计算机网络大纲思维导图

计算机网络

第 1 章 计算机系统概述

1.1 计算机网络概述

• 1.1.1 计算机网络的概念、组成、功能和分类
  
  - 概念
  
   - 互联的、自治的计算机系统的集合
  
  - 组成
  
   - 从组成部分来看
  
     - 硬件、软件、协议
  
     - 从工作方式来看
  
      - 边缘部分、核心部分
  
     - 从功能组成来看
  
      - 通信子网、资源子网
  
  - 功能
  
   - 数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡、[电子化办与服务、远程教育、娱乐等]
  
  - 分类
  
   - 按分部范围分类
  
     - 广域网（WAN）、域域网（MAN）、局域网（LAN）、个人区域网（PAN）
  
     - 按传输技术分类
  
      - 广播式网络、点对点网络
  
     - 按拓扑结构分类
  
      - 总线型网络、星形网络、环状网络、网状型网络
  
     - 按使用者分类
  
      - 公用网、专用网
  
     - 按交换技术分类
  
      - 电路交换网络、报文交换网络、分组交换网络（包交换网络）
  
     - 按专属介质分类
  
      - 有线、无线
  

• 1.1.2 计算机网络的性能指标
  
  - 速率、带宽、吞吐量、时延带宽积、往返时延RTT、信道利用率
  - 时延
  
   - 发送时延、传播时延、排队时延、处理时延
  

1.2 计算机网络体系结构与参考模型

• 1.2.1 计算机网络的分层结构、协议、服务和接口

• 为什么计算机网络要分层？

  • 如何分层呢？

  • 正式认识分层结构(协议、接口、服务)

  • （1）协议的组成

    • （2）服务原语
    • （3）协议、接口、服务之间的关系

• 1.2.2 OSI参考模型

• OSI怎么来的？

  • OSI的结构OSI七层结构概述

  • 应用层（Application Layer）

    • 表示层（Presentation Layer）
    • 会话层（Session Layer）
    • 传输层（Transport Layer）
    • 网络层（Network Layer）
    • 数据链路层（Data Link Layer）
    • 物理层（Physical Layer）

  • OSI数据传输图

• 1.2.3 TCP/PI参考模型、五层参考模型、OSI与TCP/IP参考模型比较

• TCP/IP、OSI、五层参考模型结构图

  • TCP/IP、OSI的相同点
  • TCP/IP、OSI的不同点
  • 五层参考模型结构
  • 五层参考模型数据封装与解封装（数据传输）

第 2 章 物理层

2.1 通信基础

• 2.1.1 物理层接口特性、数据通信模型、物理层基本概念

  • 概念

  • 计算机网络OSI模型中最低的一层……

  • 接口特性

  • 机械特性、电气特性、功能特性、规程特性

  • 数据通信基础知识

  • 典型的数据通信模型

    • 三种通信方式

    • 单工、半双工、双工

    • 两种数据传输方式

    • 串行、并行

    • 术语

    • 数据、码元、信源、信宿、波特、带宽[最高数据率]、信号[数字信号、模拟信号]、速率[码元传输速率、信息传输速率]

      • 信道

      • 按传输信号分类

        • 模拟信道、数字信道

        • 按传输介质分类

        • 无线信道、有线信道

• 2.1.2 奈氏准则和香农定理

• 2.1.3 编码与调制

• 基带信号与宽带信号

  • 编码

  • 数字->数字

    • 非归零编码

    • 归零编码

      • 反向非归零编码
      • 曼彻斯特编码
      • 差曼彻斯特编码

    • 模拟->数字

    • 常见于对音频信号的PCM脉冲调制

      • 三步骤：采用->量化->编码

  • 调制

  • 数字->模拟

    • 幅移键控(调幅)

    • 频移键控(调频)

      • 相移键控(调相)

      • 正交振幅调制(调幅+调相)

      • R=Blog2(mn)

    • 模拟->模拟

2.2 物理层传输介质及设备

• 2.2.1 传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤、无线电缆、微波、激光、红外线）
• 2.2.2 设备（中继器、集线器）

第 3 章 数据链路层

3.1 数据链路层的功能

• 3.1.1 数据链路层的基本概念和功能概述

• 基本概念

  • 结点、链路、数据链路、帧

  • 功能概述

  • 为网络层提供服务：无确认无连接服务、有确认无连接服务、有确认面向连接服务

    • 链路管理：连接的建立、维持、释放(用于面向连接的服务)
    • 组帧
    • 流量控制，限制发送方
    • 差错控制(帧错/位错)

