计算机网络总结

1. 在端系统中运行的程序之间的通信模式通常分为两类：客户端服务器模式（C/S方法)和对等方法（P2P方式）。
2. 交换方式：电路交换、报纸交换、分组交换

3. 网络范围不同：广域网WAN，几十到几千公里是因特网的核心部分，链路一般是高速链路，通信量大；城市网MAN，5-50km，以太网技术；局域网LAN，微型计算机或工作站，1km左右；个人局域网PAN，无线网，又称无线个人区域网WPAN，10m左右；

• 速率：数据传输速率，又称数据率或比特率。bit/s(b/s、bps)，k=10^3=千，M=106=兆 ,G=10^9=吉……。(注意通信领域（k=1000)和计算机领域(k=1024)数量单位千、兆等英文缩写所代表的值不同)
• 带宽：有两个意义，1）指某个信号的频带宽度。2）带宽用于表示网络通信线路传输数据的能力，因此网络带宽表示单位时间内从网络中的一个点到另一个点可以通过的最高数据率，带宽单元为比特每秒，b/s；
• 吞吐量：表示单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。限制带宽或网络的额定速率；
• 时延:
  1. 发送时延
  2. 传播时延
  3. 处理时延
  4. 排队时延
  5. 总时延=发送 传播 处理 排队(不能一般认为数据发送速度越高，传输速度越快。因为他是从四个项目中积累起来的。
• 时延带宽积=传播时延*带宽类似于管道的体积，表示链路中可容纳多少个比特。链路的延迟带宽积也称为以比特为单位的链路长度。
• 往返时间RTT：这意味着发送人开始发送数据，发送人收到接收人的确认（接收人收到数据后立即发送确认）。在互联网上，往返时间还包括处理延迟、排队延迟和转发数据时的发送延迟；往返时间与发送的分组长度有关，数据块长度比。（注意往返时间带宽积的意义）
• 利用率：分为信道利用率和网络利用率。
  1. 信道利用率：信道利用率指出，有几%的时间被使用（通过数据）。完全免费的信道利用率为零。信道利用率越高越好，因为利用率的增加会导致延迟增加（类似交通堵塞）；
  2. 信道利用率：信道利用率指出，有几%的时间被使用（通过数据）。完全免费的信道利用率为零。信道利用率越高越好，因为利用率的增加会导致延迟增加（类似交通堵塞）；
  3. 信道或网络利用率过高会产生很大的延迟；一般来说，主干网较大ISP通常，控制其信道利用率不超过50%。如果超过，应准备扩大容量，增加线路带宽；

1. 物理层传输比特流。
2. 相关特性：
   • 机械特性：接口形状尺寸、引脚排列等。
   • 电气特性：电压范围。
   • 功能特性：电压的意义。
   • 过程特征:各种可能事件的顺序出现在不同的功能上。

1. 数据通信系统：分为**源系统(发送端)、传输系统(传输网络)、目的系统(接收端)**通信的目的有三个部分，数据是传输信息的实体，信号是数据电气或电磁的性能，通信系统的三个必要要素：信源、信道、信宿
2. 模拟信号（连续信号）、数字信号（离散信号）。
3. 代表不同离散值的基本波形称为码元。 使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。

1. 交互方式：

   • 单工通信(单向通信):即无线电广播、有线电广播等只有一个方向的通信，没有相反的交互。
   • 半双工通信（双向交替通信）：即通信双方都可以发送信息，但不能同时发送(当然不能同时接收)。这种通信方式是一方发送另一方接收，一段时间后可以反过来。比如对讲机。
   • 全双工通信(双向同时通信):即通信双方可同时发送和接收信息。例如：打电话。

2. 调制解调

   1. 常用的编码方法：
      • 不归零制：正电平代表1，负电平代表0。
      • 归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。
      • 曼彻斯特编码:位周期中心向上跳转代表0，向下跳转代表1；也可以反过来定义。
      • 曼彻斯特编码差异：每个中心都有跳变。位开始边界有跳变位0，反之亦然。
   2. 基本调制方法：
      • 调幅（AM）
      • 调频（FM）
      • 调相（PM）

3. 极限容量的信道

   1. 通过频率范围的信道：在任何信道中码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）称为不可能；

   2. 奈氏准则（无噪声情况下）

      V=相位数×每个相位具有振幅的QAM调制技术数

   3. 信噪比：信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为 SIN，并用分贝（dB）作为度量单位，即：信噪比（dB) = 10 log10(S/N) (dB)

   4. 香农公式：信道的极限信息传输速率 C 是：C = W log2(l+S/N) (bit/s)

      W为信道的带宽（以 Hz 为单位）；s 为信道内所传信号的平均功率； N为信道内部的高斯噪声功率。

      香农公式表明：

      • 信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。
      • 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定存在某种办法来实现无差错的传输。
      • 信息传输速率受香农公式的限制（数字和模拟信号）。

