2022年2022年计算机网络资料整理 .pdf

第一章 绪论计算机网络的定义：把若干台地理位置不同的具有独立功能的计算机，通过通信设备和线路相互连接起来，以实现信息传输和资源共享的一种计算机系统。网络有若干结点和连接这些结点的链路组成。结点：计算机，集线路，交换机，路由器。链路：双绞线，铜缆，光纤，无线电波。计算机网络向用户提供的最重要的动能：连通性，共享（资源共享）。计算机网络的发展：第一代：远程终端连接（功能终端和主机之间通信，子网之间无法通信。） ；第二代：计算机网络阶段；第三代：计算机网络互联阶段广域网、Internet；第四代：信息高速公路高速、多业务、大数据量。CCP 组成的传输网络通信子网，提供信息传输服务； 建立在通信子网基础上的主机集合资源子网，提供计算资源技术电路交换和分组交换。因特网的组成：从因特网的工作方式上看，可以划分为边缘部分（由所有连接在因特网上的主机组成），核心部分（由大量网络和连接这些网络的路由器组成）。在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：客户服务器方式（C/S 方式）；对等方式（ P2P 方式） 。客户服务器方式：客户 (客户程序必须知道服务器程序的地址)和服务器 (一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。对等连接方式：对等连接 (peer-to-peer，简写为P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。因特网的核心部分电路交换的特点：电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接；通信；释放连接。电路交换传送计算机数据效率低：计算机数据具有突发性，这导致通信线路的利用率很低。分组交换：路由器是实现分组交换(packet switching) 的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。分组交换的优缺点：优点：对转发节点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组速度快；转发延时小适用于交互式通信；某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高；各分组可通过不同路径传输，容错性好。缺点：需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担；不适合实时服务，有延迟，而且延迟可变。计算机网络的分类: 不同作用范围的网络:广域网WAN ；局域网LAN ；城域网MAN 。从网络的使用者进行分类：公用网；专用网。按通信介质：有线网（采用如同轴电缆、双绞线、光纤等物理介质来传输数据的网络。） ；无线网（采用卫星、微波等无线形式来传输数据的网络。）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 计算机网络的性能指标：信息传输速率；带宽；吞吐量；时延；时延带宽积；利用率。比特（ bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。速率即数据率(data rate)或比特率 (bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。宽带可解释为最高的信息传输速率。吞吐量 (throughput) 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。时延是指一个数据块从链路或网络的一端传送到另一端所需要的时间总时延 =发送时延 +传播时延 +转发时延TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。第二章 应用层域名系统： DNS (Domain Name System) 提供主机名到IP 地址转换的服务；有分层的DNS 服务器实现的分布式数据库；一个允许主机查询分布式数据库的应用层协议（运行在UDP 之上，使用53 端口）；它是互联网所有应用层协议的基础。域名服务器 是指保存有该网络中所有主机的域名和对应IP 地址，并具有将域名转换为IP 地址功能的服务器。根域名服务器：13 个根域名服务器（AM ） ，每台都是服务器群集顶级域名服务器：负责顶级域名和所有国家的顶级域名权限域名服务器：负责一个区的域名服务器本地域名服务器：每一个因特网服务提供者ISP，或一个大学，甚至一个大学里的系，都可以拥有一个本地域名服务器。