計算機網絡複習

時間  2019-12-05
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計算機網絡複習

計算機網絡這門課是本學期《軟件技術基礎》課程內容之一，所佔課時數僅爲20課時，卷面分數也是30分左右。但這門課的知識太多太雜，又常常和生活息息相關，好比：爲何配路由器的時候都是192.168.0.1？爲何校內的內網在校外沒法訪問？爲何上網慢要設置一下DNS這個東西？這些內容讓我想多瞭解一點有關的知識，然而時間很少，只能上課聽點，下課反覆想，順道拿兩本教材以外的書1做爲輔助。畢竟，TCP/IP的4層協議，以及書中的5層協議，每一層講述的過程當中都要「瞻前顧後」，還要「融會貫通」，伴隨着我所學過的領域中最多的名詞，理解起來確實不易。因而在這片複習總結中，會加入一些生活相關的想法，而不只僅是知識的概要。git

明天就考試了，今天不能都總結完了，挖個坑，回頭來填。算法

目錄緩存

第一章 物理層網絡

第二章 數據鏈路層函數

第三章 網絡層網站

第四章 傳輸層計算機網絡

第五章 應用層（暫空）指針

第六章 相關名詞blog

第七章 生活中的計算機網絡接口

第八章 辨析

第一章 物理層

物理層概述：每一層都有每一層的職責，物理層的概述是：怎麼發？怎麼收？2

  1. 物理層的主要任務描述爲肯定與傳輸媒體的接口的一些特性,即:

    • 機械特性
    • 電氣特性
    • 功能特性
    • 過程特性

  2. 正交振幅調製 QAM

    • 利用多種相位、振幅、頻率，產生多種碼元，這樣每個碼元能夠表示多位3

  3. 香農公式

    C = W log2(1+S/N) b/s

    • W爲信道帶寬

      • S/N爲信噪比
      • S爲信道內所傳信號的平均功率
      • N 爲信道內部的高斯噪聲功率
    • 香農公式展示了一種理想狀況下的傳輸速率，可是實際信道就要低很多

  4. 各類電纜

    • 雙絞線
    • 同軸電纜
    • 光纜

  5. 信道複用技術4

    • 頻分複用

      • 存在浪費

    • 時分複用

      • 存在浪費

    • 統計時分複用

      • 減小浪費

    • 波分複用

      • 光的頻分複用

    • 碼分複用(CDM)5

      • 經常使用：CDMA(碼分多址)
      • 碼片序列應該是正交的

  6. 波形

    • 曼碼
    • 差分曼碼

第二章 數據鏈路層

數據鏈路層概述：怎麼傳的對？怎麼傳的好？

數據鏈路層在首段增長幀頭、尾部增長幀尾(CRC校驗)

  1. 差錯校驗

    • 奇偶校驗（這是個技術）
    • 因特網校驗和(這個是傳輸層的)
    • 循環校驗碼（這是個技術）
    • CRC校驗（這個纔是數據鏈路層用的，在尾部封裝）

  2. MAC協議(媒體訪問控制)6

    • TDMA(時分多路複用)
    • FDMA(頻分複用)

    • 隨機訪問協議（利用率高的）

      • 時隙Aloha

        給時間分段，想發的每一段有一個機率P發送，要是衝突了，就當沒發過，繼續每一個時隙以P的機率發，直到不衝突的發了出去。

      • 純Aloha

      • CSMA(載波檢測多路訪問)

        • 特色:邊發邊聽
        • 堅持：一閒置就以P機率重發
        • 非堅持：一衝突，隨機等一段時間再試

      • CSMA/CD

        • 帶有衝突檢測的發送機制
        • 這裏引入了一個最小以太幀長度7
        • 以太網的CSMA/CD的應用：指數退避算法8

  3. LAN技術

    • ARP9

      • 過程：

        1. A知道B的IP 地址, 須要瞭解B的物理地址
        2. A廣播ARP查詢幀,包含了B的IP地址全部LAN的主機都收到ARP查詢
        3. B接收到ARP幀, 將其物理地址返回給A
        4. A對收到的IP/MAC地址對進行緩存直到信息過時 (超時)