   5. 比特率=波特率×单个调制状态对应二进制位数。两相调制：比特率=波特率，四相：比特率=波特率×2，八相：比特率=波特率×3

   6. 信号传播速度不会影响信道数据传输速率。

1. 数据链路和帧

   • 链路：一个结点到相邻结点的一段物理线路。
   • 数据链路：将一些通信协议的硬件和软件加到链路上。一般使用网络适配器来实现这些协议。
   • 网络层以帧为传输单位。

2. 三个基本问题

   1. 封装成帧：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，开始符号：SOH，结束符号：EOT。

      • 一个帧长=数据长度+帧首部+帧尾部。
      • 首尾部作用：可以进行帧定界。可以进行差错检查，首尾要相对应。
      • 数据部分上限：最大传输单元MTU。

   2. 透明传输：防止在数据中碰到SOH、EOT，会错误地认为“找到帧边界”。因此在前面插一个转义字符（字符填充）。

   3. 差错检测：循环冗余检测（CRC）：可以检测出多位突发性差错

      • 假设待传送的一组数据 M = 101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码一起发送。冗余码称为帧检验序列 FCS (Frame Check Sequence)。

      • 余数R为0：无差错，接受。反之不接受。

      • 仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受。要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。

      • CRC确保了无比特差错，但不保证无传输差错，即帧丢失、帧重复、帧失序，因此，数据链路层使用了CRC，也是不可靠传输。

1. PPP特点

   1. PPP 协议应满足的需求：简单（这是首要的要求）、封装成帧、透明性、多种网络层协议、多种类型链路、差错检测、检测连接状态、最大传送单元（1500字节）、网络层地址协商、数据压缩协商

   2. PPP 协议不需要的功能：纠错、流量控制、序号、多点线路（只支持点到点）、半双工或单工链路（只支持全双工）

   3. PPP 协议的组成：

      • 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。
      • 链路控制协议 LCP 。
      • 网络控制协议 NCP 。

2. PPP帧格式

   1. 各字段意义

   2. 字节填充

      • 当 PPP 用在异步传输（无奇偶校验的8比特数据）时，就使用一种特殊的字符填充法。（类似前面的）

      • PPP 协议用在 SONET/SDH 链路时，是使用同步传输（一连串的比特连续传送）。这时 PPP 协议采用零比特填充方法来实现透明传输。即，在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则立即填入一个 0。接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除。从而，避免了出现和“F”相同的8比特组合。

以太网上的主机之间的距离不能太远（例如，10BASE-T以太网的两台主机之间的距离不超过200米），否则主机发送的信号经过铜线的传输就会衰减到使CSMA/CD协议无法正常工作。

1. 在物理层扩展

   以太网中Hub的数据传输率为：100Mb/s.

   2. 优点：

   • 使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。

   • 扩大了局域网覆盖的地理范围

     缺点：

   • 碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。

   • 如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。

2. 在数据链路层扩展

   1. 以太交换机特点

      1. 在数据链路层扩展局域网是使用网桥，网桥工作在数据链路层，它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发。
      2. 网桥具有过滤帧的功能，当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的MAC地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。
      3. 以太网的交换机实质上就是一个多接口的网桥。

   2. 以太交换机自学功能

   • 使用网桥扩展以太网的优点：

     • 过滤通信量。
     • 扩大了物理范围。
     • 提高了可靠性。
     • 可互连不同物理层、不同MAC子层和不同速率的局域网。

   • 缺点

     • 存储转发增加了时延。

     • 在MAC子层并没有流量控制功能。

     • 具有不同MAC子层的网段桥接在一起时时延更大。

     • 网桥只适合于用户数不太多和通信量不太大的局域网，否则有时还会因广播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。

   生成树协议STP：防止网络中出现信息回路造成网络瘫痪。

3. 虚拟局域网（VLAN）

   虚拟局域网只是局域网LAN给用户提供的一种服务，并不是一种新型局域网

• 网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。（数据报：IP数据报，“分组”）
• 网络层不提供服务质量的承诺。

与IP协议配套使用的还有三个协议：

• 地址解析协议ARP
• 网际控制报文协议ICMP
• 网际组管理协议IGMP

虚拟互联网络：

1. 中间设备：
   • 物理层使用的中间设备叫转发器。
   • 数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器。
   • 网络层使用的中间设备叫路由器。
   • 在网络层以上使用的中间设备叫网关。