3.2 组帧

• 3.2.1 封装成帧、帧定界、帧同步、透明传输

• 封装成帧、帧定界、帧同步

  • 组帧的四种方法

  • 字符计数法、字符填充的首尾定界法、零比特填充的首尾标志法、违规编码法

3.3 差错控制

• 3.3.1产生差错的原因及解决办法

• 差错有噪声引起

  • 随机热噪声、冲击噪声

  • 差错类型

  • 帧错

    • 位错/比特错

    • 差错控制方法

      • 检错编码

        • 奇偶校验码、CRC循环冗余码

          • 纠错编码

          • 海明码

3.4 流量控制与可靠传输机制

• 3.4.1流量控制
  可靠传输
  滑动窗口

• 流量控制

  • 单帧滑动窗口与停止-等待协议

  • 多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN）

    • 多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）

  • 可靠传输

  • 可靠传输机制是为了使数据可以正确稳定的传输和接收而制定的规则。

  • 滑动窗口

  • 滑动窗口协议的基本原理就是在任意时刻，发送方都维持了一个连续的允许发送的帧的序号，称为发送窗口；同时，接收方也维持了一个连续的允许接收的帧的序号，称为接收窗口。

  • 流量控制、可靠传输、滑动窗口三者之间的关系

3.5 介质访问控制

• 3.5.1 介质访问控制、令牌传递协议

• 静态划分信道

  • 信道划分介质访问控制

    • 频分多路复用（FDM）
      - 时分多路复用（TDM）
      - 波分多路复用（WDM）
      - 码分多路复用（CDM）

  • 动态分配信道

  • 轮询访问介质访问控制

    • 令牌传输协议（环形令牌）

    • 随机访问介质访问控制

    • ALOHA协议

      • 不听就说!

      • CSMA协议

      • 先听再说

      • CSMA/CD协议

      • 先听再说，边听边说，检测冲突，有线

      • CSMA/CA协议

      • 先听再说、避免冲突、无线

3.6 局域网

• 3.6.1 以太网与IEEE 802.3、IEEE 802.11）

• 基本概念及体系结构

  • 概念及特点

  • 四种拓扑结构

    • 星型

    • 总线型

      • 环型
      • 树型

    • 传输介质

    • 有线局域网：双绞线、同轴电缆、光纤

      • 无线局域网：电磁波

    • 介质访问控制方法

    • CSMA/CD

      • 令牌总线
      • 令牌环

    • 分类

    • 以太网

      • 令牌环网
      • FDDI网
      • ATM网
      • 无线局域网 WLAN

    • IEEE 802

    • 链路层的两个控制子层

    • 逻辑链路控制子层 LLC

      • 介质访问控制字长 MAC

  • 以太网

  • 概述、特点、标准

    • 提供无连接、不可靠服务

    • 传输介质：粗缆、细缆、光纤、双绞线

    • 拓扑结构：总线型、星型、点对点

    • 适配器与MAC地址

    • 以太网DIX Ethernet V2标准的MAC帧的格式

    • 高速以太网

    • 100BASE-T以太网

      • 吉比特以太网
      • 10吉比特以太网

  • IEEE 802.11
    无线局域网

  • IEEE 802.11 标准简介

    • IEEE 802.11 MAC帧头格式

    • 无线局域网分类

    • 有固定基础设施无线局域网

      • 无固定基础设施无线局域网自组织网络

3.7 广域网

• 3.7.1 广域网（ppp协议、HDLC协议）

• 基本概念

  • PPP协议

  • 协议特点

    • 功能
    • 三个组成部分
    • 工作状态图
    • 帧格式

  • HDLC协议

  • 三种站

    • 主站

    • 从站

      • 复合站

    • 两种配置

    • 平衡配置

      • 非平衡配置

    • 三种数据操作方式

    • 正常响应方式

      • 异步平衡方式
      • 异步响应方式

    • 帧格式

  • HDLC与PPP协议的异同

3.8 数据链路层设备

•  3.8.1 数据链路层设备
  
   - 冲突域和广播域
   - 网桥
   - 局域网交换机
  

第 4 章 网络层

4.1 网络层的功能

• 4.1.1 网络层的功能（路由选择与分组转发、异构网络互连、拥塞控制）
• 4.1.2 (电路交换、报文交换、分组交换[无连接的数据报方式、面向连接的虚电路方式）