    • RARP 10

      • 用於無盤工做站查找本機的IP

    • 以太幀封裝

      • （8個字節的前同步碼，不算以太幀裏）＋6字節目的地址＋6字節發送地址＋2字節長度＋IP數據報＋4字節CRC校驗

  4. 集線器

    本質上是工做在位流層面上的中繼器: 將接收到的位流在全部其餘接口上覆制發送 11

  5. 網橋

    網橋具備過濾幀的功能。當網橋收到一個幀時,並非 向全部的接又轉發此幀,而是先檢查此幀的目的 MAC 地址,而後再肯定將該幀轉發到哪個接口12

    • 網橋創建轉發表

      1. 若從 A 發出的幀從接口 x 進入了某網橋,那麼從這個接口出發沿相反方向必定可把一個幀傳送到 A。

        1. 網橋每收到一個幀,就記下其源地址和進入網橋的接口,做爲轉發表中的一個項目。
        2. 在創建轉發表時是把幀首部中的源地址寫在「地址」這一欄的下面。
        3. 在轉發幀時,則是根據收到的幀首部中的目的地址來轉發的。這時 就把在「地址」欄下面已經記下的源地址看成目的地址,而把記下的 進入接口看成轉發接口。

    • 生成樹算法

      • 爲了不產生網橋環浪費資源，按照最小生成樹算法，以其中一個網橋作根，計算出生成樹，如有網橋產生故障或移除則從新計算。

第三章 網絡層

網絡層概述：怎麼能找到要去的地方？怎麼能交給要交給的端口？

  1. IP數據報格式

    • 至少20個字節

    • IP分組重組

  2. IP地址

    • IP地址只與接口有關，與主機路由器沒太大關係
    • 網內的全1地址是廣播
    • 127.0.0.1 本機IP
    • ABC類各有一段私有網絡地址

  3. 子網劃分

    • 將一個IP段分爲多個子網以便部門等分別使用
  4. DHCP 動態分配IP地址

第四章 傳輸層

傳輸層概述：怎麼能交給該交給的程序？

  1. 端口

    • 範圍是0～65535(16個二進制位)
    • 0～1023爲低端，一些知名應用或系統應用所保留
    • 1024～65535爲高端

  2. TCP報文段首部詳解


    • 源端口(16):發送端的端口號

      • 目的端口(16):接收端的端口號

      • 序號(32):Sequence本報文中數據的第一個字節的編號

        • 序號在創建鏈接的時候隨機生成(僞隨機)
      • 確認號(32):期待收到對方發送的下一個報文段的數據中第一個字節序號
      • 數據偏移(4):單位4字節，指本報文段的數據起始位置據本報文段開始有多長。這個數據也能夠理解爲：首部佔了多少個4字節。
      • 保留(6):留着沒用，都是0

      • URG(1):緊急(Urgent)

        • 緊急表示這個數據報中有緊急數據須要儘快運到
        • 這個緊急不是指其中數據的緊急，而是一些鏈接上的功能須要儘快送達

      • ACK(1):請求位(Ask)

        • 請求位是1，表示請求數據，即確認號有效
        • 請求位是0，表示不請求數據，即確認號無效
      • PSH(1):推送(Push)有1就不等待緩存滿了再給應用層
      • RST(1):重置(Reset)有1就表示出現崩潰等問題，必須釋放並從新創建鏈接
      • SYN(1):同步(synchronized)有1就表示是鏈接請求或者鏈接接受請求13
      • FIN(1):終止(Final)有1就表示發送完畢，請求釋放鏈接
      • 窗口(16):單位字節，讓發送方根據這個數據控制發送速率(見流量控制)
      • 校驗和(16):
      • 緊急指針(16):單位字節，緊急數據所佔數據部分的長度
      • 選項(m):
      • 填充(n):整個首部要是32的倍數，由於數據偏移字段的單位就是4字節

  3. TCP數據傳輸的三個階段

    • 創建鏈接

      1. SYN = 1, seq = x
      2. SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x+1
      3. ACK = 1, seq = x + 1, ack = y+1
    • 數據傳輸

    • 釋放鏈接

      1. 發完數據，想要釋放的一方A發送FIN = 1, seq = u
      2. 此時另外一方還能夠發
      3. 若是對方還在發的話，會發送ACK = 1, seq = v, ack= u+1
      4. 直到FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u+1
      5. A必須給應答ACK = 1, seq = u + 1, ack = w+1
      6. 此時B收到後能夠關閉，A必需要等兩個MSL後才能關閉

  4. TCP的緩存機制及流量控制

    採用了滑動窗口的方式進行緩存，經過確認、窗口大小來保證不會溢出緩衝區

  5. TCP的擁塞控制

    • 慢開始和擁塞避免
  6. UDP

第五章 應用層（暫空）

第六章 相關名詞

  1. 協議：協議定義網絡實體之間信 息收發的格式和順序, 以 及信息發送和接收後所需 採起的動做 14
  2. ASDL(非對稱用戶線路): asymmetric digital subscriber line 15

