网络基本概念

第一章 概述

    1。通信与计算机的结合-----计算机网络的产生

    2。电路交换（建立连接--通信--释放，是面向连接的，在通话的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输带宽）

           ==》分组交换（采用存储转发技术；无连接；分组又称包，由数据和包头组成）

    3。分组交换网由若干个节点交换机（路由器）和连接这些交换机的链路组成。

          在路由器中，输入和输出端口是没有直接连线的。节点交换机处理分组的过程是：将收到的分组（而不是整个的长报文）先放入缓存（存储转发），再查找路由表（路由表中写有到目的地址应从何端口转发的信息），然后确定将分组交给某个端口（若拥塞，会找另一个端口）发送出去。

            为提高分组交换网的可靠性，常采用网状拓扑结构，使得拥塞或少数节点、链路故障时。。。。

            为何有时延：分组在各节点存储转发要排队。

             分组交换网：通信子网

    4。计算机网络体系结构

          OSI，但TCP/IP成为了事实上的标准。

         应用层：直接为用户的应用进程提供服务。应用层有很多协议：HTTP/SMTP/FTP/TELNET/DNS

         运输层：主机中两个进程之间的通信，数据传输单位是报文段。 TCP/UDP

         网络层：互联网上不同主机之间的通信，数据传输单位是分组或包。IP

         网络接口层：

                   数据链路层就是在两个相邻的节点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据。

                   物理层：透明地传送比特流。物理层要考虑用多大的电压代表1或0，以及接收端如何来识别。

    5。假定计算机1的应用进程AP1向计算机2的AP2传送数据，AP1先将其数据交给第五层，第五层加上必要的控制信息H5变成下一层的数据单元，依次类推，到第一层，由于物理层是比特流的传送，所以不在加上控制信息。（在对等层次上的传送的数据，其单位都称为该层的协议数据单元，PDU）

当这一串的比特流经网络的物理媒体传送到目的站时，就从第一层上升到第五层，每一层根据控制信息进行必要的操作，然后将控制信息剥去，将该层剩下的数据单元上交高一层。   

           对等层

           协议是控制对等实体进行通信的规则集合。协议时水平的，但服务是垂直的。

    6。一个计算机网络组成

          若干个主机（向用户提供服务）；一个通信子网；一系列协议。

          我国有几个计算机网络？联通，电信，移动。。。。

第二章 物理层

     1。传输的是比特流，半/全双工，模拟/数字信号；

           要在计算机之间通信当然要有传输电磁波信号的电路，一个通信电路通常包括一条发送信道和一条接收信道。

           任何信道都不是理想的，在传输信号时会产生失真。

          信道的极限信息传输速率=====香农公式：信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

    2。传输媒体/介质      

         双绞线  同轴电缆  无线（地面微波，卫星通信）

         在传输基带数字信号时，有多种编码方式，曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码；

         模拟传输 数字传输

         现在的模拟电路基本上只剩下从用户电话机到市话交换机之间这一段几公里长的用户线上。

        调制解调器：是为了解决数字信号在模拟信道中传输产生的失真问题。

       协议：EIA-22-E接口标准   RS-449接口标准        

第三章 数据链路层    

      1。该层的作用

           就是通过一些数据链路层协议，在不太可靠地物理链路上实现可靠地数据传输。

           其功能包括：链路管理、帧同步、流量控制（发送方发送的速率必须使接收方来得及接收，在发方和接方的链路层分别有一个发送和接收缓存）、差错控制，数据和控制信息分开.

            T C P / I P支持多种不同的链路层协议，这取决于网络所使用的硬件，如以太网、令牌环网、F D D I（光纤分布式数据接口）及R S-2 3 2串行线路等。

      2。停止等待协议(缺点是信道利用率不高)、 连续ARQ协议、选择重传ARQ、点对点PPP协议

            由收方控制发方的数据流量，乃是网络中流量控制的一个基本方法。

            流量控制不单单是数据链路层有的问题，IP层也有。

            P56：详细看滑动窗机制。

第四章 信道共享技术  

    1。载波监听多点接入

     2。信道复用：频分复用、时分复用、波分复用，码分复用（CDMA）

第五章 局域网

    1。拓扑：星形，环形，总线网，树形网。

     2。由于局域网只是一个计算机通信网，而且不存在路由选择问题，故不需要网络层，只有最低的两层：

          数据链路层（细分为两个子层：逻辑链路控制LLC和媒体介入控制MAC）和物理层。

     3。一个主机中可能有多个进程在运行，他们可能同时与其他一些进程（在一个主机或多个主机）中进行通信。因此，在一个主机的LLC子层上面应该设有多个服务访问点，以便向多个进程提供服务。可见在网络中进行通信时，需要以下两种地址：

