计算机网络 复习提纲

计算机网络 复习 网络协议

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协议整理

数据链路层

PPP协议

点对点协议（Point-to-Point Protocol）是目前使用最广泛的数据链路层协议，应用于计算机与ISP的通信。要求其满足如下需求（参照课本P73）：

1. 简单
   
   • 接受帧，CRC检测，正确收下，错误丢弃，不做其他操作。
     

     CRC检测：见计算题

2. 封装成帧
   
   • 规定特殊字符做“帧定界符”，使接收端能找到始末。
   • 首部第一个字段和尾部第二个（也就是最后一个）字段为标志字段0x7E，二进制表示为01111110。
3. 透明性
   
   • “帧定界符”不会影响数据传输。
   • 采用SONET/SDH链路时，使用同步传输（一连串比特连续传送），
   • 此时会使用 零比特填充 来实现透明传输：
     在发送端，先扫描整个信息字段，只要发现有5个连续的1，则立即填入一个0。当然，接收方也会自动去除连续5个1后面的一个0。
4. 多种网络层协议
   
   • 在同一物理链路上同时支持多种网络层协议。
5. 多种类型链路
   
   • 可以在多种链路上运行。
6. 差错检测
   
   • 检测并立即丢弃有差错的帧，防止浪费网络资源。
7. 检测连接状态
   
   • 能够及时自动检测链路是否正常工作。
8. 最大传送单元（MTU）
   
   • MTU是数据链路层的帧的数据部分的最大荷载，而不是单个帧的长度。
   • 对每一种类型的点对点链路设置MTU的标准默认值。
   • 当高层协议发送的分组超过MTU时，就会被丢弃，并返回差错。
9. 网络层地址协商
   
   • 使两个网络层实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址。
   • 要求其算法尽可能简单，并且能在所有情况下得出协商结果。
10. 数据压缩协商
    
    • 提供一种方法来协商使用数据压缩算法。

以太网协议

未整理！！！！！

网络层

IP协议的三个历史阶段

IP协议是TCP/IP协议中两个主要协议之一，也是最重要的因特网标准协议之一，其作用是使性能各异的网络在网络层上可看做一个统一的网络。这种IP协议的虚拟互联网络可简称为IP网。IP网上的主机进行通信时，看不见互联的个网络的具体异构细节，就如同在一个单个网络上通信一样。IP地址的编址方法共经历了三个历史阶段：

分类的IP地址

将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中第一个字段是**网络号（`net-id`）**，标志主机（或路由器）所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内是唯一的。第二个字段是**主机号（`host-id`）**，标志该主机（或路由器）。一个主机号在它前面的网络号所指定的网络范围内是唯一的。综上，一个IP地址在整个因特网范围内是唯一的。 $$IP地址 ::= \{<网络号>,<主机号>\}$$ 主要分类（参照课本P118）：

地址类型	网络号（标志网络）	主机号（标志主机或路由器）	首部（二进制）	第一个网络号	最后一个
A类地址	前8位	后24位	0	1	126
B类地址	前16位	后16位	10	128.1	191.255
C类地址	前24位	后8位	110	192.0.1	223.255.255

保留IP（参照课本P120）：

网络号	主机号	源地址使用	目的地址使用	代表的意思
0	0	可以	不可	在本网络上的本主机
0	host-id	可以	不可	在本网络上的某个主机host-id
全1	全1	不可	可以	只在本网络上广播（各路由器均不转发）
net-id	全1	不可	可以	对net-id上的所有主机进行广播
127	非全0或全1的任何数	可以	可以	用作本地软件环回测试

子网的划分

在原有的IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级IP地址变成三级IP地址，即**划分子网**，或**子网寻址**或**子网路由选择**。划分子网已成为因特网的正式标准协议。 划分子网基本思路（参照课本P134）：

1. 拥有许多物理网络的单位，可在内部将所属的物理网络划分为若干个子网，但是这个单位对外仍表现为一个网络。
2. 网络号长度不变，主机号中分出几位用于子网号（subnet-id）：
   $$IP地址 ::= \{<网络号>,<子网号>,<主机号>\}$$
3. 根据IP数据报的目的网络号找到连接在本单位网络上的路由器，路由器根据网络号和子网号找到子网，再把IP数据报交付主机。

子网掩码：？？未整理？？

无分类编址CIDR（构成超网）

与IP协议配套使用的三个协议

ARP地址解析协议（Address Resolution Protocol）

在发送数据时，数据从高层下到低层,然后才到通信链路上传输：

IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部，在网络层和网络层以上使用的是IP地址，而数据链路层及以下使用的是硬件地址。因而在数据链路层看不见数据报的IP地址。这也就导致我们需要解决如下问题：已经知道一个机器的IP地址，需要找出相对应的硬件地址。

ICMP网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol）

为了有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议ICMP，用于路由器的差错/异常报告。
五种差错报告报文：
1. 终点不可达 用于无法交付数据报
2. 源点抑制 用于拥塞丢包，要求放慢发送速率
3. 时间超过 生存时间（跳数）为0时丢弃包，返回错误
4. 参数问题 首部有错丢弃包，返回错误
5. 改变路由（重定向） 让主机知道下次应该发送的更好的路由
两种询问报文：
1. 回送请求和回答
2. 时间戳请求和回答

IGMP网际组管理协议（Internet Group Management Protocol）

路由协议

• RIP协议（内部网关协议）
• OSPF协议（内部网关协议）
• BGP-4协议（外部网关协议）

NAT

内部IP转外部（端口转发）。

VPN

虚拟专用网，用于联通互联网上的两个专用网作为一个专用网体系。

运输层

TCP协议

（P 195特点）

UDP协议

（P 193特点）

应用层

常用应用一览

应用	应用层协议	运输层协议	默认端口号
名字转换	DNS（域名系统）	UDP	53
路由选择	RIP（路由信息协议）	UDP
IP地址配置	DHCP（动态主机配置协议）	UDP
网络管理	SNMP（简单网络管理协议）	UDP	161/162(trap)
多播	IGMP（网际管理协议）	UDP
电子邮件	SMTP（简单邮件传送协议）	TCP	25
接受邮件	POP3（邮件接受协议）	TCP	110
远程终端接入	TELNET（远程终端协议）	TCP	23
万维网	HTTP（超文本传送协议）	TCP	80
文件传送	FTP（文件传送协议）	TCP	21

HTTP协议

（P 249）

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补充知识点（以下知识点来自作者个人总结，不负任何责任）：

常用网络设备的区别

将网络互相连接起来需要使用一些中间设备，根据其所在的层次可分为如下：

四类不同的中间设备

层次	中间设备
物理层	转发器、集线器
数据链路层	网桥、二层交换机
网络层	路由器、三层交换机
在网络层以上	网关

主要设备比较记忆

• 网桥连接多个不同LAN的设备，通过查看数据链路层的地址（即MAC地址）完成帧转发的任务，同时可以分割因域内集线器过多造成的广播风暴。
• 交换机基于MAC地址识别，能完成封装、转发数据包功能的网络设备。由于交换机中有一张交换表，如果找到目标地址就可以将数据发送到指定地址，否则发送到所有端口；而集线器只是将数据广播发送到所有的端口，因此速度较交换机慢。交换机一般用在连接独立的计算机，而网桥一般用来连接独立的LAN。
  Q：为什么二层与三层交换机所在层次不同？
  A：我们所说的交换机一般指“二层交换机”，是基于MAC地址从端口到端口通信的，它不能识别IP地址，所以工作在数据链路层，而“三层交换机”是具有部分路由功能的交换机。
• 路由器进行路由的设备，根据分组信息选择路由线路，类似网桥。但由于在网路层帧头和帧尾已经被剥掉，因此路由器并不知道帧信息，更不知道该分组来自于哪个LAN。
• 网关又分为传输网关和应用网关，分别工作在传输层和应用层。
• 注意：按照因特网的观点，一个网络是指具有相同网络号（net-id）的主机的集合，因此，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因为这些局域网都具有相同的网络号。具有不同网络号的局域网必须使用路由器进行连接。

WLAN

• IEEE802.11标准
• CSMA/CA 协议

IPv6

计算题

香浓公式

W为信道带宽（Hz）,S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部到高斯噪音功率：

$$C=W\log_2(1+S/N) 【单位：b/s】$$

计算频带宽度

$$频带宽度=传播速率/上界波长-传播速率/下界波长$$

CRC差错检测

M为二进制数据报，P为二进制检码
1. 在M后面补充P的位数-1位的0，得m
2. 用m除以P（异或，首位为1则商1,为0则商0），余数为d
3. 余数d前用0补充至位数为P的位数-1位的FCS冗余码
4. 发送时是M后面加上冗余码

曼彻斯特编码 与 差分曼彻斯特编码

曼彻斯特编码：中心上跳0,下跳1。
差分曼彻斯特编码：开始跳0,无1。