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考研计算机网络学习框架总结

2022-10-31 10:55:45   0  举报

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AI智能生成

考研计算机网络学习框架总结

考研

考研计算机

作者其他创作

大纲/内容

体系结构

计算机网络概述

概念

以资源共享的方式互联起来的自治计算机的集合

组成

组成部分

硬件

软件

协议

工作方式

边缘部分

核心部分

分支主题

功能组成

通信子网

实现数据通信

资源子网

实现资源共享

功能

数据通信

分支主题

资源共享

硬件、软件、数据

其他（了解）

分布式处理

提高可靠性

负载均衡

分类

按分布范围

广域网（WAN）

交换技术

城域网（MAN）

局域网（LAN）

广播技术

个人区域网（PAN）

按传播技术

广播式网络

共享公共通信信道

点对点网络

采用分组存储转发和路由选择机制

按拓扑结构

星型

分支主题

总线型

分支主题

环型

分支主题

网络型

分支主题

按使用者

公用网

专用网

按交换技术

电路交换网络

报文交换网络

分组交换网络

按传输介质

有线网

无线网

性能指标

体系结构与参考模型

分层结构

怎么分

分支主题

实体

可发送、接收消息的软硬件

对等层

不同机器上的同一层

对等实体

同一层上的实体

一些概念

协议

控制两个对等实体通信的规则（水平）

组成

语法

规定了传输数据格式（怎么说）

语义

所要完成的功能（说什么）

同步

规定了时间执行顺序

接口

上层使用下层服务的入口

术语

服务数据单元（SDU）

协议控制信息（PCI）

协议数据单元（PDU）

分支主题

服务

下层为紧邻上层提供的功能调用（垂直）

n层向n+1层提供1至n层所有功能

n+1层不能直接调用n层外的其他层

分类

面向连接与面向无连接

面向连接

占用信道，事先建立通路

面向无连接

不事先建立通路

有应答与无应答

可靠服务与不可靠服务

可靠服务

具有纠错、检错、应答机制，保证数据正确传输

不可靠服务

尽力而为

参考模型

（7层）OIS参考模型

应用层

实体：所有能和用户交互产生流量的程序

分支主题

表示层

处理所交换信息的表示方式（语法和语义）

数据压缩

加解密

分支主题

会话层

建立连接并传输数据（老板联系别人）

分支主题

传输层

任务：负责不同主机两个进程间通信（秘书打电话）

传输单位：报文段（TCP）或用户数据报（UDP）

分支主题

网络层

任务

1.将传输层报文封装成分组

2.选择合适的路由，将分组交付到目的主机

传输单位

数据报

硬件

路由器

分支主题

数据链路层

任务

将IP数据报组装成帧

传输单位

帧

硬件

网桥、交换机

功能

链路连接的建立、拆除、分离

帧定界和帧同步

差错检测

分支主题

物理层

任务

透明地传输比特流

传输单位

比特

硬件

集线器、中继器

功能

