计网框架
2018-02-05 12:01:20 0 举报AI智能生成
计算机网络的思维导图
作者其他创作
大纲/内容
应用层
PDU：Message
Protocol
Http
端口号：80
特点
无状态
子主题
连接方式
非持续连接
每个请求都使用一个独立的TCP
每个TCP传输完成后立即关闭
持续连接
所有请求共用一个TCP
经过一个默认的时间间隔仍未被使用则关闭
报文格式
请求报文
请求行
首部行
实体体
响应报文
状态行
首部行
实体体
cookie
功能
对用户进行跟踪，提供特定服务
组件
响应报文中的cookie首部
请求报文中的cookie首部
客户端保留的cookie文件，由浏览器管理
位于web站点的一个后端数据库
web缓存
即代理服务器
既是服务器（相对一般个人用户）又是客户（相对厨师服务器）
作用
减少响应时间
减少通信量
FTP
端口号20（数据），21（控制）
特点
保留用户状态
双端口协议
工作流程
先发起端口21的TCP
有数据传输时发起端口20的TCP
Email
组成
客户代理
邮件服务器
SMTP
POP3和IMAP
SMTP
端口号110
特点
推协议
两端用户既可能是服务器也可能是客户
功能
从发送方的邮件服务器向接收方的邮件服务器发送邮件
POP3
功能
获取位于邮件服务器上的邮件
工作流程
特许
以用户名和口令鉴别用户
事务处理
取回报文并做删除标记或取消删除标记以及邮件统计信息
更新
删除被标记删除的报文
IMAP
比POP3多了把每个报文于一个文件夹联系起来（即多了文件夹处理操作）
允许用户代理获取报文组件（如首部）
DNS
端口号53
功能
进行主机名到IP地址转换的目录服务
服务
主机别名
邮件服务器别名
负载分配
分布式、层次数据库
根DNS服务器：共有13个
顶级域DNS服务器
负责com、org、net、edu和gov等
权威DNS服务器
多数组织、大学、公司自身维护
本地DNS服务器
ISP提供
查询
递归查询
迭代查询
DNS缓存
DNS资源记录
格式
（Name，Value，Type，TTL）
分类
Type=A
Name：主机名
Value：对应IP地址
Type=NS
Name：域（foo.com）
Value：获得该域中主机IP地址的权威DNS服务器的主机名
Type=CNAME
Name：主机别名
Value：规范主机名
Type=MX
Name：邮件服务器别名
Value：邮件服务器规范主机名
DNS报文
看看就好。。
P2P
每个节点既是客户优势服务器，即对等方
下载时同时上传，使用最稀缺优先的技术
传输层
PDU：Segment
Process-to-Process
多路复用与多路分解
多路复用
发送方生成socket
多路分解
接收方接受socket
UDP
不可靠的数据传输
不保证顺序
无拥塞控制
无流量控制
不需要建立连接
无重传机制
首部
源端口2字节
目的端口2字节
校验和2字节
长度（整个）
可靠数据传输
建立连接
保证顺序
序号
重传
超时重传
NAK重传
拥塞控制
流量控制
流水线传输
GBN
一个计时器
启动
发送时，base=next
接受时，base！=next
停止
接受时，base=next
超时重传，从base到base+n-1
接受ACK为Base时滑动
SR
多个计时器，发一个开一个
接收方缓存，缓存窗内分组
超时重传该分组
接收Ack为Base时滑动
TCP
首部
源端口2B
目的端口2B
序号4B
确认号4B
首部长度
保留
SYN、FIN等
接收窗口（rwnd）
校验和
紧急数据指针
选项
可靠数据传输
连接管理
连接的建立
三次握手
“我要和你通信”SYN=1
“好啊”SYN=1
“好那我们开始吧”SYN=0
连接释放
发送方发送 FIN=1
接收方ACK
接收方发送FIN=1
发送方ACK
2MSS关闭
重传机制
估计往返时间