4.2 路由算法与路由协议概述

• 4.2.1 路由算法与路由协议概述

• 静态路由算法

  • 动态路由算法

  • 距离-向量路由算法

    • RIP

    • 链路状态路由算法

    • OSPF

  • 层次路由

  • 内部网关协议 IGP

    • RIP、OSPF

    • 外部网关协议 EGP

    • BGP

4.3 IPv4

• 4.3.1 IPv4

• IPv4分组

  • IPv4分组格式

    • 一个IP分组由首部和数据两部分组成

      • IP数据报分片

      • 一个链路层数据报能承载的最大数据量称为最大传送单元(MTU)。当IP数据报的总长度大于链路MTU时，就需要将IP数据报中的数据分装在两个或多个较小的IP数据报中，这些较小的数据报称为片

      • 网络层的路由器执行的分组转发算法

  • IPv4与NAT

  • IPv4地址

    • 组成与分类

      • 连接到因特网上的每台主机(或路由器)都分配一个32比特的全球唯一标识符，即IP地址。传统的IP地址是分类的地址，分为A、B、C、D、E五类。

        • 无论哪类IP地址，都由网络号和主机号两部分组成，IP地址::=

        • 其中网络号标志主机(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必须是唯一的。

        • 主机号标志该主机(或路由器)，一台主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。

        • 特殊地址不做主机IP地址

        • 常用IP地址ABC使用范围

        • IP地址的重要特点

    • 网络地址转换—NAT

    • NAT简介

      • 网络地址转换(NAT)是指通过将专用网络地址(如Intranet)转换为公用地址(如Internet),从而对外隐藏内部管理的IP地址。它使得整个专用网只需要一个全球IP地址就可以与因特网连通

      • 私有IP地址

      • 为了网络安全，划出了部分IP地址为私有IP地址。私有IP地址只用于LAN,不用于WAN连接(因此私有IP地址不能直接用于Internet,必须通过网关利用NAT把私有IP地址转换为Internet中合法的全球IP地址后才能用于Internet), 并且允许私有IP地址被LAN重复使用。这有效地解决了IP地址不足的问题

      • 专用互联网/本地互联网

      • 在因特网中的所有路由器，对目的地址是私有地址的数据报一律不进行转发。这种采用私有IP地址的互联网络称为专用互联网或本地互联网。私有IP地址也称可重用地址

      • 如何实现私有IP地址上网？

  • 子网划分与子网掩码、CIDR

  • 子网划分

    • 从1985年起，在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级IP地址变成了三级IP地址。这种做法称为子网划分

    • 子网划分的基本思路

    • 子网掩码

    • 子网掩码是一个与IP地址相对应的、长32bit的二进制串,它由一串1和跟随的一串0组成

      • 子网掩码的引入，为了告诉主机或路由器对一个A类、B类、C类网络进行了子网划分，使用子网掩码来表达对原网络中主机号的借位。为了使外部可以连接子网内的网络。
      • 1对应于IP地址中的网络号及子网号，而0对应于主机号
      • 计算机只需将IP地址和其对应的子网掩码逐位“与”(逻辑AND运算)，就可得出相应子网的网络地址

    • 无分类域间路由选择CIDR

    • 为什么要发明CIDR?

      • 随着互联网的发展，基于分类网络进行地址分配和路由IP数据包的设计显得可扩充性不足

      • 两张图了解CIDR的特点

      • 路由器根据路由表转发的CIDR原则

  • 地址解析协议—ARP协议

  • IP地址与硬件地址的概念

    • ARP协议引入

    • 无论网络层使用什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用硬件地址。所以需要一种方法来完成 IP地址到MAC地址的映射，这就是地址解析协议(Address ResolutionProtocol, ARP)

  • 动态主机配置协议—DHCP协议

  • 概念

    • 动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP)常用于给主机动态地分配IP地址，它提供了即插即用联网的机制，这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手工参与。

    • DHCP的工作原理

  • 网际控制报文协议— ICMP

  • 概念

    • 为了提高IP数据报交付成功的机会，在网络层使用了网际控制报文协议(Internet Control Message Protocol, ICMP)来让主机或路由器报告差错和异常情况。

    • ICMP报文的组成

    • 分类

    • ICMP差错报告报文

      • 不发送ICMP差错报文的情况

      • ICMP询问报文

    • ICMP的应用

    • 分组网间探测PING(用来测试两台主机之间的连通性)

      • 使用了ICMP回送请求和回答报文

      • PING工作在应用层

      • Traceroute(UNIX中的名字，在Windows中是tracert，可以用来跟踪分组经过的路由)