远程终端协议（TELNET ） ：使用 23 号端口，用户使用Telnet 命令，使自己的计算机暂时成为远程计算机的一个仿真终端。用户通过本地计算机登录到其他计算机上，本地计算机与那台机器本身的终端享有同样的待遇，在它的权限范围内操作那台计算机。FTP 协议FTP 使用了两个并行的TCP 连接：控制连接（传输控制信息，如用户标识、口令、改变远程目录的命令、发往 put 和 get 文件的命令； FTP 客户端发起控制连接。端口号为21） ；数据连接（准确的传输一个文件；每传输一个文件都要建立一个数据连接；由FTP 服务器发起数据连接。端口号为20） 。Ls显示远程目录；Cd进入远程主机目录；Put上传； Get下载Web 服务与 HTTP 协议使用统一资源定位符URL (Uniform Resource Locator)来标志分布在整个因特网上的万维网文档及引用的对象。使每一个文档及对象在整个因特网的范围内具有唯一的标识符URL 。使用 GET 方法读取图像；使用HEAD 方法读取HTML 文档信息；使用POST 方法向服务器发送数据。缓存（ caching） ： 一种简单的提高性能的方法；将已经被请求过的页面保存起来以防它们被再次请求；对于那些被大量访问的页面特别有效；这种将页面储存起来以备后续使用的作法，被称为缓存（caching） 。作用：减小客户机请求的响应时间；减小机构访问链路的流量实现：通常由某个进程来维护缓存的内容，这个进程被称为代理（proxy ） ；代理通常是一台机器，成为代理服务器。代理服务器 (proxy server) 又称为万维网高速缓存(Web cache)，它代表浏览器发出HTTP 请求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - Web 文档类型：静态文档（客户端)；动态文档（服务器端）；活动文档（客户端） 。电子邮件 不仅使用方便，而且还具有传递迅速和费用低廉的优点。电子邮件系统的关键构件：用户代理（User Agent，UA ） ；邮件服务器（Mail Server ） ；简单邮件传输协议: SMTP ，端口号25（发送邮件）。SMTP 协议的局限性：不能传送可执行文件或其他二进制对象；不能发送那些不适用7 位 ASCII 码格式的语种，如中文；服务器拒绝超过一定长度的邮件。解决：必须在报文中使用附加的首部行，使用MIME 协议发送邮件需要使用SMTP，下载邮件需要pop 协议第三章 传输层传输层的主要作用就是要实现分布式进程通信。20 FTP 文件传输协议（数据连接）21 FTP 文件传输协议（控制连接）23 TELNET 网络虚拟终端协议25 SMTP 简单邮件传输协议80 HTTP 超文本传输协议119 NNTP 网络新闻传输协议179 BGP 边界路由协议网络中一个进程的全网唯一的标识需要用一个三元组表示：协议、本地地址、本地端口号一个完整的进程通信标识需要用一个五元组表示：协议、本地地址、本地端口号、远程地址、远程端口号UDP 协议是一种适用于实时语音与视频传输的传输层协议。特征 /描述TCPUDP一般描述允许应用程序可靠地发送数据，功能齐全简单、高速，只负责将应用层与网络层衔接起来面向连接或无连接面向连接，在TPDU 传输之前需要建立TCP 连接无连接，在TPDU 传输之前不需要建立UDP 连接与应用层的数据接口基于字节流，应用层不需要规定特定的数据格式基于报文，应用层需要将数据分成包来传送可靠性与确认可靠报文传输，对所有的数据均要确认不可靠，不需要对传输的数据确认，尽力而为地交付重传自动重传丢失的数据不负责检查是否丢失数据和重传开销高于 UDP很低传输速率低于 UDP很高适用的数据量从少量到几个GB 的数据从少量到几百个字节的数据适用的应用类型对数据传输可靠性要求较高的应用，例如文件与报文传输发送数量比较少、 对数据传输可靠性要求较低的应用，例如IP 电话、视频会议、多播与广播名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - TCP 协议支持一个服务器与多个客户端同时建立多个TCP 连接；也支持一个客户端与多个服务器同时建立多个 TCP 连接；TCP 协议的特点是：面向连接；面向字节流；支持全双工；支持并发连接；提供确认重传与拥塞控制。在某段时间，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产生拥塞 (congestion)。