分类的IP地址：

特殊的IP地址：

IP地址与硬件地址

​ 物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。

在转发过程中，IP地址不变，MAC地址源地址和目的地地址不断变化。

地址解析协议ARP协议

地址解析协议：当知道一个主机的 IP 地址，通过地址解析协议 ARP 来找出相应的硬件地址。

使用 ARP 的四种典型情况：

（1）发送方是主机(如H1)，要把 IP 数据报发送到同一个网络上的另一台主机(如H2)。这时H1先查看自身 ARP 缓存表是否有 H2 硬件地址，有的话则直接发送。若没有则发送 ARP 请求分组(在网1上广播)，找到目的主机 H2 的硬件地址。 （2）发送方是主机(如H1)，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一台主机(如H3或H4)。这时发送 ARP 请求分组(在网1上广播)，找到网1上的一个路由器 R1 的硬件地址。剩下的工作由路由器 R1 来完成。R1 要做的事情是下面的（3）或（4）。 （3）发送方是路由器(如R1)，要把 IP 数据报转发到与 R1 连接在同一个网络(网2)上的主机(如H3)。这时 R1 发送 ARP 请求分组(在网2上广播)，找到目的主机 H3 的硬件地址。 （4）发送方是路由器(如R1)，要把 IP 数据报转发到网3上的一台主机(如H4)。H4与 R1 不是连接在同一个网络上。这时 R1 发送 ARP 请求分组(在网2上广播)，找到连接在网 2 上的一个路由器 R2 的硬件地址。剩下的工作由这个路由器 R2来完成。

IP数据包的格式

IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。

（1）版本号：占 4 位，指 IP 协议的版本。目前广泛使用的 IP 协议版本号为 4(即 IPv4)。 （2）首部长度：占4位。最常用的首部长度是 20 字节。 （3）区分服务：占 8 位，用来获得更好的服务。一般情况下都不使用这个字段。 （4）总长度：总长度指首部和数据之和的长度，单位为字节。总长度字段为 16 位，因此数据包的最大长度为 2^16-1 = 65535 字节。由于在数据链路层规定了由网络层传来的 IP 数据包的最大传送单元 MTU 为1500字节，因此必须把过长的数据报进行分片处理。 （5）标识：占 16 位。每当产生一个 IP 数据包，存储器中的一个计数器就加 1，并将此值赋给标识字段。当数据报由于长度超过 MTU 而必须分片时，这个标识字段的值就会被复制到每一个数据包片的标识字段中。以便于在重组 IP 数据报时能正确的重装成原来的数据报。 （6）标志：占 3 位。 ① 标志字段中的最低位记为 MF。MF = 1即表示后面“还有分片”的数据报。 MF = 0 表示这已经是若干数据报片中的最后一个。 ② 标志字段中间的一位记为 DF。DF = 0 才表示允许分片。 （7）片偏移：占 13 位。片偏移指相对于分片后的 IP 数据报的起点，该片从何处开始。片偏移以 8 个字节为偏移单位。因此，每个分片的长度一定是 8 个字节的整数倍。（片偏移 = 偏移量/8） （8）生存时间(TTL)：占 8 位。数据报在网络中的寿命。现在将跳数作为 TTL 值得单位。数据报每经过一个路由器之前就把 TTL 值减 1.若 TTL 值减小到零，则丢弃这个数据报，不再转发。数据报能在互联网中经过的路由器的最大数值是 255。若把 TTL 的初始值设置为 1，就表示这个数据报只能在本局域网中传送(因为这个数据报一传送到局域网上的某个路由器，在被转发之前 TTL 值就减小到零，因而就会被这个路由器丢弃)。 （9）协议：占 8 位。协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议。 （10）首部检验和：占 16 位。这个字段只检验数据报的首部，但不包括数据部分。数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算一下首部检验和，若值为 0，则保留这个数据报。若值为 1，则认为该数据报出差错，将此丢弃。 （11）源地址：占 32 位。 （12）目的地址：占 32 位。

划分子网是指将IP类网划分为若干个子网。一般是从网络的主机号用若干位作为子网号（当然用来分配的主机号就相应减少），于是二级网络便成了三级网络。

子网掩码的分类缺省子网掩码： 即未划分子网，对应的网络号的位都置1，主机号都置0。

• A类网络缺省子网掩码：255.0.0.0
• B类网络缺省子网掩码：255.255.0.0
• C类网络缺省子网掩码：255.255.255.0

自定义子网掩码： 将一个网络划分为几个子网，需要每一段使用不同的网络号或子网号，实际上我们可以认为是将主机号分为两个部分：子网号、子网主机号。 形式如下：

• 未做子网划分的ip地址：网络号＋主机号。
• 做子网划分后的ip地址：网络号＋子网号＋子网主机号。
• 也就是说ip地址在化分子网后，以前的主机号位置的一部分给了子网号，余下的是子网主机号。

构造超网（CIDR） CIDR最主要有两个以下特点：

• 消除传统的A，B，C地址和划分子网的概念，更有效的分配IPv4的地址空间，CIDR使IP地址又回到无分类的两级编码。记法：IP地址::={<<网络前缀>，<<主机号>}。CIDR还使用“斜线记法”即在IP地址后面加上“/”然后写网络前缀所占的位数（192.198.80.72/22）。