       MAC地址：主机在网络中的站地址或物理地址，由MAC帧传送。

       SAP地址：进程在某一主机中的地址。也就是LLC子层上面的服务访问点SAP，由LLC帧负责传送。

       所以网络中的寻址要分两步，用MAC地址找到网络中的主机，然后找到主机的服务访问点SAP。

       LLC层的复用功能：一个SAP使用网际协议IP，另一个SAP使用NetWare局域网，另一个SAP。。。。。。。。

       802标准为局域网上的每个站规定了一种48bit的全局地址，凡是网卡厂家必须向IEEE购买由三个字节构成的换一个号，后3个字节是可变的，由厂家自行分配。

      4。主流局域网：以太网。非主流：令牌环网、令牌总线局域网、无线局域网。

 第六章 广域网

    1。广域网的主要问题都在IP层（网络层），是最高层，主要是路由选择和流量控制。

         有两种广域网：基于X.25协议的广域网（不适合高速交换）和帧中继（其实就是减少节点处理时间）广域网。

    2。广域网有一些节点交换机以及连接这些节点交换机的链路组成。广域网和局域网都是互联网的重要组成构件。

    3。网络层为接在网络上的主机所提供的服务有两大类：既无连接的网络服务（数据报服务；尽最大努力交付；经济实惠；）和有连接的网络服务（虚电路服务；对QoS有较好保证） 。

    4。路由选择机制

         每个节点交换机中都有一个路由表。其中最重要的两个内容是一个分组将要发往的目的站和发往的下一站（next hop），而没有源站地址。

         用图来表示一个局域网，

        在较小的网络中，路由表中重复的项目并不多。但很大的广域网的路由表中就有可能出现很多的重复项目，这会导致搜索路由表时花费很长的时间。为消除重复项目，可以用一个默认路由（default route）来代替所有的具有相同下一站的项目。默认路由比其他项目的优先级低。

        

                      

         

    5。路由算法

         路由选择还与流量控制有关。一个网络最重要的性能指标是吞吐量（服务的数量）和时延（服务的质量）。
         倘若从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自动适应地进行调整变化来划分，即非自适应路由选择策略和自适应路由选择策略。

    6。拥塞控制

        在某一段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络性能就要变坏，这种情况就叫做拥塞。

        它与流量控制的关系密切。但流量控制往往是给定的发送端和接收端之间的点对点通信量。

  

第七章 网络互连

        网络互连的核心内容是网际协议IP，只有掌握了IP协议的主要内容，才能理解因特网是怎样工作的。

    1。互联网（internet）是泛指多个计算机网络互连而成的计算机网络。  而Internet（因特网）是。。。。。。

    2。网际协议IP 

          ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议                            IP地址----》MAC地址

          RAR (Reverse Address Resolution Protocol) 逆地址解析协议

          ICMP (Internet Control Message Protocol) 因特网报文控制协议          

          互连在一起的不同网络要进行通信，会遇到很多问题要解决，如不同的寻址方案，不同的最大分组长度。。。。所以互联网在IP层采用了标准化                        协议，即网际协议IP。网络层===网际层===ip层

          ip地址：给每个连接在因特网上的主机分配一个在全世界唯一的32bit的标识符，由网络子号段和主机号字段组成。所以ip地址并不是一个计算机                        号，而是指连接到某网络上的计算机。有ABCDE5类地址。

          IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址放在MAC帧的首部；在网络层及以上使用的是IP地址，而链路层以下使用的是硬件地址。

          子网掩码：子网的划分纯属本单位内部的事，指出了子网号subnet-id和主机号host-id的分界线。若一个单位不进行子网划分，则其子网掩码为                               默认值，此时子网掩码中的1的长度就是网络号的长度。采用子网掩码就相当于采用3级寻址。

          IP地址是不能用来直接进行通信的，是因为：

               a：IP地址只是主机在网络层中的地址。若要将网络层中传送的数据报交给目的主机，还要传到链路层转变成MAC帧后才能发送到网络。而                          MAC帧使用的是源主机和目的主机的硬件地址，因此必须在IP地址和硬件地址之间进行转换。