EstimatedRTT=a*SampleRTT+(1-a)*EstimatedRTT'
DevRTT=b*[SampleRTT-EstimatedRTT]+(1-b)DevRTT'
设置超时间隔
TimeOutInterval=EstimatedRTT+4*DevRTT
超时间隔加倍
超时则计时器间隔加倍
收到上层数据或ACK时依当前TimeOutInterval重置超时间隔
GBN+SR
GBN一个计时器的特点
SR缓存和选择重传的特点
快速重传
3个冗余ACK重启计时器开启重传
流量控制
LastByteRcvd-LastByteRead<=RecvBuffer
rwnd=RecvBuffer-[LastByteRcvd-LastByteRead]
发送方控制rwnd>=LastByteSent-LastByteAck
拥塞控制
原因：发送方过快地发送大量数据
cwnd和ssthres
方法
慢启动和拥塞避免
慢启动
cwnd指数级增长速度，达到ssthres启用拥塞避免
拥塞避免
cwnd线性级增长速度，触发丢包后ssthres=cwnd/2;cwnd=1;
快重传和快恢复
快重传
三个冗余ACK立即重传
快恢复
遇到冗余ACK，cwnd++；当三个冗余ACK（丢包（但是网络不堵））时；cwnd和ssthrs减半，开始拥塞避免
遇到超时（堵爆了），cwnd=1，ssthres减半；开始慢启动
网络层
PDU：Packet
End-to-End
路由转发
路由选择算法
转发表
目的ip
输出链路
因特网服务模型：尽力而为
虚电路和数据报网络
虚电路
VC#
每条链路有一个入VC#和一个出VC#
出入接口
面向连接
虚电路建立
信令报文和信令协议
传输数据
虚电路拆除
数据报
无连接
地址编码
最长前缀匹配
路由器
转发表
控制平面
路由选择处理器
数据平面
输入端口
连接物理链路
缓存
转发表路由
控制分组转发至路由选择处理器
交换结构
内存
经路由选择处理器提取首部后放入相应输出端口
一次一个
总线
一次一个无需路由选择处理器干预
全部端口收到，但只有对应输入端口标记了的标签的输出端口能保存
纵横式
并行处理，输出端口排队
输出端口
缓存
放入链路
排队
原因
多个输入同时涌向一个输出（输出排队）
交换结构交换分组速度过慢（输入排队）
解决方案
分组调度程序（针对输出，队列够长）
加权公平排队
主动队列管理（针对输出，队列不够长，向发送方提供信号）
弃尾
随机早期检测
<min：入队
[min,max]：P概率入队
>max：丢弃
IP
IPv4
数据报首部
4b版本号
4b首部长度
16b数据报长度
16b表示
3b标志
13b比特片偏移
8bTTL
8b上层协议
16b首部校验和
32b源IP地址
32b目的IP地址
选项
数据报分片
标识
表示同一个报文段
标志
表示是否最后一个
偏移
8字节为1，表示开始于字节offset*8
编址
32bitS
子网掩码
子网掩码 AND IP地址可以得到网络号（即得到该子网）
分类
A类：0XXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX
B类：10XXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX
C类：110XXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX
D类：余下的（保留）
子网划分（重点必考）
SubnetNumber
BorrowedBits
HostNumber
ps:记得-2
无类别
直接使用子网掩码区分
DHCP
“我要IP地址”
“我有IP地址XXXX”，“我有IP地址YYYY”……
“我要IP地址XXXX”
“给你IP地址XXXX”
网络地址转换NAT
LAN端（内部）
10.0.0.1,3345
WAN端（外部）
138.76.29.7,5001