• CIDR把网络前缀都相同的连续IP地址组成一个“CIDR地址块”，即强化路由聚合（构成超网）。一个CIDR地址块中有很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目的网络。这种地址的聚合常称为路由聚合，它是的路由表中的一个项目可以表示原来传统分类地址的很多个理由。路由聚合也称为构成超网。路由聚合有利于减少路由器之间的路由选择信息的交换，从而提高了整个因特网的性能。 PS:

• 子网是把网络拆分，而超网则是把网络聚合。

• 为了更方便地进行路由选择，CIDR使用32位的地址掩码。地址掩码是一串1和一串0组成，而1的个数就是网络前缀的长度。虽然CIDR不使用子网了，但由于目前仍有一些网络还使用子网划分和子网掩码，因此CIDR使用的地址掩码也可以继续称为子网掩码。斜线记法中，斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数。

为了更有效地转发 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

ICMP种类：

• ICMP差错报告报文：终点不可达、时间超过、参数问题、改变路由。
• ICMP询问报文：回送请求或回答、时间戳请求或回答。

路由选择协议划分为：

• 内部网关协议IGP：如RIP、OSPF等。
• 外部网关协议EGP：目前使用的协议就是BGP。

内部网关协议RIP：基于距离向量（跳数）的路由选择协议。

好消息传的快，坏消息传的慢。

特点：

• RIP的最大距离是15，距离大于等于16相当于不可达；
• 仅与相邻路由交换信息；
• 交换的信息是当前路由器知道的全部信息，即自己现在的路由表；
• 按照固定的时间间隔交换路由表；

内部网关协议OSPF：开放最短路径优先。

要点：

• 洪泛法：路由器向本AS中所有路由器发送信息；
• 内容：本路由器相邻的所有路由器的链路状态；
• 何时：只有链路状态发生改变时采用洪泛法；

OSPF具体流程

新路由器上电：

1. 相互发送问候分组；
2. 多次数据库描述分组，使数据库达到一致；
3. 相互间链路状态请求、更新、确认；

路由信息发生改变：

1. 洪泛法群发；
2. 收到更新后发回确认（重复的更新分组，只回复一次确认）；

每30min左右更新一次数据库。

外部网关协议BGP：寻找一条能够到达目的地且比较好的路由，而并非要寻找一条最佳路由，采用路径向量路由算法。

源主机只需要发送一份数据，而网络中的路由器在转发该数据时需要将它复制多份，分别发给在该个多播组内的所有主机。也就是说，IP多播必须依赖于多播路由器，这些路由器具有识别多播包的功能，当然，多播路由器也能转发单播包。

需要的协议：

• 网际组管理IGMP。IGMP协议是让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机
• 多播路由选择协议。

三个专用地址块：

(1) 10.0.0.0到10.255.255.255 ( 或记为10.0.0.0/8， 它又称为24位块) (2) 172.16.0.0到172.31.255.255 (或记为 172.16.0.0/12， 它又称为20位块) (3) 192.168.0.0到192.168.255.255(或记为192.168.0.0/16， 它又称为16位块) 采用这样的专用IP 地址的互连网络称为专用互联网或本地互联网。显然，全世界可能有很多的专用互连网络具有相同的专用IP 地址，但这并不会引起麻烦，因为这些专用地址仅在本机构内部使用。专用IP地址也叫做可重用地址

NAT能使大量使用内部专用地址的专用网络用户共享少量外部全球地址来访问因特网上的主机和资源

1.进程间的通信 概述： 运输层向它上面的应用层提供通信服务运输层属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最底层；只有位于网络边缘部分的主机的协议栈才有运输层，而网络核心部分中的路由器在转发时只用到下三层的功能 通信： 真正进行通信的实体是在主机中的进程，是一台主机中的进程和另一台主机中的进程在交换数据，严格来讲，两台主机进行通信就是两台主机中的应用进程互相通信 运输层的作用：

网络层与运输层的区别：网络层为主机之间提供逻辑通信，运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信 基于端口的复用和分用功能： 复用：在发送方不同的应用进程都可以使用同一个运输层协议传送数据 分用：接收方的运输层在剥去报文的首部后能把这些数据正确交付目的应用进程 屏蔽作用：运输层向高层屏蔽了网络核心的细节，使应用进程看见的就好像在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道

 *  两种不同的运输协议：
        当运输层采用TCP协议时，尽管下面的网络是不可靠的，但这种逻辑通信信道就相当于一条全双工的可靠信道当运输层采用无连接的UDP协议时，这种逻辑信道仍是一条不可靠信道。
    2.运输层的两个主要协议
    两个主要协议：
         (1)用户数据报协议(UDP)
         (2)传输控制协议(TCP）
    