  3. 各層的數據包名稱：

    • 數據鏈路層：幀、以太幀、以太網幀
    • 網絡層：IP數據報
    • 傳輸層：TCP段、TCP報文段
  4. 單向通訊(單工)[只能收\只能發]，雙向交替通訊(半雙工通訊)[不能同時收\發]，雙向同時通訊(全雙工通訊)[能夠同時收、發]
  5. 基帶信號：文字、圖像等數據信號都屬於基帶信號
  6. 帶通訊號：基帶信號通過載波調製的信號。(能傳輸的信號)
  7. 調製：調幅、調頻、調相16
  8. IP地址：32位，網絡層地址
  9. MAC地址(LAN地址或物理地址)：48位，用來(在同一網絡中)物理上互相鏈接的接口之間獲取分組(或幀)
  10. TCP： 創建在無鏈接不可靠協議(IP)上，提供有鏈接可靠交付的協議

第七章 生活中的計算機網絡

  1. 網橋

    這個詞在虛擬機網絡設置的橋接中出現過

  2. 校園網的內網是怎麼回事？

    內網的IP地址都是私有網絡的IP地址，這些IP地址只能訪問外網而不能被外網所訪問。

  3. 內網的網站爲什麼在外面上不去？

    外面看到的IP是統一的公網IP，內網IP沒法找到一個公網上的主機

  4. 手機上網我也有IP地址啊？爲何移動的IP那麼多？

    仔細確承認知，這些IP也都是私有網絡的IP，並非公網IP

第八章 辨析

  1. CSMA/CD 最小以太幀長度

    這個以太幀長度要知足傳輸時延是整個線路中最長的傳播時延的兩倍，這樣才能保證某主機A每一次發送的，即便在最遠的主機B在即將收到衝突時（信道忙的信息）發出了它的以太幀，A也能在發完這個以太幀以前收到可能出現的最晚衝突信號。

  2. 最大傳輸單元MTU

    • MTU是指以太幀能封裝的最大的數據長度

    • MTU是一個邏輯限制

      • 較大的MTU會致使較長的交互響應延遲，可是利用率很高
      • 較小的MTU會減少交互響應延遲，可是利用率會下降
    • 以太網的MTU是1500字節

  3. 集線器、網橋、路由器

    • 集線器是物理層設備：收到就發17
    • 網橋是數據鏈路層設備：收到看一下是哪組的，本組的就無論了18
    • 路由器是網絡層設備：收到看一下是到哪一網絡的，考慮一下怎麼去，發到下一站19

  1. 參考書包括《計算機網絡第四版》謝希仁

    《計算機網絡》黑皮的國外引進教材

    《TCP/IP詳解：卷一》 ↩

  2. 我的理解，每一章的概述都是如此 ↩︎
  3. 假設有16種碼元，那麼對每一種碼元標號，1～16，便可用不一樣的碼元表示其標號所對應的二進制位，也就是4個二進制位。可是種類越多要求精度越高。 ↩︎
  4. 這個其實不屬於怎麼傳，是屬於怎麼發的對發的好的內容，主要看數據鏈路層對這個技術的討論 ↩︎
  5. 比喻：你跟機器用中文交流，我跟機器用英文交流。 ↩︎
  6. 這裏的MAC說的並非mac地址那個mac，說的是Media Access Control ↩︎
  7. 由於要是以太幀過短，沒等檢測到全部有可能同時發生的衝突就已經把這個以太幀發出去了，無法確認剛剛發出的以太幀是否真的發出去了 ↩︎
  8. 1次衝突在｛0，1｝中隨機選一個時間發送，第二次又衝突就｛0，1，2，3｝，以指數遞增，10次及之後都是1024中選擇一個 ↩︎
  9. 根據IP肯定MAC地址 ↩︎
  10. 根據MAC地址肯定IP ↩︎
  11. 收到一個數據就發給全部結點，效率低 ↩︎
  12. 這個看看數據是要去那堆的，要是原本這堆就無論，別的堆的就管一下 ↩︎
  13. 也就是說只有創建鏈接的時候會有兩次1 ↩︎
  14. 《深刻理解計算機系統》中的描述，信息就是位＋上下文，協議規定了這種上下文的固定含義，是網絡能持續無二義性的運行的基礎 ↩︎
  15. 上行速度和下行速度不對等，（PT站刷上傳的時候明顯感到上傳真慢。。） ↩︎
  16. 就和高中的三角函數一致 ↩︎
  17. 至關於它不存在，他就是根線 ↩︎
  18. 這個是靠記下來的MAC地址，看看是哪一堆的就往哪邊發 ↩︎
  19. 快遞中的西安中轉站級別，要去長春的快遞？發到瀋陽中轉站！ ↩︎
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