出门重新包装
IPv6
首部
4b版本号
8b流量类型
20b流标签
16b有效载荷长度
8b下一首部（协议）
8b跳限制（TTL）
128b源地址
128b目的地址
v4—>v6
tunneling
IPv6外包一层IPv4首部
ICMP
路由选择算法
全局
LS算法
原理
每台路由器有整个网络的拓扑
实现
DJ算法
缺陷
全网路拓扑信息量庞大
震荡
分散
DV算法
原理
每个路由器保存相邻节点链路信息，当改变时通知相邻节点
实现
缺陷
震荡
路由选择环路
层次
自制系统
系统内部
RIP
一种DV协议
跳作为cost
OSPF
一种LS协议
允许使用多条路径
支持单播多播
系统间
BGP
eBGP
获取BGP属性（带有AS-PATH和NEXT-HOP）
将BGP属性交给内部节点
iBGP
依照BGP属性和内部路由算法得出的结果路由
链路层
PDU：Frame
相邻节点间的数据传输
服务
成帧
链路接入
可靠交付（利用传输层）
差错检测和纠正
实现：网络适配器
差错检测和纠正
奇偶校验
奇校验：奇数个1
偶校验：偶数个1
二维奇偶校验
d bits被分为i行j列，每行每列奇偶校验；每行每列的校验向量再进行奇偶校验
校验和
同传输层UDP
循环冗余检测
R=remainder D*2^r / G
数据D：d比特
循环冗余检测编码CRC：r比特
生成多项式G：r+1比特（一般已规定）
链路层协议
点对点链路协议
PPP
帧结构
1B标志域
1B地址域（没用）
1B控制域（没用）
1-2B上层协议
信息域（数据）
2-4B校验和
1B标志域
Byte Stuffing
发送方
信息域中出现标志域编码时，再加上一个标志域编码
接收方
一个标志域编码：开始或结束
两个标志域编码：删除前一个，从后一个继续读取数据
连接过程
无链路
物理链路
LCP链路
LCP链路和NCP链路
终止
HDLC
多路访问协议
信道划分协议
FDM
TDM
CDMA
随机接入协议
时隙ALOHA
划分时隙，在时隙到来时发送
发生冲突停止发送
下一时隙以概率P重传
效率：37%
ALOHA
无需等待时隙，有数据需要发送就发送
发生碰撞立即以P概率重传，否则等待一个帧时间
效率：18.5%
CSMA
侦听
传输
等待
缺点：信道传播时延导致侦听不准确
CSMA/CD
侦听
传输
碰撞检测
停止
等待：二进制指数退避
{0,1,2……，2^n - 1}
CSMA/CA
侦听
避免机制
再等待
向邻居节点发送很小的帧
发送
轮流协议
轮询
一个主节点
令牌
令牌循环
局域网
MAC地址
物理地址，一台机器仅有一个的固定地址
6字节 如：FF-FF-FF-FF-FF-FF（广播地址）
ARP协议
IP地址到MAC地址的映射（只作用于子网内）
发送数据报
子网内
从网络层获取IP地址，使用ARP找到对应MAC地址（没有就广播），发送即可
子网外
从网络层获取IP地址，发送到第一跳路由器处，由路由器向外网转发
以太网
帧结构
8B前同步码
6B目的地址MAC
6B源地址
2B类型
46-1500B数据
4BCRC
无连接服务
以太网技术
物理层标准
100BASE-TX：2对UTP或STP
100BASE-FX：2对光纤
100BASE-T4：4对UTP
快速以太网
百兆
可全双工
不适用CSMA/CD
千兆
全双工或半双工
全双工不用CSMA/CD,半双工需要
万兆
只使用全双工
链路层交换机
功能：存储转发
工作流程
没有则广播
来处即去处则过滤
转发表项存在则转发
特性
自学习
即插即用
划分冲突域，但不划分广播域（路由器划分）
虚拟局域网
基于交换机硬件
功能：基于单一物理局域网基础设施定义多个虚拟局域网，在一个VLAN中实现通信
VLAN交换机互联
VLAN干线连接
物理层
物理链路
双绞线
光纤
同轴电缆
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