    ![](https://img-blog.csdnimg.cn/20190128231839338.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzA5MzQ4MQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70)

• UDP： 在传送数据之前不需要先建立连接，远地主机收到UDP报文后，不需要给出确认，UDP不提供可靠交付，但某些情况却是最有效的工作方式

• TCP： 提供面向连接的服务，在传送数据前先建立连接，数据传送结束后要释放连接；TCP不提供广播或多播服务；TCP提供可靠的、面向连接的运输服务，因此增加了很多开销

• UDP与IP数据报的区别：

  • IP数据报要经过互联网中许多路由器的存储转发.
  • UDP用户数据报是在运输层的端到端抽线的逻辑信道中传送的.
  • TCP报文是在运输层抽象的端到端逻辑信道中传送，这种信道是可靠的全双工信道.

3.运输层的端口

​ 目的：把特定主机上运行的进程作为互联网上通信的终点不可行，因为进程的创建和撤销是动态的，因此使用协议端口号作为识别的终点，而不需要知道具体进程

​ 协议端口号(端口)：虽然通信的终点是应用进程，但只要把报文交到目的主机的某个目的端口，剩下的工作就由TCP或UDP来完成

​ 两种端口区别：

​ 硬件端口：不同硬件设备进行交互的接口

​ 软件端口：应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址，此处的端口都是指软件端口

​ 端口的表示：用16位的端口号来标志一个端口；端口号只具有本地意义，只标志本计算机应用层中各进程和运输层交互时的层间接口

• 端口号的分类：

  服务器端口号：

  ​ 熟知端口号：0~1023，这些端口号被指派给TCP/IP最重要的以下应用程序，让所有用户都知道

  ​

  登记端口号：1024~49151，为没有熟知端口号的应用程序使用

  客户端端口号：49152~65535，仅在客户进程运行时才动态选择，因此又叫短暂端口号

#####　用户数据报协议UDP

1. UDP概述：在IP的数据报服务上增加了很少的一点功能。主要特点：

   • UDP是无连接的。
   • UDP使用的是尽最大努力交付。
   • UDP是面向报文的。
   • UDP没有拥塞控制。
   • UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
   • UDP首部开销很小。

2. UDP首部格式：共八个字节、共四个字段、每段2字节长。

   • ***** 伪首部：只在计算校验和时使用，不参与数据传输

   • 源端口：源端口号；在需要对方回信时选用；不需要时用全0

   • 目的端口：目的端口号；在终点交付报文时必须使用

   • 长度：目的端口号；在终点交付报文时必须使用

   • 检验和：目的端口号；在终点交付报文时必须使用

   • 需要明确几个概念:

     • 复用: 多个用户使用一个 IO 发送消息.
     • 分用: 一个 IO 收到的消息被分发给多个用户.

1. TCP的主要特点：

​ (1)TCP是面向链接的运输层协议：在使用TCP协议之前，必须先建立连接。

​ (2)每一条TCP链接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的。

​ (3)TCP提供可靠交付的服务：保证数据无差错、不丢失、不重复、按序到达。

​ (4)TCP提供全双工通信：允许通信双方任何时候都能发送数据。

​ (5)面向字节流：流指的是流入到进程或从进程流出的字节序列；TCP把应用程序交下来的数据仅看作一串无结构的字节流。

2. TCP的连接：

   • 套接字：套接字=(IP地址：端口号) IP地址拼接上端口号，例如(192.168.1.1:80)

   • 每一条TCP连接唯一被通信两个端点(两个套接字)所确定：

   ​ TCP连接::={socket1,socket2} = {(IP1:port1),(IP2:port2)}

   • TCP连接的端点不是进程，而是套接字

   ​ 同一个IP地址可以由多个不同的TCP连接，而同一个端口也能出现在多个不同TCP连接中

1. 理想传输条件：

   • 传输信道不产生差错。
   • 不管发送方以多快的速度发送数据，接收方总是来得及处理收到的数据。

2. 停止等待协议：

   • 停止等待：每发送完一个分组就停止发送，等待对方确认，在收到确认后再发送下一个分组

     ​ (1)无差错情况：

     ​

     ​ (2)出现差错：

     ​

     A只要超过一段时间每收到确认，就默认发送的分组丢失而重传之前的分组，就是超时重传

     ​ 注意：

     ​ (1)A发送完一个分组后，必须暂时保留已发送分组的副本，只有在收到相应确认后才删除

     ​ (2)分组和确认都需要编号，才能明确哪个分组收到确认，哪个没收到

     ​ (3)超时计时器的重传时间应比数据在分组传输的平均往返时间更长一些

     (3)确认丢失和确认迟到：

     ​ 确认丢失：

     ​ 确认迟到：

     2.连续ARQ协议：

     ​ 发送方维持发送窗口，位于发送窗口内的分组都可以连续发送出去，而不需要等待对方确认，这样信道利用率就提高了

     ​ 工作原理：

     ​

     ​ ARQ规定，发送方每收到一个确认，就把发送窗口滑动一个分组位置，接收方采用累积确认方式，在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认