定义接口特性

定义传输模式（全双工、半双工、单工）

定义传输速率

比特同步

比特编码

分支主题

（4层）TCP/IP参考模型

5层参考模型

模型

分支主题

数据封装与解封装

分支主题

物理层

通信基础

模型

分支主题

相关术语

数据

传送的信息实体，通常是有意义的符号序列

信号

数据在传输过程中的存在形式

分类

数字信号

参数取值离散

模拟信号

参数取值连续

信源

发送数据源头

信道

信号的传输媒介

分类

按传输信号

数字信道

模拟信道

按传输介质

无线信道

有线信道

信宿

接受数据的终点

通信方式

单工通信

只有一个方向的通信

如有线广播电视

半双工通信

双方都可以发送，但不能同时发送，也不能同时接收

如对讲机

全双工通信

双方可以同时发送和接收

如电话

传输方式

串行传输

远距离通信

分支主题

并行传输

计算机内部

分支主题

链路层

加强物理层传输原始比特流的能力，将可能出错的物理链路改造为逻辑无差错的数据链路，使之对网络层表现为无差错的链路

概述和功能

为网络层提供服务

无确认无连接服务

有确认无连接服务

有确认有连接服务

链路管理

连接的建立、维持、释放

用于面向连接的服务

组帧

作用

帧同步

接收方从比特流中确定一帧的其实和结束位置

帧定界

标志帧的开始和结束

透明传输

帧格式

帧首部、帧尾部、数据部分（<=MTU）

方法

字符计数法

使用帧首第一个字节标明帧内字符数

字符填充法

使用特定字符标志帧的开始与结束

零比特填充法

0+6个1+0表示首位，数据部分逢5个1加0，接收时逢5个1去0

违规编码法

用“高-高”，“低-低”表示帧的起始和终止

流量控制

限制发送方：接收方收不下就不回复确认

与可靠传输和滑动窗口的关系

可靠传输

发送方发啥，接收方确保收啥

滑动窗口

实现

流量控制

收不下不确认

可靠传输

发送方自动重传

实现方式

停止等待协议

发送一帧就暂停，等收到确认再发送下一帧

滑动窗口协议

后退N帧协议（GBN）

滑动窗口

发送方

收到ACK

采用累积确认方式（偶尔捎带确认），收到n号帧的确认，表示接收方收到了n号和之前全部帧

超时事件

若出现超时，重发所有已发送未确认的帧

接收方

若收到n号帧，且按序

为n号帧发送ACK

不一定每个都发，可以收到若干个只发最大的一个

将数据部分交付给上层

其余情况丢弃帧，为最近收到的帧重发ACK

窗口长度

发送窗口最大为2^n-1，否则无法确认新帧和旧帧

接收方为1

运行图示

分支主题

例题

发送方发送了0-7帧，计时器超时，只收到0，2，3号的确认，则需要重发的帧数是

4帧（4，5，6，7）

选择重传协议（SR）

滑动窗口

发送方

收到ACK

标记该帧为已接收

如果该帧是窗口下界

移动窗口到最小未确认帧处（可能>1）

超时事件

只重传1个帧

接收方

收到窗口内的帧

若失序

缓存，发送确认

等待空缺的所有更小的帧皆收到后，向前滑动窗口

收到窗口外的帧

序号小于窗口下界

发送ACK

其余情况忽略该帧

窗口长度

发送窗口=接收窗口=2^(n-1)

