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计算机网络.md

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世界上第一个计算机网络 —— ARPANET

计算机网络概述

OSI模型 TCP/IP模型 协议 数据
应用层 应用层 HTTP(超文本传输)、FTP(文件传输)、SMTP(简单邮件传输)、Telnet(远程登录)、DNS(域名)、SNMP(简单网络管理) 报文
表示层 ↑ 报文
会话层 ↑ 报文
运输层 TCP层 TCP、UDP 报文段
网络层 IP层 IP(网际协议)、ICMP(因特网控制报文协议)、ARP(地址解析协议)、DHCP(动态主机配置协议) 分组
数据链路层 网络接口层 PPP、ARQ 帧
物理层 ↑ 比特
  1. 计算机网络的定义 通过传输介质、通信设施和网络通信协议(怎么连)，把分散在不同地点的计算机设备互联起来(连什么)，实现资源共享和数据传输的系统(干什么)。
    • 资源共享包括软件共享、硬件共享及数据共享。
  2. 按网络覆盖的地域范围划分:局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)
  3. 通信子网(网络核心) —— 用于数据传输、交换链接和通信控制。(包含网络层、数据链路层、物理层) 资源子网(网络边缘) —— 用于数据的发送、接受和处理。
  4. 计算机网络体系采用分层方法的原因？ 有利于促进标准化，易于设计和实现、各层实现技术的改变不会影响到其他层次。
  5. 在同一个系统内，相邻层之间交换信息的连接点称之为接口，而低层模块向高层提供功能性的支持称之为服务。 
  6. 时延类型: 发送时延、传播时延、处理时延、排队时延。(其中排队时延是不确定的)
  7. 网络中数据传输的两种形式:电路交换、包交换
  8. 网络协议的三大要素:语法、语义、同步
  9. 网络拓扑结构有:网络的拓扑结构
  10. 计算机网络的性能指标: 带宽、时延、吞吐量、丢包率
  11. 网络命令行程序:
    • 设置和查看网络接口工具 ipconfig
    • 测试网络是否连通 ping
    • 域名查看工具 nslookup
    • 应用层协议工具 ftp(文件传输)、telnet(远程连接)

数据通信技术基础

  1. 传输介质
    • 有线:双绞线、同轴电缆、光纤
    • 无线:电磁波谱、无线电、微波，红外线、光波传输
  2. 信道复用技术:频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、统计复用(STDM)
  3. 按信号的交互方向划分为:单向通信(单工)、双向交替通信(半双工)、双向同时通信(全双工)。

应用层

  1. 什么是应用层协议？应用层协议与哪些概念相联系？ 应用层协议定义了运行在不同端系统上的应用程序进程互相传递报文的方式。 相联系的概念/要素:(1)交换的报文类型 (2)报文的语法格式 (3)报文中字段的语义 (4)各种类型报文发送的先后顺序和规则。

  2. URL的格式:<协议>://<主机>:<端口>/<路径>

    • 协议: 指明访问不同对象所使用的应用层协议。
    • 主机: 信息资源所在的节点。
    • 端口: 区分不同网络应用进程。
    • 路径: 信息资源所在的文件目录或文件名。

  3. 文件传输协议FTP为什么采用两个连接？(20:数据连接,21:控制连接) 数据连接用于传输文件相对费时，结束后自动拆除。 协议简单，容易实现，在传输文件时可以使用分离的控制连接。

  4. 电子邮件系统由哪些部分构成？

    • 电子邮件协议:规定如何在两互相通信的邮件进程间交换信息。
    • 用户代理:用户与电子邮件系统的接口，在用户上网终端上运行的软件。
    • 电子邮件服务器:发送和接受邮件。

  5. 与电子邮件接收和发送相关的协议: SMTF、POP3、IMAP

  6. 电子邮件系统采用的协议对应:

    • 用户代理向邮件服务器发送邮件 —— SMTP
    • 邮件服务器之间 —— SMTP
    • 用户代理向邮件服务器读取邮件 —— POP3

  7. DNS记录格式 Name(节点主机的域名/域的名字),Value(与Name对应的值),Type(类型),TTL(记录的生存时间)

  8. 一个主机名可以拥有多个IP 地址，如 www.baidu.com。 一个主机只能拥有一个IP 地址。

  9. DNS域名地址管理规则将域名划分:

    1. 顶级域名: 国家顶级域名、通用顶级域名、基础结构域名
    2. 二级域名
    3. 三级域名
    4. 四级域名

运输层

层次对应 地址
应用层 域名地址
运输层 端口地址
网络层 IP地址
数据链路层、物理层 MAC地址

  1. TCP三次握手

    • 第一次握手:客户机向服务器发出包SYN
    • 第二次握手:服务器确认客户机的包SYN，发送给客户机包SYN+ACK。
    • 第三次握手:客户机确认服务器的包SYN+ACK，发送包ACK给服务器。

    TCP连接三次握手

  2. TCP四次挥手

    • 第一次挥手:客户机向服务器发送包FIN
    • 第二次挥手:服务器确认客户机的包FIN，发送给客户机包ACK
    • 第三次挥手:服务器向客户机发送包FIN
    • 第四次挥手:客户机确认服务器的包FIN+ACK，发送给服务器ACK，完成挥手

    TCP连接四次挥手

  3. TCP校验机制？ 校验和、确认、重传、计时器、序号

  4. TCP协议首部占有20个字节，UDP协议首部占有8个字节。 TCP和 UDP都属于全双工。 TCP具有可靠数据传输、按顺序到达、流量控制的特性

  5. TCP拥塞控制的方法:慢开始、拥塞避免算法、快重传、快恢复

网络层

  1. ICMP用于监视与检测网络、报告意外事件的发生。
  2. RIP(路由信息协议) —— 距离矢量路由选择算法 公式: $D^X(Y, Z)=c(X, Z)+ min_w{D^Z(Y,W)}$

    实例: 假定网络中路由器B的路由表为

    目的网络 距离 下一条路由器
    N1 7 A
    N2 2 C
    N6 8 F
    N8 4 E
    N9 4 F

    现在B接受到C的路由信息为

    目的网络 距离
    N2 4
    N3 8
    N6 4
    N8 3
    N9 5

    则B更新后的路由表应为

    目的网络 距离 下一条路由器 原因
    N1 7 A C的路由信息中不包含N1
    N2 5 C 本身就是通过C来路由，C的N2信息改变，B中也要改变
    N6 5 C 和从F路由相比，跳数较少所以更新
    N8 4 E 跳数和从E路由相同，不更新
    N9 4 F 跳数和从F路由相比更多，不更新
  3. OSPF(开放最短路径优先协议) —— 链路状态路由选择算法
    • c(i,j):节点i ——> 节点j的链路费用。
    • D(v):当前网络从源节点到目标节点v的最低链路费用。
    • p(v):在源节点到目标节点v的最低链路费用上，源节点到目标节点上一节点。
  4. 网络层次 网络设备
    运输层及以上 协议转化器
    网络层 路由器
    数据链路层 网桥、交换机
    物理层 中继器、集线器
  5. 分片由路由器完成，分片重组由目的主机完成。
  6. IP协议提供服务的三大特点:不可靠的数据传输、面向无连接的传输服务、尽力而为的传输服务。
  7. 回退N算法:小于阀值时，指数增长;大于阀值 时，线性增长

数据链路层

  1. 信道冲突的协议:ALOHA,CSMA(载波侦听多路访问协议) 信道不冲突的协议:令牌、轮循
  2. 非坚持CSMA:发送数据前监听信道是否空闲，空闲则发送数据；冲突则等待一段时间，重新监听。
  3. CRC循环冗余检查:
    • 发送码为$T(x)=x^r*K(x)+R(x)$
    • 除数为G(x)为多项式($G(x)=x^4+x+1 \Longrightarrow G(x)=10011$)
    • 商为$Q(x)=\frac{x^r*K(x)}{G(x)}$
    • 余数为$R(x)$
  4. 千兆以太网:1000base-X,
    • 1000指传输速率为1000mbps;
    • base指基带信号
    • X=T，代表双绞线;X=F,代表光线。