     ​ 优点：容易实现，确认丢失也不必重传

     ​ 缺点：不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组信息

       (1)源端口和目的端口：各占2字节，分别是源端口号和目的端口号
       (2)序号：占4字节，TCP中传输的数据流中的每一字节都有一个编号。序号字段的值是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号

        (3)确认号：占4字节，是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号

                确认号=N，则表明到序号N-1为止所有数据都正确收到

        (4)数据偏移：占4位，指出TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远

        (5)保留：占6位，保留为今后使用

        (6)紧急URG：当URG=1时，表明紧急指针字段有效，告诉系统此报文中有紧急数据，应尽快传送，而不采用原来的按排队顺序来传送

        (7)确认ACK：当ACK=1时确认号字段有效，TCP规定，在连接建立后所有数据报文段都把ACK置为1

        (8)推送PSH：当收到PSH=1的报文时，就尽快交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满后再向上交付

        (9)复位RST：当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后重新建立连接

        (10)同步SYN：在连接建立时用来同步序号；当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文，对方若同一建立连接，则应在响应报文中使SYN=1，ACK=1

        (11)终止FIN：用来释放一个连接，当FIN=1时，表示此报文段的发送方已经发送完毕，并要求释放连接

        (12)窗口：占2字节，指的是发送本段报文段的一方的接收窗口，窗口值作为接收方让对方设置其发送窗口的依据；窗口字段明确指出了现在允许对方发送的数据量，窗口值经常动态变化

        (13)校验和：占2字节，检验和字段检验的范围包括首部和数据两部分

        (14)紧急指针：占2字节，在URG=1时才有意义，指出本报文段中的紧急数据的字节数

        (15)选项：长度可变，最长40字节
        最大报文段长度(MSS)：

        是每一个TCP报文段中的数据字段的最大长度，并不是整个TCP报文段的最大长度，是TCP报文段长度-TCP首部长度

​

1.以字节为单位的滑动窗口：

​ 根据B给出的窗口值，A构造自己的发送窗口

​

​ 发送窗口表示：在没有收到B的确认时，A可以连续把窗口内的数据都发送出去

​ 发送窗口中的序号表示允许发送的序号，窗口越大，发送方就可以在收到对方确认前连续发送更多的数据，因此可能获得更高的传输效率

​ 收到新的确认后发送窗口前沿向前移动，没有收到新的确认或收到新的确认但对方通知的窗口缩小了，会使发送窗口前沿不动

​ TCP的缓存和窗口的关系：

​

​ 发送缓存存放：

​ 发送应用程序发送给发送方TCP准备发送的数据

​ TCP已发送出但尚未收到确认的数据

​ 接收方缓存存放：

​ 按序到达的、但尚未被接受应用程序读取的数据

​ 未按序到达的数据

​

​ 2.超时重传时间的选择：

​ 加权平均往返时间RTTs：

​ 新的RTTs=(1-a)(旧的RTTs)+a(新的RTT样本)

​ 超时重传时间RTO：

​ RTO=RTTs+4*RTTd

​ RTT的偏差的加权平均值RTTd：

​ 新的RTTd=(1-b)(旧的RTTd)+b|RTTs-新的RTT样本| 其中b=0.25

​ Karn算法：

​ 在计算加权平均RTTs时，只要报文段重传了，就不采用其往返时间样本，这样得出的加权平均RTTs和RTO就较准确

​ 3.选择确认SACK：

​ 选择确认的工作原理：

​ 接收方在接受对方发送过来的数据字节流的序号不连续，结构就形成了一些不连续的字节块，如果这些字节的序号都在接受窗口内，接收方就先收下这些数据，但要把这些信息告诉发送方，使发送方不再重复发送这些已收到的数据

​

​ 左边界为闭，右边界为开；左边界指向字节块第一个字节序号，右边界指向字节块最后一个序号+1

1.利用滑动窗口实现流量控制：

​ 流量控制：让发送方发送速率不要太快，让接收方来得及接收

​ 滑动窗口的单位：字节

​ 滑动窗口流量控制流程：

​ 开始时rwnd=400，每个报文段长100字节

​

​

1.拥塞控制的一般原理：

​ 拥塞：某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变坏，这种现象称为拥塞

​ 出现拥塞的原因：对资源的需求>可用资源

​ 增加资源解决拥塞：不能。拥塞由多种因素引起，不能单纯通过增加资源解决

​ 拥塞的恶化：如果路由器没有足够缓存空间，就会丢弃一些新到的分组，当分组被丢弃时，发送方就会重传，甚至多次重传，这样会导致更多分组流入网络和被网络中的路由器丢弃

​ 拥塞控制与流量控制的区别：

​ 拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载，拥塞控制的前提是网络能够承受现有的网络负荷，拥塞控制是一个全局性过程

​ 流量控制是指对点对点通信量的控制，是端到端的问题，流量控制就是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收

​ 拥塞控制的一般原理：

​ 开环控制：就是在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不发生拥塞

​ 闭环控制：基于反馈回路概念；检测网络系统以便检测到拥塞在何时、何处发生；把拥塞发生的信息传送到可采取行动的地方；调整网络系统的运行以解决出现的问题

​ 检测网络拥塞的指标：

​ 由于缺少缓存空间而被丢弃的分组的百分数

​ 平均队列长度

​ 超时重传分组数

​ 平均分组时延

​ 分组时延的便准差

运输连接的三个阶段：连接建立、数据传送、连接释放

​ 客户-服务器方式：TCP连接建立采用客户服务器方式，主动发起连接建立的应用叫客户，而被动等待连接建立的应用进程叫服务器

​ 1.TCP的连接建立：

​ 三报文握手：

​

​ 流程：

​ 最初两端TCP进程都处于关闭状态，开始时B的TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，准备接受客户进程的连接请求，然后进入收听状态；

​ A的TCP客户进程也先创建TCB，然后打算建立TCP连接时，向B发送连接请求报文，这是首部中同步位SYN=1，同时选择一个初始序号seq=x，TCP规定，SYN报文段不能携带数据，但要消耗一个序号，这时TCP客户进程进入同步已发送状态；

​ B收到连接请求报文后，若同意建立连接，则向A发送确认。在确认报文中将SYN位和ACK位都置1，确认号时ACK=x+1，同时也为自己选择一个初始序号seq=y。这个报文段也不能携带数据，但同样消耗一个序号，这时TCP服务器进程进入同步收到状态

​ TCP客户进程收到B的确认后，还要向B给出确认。确认报文的ACK置1，确认号ack=y+1，而自己的序号seq=x+1。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但如果不携带数据则不消耗序号，这种情况，下一个数据报文段序号仍是seq=x+1。这时TCP连接已经建立，A进入已建立连接状态

​ B收到A的确认后，也进入已建立连接状态

​ 2.TCP连接的释放：

​ 四报文握手：

​

​ 流程：

​ 起始时A和B都处于已建立连接状态

​ A的应用进程先向其TCP发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，A把连接释放报文段首部的终止控制位FIN置1，序号seq=u，它等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号+1。这时A进入终止等待状态。FIN报文段即使不携带数据，也消耗一个序号

​ B收到连接释放报文后发出确认，确认号是ack=u+1，而这个报文自己的序号是v，等于B前面已传送过的数据的最后一个字节的序号+1。然后B进入关闭等待状态，TCP服务器进程通知高层应用进程，因而从A到B这个方向的连接就释放了，这时的TCP连接处于半关闭状态，即A已经没有数据要发送了，但B若发送数据，A仍要接受

​ A收到来自B的确认后，进入终止等待2状态，等待B发送的连接释放报文段

​ 若B已经没有要向A发送的数据，应用进程就通知TCP释放连接，此时B发出的连接释放报文段FIN=1，假定现在B的序号为w，B还必须重复上次已发送过的确认号ack=u+1，此时B进入最后确认状态，等待A的确认

​ A在收到B的链接释放报文后，必须对此发出确认，在确认报文段中把ACK置1，确认号ack=w+1，而自己的序号时seq=u+1，然后进入时间等待状态。此时TCP连接还没有释放，必须经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，A才进入关闭状态。

​ A等待2MSL时间的原因：

​ 保证A发送的最后一个ACK报文段能够到达B

​ 防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中

1.域名系统概述：

​ 域名系统DNS：是互联网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器名字转换为IP地址

​ 许多应用层软件经常使用域名系统DNS，但计算机的用户只是间接而不是直接使用DNS

​ 互联网采用层次结构的命名树作为主机的名字，并使用分布式的域名系统DNS

​ DNS使大多数名字都在本地进行解析，仅少量解析需要互联网上通信

​ 域名的解析过程：当需要把主机名解析成IP地址时，应用进程调用解析程序，并成为DNS的一个客户，把待解析的域名放在DNS请求报文中，以UDP用户数据报方式发给本地域名服务器，本地域名服务器查找域名后，把对应的IP地址放在回答报文中返回，应用进程获得目的主机的IP地址后即可进行通信