运行图示

例题

发送方发送了0-3帧，只收到1号的确认，而0，2号帧依次超时，则需要重发的帧数是

2帧（0，2）

差错控制

差错

位错

1变0，0变1

帧错

发送1 2 3

丢失

收到1 3

重复

收到1 2 2 3

失序

收到1 3 2

控制

检错编码

奇偶校验码

分支主题

循环冗余码

K位信息码后拼接R位校验码，整个编码长度为N

校验码由信息码和生成多项式计算而得，值为信息码与生成多项式模2除法的余数

生成多项式时发送方和接收方的约定

图示

分支主题

例题

信息码为101001，生成多项式若为x^3+x^2+1

生成多项式为1101，则R=3

低位补3个0，得101001000

模2除法，余数001

余数填入低位，得结果101001001

纠错编码

海明码

发现双比特错，纠正单比特错

工作流程

信息码D=101101

1.确定校验码位数

海明不等式 2^r>=k+r+1

2.确定校验码和数据位置

分支主题

3.求出校验码的值

分支主题

4.检错并纠错

分支主题

介质访问控制（MAC子层）

为使用介质的每个节点隔离来自同一信道其它节点的信号

介质访问控制协议（MAC Multiple Access Control）协议

静态划分信道

频分多路复用 FDM

同一时间占用不同带宽资源（并行）

时分多路复用 TDM

各用户轮流占用固定的时隙（并发）

统计时分多路复用，STDM帧按需分配（有需要就存入队列，满一帧就发）

例如

线路速率8000b/s，一帧4组，则TDM一人最高2000b/s,STDM最高8000b/s

波分多路复用 WDM

即光的频分多路复用

码分多路复用 CDM

实现方式：码分多址 CDMA

各站点指定自己的码片序列，代表1，反码代表0

如何不打架

各站点序列向量正交（规格化内积为0）

如何合并

各路数据线性相加

如何分离

合并的数据和源站规格化内积

举例

如A站11011代表1，则00100代表0

则A站向量为1 1 -1 1 1

若设A站向量S，B站T，A站发1，B站发0时

合并：发送S-T

分离

到达A站，S*(S-T) = 1-0=1

到达B站，T*(S-T) = 0-1=-1，-1代表0

动态划分信道

轮询访问介质访问控制

令牌传递协议

随机访问介质访问控制

ALOHA协议

纯ALOHA协议

不监听信道，不按时间槽，想发就发

冲突检测

接收方可以发现并不确认，发送方一段时间内收不到确认就判断冲突

冲突解决

超时后随即等一段时间后重发

时隙ALOHA协议

所有用户在时间片开始时同步接入信道，若发生冲突，需要等到时间片开始才可发送

CSMA协议

1-坚持CSMA

信道空闲

直接发送

信道忙

一直监听

有冲突（发出一段时间后未收到回复）

等待随机时长再监听

缺点：冲突不可避免

非坚持

信道空闲

直接发送

信道忙

等待随机时长再监听

缺点：可能大家都在等待，使用率低

p坚持

信道空闲

以概率p直接发送，概率1-p到下一个时间槽发送

信道忙

等待随机时长再监听

三者对比

分支主题

CSMA/CD协议

传播时延对载波监听的影响

分支主题

确定重传时机

基本退避时间

争用期：2τ

重传次数

k=min{重传次数，10}

退避时间

从集合{0，1，……，2^k-1}中随机选一个r，退避时间为r倍基本退避时间

重传16次均不成功，说明网络太拥挤，抛弃此帧并向上级报告出错

举例

第一次重传，k=1，r从{0，1}选；

第二次重传，k=2，r从{0，1，2，3}选

第三次重传，k=3，r从{0，1，2，3，4，5，6，7}选

以此类推

最小帧长

帧的传输时延至少要两倍与信号在总线的传播时延

最小帧长=2τ * 数据传播速率

以太网规定最小帧长64B，小于64B皆为冲突后异常终止的无效帧

CSMA/CS协议（了解）

流程

发送方检测空闲

空闲则发送RTS，忙则等待

接收端收到RTS，则响应CTS（只响应第一个，其他不响应）

发送端收到CTS，开始发送数据，同时预约信道

接收方用CRC检验数据，正确则响应ACK帧

接收方收到ACK开始发送下一帧，若没有一直重传（二进制指数退避算法确定随机推迟时间）

与CSMA/CD不同点

CSMA/CD用于总线式以太网，CSMA/CA用于无线局域网

CSMA/CD检测冲突，CSMA/CA避免冲突，冲突后都会进行有限的重传

局域网（Local Area Network）

简称LAN，指同一区域内多台计算机互联组成的计算机组，使用广播信道

决定要素

网络拓扑

星型拓扑

总线型拓扑

环型拓扑

树形拓扑

传输介质

有线局域网

双绞线、同轴电缆、光纤

无线局域网

电磁波