      • 使用了ICMP时间超过报文

        • Traceroute/Tracert工作在网络层

4.4 IPv6

• 4.4.1 IPv6

  • IPv6产生的原因

  • IPv6的数据报格式

  • IPv6与IPv4的不同

  • IPv6地址表现形式

  • 一般形式

    • 压缩形式

  • IPv6基本地址类型

  • 单播

    • 多播
    • 任播

  • IPv6向IPv4过渡的策略

  • 双协议栈

    • 隧道技术

4.5 路由协议

•   4.5.1 路由选择协议
  
    - 路由信息协议—RIP协议
    - 开放最短路径优先协议—OSPF协议
    - 边界网关协议—BGP协议
  

4.6 IP组播

• 4.6.1 IP组播

• IP数据报的三种传输格式

  • IP组播地址

  • IGMP协议

  • 组播路由选择协议

  • IP组播的两种情况

  • 局域网上硬件组播

    • 在因特网的范围内进行组播

4.7 移动IP

• 4.7.1 移动IP

• 什么是移动IP？

  • 移动IP相关术语

  • 移动结点

    • 归属代理（本地代理）
    • 外部代理（外地代理）
    • 永久地址（归属地址/主地址）
    • 转交地址（辅地址）

  • 移动IP通信过程

4.8 路由器

• 4.8.1 网络层设备路由器

• 路由器

  • 路由器、网桥、集线器之间的区别
  • 路由表与路由转发、转发表

第 5 章 传输层

5.1 传输层提供的服务

• 5.1.1 传输层提供的服务及功能概述

• 传输层提供的服务

  • 为应用层提通信供服务，使用网络层服务

  • 传输层提供的功能概述

  • 提供进程与进程之间的逻辑通信

    • 复用和分用
    • 对接受到的报文进行差错控制
    • 传输层协议UDP与TCP

  • 传输层的寻址与端口

  • 端口的作用

    • 端口号的分类
    • 套接字

  • 无连接UDP和面向连接TCP服务

5.2 UDP协议

• 5.2.1 UDP协议

  • 用户数据报协议UDP概述及特点优势
  • UDP首部格式
  • 当传输层从IP层收到UDP数据报时
  • UDP校验

5.3 TCP协议

• 5.3.1 TCP协议

• TCP协议特点

  • TCP报文段的首部格式

  • TCP连接管理

  • 连接的建立 – – – 三次握手

    • SYN泛洪攻击

  • TCP连接释放—-四次握手

• 5.3.2 TCP可靠传输

• TCP可靠传输简介

  • 序号
  • 确认
  • 重传

• 5.3.3 TCP流量控制

• 5.3.4 TCP拥塞控制

• 什么是拥塞控制？

  • 拥塞控制与流量控制的区别

  • 拥塞控制的4种算法

  • 慢开始与拥塞避免

    • 快重传和快恢复

第 6 章 应用层

6.1 应用层概述与网络应用模型

• 6.1.1 应用层概述与网络应用模型

• 应用层概述

  • 功能

    • 文件传输、访问和管理

      • 电子邮件

      • 虚拟终端

      • 查询服务和远程作业登录

      • 重要协议

      • FTP

        • SMTP、POP3
        • HTTP
        • DNS

  • 网络应用模型

  • 客户/服务器模型（C/S）

    • P2P模型

6.2 域名系统DNS

• 6.2.1 详解DNS域名解析系统

• DNS系统

  • 域名

  • 域名服务器

  • 根域名服务器

    • 顶级域名服务器
    • 授权域名服务器(权限域名服务器)
    • 本地域名服务器

  • 域名解析过程

  • 递归查询方式

    • 常用递归与迭代相结合的查询方式

6.3 FTP协议

• 6.3.1 FTP协议

• FTP协议的功能

  • FTP工作原理

  • 控制连接和数据连接

6.4 电子邮件系统的组成和结构

• 6.4.1 电子邮件系统的组成和结构

• 电子邮件的信息格式

  • 电子邮件系统的组成结构

  • 电子邮件协议

  • SMTP

    • MIME—多用途网络邮件扩充

    • POP3

    • IMAP—因特网报文存取协议

  • 万维网的电子邮件

6.5 万维网与HTTP

• 6.5.1 万维网www与HTTP协议

• www万维网

  • 什么是万维网？

  • 万维网的组成

    • URL—统一资源定位符
    • 万维网工作流程

  • HTTP—超文本传输协议

  • HTTP操作过程

    • HTTP特点
    • HTTP报文结构
    • WireShark捕获HTTP报文实例

  • 常用应用程序的协议及端口号