​ 2.互联网的域名结构：

​ 互联网采用了层次树状结构的命名方法

​ 任何一个连接在互联网上的主机或路由器都有一个唯一的层次结构名字，即域名

​ 域是名字空间中一个可被管理的划分，域还可以划分为子域，而子域还可继续划分

​ 域名的组成：由标号序列组成，各标号之间用点隔开

​ 标号的规定：域名中的标号由英文字母和数字组成，每一个标号不超过63个字符，也不区分大小写；级别低的域名写在左边，级别高的写在右边；由多个标号组成的完整域名总共不超过255个字符

​ 域名是逻辑概念，并不代表计算机所在的物理地点

​ 顶级域名的分类：

​ 国家顶级域名：如cn、us

​ 通用顶级域名：如com、net、org、edu

​ 基础结构域名：只有arpa，用于反向域名解析，又称为反向域名

​ 二级域名：

​ 类别域名：ac、com、edu、gov

​ 行政区域名：bj、js

​ 互联网的域名空间：

​

​ 3.域名服务器：(小题)

​ 目的：为每一级的域名都设置一个对应的域名服务器，数量太多，效率低下。因此DNS采用划分区的办法

​ 区：一个服务器所负责的范围

​ 权限域名服务器：每一个区都设有，用来保存区中所有主机的域名到IP地址的映射

​ 互联网上的DNS域名服务器树状结构：

​

​ 域名服务器分类：

​ 根域名服务器：是层次最高的域名服务器，也是最重要的。所有根域名服务器都知道所有顶级域名服务器的域名和IP地址。任何本地域名服务器只要自己无法解析，就首先求助于根域名服务器

​ 顶级域名服务器：负责管理在该顶级域名服务器注册的所有二级域名。当收到DNS查询请求时，就给出相应的回答

​ 权限域名服务器：负责一个区的域名服务器。当权限域名服务器还不能给出回答时，就会告诉发出查询请求的DNS客户，下一步应找哪一个权限域名服务器

​ 本地域名服务器：并不属于域名服务器层次结构，但很重要。当主机发出DNS查询请求时，这个查询请求报文发给本地域名服务器

​ 提高域名服务器可靠性：

​ DNS域名服务器把数据复制到几个域名服务器来保存，其中一个是主域名服务器，其余是辅助域名服务器。当主域名服务器出现故障时，辅助域名服务器就可以保证DNS的查询工作不会中断

• 域名的解析过程：

  ​ 主机向本地域名服务器查询，采用递归查询：如果本地域名服务器不知道查询域名的IP，则本地域名服务器以DNS客户的身份，向其他根域名服务器继续发出查询请求报文，而不是让主机自己进行下一步查询。因此，递归查询返回的查询结构是查询的IP地址或报错，即无法查询到IP

  ​ 本地域名服务器向根域名服务器查询，采用迭代查询：当根域名服务器收到本地域名服务器发出的查询请求报文时，要么给出要查询的IP地址，要么告诉本地域名服务器下一步应向哪个域名服务器查询，然后让本地域名服务器进行后续查询。根域名服务器通常把自己知道的顶级域名服务器的IP告诉本地域名服务器，让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询

1.FTP概述

文件传输协议FTP：时互联网上使用最广泛的文件传送协议，提供交互式访问，允许客户指明文件的类型与格式，并允许文件具有存取权限

​ 特点：要存取一个文件，必须先获得一个本地的文件副本，要修改文件，只能对副本进行修改，然后将修改后的文件副本传回原节点

2.FTP的基本工作原理

• FTP的特点：只提供文件传送的基本服务，使用TCP可靠性运输服务，FTP的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性

  FTP工作流程：FTP使用客户服务器方式，一个FTP服务器进程可同时为多个客户进程提供服务，FTP的服务进程分为两大部分：主进程，负责接受新的请求；若干从属进程，负责处理单个请求

  主进程的工作步骤：

  (1)打开熟知端口(21)，使客户进程能够连接

  (2)等待客户进程发出连接请求

  (3)启动从属进程处理客户进程发来的请求。从属进程对客户进程的请求处理完毕后即终止，但从属进程在运行期间根据需要还可能创建一些子进程

  (4)回到等待状态，继续接受其他客户进程发来的请求。主进程与从属进程的处理是并发进行的

• FTP的两个TCP连接：

  控制连接：在整个会话期间一直打开，FTP客户发出的传送请求，通过控制连接发送给服务器端；端口号21

  数据连接：用于传输文件；端口号20

  由于FTP使用两个不同的端口号，所以数据连接与控制连接不会发生混乱

  服务器端控制进程收到FTP客户发来的文件传输请求后，就创建数据传送进程和数据连接，用来连接客户端和服务端的数据传送进程

3. 简单文件传送协议TFTP

​ TFTP：是很小且易于实现的文件传送协议，使用客户服务器方式，但使用UDP数据报，因此，TFTP需要有自己的差错改正措施，TFTP只支持文件传输而不支持交互。TFTP没有庞大的命令集，没有列目录功能，不能对用户进行身份识别

​ 优点：TFTP可用