介质访问控制方法

CSMA/CD

令牌总线

令牌环

分类

以太网

802.3局域网，采用总线型拓扑结构，并用CDMA/CD技术对总线进行访问控制

无连接、不可靠服务

无连接

发送方与接收方无握手过程

不可靠

不对发送方数据帧编号，接收方不发送确认，差错帧直接丢弃，差错纠正由高层负责

以太网只实现无差错接收，不实现可靠传输

传输介质与拓扑结构的发展

传输介质

粗同轴电缆-->细同轴电缆-->双绞线+集线器

拓扑结构

分支主题

逻辑上是总线型

物理上是星型

通信适配器（网卡）与MAC地址

网卡

计算机通过网卡与外界局域网连接

MAC地址

又称物理地址，或硬件地址（实际上是标识符）

每个适配器有全球唯一的48位二进制地址，前24位代表厂家，后24位由厂家制定

常用6个十六进制数表示

以太网的MAC帧

以太网V2图示

以太网规定MTU<1500字节

定界

曼彻斯特编码，无电压变化代表没有数据

10BASE-T以太网

传送基带信号的双绞线以太网，传输速率是10Mb/s

高速以太网

100BASE-T以太网

吉比特以太网

光纤或双绞线

支持半双工和全双工，全双工工作无冲突

10吉比特以太网

采用光纤

只支持全双工，无争用问题

无线局域网（WLAN）

IEEE 802.11

MAC帧头格式

分类

有固定基础设施无线局域网

无固定基础设施的自组织网络

IEEE 802标准

IEEE 802.3：以太网

IEEE 802.5：令牌环网

IEEE 802.8：光纤

IEEE 802.11：无线局域网（WLAN）

链路层的两个控制子层

分支主题

广域网

基本概念

覆盖范围很广（远超一个城市）的长距离网络

由交换机及连接这些交换机的链路组成

图示

分支主题

PPP协议（点对点协议）

特点

面向字节

只支持全双工链路

组成

1.一个将IP数据报封装到串行链路的方法

2.一套链路控制协议（LCP）

建立并维护数据链路连接

身份验证

3.一套网络控制协议（NCP）

PPP帧格式

分支主题

信息部分采用字符填充法（不是5110）

无需满足的要求

纠错、流量控制、序号、多点电路

HDLC协议

特点

面向比特

采用全双工通信

采用CRC校验，对帧编号，可靠性高

三种站

主站

起控制作用

发送命令帧

接收响应帧

链路控制

从站

被控制

接收命令帧

发送响应帧

配合控制

复合站

既可以当主站又可以当从站

帧格式

分支主题

三种帧（无奸细）

信息帧

监督帧

无编号帧

两种协议的异同

分支主题

链路层设备

物理层扩展以太网

分支主题

冲突域

同一时间只能有一台主机发送信息，如果有两台就会发生冲突

优点

跨冲突域

扩大了以太网范围

缺点

通信效率变低（发生冲突的效率变高）

链路层扩展以太网

网桥

根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤

分支主题

网段

使用同一物理层设备（中继器，集线器等）的那一部分

与冲突域的区别

若不同网段以集线器相连，则仍是一个冲突域

以网桥或交换机相连，则构成一个广播域

分类

透明网桥

自学习

分支主题

流程

A->B

A广播，到B，B接收

到网桥1，无记录，记录A到左端口

网桥1通过右端口转发，到C、D，被拒收，到网桥2

网桥2无A记录，记录A到左端口

源路由网桥

发送帧时，把详细的路由信息（路由最少/时间最短）放在帧首部

方法：源站以广播形式向目的站发送一个发现帧，挑选最佳方案

以太网交换机（多端口网桥）

分类

直通式交换机

直接发

存储转发式交换机（实际使用）

放入告诉缓存，检查是否正确，正确才转发，错误则丢弃

冲突域和广播域

分支主题

例题

几个冲突域，几个广播域

4个冲突域，一个广播域

网络层

任务

把分组从源端传到目的端

位分组交换网络上的不同主机提供通信服务

传输单位：数据报

功能

路由选择与分组转发

异构网络互联

拥塞控制

IPv4

IPv4分组

IP数据报格式

图示

分支主题

固定部分：20字节

字段含义

版本

IPV4/6

首部长度

单位4B

总长度

单位1B

标识

占16位，同一数据报若分片，则所有分片使用同一标识

标志

占3位，只有后两位有意义 x_ _

中间位DF（Don't Fragment）

=1：禁止分片

=0：允许分片

最低位MF（More Fragment）

=1：后面还有分片

=0：已经是最后一片

片偏移

较长分组中某片在原分组中的相对位置，以8B为单位

分片例题

如图

分支主题

答案

分支主题

单位记忆

一种八片的首饰

IPv4地址与NAT