                     

               b：用户不愿意使用难于记忆的主机号，而更愿意是主机名字，因此也要在主机名字和IP地址之间进行转换。

                             在较小的网络中，可以使用TCP/IP提供的hosts文件来进行从主机名到IP地址的转换，供主叫主机使用。

                             较大的网络，则在网络中的几个地方放有域名系统DNS的域名服务器，上面分层次放有许多主机名字到IP地址转换的映射表，源主                        机中的名字解析软件resolver找到找到DNS的域名服务器来完成这种转换。

                              在计算机中应该存放一个从IP地址到硬件地址对的转换表，并且能够经常动态刷新。ARP就很好的解决了这个问题。每一个主机都                        有一个 ARP高速缓存，里面有IP地址到MAC地址的映射表。这都是主机目前知道的一些地址，如果主机A向主机B 发送ip数据报时，在                           ARP缓存没有找到，就会自动运行ARP，ARP进程在本局域网广播发送一个ARP请求分组，上面有B的IP；本局域网的所有主机都能收到                       此ARP分组；主机B在ARP请求中见到自己的IP地址，就向主机A发送一个ARP响应分组，上面写有自己的硬件地址；主机A收到主机B                           的ARP响应分组后，在ARP缓存中写入B的ip地址到硬件地址的映射。

       

       3。IP数据报   

                   

                   注意这里的校验和不包括数据部分，所以正常来将我们自己要有自己数据部分的校验和。

            4。ICMP协议                

                  为了减少ip数据报的丢失，可以使用ICMP，它允许主机或路由器报告差错情况和提供有 关异常情况的报告。在差错报文中，改变路由报文                  用的最多。到ICMP不是高层协议，他是IP层协议，ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首部，组成数据报发送出去。

                  

                  在应用层有一个服务PING(Packet InterNet Groper)用来测试两个主机之间的连通性。

         5。一个路由器的IP层所执行的路由算法

                 

                  

        6。因特网路由选择协议

             是自适应的，分层次的路由选择协议；

              内部网关协议（IGP interior Gateway Protocol）

                            RIP：路由信息协议 只适用于小型互联网；互联网中的每个路由器每隔30秒向邻近路由器广播自己的路由表。

                            。。。。。。HELLO和OSPF协议

              外部网关协议（EGP External Gateway Protocol）

                            BGP：边界网关协议  用来在不同的自治系统的路由器之间交换路由信息。

        7。因特网组管理协议IGMP

             是用来多播的，例如给多个用户发布邮件，交互式的会议等。多播并非同时向多个目的站独立地发送数据报。而是路径分叉时有多播路由器来              见数据报复制发送。

 第八章 运输层

      在通信子网中没有运输层，它只存在于子网外的主机中。    

        1。运输层为应用进程之间提供逻辑通信；对收到的报文进行差错检测；

       2。TCP和UDP协议

              没有端口就无法区分出应用层的不同进程。端口有两类，一类是被分配的熟知端口，另一类是一般端口。

              TCP的重传机制：TCP每发送一个报文段，就设置一次计时器，只要计时器设置的重传时间到而还没有收到确认，就要重传这一报文。

          3。三次握手              

          TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接:

          位码即tcp标志位,有6种标示:SYN(synchronous建立联机) ACK(acknowledgement 确认) PSH(push传送) FIN(finish结束) RST(reset重置) URG(urgent紧急) Sequence number(顺序号码) Acknowledge number(确认号码)

          第一次握手：主机A发送位码为syn＝1,随机产生seq number=1234567的数据包到服务器，主机B由SYN=1知道，A要求建立联机；

          第二次握手：主机B收到请求后要确认联机信息，向A发送ack number=(主机A的seq+1),syn=1,ack=1,随机产生seq=7654321的包

          第三次握手：主机A收到后检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number+1,以及位码ack是否为1，若正确，主机A会再发送ack number=                           (主机B的seq+1),ack=1，主机B收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。

          完成三次握手，主机A与主机B开始传送数据。

          为何要采用三次握手，是为了防止异常场景的所谓“已失效的连接请求报文”。

第九章 应用层协议

        1。应用层是最高层，所以不会为上层提供服务，它为最终用户提供服务。

          2。DNS FTP NFS TELNET 电子邮件（SMTP MIME)  万维网（HTTP） SNMP