计算机网络原理✅
2023-09-17 22:27:57 0 举报AI智能生成
计算机网络原理》是一本采用全新体系结构的计算机网络基础教材。全书共分为3篇，分别从3个角度观察计算机网络，理解计算机网络的工作原理：第1篇是在平面上观察计算机网络，把计算机网络看做由节点、链路和协议三个元素组成的系统，并介绍了链路和节点上的基本通信技术；第2篇是立体地观察计算机网络，认识计算机网络体系结构，介绍了ISO/OSI参考模型和IEEE 802、TCP/IP两种计算机网络主流体系结构；第3篇介绍计算机网络应用程序的C/S工作模式和基于C/S模式的计算机网络应用程序的开发方法。这3篇将计算机网络的基本原理分解成相对独立的3个层次。每完成一个层次内容的学习，对计算机网络工作原理的认识就会上升到一个新的高度，并最后归结到计算机网络应用层的实现上来。
作者其他创作
大纲/内容
星形网络
环形
网状
主线型
网络结构
实现在大规模网络核心上进行数据传输的技术基础
概念
子主题
1、建立电路
2、数据传输
3、拆除电路
电路交换的步骤
实时性高，时延和时延抖动小
优点
对于突发性数据传输，信道利用率低，传输速率单一
缺点
适用于 语音 和视频 类实时性强的业务
电路交换
事先不需要建立链接
信道利用率高
时延长，有时还需要丢弃报文
存储-转发方式
报文交换
1、交换设备存储容量要求低
2、交换速度快
3、可靠传输效率高
4、更加公平
又叫包交换，存储-转发方式
分组交换
分类
数据交换技术
速率： 网络单位时间内传输的数据量，用以描述网络传输的快慢
速率基本单位：bit/s（位每秒）、Kbit/s、 Mbit/s、 Gbit/s、 Tbit/s。
带宽
速率与带宽
分组从 网络中的 一个节点到达另一个节点所需要的时间
分组的每一跳。节点处理时延、排队时延、传输时延、传播时延
时延
时延带宽积
丢包率
吞吐量
网络性能
定义：计算机网络所划分的层次以及 各层协议的集合
开发系统互连参考模型
OSI参考模型（七层）
TCP/IP参考模型（四层）
五层参考模型
结构
网络体系结构
发展简史
最典型、最基本（例如：www应用，文件传输，电子邮件）
1、 分为客户程序 和 服务器程序
2、服务器程序先 运行
3、客户程序 后运行，主动与服务器进行通信
特点
客户/服务器 结构网络应用
没有客户服务器 之分
纯 p2p结构
混合结构网络应用
计算机网络应用 体系结构
通信过程：运行在不同主机上的有应用进程间以C/S方式进行通信
网络应用通信的基本原理
域名解析：将域名 映射为IP地址
层次化域名空间
根
顶级
权威
中间
DNS服务器：根据其主要 保存的域名信息以及在域名解析过程的作用
域名服务器
递归查询
迭代解析
域名解析过程
域名系统（DNS）
浏览器、web服务器、http
URL： 服务器主机域名（IP地址）+ 对象的路径名
应用结构
大部分用的 HTTP / 1.1
概述
用一次 断开一次，一条tcp连接 。 http/1.0
一条连接
多条连接（并行连接）
非持久连接的HTTP （TCP用一次就断开）
非流水方式 持久连接-（不并行请求）
流水方式 持久连接-（并行请求） ——http1.1版本
持久连接的HTTP（TCP不断开）
连接
请求报文
响应报文
报文
HTTP
http服务器不保存 客户的任何信息，被称为无状态协议
小型文本文件（Cookie）：网站为了辨别用户身份、进行会话跟踪而储存在用户本地终端上的数据
技术
Cookie
邮件服务器-是核心
用户代理-客户端软件
简单邮件传输协议（SMTP）
邮件读取协议（POP3、IMPA、HTTP）
邮件系统格式
握手阶段
邮件传输阶段
关闭阶段
3个阶段完成邮件传输
14条命令
21种应答信息
只能发送7位ASCII码文本内容
使用的TCP连接是 持久的
传送内容中不能有 . 因为.是结束表示
SMTP是“推动”协议
SMTP
当出现非7位的ASCII码是 使用MIME（互联网邮件扩展）转为 7位
是个SMTP的 助手
邮件格式与MIME
授权阶段
事务处理阶段