全世界唯一的32位/4字节，标识路由器主机的接口

分类的IP地址

分类

分支主题

特殊的IP地址

分支主题

私有的IP地址

分支主题

路由器对私有IP地址的数据报一律不进行转发

网络地址转换NAT

将专用网络地址转换为公用地址，从而对外隐藏内部管理的IP地址

硬件

在路由器上安装NAT软件，安装了NAT的路由器叫NAT路由器，至少有一个有效的外部全球IP地址

过程

分支主题

子网划分与子网掩码

分类IP地址的弱点

IP地址的空间利用率低

两级IP地址不够灵活

子网划分

基本思路

从主机号借用若干位，作为子网号

某单位划分子网后对外仍表现位一个网络

子网掩码

图示

使用子网的分组转发算法

例题

例：IP地址是141.14.72.24，掩码255.255.192.0，求网络地址

141.14.64.0

真题：IP地址180.80.77.55，掩码255.255.252.0，向该主机所在子网发送广播分组，其目的地址是

180.80.79.255

无分类编址（CIDR）

特点

在变长子网掩码的基础上提出的消除传统A、B、C类网络划分

可实现超网构造的IP地址划分

图示

分支主题

构成超网（路由聚合）

网络前缀都相同的连续IP地址组成“CIDR地址块”，这种地址的聚合称之为构成超网

例如

分支主题

网络1和网络2前16位相同，第17位分别位0，1，则可聚合为206.1.0.0/16的路由

使用CIDR时，查找路由表可能有多个匹配结果，应选网络前缀最长的路由

例题

分支主题

真题

某网络的IP地址空间为192.168.5.0/24,采用定长子网划分，子网掩码为255.255. 255.248，则该网络中的最大子网个数、每个子网内的最大可分配地址个数分别是

ARP、DHCP与ICMP

ARP协议（地址解析协议）

完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射（解决下一跳走哪的问题）

使用过程

分支主题

例题

主机A发送IP数据报给主机B，经过了5个路由器，问共使用了几次ARP协议

6次

DHCP协议（动态主机配置协议）

应用层协议，使用客户/服务器方式，通过广播方式进行交互，基于UDP

功能

提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器名称与IP地址

允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租

工作流程

1.主机广播“DHCP发现”报文 

"有没有DHCP服务器呀?"

2.DHCP服务器广播“DHCP提供”报文，拟分配给主机一个IP地址即相关配置

"有","有"

3.主机广播“DHCP请求”报文

”我用你的IP地址啦“（多个服务器的话选第一个收到的）

4.DHCP服务器广播“DHCP确认”消息，将IP地址分配给DHCP客户机

”用吧“

ICMP协议（网际控制报文协议）

ICMP差错报告报文

分类

1.终点不可达

无法交付

2.原点抑制

拥塞丢数据

3.时间超过

TTL（生存时间）=0

4.参数问题

首部字段有问题

5.改变路由（重定向）

值得更好的路由

不发送ICMP差错报文的情况

1.对ICMP差错报告报文

2.对第一个分片的后续数据报片

3.对具有组播地址的数据报

4.对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报

格式

分支主题

ICMP询问报文

请求和回答报文

测试目的站是否可达即了解其相关状态

时间戳请求和回答报文

用来进行时钟同步和测量时间

ICMP应用

PING

测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文

Traceroute

跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文

IPv6

为什么有IPv6

32位IP地址已经分配殆尽

CIDR、NAT治标不治本

IPv6从根本上解决地址耗尽问题

数据报格式

图示

字段含义

流标签

"流"指从特点源点到特定终点的一系列数据报

所有同一个流的数据报具有同样的流标签

条数限制

相当于TTL

与IPv4的区别

地址从32位（4B）扩大到128位（16B）

校验和字段彻底移除，减少了每条的处理时间

将可选字段移除首部，变成扩展首部，路由器不对其处理

支持即插即用，不需要DHCP协议

首部长度必须是8B的整数倍，IPv4是4B的整数倍

只能在主机处分片，IPv4可以在路由器和主机处分片

其他（了解）

ICMPv6：附加报文类型"分组过大"

IPv6支持资源的预分配，支持实时视像等要求，保证一定的带宽和时延的应用

取消了协议字段，改为下一个首部字段

取消了总长字段，改为有效载荷字段

取消了服务类型字段

地址表示形式

冒号十六进制法

一般形式

4BF5:AA12:0216:FEBC:BA5F:039A:BE9A:2170

压缩形式

原

4BF5:0000:0000:0000:8A5F:039A:000A:2176

压缩

4BF5:0:0:0:BA5F:39A:A:2176

零压缩

原

FF05:0:0:0:0:0:0:B3

压缩

FF05::B3

基本地址类型

单播

可做源地址+目的地址

一对一通信

多播

一对多通信

可做目的地址

任播

一对多中的一个通信（一般是最近的一个）

可做目的地址

IPv6向IPv4过渡的策略

双栈协议

一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈

隧道技术

将其他协议的数据帧重新封装然后通过隧道发送

路由协议

路由算法

路由表

分支主题

分类

静态路由算法（非自适应路由算法）

管理员手工配置路由信息

动态路由算法（自适应路由算法）

路由器间彼此交换信息，按照路由算法优化出路由表项

全局性

所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息

链路状态路由算法 OSPF

分散性

路由器只掌握物理相连的邻居及链路费用

距离向量路由算法 RIP

层次路由

自治系统AS

路由选择协议

分支主题

内部网关协议

一个AS内使用的 RIP、OSPF

外部网关协议

AS之间使用的 BGP

RIP协议（路由信息协议）

概述

分布式的基于距离向量的路由选择协议，最大优点是简单

距离：跳数，经过一个路由器+1，直接相连距离为1，为16表示不可达

适用于小型网络

例如

分支主题

路由信息交换细节

1.仅相连路由器交换信息

2.交换的信息是自己的路由表

3.每30秒交换一次路由信息并更新。

刚开始只知道直接连接的网络距离，经过若干次更新后，会知道任一网络的最短距离和吓一跳路由器地址

距离向量算法

步骤

1.修改相邻路由器发来的RIP报文中的所有表项

分支主题

以R1为例，终点Net3不变，修改下一跳为X，距离+1

2.对修改后的每一个项目

若路由表没有Net3，则直接将其填入R1路由表

若有Net3

若下一跳是X

更新原来的项目

不是X

距离小于从X的

更新

否则

不处理

3.若180s未收到相邻路由器的更新路由表

把X记为不可达的路由器，距离设置为16

例题

分支主题

考虑如图所示的子网,该子网使用了距离-向量算法,下面的向量刚刚到达路由器C :来自B的向量为(5, 0 , 8, 12, 6, 2) ;来自D的向量为(16, 12, 6, 0, 9, 10) ;来自E的向量为(7, 6, 3, 9, 0, 4)。 经过测量，C到B、 D和E的延迟分别为6, 3和5 ,那么C到达所有结点的最短路径是( )。 A. (5,6,0,9,6,2) B. (11, 6,0,3,5, 8) C. (5,11,0,12,8,9)D. (11,8,0,7,4,9)

C到B: (11， 6，14，18，12，8) C到D: (19， 15，9，3，12，13) C到E: (12， 11， 8，14，5，9) (11，6，0, 3，5，8)

报文格式

是应用层协议，使用UDP传送数据

一个RIP报文最多包括25个路由，若超过，必须再用一个RIP报文传送

好消息传得快，坏消息传得慢（慢收敛）

分支主题

OSPF协议

使用了Dijkstra提出的最短路径算法

特点

和谁交换

和自制系统内所有路由器（广播）

交换什么

与本路由器相邻的所有路由器的链路状态（即成本度量metric）

多久交换

只有当链路状态发生变化时，才向所有路由器洪范发送信息

OSPF的区域

分支主题

其他特点

每隔30min，刷新一次数据库中链路状态

由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。因 此当互联网规模很大时，OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多。

不存在坏消息传递慢的问题，收敛速度很快

BGP

特点

和谁交换

与其他AS的邻站BGP发言人

交换什么

网络可达性信息，即到达某个网络所要经过的一系列AS（路径向量）

多久交换

发生变化时更新有变化的部分

过程示例

图示

自治系统AS2的BGP发言人通知主干网AS1的BGP发言人: “要到达网络N1、 N2、N3和N4可经过AS2。

主干网还可发出通知:“要到达网络N5、N6 和N7可沿路径(AS1，AS3)

报文格式

BGP是应用层协议，借助TCP传送

支持CIDR

四种报文

1.OPEN (打开)报文:用来与相邻的另-一个BGP发言人建立关系，并认证发送方。 2.UPDATE(更新)报文:通告新路径或撤销原路径。 3.KEEPALIVE (保活)报文:在无UPDATE时，周期性证实邻站的连通性;也作为OPEN的确认。 4.NOTIFICATION (通知)报文:报告先前报文的差错;也被用于关闭连接。

三种路由协议的比较

分支主题

IP组播

移动IP

概念

移动IP技术是移动结点(计算机/服务器等)以固定的网络IP地址，实现跨越不同网段的漫游功能，并保证了 基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。

通信过程

分支主题

网络层设备（路由器）

硬件结构

分支主题

功能

路由选择

根据选定的路由选择协议构造出路由表

路由器接收到的分组若为RIP/OSPF分组等，会被送往路由选择处理机

分组转发

根据转发表（路由表得来）对分组进行转发

接收到数据分组，查找转发表并输出

输入输出端口对收到的分组的处理

输入端口

分支主题

输出端口

分支主题

路由表与路由转发

路由表

由路由选择算法得出，总用软件实现

分支主题

转发表

由路由表得来，可以用硬件或软件实现。

必须包含完成转发所需信息，每一行须包含到达目的网络的MAC地址信息映射

三层设备的区别

路由器

可以互联两个不同网络层协议的网段

可以隔离冲突域和广播域

网桥

可以互联两个物理层和链路层不同的网段

只能隔离冲突域

集线器

不能互联两个物理层不同的网段

不能隔离冲突域或广播域

传输层

传输层提供的服务

传输层的功能

提供进程和进程之间的逻辑通信

复用和分用

复用：不同的应用进程可以通过相同的传输层协议传送数据

分用：数据剥去报文首部能正确交付给目的应用进程

对收到的报文进行差错检测

提供两种不同的协议

传输层的寻址与端口

端口的作用

是传输层的SAP，标识主机中的应用进程

端口号

只有本地意义，不同主机之间没有联系

长度为16bit，能表示65536个不同端口号

按范围分

服务端使用的端口号

熟知端口号

给TCP/IP最重要的应用程序，让所有用户都知道

0~1023

常用的熟知端口号

FTP: 21 TELNET: 23 SMTP: 25 DNS: 53 TFTP: 69 HTTP: 80

登记端口号

为没有熟知端口号的应用程序使用的

1024~49151

客户端使用的端口号

仅在用户进程运行时才动态选择

49352~65535

套接字（Socket）

=（主机IP地址，端口号）

唯一标识网络中的一个主机和他上面的一个进程

UDP协议

概述

只在IP数据报服务上增加了很少的功能，即复用分用和差错检测

主要特点

无连接，减少开销和发送数据之前的时延

使用最大努力交付，不保证可靠交付

面向报文，适合一次性传输少量数据的应用

无拥塞控制，适合实时应用

首部开销小，8B，TCP20B

首部格式

分用时，找不到对应的目的端口号，就丢弃报文，并给发送方发送ICMP“端口不可达”差错报告报文

UDP校验

1.在UDP数据报前加上伪首部

分支主题

2.全0放入校验和字段

3.数据部分末尾以全0凑足16位

4.以16位为单位求和，结果取反填入校验和字段

5.检错时同样以16位位单位相加，全为1时标识正确

例

分支主题

TCP协议

TCP协议特点

面向连接（虚连接）

每一条TCP连接只能由两个端点，每一条连接只能是点对点的

TCP提供可靠交付的服务，无差错、不丢失、不重复、按序到达。可靠有序，不丢不重

提供全双工通信

发送缓存

准备发送的数据&已发送但尚未收到确认的数据

接收缓存

按序到达但尚未被接受应用程序读取的数据&不按序到达的数据

面向字节流

TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的字节流

首部格式

分支主题

TCP连接管理

连接建立

数据传送

连接释放

TCP可靠传输

TCP流量控制

TCP拥塞控制

应用层

对应用程序的通信提供服务

网络应用模型

客户/服务器模型

图示

分支主题

服务器

提供计算服务的设备

客户机

请求计算服务的主机

P2P模型

图示

分支主题

特点

不存在永远在线的服务器

每个主机即可以提供服务，也可以请求服务

任意节点之间的直接通信

节点间歇性接入网络

可扩展性好（支持大量涌入）

网络健壮性强

域名系统（DNS）

域名

分支主题

域名服务器

根域名服务器

顶级域名服务器

权限域名服务器

本地域名服务器

域名解析过程

本地域名服务器

递归查询

靠别人

迭代查询

靠自己

高速缓存

文件传输协议（FTP）

功能

提供不同种类主机系统（软、硬件都可不同）之间的文件传输能力

以用户权限管理方式提供用户对远程FTP服务器上的文件管理能力

以匿名FTP方式提供公用文件共享能力

工作原理

使用TCP实现可靠传输

采用客户/服务器工作方式

服务器进程

1个主进程

端口21

n个从属进程

工作图示

控制连接始终保持，数据连接保持一会

数据连接端口号

主动方式

非20（>1024）

被动方式

电子邮件

概述

信息格式

信封

内容

首部

From: 111 @ 163.com To: abc@ 163.com Subject: Hello! Date: 2018-8-8

主体

BlaBlabla......

组成结构

组成构件

用户代理

SMTP服务器

协议

关系图示

分支主题

收发过程

协议

SMTP

SMTP规定了在两个相互通信的SMTP进程之间应如何交换信息

使用客户/服务器方式

使用TCP连接，端口号25

SMTP通信

连接建立

邮件传送 

连接释放

POP3、IMAP

邮局协议POP3

TCP连接，端口号110，C/S

工作方式

下载并删除

下载并保留

网际报文存取协议IMAP

先看首部，需要打开时再上传文件

允许先读邮件一部分（如正文，由WIFI再下载附件）

MIME

多用途网络邮件扩充

使电子邮件系统可以支持声音、图像、视频、多种国家语言等等

图示

基于万维网的电子邮件

分支主题

万维网和HTTP协议

万维网

定义

是一个大规模的、联机式的资料空间，是无数个网络站点和网页的集合

内核组成

同一资源定位符（URL）

一般形式

<协议>：//<主机><端口>/<路径>

超文本传输协议（HTTP）

超文本标记语言（HTML）

工作方式

以客户/服务器方式工作，用户使用的浏览器就是万维网客户程序，万维网文档所驻留的主机运行服务器程序。

HTTP协议

定义了浏览器(万维网客户进程)怎样向万维网服务器请求万维网文档，以及服务器怎样把文档传送给浏览器

工作图示

分支主题

协议特点

无状态

不记得曾经访问过的客户

使用Cookie跟踪用户活动

本身无连接

通信双方在交换HTTP报文之前不需要先建立HTTP连接

使用TCP作为传输层协议

连接方式

持久连接（Keep-alive）

非流水线

分支主题

流水线

分支主题

非持久连接（Close）

分支主题

报文结构

HTTP报文是面向文本的，因此在报文中的每一个字段都是一些ASCIl码串

组成

请求报文

格式

分支主题

示例

GET /index html HTTP/1.1 Host: www.test.edu.cn Connection: Close Cookie: 123456

响应报文

分支主题

状态码

1xx表示通知信息的，如请求收到了或正在处理。 2xx表示成功，如接受或知道了。如202 Accepted 3xx表示重定向，如要完成请求还必须采取进一步的行动。如301 Moved Permanently 4xx表示客户的差错，如请求中有错误的语法或不能完成。如404 Not Found 5xx表示服务器的差错，如服务器失效无法完成请求。