TCP流量控制

流量控制:讓發(fā)送方慢點，要讓接收方來得及接收。
TCP利用滑動窗口機制實現(xiàn)流量控制。

在通信過程中，接收方根據(jù)自己接收緩存的大小，動態(tài)地調(diào)整發(fā)送方的發(fā)送窗口大小，即接收窗口rwnd(接收方設置確認報文段的窗口字段來將rwnd通知給發(fā)送方），發(fā)送方的發(fā)送窗口取接收窗口rwnd和擁塞窗口cwnd的最小值。

5.7 TCP擁塞控制

出現(xiàn)擁塞的條件
對資源需求的總和>可用資源
網(wǎng)絡中有許多資源同時呈現(xiàn)供應不足→網(wǎng)絡性能變壞→網(wǎng)絡吞吐量將隨輸入負荷增大而下降
擁塞控制
防止過多的數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡中。全局性

擁塞控制和流量控制的區(qū)別

擁塞控制是全局性的。

流量控制是點對點的。

在介紹擁塞控制算法之前，先設定幾個前提條件，便于理解。

1.慢開始和擁塞避免

剛開始進行指數(shù)增長，到達 ssthresh 之后，進行加法增長。
遇到網(wǎng)絡擁塞之后，降到初始值，重復之前的步驟。新的 ssthresh 設為擁塞時窗口大小的一半。

2. 快重傳和快回復

前面的步驟和之前一樣。不同的是降低擁塞窗口的時機和大小不同。如圖所示，當收到3個重復的確認時，執(zhí)行快重傳算法，擁塞窗口降到原來的一般。

6.應用層

6.1 概述

應用層對應用程序的通信提供服務。
應用層協(xié)議定義:
1. 應用進程交換的報文類型，請求還是響應?
2. 各種報文類型的語法，如報文中的各個字段及其詳細描述。
3. 字段的語義，即包含在字段中的信息的含義。
4. 進程何時、如何發(fā)送報文，以及對報文進行響應的規(guī)則。

應用層的功能	對應的協(xié)議
文件傳輸，訪問和管理	FTP
電子郵件	SMTP，POP3
虛擬終端	HTTP
查詢服務和遠程作業(yè)登錄

6.2 網(wǎng)絡應用模型

1. 客戶/服務器（C/S）模型

2. P2P模型

6.3 DNS系統(tǒng)

DNS服務的作用 : 將域名解析成IP地址。

1.域名

com有一個點，就是根

2.DNS服務器

3.域名解析過程

域名解析主要有兩種方法： ①遞歸（考別人）②迭代（靠自己）

6.4 文件傳輸協(xié)議FTP

文件傳送協(xié)議FTP ( File Transfer Protocol)提供不同種類主機系統(tǒng)（硬、軟件體系等都可以不同)之間的文件傳輸能力。
FTP是基于客戶/服務器(C/S）的協(xié)議。
用戶通過一個客戶機程序連接至在遠程計算機上運行的服務器程序。
依照 FTP協(xié)議提供服務，進行文件傳送的計算機就是FTP服務器。
連接FTP服務器，遵循FTP協(xié)議與服務器傳送文件的電腦就是FTP客戶端。
FTP傳輸模式
1. 文本模式:ASCIl模式，以文本序列傳輸數(shù)據(jù);
2. 二進制模式: Binary模式，以二進制序列傳輸數(shù)據(jù)。

工作原理

6.5 電子郵件

1.信息格式

2.組成結(jié)構(gòu)

3.SMAP協(xié)議

SMTP規(guī)定了在兩個相互通信的SMTP進程之間應如何交換信息。
負責發(fā)送郵件的SMTP進程就是SMTP客戶，負責接收郵件的進程就是SMTP服務器。
SMTP規(guī)定了14條命令(幾個字母）和21種應答信息（三位數(shù)字代碼+簡單文字說明）。

SMAP通信的三個階段

4. MIME

5. 郵局協(xié)議 POP3

6. 國際報文存取協(xié)議 IMAP

IMAP協(xié)議比POP協(xié)議復雜。當用戶PC上的IMAP客戶程序打開IMAP服務器的郵箱時，用戶可以看到郵箱的首部，若用戶需要打開某個郵件，該郵件才上傳到用戶的計算機上。
IMAP可以讓用戶在不同的地方使用不同的計算機隨時上網(wǎng)閱讀處理郵件，還允許只讀取郵件中的某一個部分(先看正文，有WiFi的時候再下載附件）。