出现资源拥塞的条件：对资源需求的总和 可用资源若网络中有许多资源同时产生拥塞，网络的性能就要明显变坏，整个网络的吞吐量将随输入负荷的增大而下降。如果不加以控制拥塞会导致什么后果：拥塞使许多分组重传，导致更多的业务量，直至崩溃拥塞的根本原因：路由器的处理速度、存储空间、带宽不匹配；网络负载的不平衡运输连接就有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。运输连接的管理就是使运输连接的建立和释放都能正常地进行。TCP 连接的建立都是采用客户服务器方式。用三次握手建立TCP 连接。第四章 网络层分组交付的基本概念：直接交付和间接交付路由选择算法的分类：静态路由表和动态路由表路由选择算法与路由表：标准路由选择算法、子网的路由选择地址解析协议ARP 网络接口 : 用于连接主机与路由器之间的物理链路：路由器有多个接口，主机可能有一个，也可能有多个接口， IP 地址只与设备的网络接口有关。IP 地址分两部分是一种分等级的地址结构，IP 地址管理机构只分配网络号（第一级），主机号（第二级）由得到该网络号的单位自行分配；路由器只根据目的主机所连接的网络号来转发分组，使得路由表中的项目数大幅度减少，减小了路由表所占的存储空间以及查找路由表的时间；IP 地址是标志一个主机或路由器和一条链路的接口。多归属主机： 连接到两个网络上时，必须具有两个相应IP 地址，且网络号必须不同；路由器至少应当有两个不同的IP 地址；一个网络是指具有相同网络号Net-id 的主机的集合，具有不同网络号的的局域网必须使用路由器进行互连；IP 地址中，所有分配到网络号net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。直接交付：是指在一个物理网络上，数据报从一台机器上直接传送到另一台机器上，这是所有互联网通信的基础。只有当两台机器同时连到同一底层物理传输系统时(例如一个以太网)，才能进行直接交付。间接交付：当目的地不在一个直接连接的网络上时，发送方必须把数据报发给一个路由器才能交付它互联网中数据报交付的最后一步是直接交付，直接交付是间接交付的一个特例。静态路由表是由人工方式建立的，网管人员将每个目的地址的路径输入到路由表中；网络结构发生变化时，路由表无法自动地更新；静态路由表一般只用在小型的、结构不会经常改变的局域网系统中，或者是故障查找的试验网络中。大型互联网络通常采用动态路由表；在网络系统运行时，系统将自动运行动态路由选择协议，建立路由表；当互联网结构变化时，例如当某个路由器出现故障或某条链路中断时，动态路由选择协议就会自动更新所名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 有路由器中的路由表；不同规模的网络需要选择不同的动态路由选择协议。第五章局域网局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网的种类很多，但不管是哪一种局域网都具有以下特点：(1)有限的地理范围(一般在 10 米到 10 公里之内 )；(2)通常多个站共享一个传输介质(同轴电缆、双绞线、光纤)；(3)具有较高的数据传播速率，通常为1Mbps20Mbps，高速局城网可达100Mbps；(4)具有较低的时延；(5)具有较低的误码串(一般在千万分之一到百亿分之一间)；局域网体系结构只包含了两个层次：数据链路层、物理层。数据链路层又分为逻辑链路控制和介质访问控制两个子层。数据链路层：按功能划分为两个子层：LLC 和 MAC 。功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分分开，以适应不同的传输介质。解决共享信道(如总线 )的介质访问控制问题，使帧的传输独立于传输介质和介质访问控制方法。LLC ： 与介质、拓扑无关；MAC ：与介质、拓扑相关。局域网的数据链路层的特点：局域网链路支持多路访问，支持成组地址和广播；支持介质访问控制功能；提供某些网络层的功能，如网络服务访问点(SAP)、多路复用、流量控制、差错控制MAC 子层功能： 实现、维护MAC 协议，差错检测，寻址。LLC 子层功能： 向高层提供统一的链路访问形式，组帧/拆帧、建立 /释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，提供某些网络层功能。对不同的LAN 标准，它们的LLC 子层都是一样的，区别仅在MAC 子层（和物理层） 。