更新阶段
POP3
IMAP
HTTP 使用web读取
邮件读取协议
Internet电子邮件
主进程
从属进程
组成部分
控制连接 （持久）
数据连接（临时）
传送方式称为 外带控制
FTP 是有状态的协议
命令（可读的）
FTP：文件传输协议
万维网应用
P2P应用
常见端口号
API
Socke编程基础
网络应用
核心任务：应用进程之间提供 端到端的 逻辑通信服务
寻址
实现 端到端的流量控制
拥塞控制
可靠数据传输
报文进行 差错检测
口诀：分复刘墉寻差错，可靠
功能
IP地址+端口号
传输层寻址与端口
无连接服务 与 面向连接服务
差错检测
确认
重传
序号
计时器
实现可靠数据传输的措施
传输层的基本服务
多路复用：源主机传输层协议，可以收集不同的数据块 传递给网络层
多路分解：目的主机， 传输层协议 读取报文段中的字段
复用与分解
无连接服务:UDP(用户数据报协议)
增加了：UDP套接字二元组：<目的IP地址，目的端口号>
UDP
internet提供面向连接的服务：TCP（传输控制协议）
增加了：TCP套接字四元组：<源IP地址，源端口号，目的IP地址，目的端口号>
TCP
~复用与分解
可靠数据传输基本原理
不可靠传输信道在数据传输中可能发生
1、发送数据，等待确认
2、肯定确认 / 否定确认
3、后续数据 / 重传数据
工作流程
它属于 自动重传请求
停-等协议
它属于 流水线协议
回退N步协议：GBN
选择重传协议：SR协议
根据接收窗口的大小分为
滑动窗口协议
停-等协议与滑动窗口协议
无连接、不可靠
应用进程 容易控制
首部开销小，只有8个字节
UDP特点
首部
数据字典
UDP数据报结构
1、直接进行相加。
2、如果有溢出，将溢出的数，在和结果加一遍
3、将最后的结果 取反码。（0变1. 1变0）
求校验和步骤：
伪首部 只在校验和计算时出现。在发送数据报时没有
UDP校验和
用户数据报协议（UDP）
是提供面向连接、可靠、有序、字节流 传输服务
应用进程先建立链接
每一条TCP连接只有两个端点
可靠交付：无差错、不丢失、不重复、有序
全双工通信
面向字节流
要点
tcp首部长度 最短 20字节
TCP报文段结构
三次握手 四次挥手
握手
挥手
只有 第三次握手可 携带数据
问题
连接管理
工作机制
1e+4D
在TCP报文段结构中， 接收窗口字段 用于实现TCP的流量控制
流量控制
拥塞控制：通过合理调度、规范、调整向网络中发送数据的主机数量、发送速率、数据量，以避免拥塞的发生
慢启动
拥塞避免
三次重复确认，进行快速重传
快速重传
三次重复确认。。 不太拥挤（窗口变为原来的 一半）
计时器超时。 非常拥挤（窗口大小变为1 。阈值设置为原来的一半）
上面窗口调整的基本策略 叫 AIMD（加性增大，乘性减小）
快速恢复
TCP拥塞算法包括
基本思想：AIMD
传输控制协议（TCP）
传输层
核心任务：将数据 从 源主机送达到目的主机
路由选择
转发
有链接的： 虚电路网络
因特网
无连接： 数据报网络
连接建立
主要功能
网络层服务
数据报网络
虚电路网络
数据报网络虚电路网络
协议转换 和 构建虚互联网络
基本策略
异构网络互联
输入端口
基于内存交换
基于总线交换
基于网络交换（性能最高、最贵）
包括
交换结构
FCFS（先到先服务）
输出端口
路由处理器
功能体系结构分
路由器
网络互联与 网络互联设备
网络负载在 膝点附近时，吞吐量和分组平均延迟达到理想的平衡，网络的使用效率最高
缓冲器容量有限
传输线路的带宽有限
网络节点的处理能力有限
网络中某些部分发生了故障
发生拥塞控制的原因
流量感知路由
针对 虚电路专门来说的
准入控制
流量调节
负载脱落
拥塞控制 措施：
网络拥塞
典型：链路状态路由（LS算法）
全局式（需要网络完整信息）
典型：距离向量（DV算法）
分布式（不需要网络完整信息）
是否需要全局信息
静态：人工配置，当网络变化时，不进行人工干预，就无法匹配
动态：网络发送变化，自动计算最佳路由（LS、DV）
静态动态
是否敏感
算法分类
迪杰斯特拉算法
链路状态
找最短的距离
B-F方程
距离向量
自治系统（AS）
RIP报文封装进 UDP数据报
特征
RIP（路由信息协议）
OSPF（开放最短路径优先协议）
内部网关协议
主要分类
BGP（边界网关协议）
外部网关协议
层次化路由选择
安全
支持多条相同费用路径
支持区别化费用度量
支持单播路由与 多播路由
分层路由
路由选择协议
网络层拥塞控制
标识（16位）
标志（3位）
当前小分片子，在元数据的位置
8B为单位
叶偏移量（13位）
首部占 20字节
格式
练习题
ip 地址 32位
IPv4协议
地址划分
特殊地址：全为0 表示本机
子网地址= 子网掩码 与上 主机地址
掩码
路由聚合 只针对于 在 路由器上
路由聚合
IPv4编址
服务器端口号：67
客户端口号：68
端口号
通过 3次广播的方式 找服务器请求 ip地址
发现
服务器提供
工作过程包括：
动态主机配置协议（DHCP）
网络地址转换协议（NAT）
在主机 或路由器间 实现差错信息报告、信息探测
类型
代码
校验和
字段包括
互联网控制报文协议（ICMP）
IP地址 128位
单播
组播
任播
表示
很好地解决 IPv6通信中经过IPv4路由器的问题，同时也不会常出现信息丢失的问题
隧道
IPv6
Internet网络层
RIP（封装在UDP中）
OSPF（封装在IP数据报中）
IGP
BGP（封装在TCP中）
EGP
路由算法与路由协议
网络层
数据链路层的传输单元称为 帧
提供的服务：组帧、链路接入、可靠交付、差错控制
数据链路层服务
随机差错 或 独立差错
随机噪声
突发差错，外界干扰
冲击噪声
出现差错的种类
概念： 通过差错编码技术，实现对信息传输差错的检测， 并基于某种机制运行 差错纠正和处理
典型的差错控制方式
检错重发
前向纠错
反馈校验
检错丢弃
基本方式
奇偶校验码
循环冗余码
1、写出多现实对应的位串，并确认有 r位
2、在带编码串 后 + （r-1个0）
3、用新的编码串 / 第一步写出的位串
4、将余数 替换掉 第2步增加的0
进行CRC（循环冗余码）编码
与连续 不连续没有关系
d=r+1
检错编码
d=2r+1
纠错编码
编码集的汉明距离
汉明距离
差错控制
解决信道的共享问题
根本任务
频分多路复用（FDM）
同步时分多路复用
ATM
异步时分多路复用
时分多路复用（TDM）
光纤
波分多路复用（WDM）
扩频
码分多路复用（CDM）
信道划分MAC协议
随机访问MAC协议
轮询（轮叫轮询、传递轮询）
集中控制式
令牌技术
分散式控制
受控接入MAC协议
多路访问控制协议（MAC协议）
一般采用广播的方式，局部区域网络，覆盖面积小，网络传输效率高，传输的误码率低
以太网 向 网络层体提供的是 无连接不可靠 的服务
以太网
应用最广泛的数据链路层设备
消除冲突
支持异质链路
网络管理
交换机
以软件的方式 划分和管理 局域网中的工作组
基于 交换机端口 划分
基于 MAC地址划分
基于 上层协议类型 或 地址划分
划分方式
虚拟局域网
局域网（LAN）
成帧
链路控制协议
网络控制协议
PPP功能
PPP是 面向字节的。使用的是 字节填充技术
发送端
接收
信息帧
管理帧
无序号帧
三种类型的帧
HDLC协议（面向 位）
点对点链路协议
数据链路层 与 局域网
消息：人类能够感知
信息：有意义的内容
通信：在一点精确 或 近似值 再生另一点的信息
通信系统：能够实现通信功能的各种技术、设备和方法的总体
信号：在通信系统中，传递信息需要和是的 载体在 传输通道中 传输，这个载体就是信号
数据：是对客观事物的性质状态以及相互关系等进行记载的符号 以及其组合，通常是数字、文字、图像等，也可以是其他抽象的符号
模型
自变量（可以连续的、 可以是离散的）
因变量（一定是连续的）
模拟通信
自变量（离散的）
因变量（离散的）
数字通信
通信
单向通信
对讲机
双向交替通信（半双工）
手机、TCP
双向同时通信（全双工）
传输方向
并行通信
串行通信
时空顺序
发送字符，不需建立同步时钟，实现简单，适用低速网络
异步通信
发送数据块，双方建立同步时钟，实现复杂，适用高速网络
同步通信
数据同步技术
数据的通信方式
数据通信基础
传输损耗较低
易受天气和外界电磁干扰
对外界噪声敏感
带宽有限
架空明线
性能好，价格高
屏蔽双绞线（STP）
适用更普遍
非屏蔽双绞线（UTP）
双绞线
有线电视网络
同轴电缆
原理：利用的光的全反射
单模光纤
多模光纤
传输模式的不同
光纤通信容量非常大，最高可达100Gbit/s
传输损耗小，中继时间长，对远距离特别经济
抗雷电和电磁干扰性能好
无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据
体积小，重量轻
导引型传输介质
频率 2MHz以下
地波传播
2-30 MHz
天波传播
高于 30MHz
视线传播
非导引型传输介质
物理介质
包括信号的传输介质 和通信系统的一些变换装置
广义信道
信号的传输 介质
狭义信道
信道
数据信号 由编码器输出端 传输到译码器输入端 经过的部分
编码信道
信号通过信道发生畸变是 时变的
随机参数信道（随参信道）
信号通过信道发生畸变 和时间无关
恒定参数信道（恒参信道）
传输特性
香农公式
信道容量
信道与信道容量
基带信号：信源发出的没有经过调制的原始信号
信源发出的没有经过调制的原始信号
基带信号
发出的原始信号是 模拟基带信号
模拟信号
发出的原始信号是 数字基带信号
数字信号
传输编码
单极不归零码
双极不归零码
单极归零码
双极归零码
差分码（双相码）
脉冲信号
AMI码
双相码
米勒码
CMI码
传输码类型
基带传输
通常将实现调制、传输与解调的传输系统称为数字频带传输系统
三种调制方式
频带传输
主要任务
电源插头
机械特性
信号的电平
电气特性
数据信号线、控制信号线
功能特性
协议。事件执行顺序
规程特性
特性
物理层接口规程
物理层
无线主机
无线链路
基站
网络基础设施
基本结构
信号强度的衰减：路径损耗
干扰
多径传播
无线链路特点
隐藏站现象
无线链路与无线网络特性
多路访问控制协议更复杂
使用不同链路技术的无线网络覆盖区域和链路速率不同
无线网络特点
无线网络
移动寻址
保持地址不变
存在 三角路由选择的问题。所以有了直接路由选择
间接路由选择
直接路由选择
数据报寻址并转发的方法：
基本原理
移动网络
802.11共同点
AP发现
CSMA/CA原理
帧
802.11数据帧结构： 需要4个地址字段
无线局域网 IEEE802.11
收发基站
基站控制器
一个MSC包括5个基站控制器
移动交换中心MSC
系统结构
基站系统
蜂窝网络中的移性行管理
2G
3G
4G
5G
移动通信2G/3G/4G/5G
蜂窝网络
移动IP
代理发现
向归属代理注册
数据报的间接路由选择
移动IP标准
移动IP网络
WiMax 又被称为 IEEE 802.16
蓝牙
其他典型无线网络简介
无线与 移动网络
网络安全概述
凯撒密码
替代密码
换位密码
传统加密方式
56位
112位
三重 DES
DES
128/192/256位
AES
128位
IDEA
分组密码（DES、AES、IDEA）
流密码（序列密码）
对称密钥加密
公开密钥加密（非对称）
加密模型
数据加密
消息完整性检测方法
典型的散列函数
简单报文认证。不足：无法达到对 消息源认证
报文认证码MAC，。不足：无法保证消息在接受方没有被篡改
报文认证
数字签名
签名报文摘要
消息完整性与数字签名
身份认证
当 提到 对称密钥 就是KDC
密钥分发中心（KDC）
当一提到 公钥 就是CA
证书认证机构（CA）
密钥分发中心 与 证书认证机构
无状态分组过滤器
有状态分组过滤器
应用网关
防火墙
入侵检测系统
防火墙与 入侵检测系统
PGP标准
安全电子邮件
安全套接字SSL
隧道技术
传输模式：主机模式
隧道模式
传输模式
IPSec
关键技术
虚拟专用网VPN
网络安全协议
网络安全
计算机网络原理
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