局域网的物理层功能：位流的传输；同步前序的产生与识别；信号编码和译码。以太网 是当今现有局域网采用的最通用的通信标准。以太网由共享传输媒体（双绞线或同轴电缆）和多端口集线器、网桥或交换机构成。常用总线型或星型拓扑结构。为了通信的简便以太网采取了两种重要的措施：采用较为灵活的无连接的工作方式，即不必先建立连接就可以直接发送数据。以太网对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。（这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。）粗缆以太网（ 10BASE5 ）粗同轴电缆，可靠性好，抗干扰能力强收发器: 发送 /接收 , 冲突检测 , 电气隔离。总线型拓扑细缆以太网（10Base2 ）细同轴电缆，可靠性稍差。无外置收发器，收发器装在网卡上。轻便、灵活、成本较低。总线型拓扑中继器（ Repeater）工作在物理层。功能：信号整形和放大，在网段之间复制比特流。特点：不进行存储信号延迟小；不检查错误会扩散错误；不对信息进行任何过滤；可进行介质转换如UTP 转换为光纤；用中继器连接的多个网段是一个冲突域。集线器（ HUB ）多端口的中继器，工作在物理层。功能：在网段之间复制比特流，信号整形和放大；可认为它是将总线折叠到铁盒子中的集中连接设备。特点：具有与中继器同样的特点；可改变网络物理拓扑形式：总线连接星形连接；逻辑上仍是一个总线型共享介质网络；所有主机共享带宽；无法限制冲突和广播；适用于小型网络。端口数：8， 12，16，24 实现网络分段的设备：网桥、交换机、路由器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 在数据链路层上进行局域网扩展设备：网桥、交换机特点：一个网段上的帧有条件地被转发到另一个网段，扩展后的网络被网桥/交换机隔离成多个冲突域；扩展后的网络仍是一个广播域。优缺点：冲突被限制在小范围内，甚至可被消除；远程网桥可将局域网的范围扩展到几十公里以上；转发速度有所降低；不能隔离广播帧。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。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。网桥和集线器不同：集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。网桥在转发帧之前必须执行CSMA/CD 算法。由于网桥没有网卡，因此网桥并不改变它转发的帧的源地址。使用网桥带来的缺点：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(不超过几百个 )和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传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。使用网络交换机的好处：分割冲突（碰撞）域减少了冲突；允许建立多个连接提高了网络总体带宽；减少了每个网段中的站点数提高了站点平均拥有带宽；允许全双工连接提高带宽、消除冲突能够连接不同速度的网段。网络交换机的应用场合：作为LAN 核心主干连接设备，如网络中心、数据中心等；网络通信流量很大的应用场合，如图像处理、视频流等；对网络响应速度要求比较高的场合。在网络层上进行局域网扩展。设备：路由器。特点：一个网络上的分组有条件地被转发到另一个网络；扩展后的网络被路由器分隔成多个子网。优缺点：隔离广播域，限制了广播帧的泛滥；地域范围可以任意扩展；能根据最佳路由转发分组；可以互联不同类型的网络；转发速度低，成本较高，维护复杂。路由器组网的优缺点：优点：限制了冲突域；可以用于LAN 或 WAN 的环境；可以连接不同介质的网络和不同体系结构的网络；可以为分组确定传输的最佳路径；可以过滤广播信息。缺点;：昂贵；必须用于可路由协议网络；配置复杂；处理速度比桥接器慢。VLAN 的优点：提高管理效率；控制广播数据；增强了网络的安全性；实现虚拟工作组。VLAN 划分的方法：基于端口（静态划分）根据端口号划分VLAN ；基于 MAC 地址（动态划分）根据用户计算机的MAC 地址划分 VLAN ；基于网络地址或网络协议类型（动态）根据用户计算机的IP 地址划分VLAN 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -