网络基础知识的学习

计算机网络

一、计算机网络概述

1.1计算机网络的重要功能：

1.连通性，彼此联通，交换信息

2.共享，信息共享，软硬件共享

ISP ：Internet Service Provide

1.2数据交换方式

电路交换（Circuit Switching）数据量很大的实时性传输，核心路由可以使用

报文交换（Message Switching）不做分组，时间比较长

分组交换 （Packet Switching）高效、灵活、迅速、可靠、有延时、开销大

  发送方：构造分组，发送分组；
  路由器：缓存分组，转发分组；
  接收方：接收分组，还原报文

1.3计算机网络的性能指标

速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率、丢包率。

  1. 速率：主机在数字信道上的传输速率，单位 k/s kb/s Mb/s Gb/s；

![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-03-12-52-46-image.png)

比特：一个比特就是二进制数字的1或者0  bit
8bit =  1Byte
KB=2的十次方B=1024B
MB=1024KB
GB=K.MB
TB=K.GB
常用的速率单位： 
bit/s   bps
kb/s  = 1000 b/s   bps
Mb/s  = 1000 kb/s =1000000 b/s
带宽：数字信道所能传输的最高速率；

  1. 吞吐量：单位时间内某个网络的数据量；

  2. 带宽 HZ

1.4.计算机网路的体系结构

ISO 国际标准化组织

OSI七层模型

  1. Application能够产生流量，能和用户交互;

  2. Presentation 表示层 数据的加密，压缩；

  3. Session 会话层 服务和客户端建立的回话；

  4. Transport 传输层 提供可靠传输、不可靠传输、流量控制；

  5. Network 网络层 选择最佳路径，IP地址编址；

  6. Data Link 数据链路层 数据如何封装，添加物理层地址；

  7. Physical 物理层 电压借口标准

TCP/IP 四层模型

1.Application

2.Transport 运输层 TCP UDP

3.Internet 网际层

4.Network Access 网络接口层

** 原理体系结构**

1.应用层

2.运输层 进程之间基于网络的通信问题

3.网络层 解决在多个网络上传输路由的问题

4.数据链路层 解决在一个网络或者一个一段链路的传输问题

5.物理层 使用何种信号来传输比特的问题

二、物理层

传输数据比特流，规定了传输的机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。

  1. 机械特性：接口的形状特性；

  2. 电气特性：各条线路上传输的电压；

  3. 功能特性：某一种电压代表何种意义；

  4. 过程特性：各种事件的出现顺序；

考虑在怎样在连接个计算机的媒体上传输比特流。

物理层为数据链路层屏蔽了各种媒体的差异，使数据链路层只考虑本层的协议和服务，不考虑具体的传输媒体是什么。

三、数据链路层

3.1可靠传输的实现机制：

1.停止等待协议SW（Stop-and-wait）;

2.回退N帧协议GBN（Go-back-N）-累计确认；

3.选择重传协议SR（Selective Request）;

3.2点对点协议PPP

Point-to-Point protocol 是目前使用最广泛的点对点数据链路层协议

3.3MAC地址 （数据链路层）

Media Access Control

3.4 IP地址（网络层）

ip地址是internet（因特网）上主机和路由所使用的地址，包括两部分信息：

网络地址

主机地址

3.5ARP协议

地址解析协议，只能在一段链路或者一个网络中使用，不能跨网络使用。

3.6集线器与交换机的区别

1、使用集线器的网络任然是一个总线型网络，使用CSMA/CD协议；

2、集线器只工作在物理层，每个接口只进行字节转发，不进行碰撞检测；

3、交换机工作在全双工模式，不使用CSMA/CD;

4、交换机的帧转发分为存储转发和直通转发；

5、交换机可以隔离碰撞域

3.7以太网交换机学习和转发帧的流程

以太网交换机收到帧后，在交换表中查找帧的目的MAC地址和对应的端口，然后转发帧

3.8以太网交换机生成树协议STP

Spanning Tree Protocol,其逻辑结构是树形的，确保整个网络连通。

3.9虚拟局域网VLAN

1、以太网交换机工作在数据链路层也包括物理层；

2、路由器可以隔离广播域（路由器工作在网络层）；

3、虚拟局域网（Virtual Locate Area Network）将局域网中的设备划分成与物理位置无关的逻辑组技术。

4、同一个VLAN中可以广播通讯，不同的VLAN之间不能广播通讯。

3.10虚拟局域网VLAN实现机制

1.IEEE802.Q帧（也称Dot one Q帧）对以太网的MAC帧格式进行了扩展，插入了4字节的VLAN标记。

2.交换机的三种类型

  • ACCESS

  • TURNK

  • Hybrid

3.交换机的缺省VLAN

在华为交换机上称为Port VLAN ID，即端口的VLAN ID，简称为PVID。

4.ACCESS端口的转发机制

  • ACCESS端口用于连接用户计算机，只能属于一个VLAN，一般接收未打标签的以太网帧，根据接收帧端口的PVID给帧打标签。

  • 处理帧的方法：若帧中的VID与端口的PVID相等，怎“去标签”，并转发该帧，否则不转发

    5.Trunk端口的转发机制

  • Trunk一般用于交换机之间或者交换机与路由器之间的互联

  • Trunk可以属于多个VLAN

  • Trunk端口发送的处理方法：将VID等于PVID的帧去标签在转发

  • Trunk端口发送VID与PVID不相等的帧：直接转发

  • Trunk端口接收帧的处理方法：给未打标签的帧，根据端口的PVID打标签

6.Hybird端口

  • 可以用于计算机与路由器相连，也可以用作交换机与计算机之间相连

  • 转发机制：查看帧的VID是否在去标签列表中，若存在则去标签在转发，若不存在则直接转发

  • 接收帧的机制;接收未打标签的帧则打标签，接收已经打标签的帧

四、网络层

网络层主要实现网络互联，进而实现数据包在各网络之间传输。

4.1网络层提供的两种服务

  • 面向连接的虚电路服务

  • 无连接的数据报服务

4.2分类编址的IPV4地址

A类地址：网络位8位，最高位0，主机位24位

B类地址：网络为16位，最高位10，主机位16位

C类地址：网络位24位，最高位110，主机位8位

D类地址：多播地址，最高位1110

E类地址：保留地址，最高位1111

只有A、B、C类地址可以分配给主机或者路由器的接口使用

主机位全是0的是网络地址，不能分配给主机或者路由器的接口使用

主机位全是1的是广播地址，不能分配给主机或者路由器的接口使用

4.3A类地址

  • A类地址的最小网络地址1.0.0.0

  • 最大网络号127，作为回环地址，不指派，最小的回环测试地址127.0.0.1

  • 最后一个可指派的网络号126.0.0.0

  • 可指派的网络号位2^(8-1)-2=126

  • 可分配的主机地址有 2^(24)-2=16777214

4.4 B类地址

  • 第一个可指派的网络号：128.0.0.0

  • 最后一个可指派的网络号：191.255.0.0

  • 可指派的网络号：2^(16-2)=1638

  • 可分配的主机号：2^16-2=65534

4.5 C类网络地址

  • 最小网络号： 192.0.0.0

  • 最后一个可指派的网络号：223.255.255.0

  • 可指派的网络：2^(24-3)=2097152

  • 每个网络可分配的主机数量 2^8-2=254

    地址使用规则：

  • 根据地址的坐起第一个数值可以判断网络位：小于127A类，128-191B类，192-223C类

  • 网络号位0和127的不能给接口地址

  • 主机号全0的不能用端口地址，这是网络地址

  • 主机号全1的是主机地址

4.6划分子网的IPV4地址

无分类域间路由路由选择CIDR（Classless Inter-Domain Routing）,CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，可以更加有效的分配IP地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号，而不是像分类地址中只能使用1字节、2字节、3字节长的网络号。CIDR不再使用“子网”的概念而使用网络前缀，使用IP地址从三级编址又回到了两级编址，即无分类的两级编址。

4.7路由聚合

超网(supernetting)是与子网类似的概念——IP地址根据子网掩码被分为独立的网络地址和主机地址。但是，与子网把大网络分成若干小网络相反，它是把一些小网络组合成一个大网络——超网。

  • 超网的功能是将多个连续的C类的网络地址聚合起来映射到一个物理网络上。这样，这个物理网络就可以使用这个聚合起来的C类地址的共同地址前缀作为其网络号。
  • 超网创建用来解决路由列表超出现有软件和管理人力的问题以及提供B类网络地址空间耗尽的解决办法。超网允许一个路由列表入口表示一个网络集合，就如一个区域代码表示一个区域的电话号码的集合一样。
  • 超网（路由聚合）技术是为了解决路由表的内容冗余问题，使用路由聚合能够缩小路由表的规模，减少路由表的内存。

4.9IPV4地址应用规划

定长子网掩码划分：FLSM（Fixed Length Subnet Mask）

变长子网掩码划分：VLSM（Variable Length Subnet Mask）

4.10 IP数据报的发送和转发过程

主机发送IP数据报：

  • 若主机在同一网络则直接交付；

  • 若主机不在同一网络，则传输给主机所在的默认网关，由默认网关转发。

路由器发送IP数据报：

  • 检查IP数据报首部是否出错，若出错电器并报告给源主机；

  • 若没有出错则进行转发

  • 根据IP数据报的目的地址在路哟表中查找匹配条目，若找到则转发，没有找到则丢弃IP数据报并通告给源主机。

4.11 静态路由配置

  • 静态路由是指用户或者网络管理员给路由器手工配置的路由表，这种路由表简单，开销小，不能及时适网络状态的变化，一般在小型网络中使用。

  • 默认路由

  • 特定主机路由

  • 黑洞路由，下一跳为null0

4.12 路由选择协议

  • 自治系统内的路由路由选择：内部网关协议IGP 即 内部路由协议 IRP 包括RIP OSPF

  • 自治系统外部选择：外部网关协议EGP 外部路由协议 ERP 包括BGP

4.13 RIP基本工作原理

  • Routing Information Protocol

  • RIP要求自治系统内的每一个路由器都要维护从它自己到AS内其他每一个网络距离记录，这一组距离记录称为距离向量，D-V Distance-Vector；

  • RIP以跳数（Hop count）作为度量（Metirc）来衡量到达目的网络的距离；

  • RIP将直连网络的距离标记位1，一条路径最多包含15个路由器，16相当于不可达。

  • RIP认为距离短的路由就是好的路由

  • 当距离相等时候可以进行负载均衡；

  • RIP的三个要点

    和谁交换信息- 仅和相邻路由交换信息；

    交换什么信息-自己的路由表

    什么时候交换信息-周期性交换例如每隔30秒

  • RIP 坏消息传的慢，有称为路由环路，或者距离无穷计数问题

4.14 开放最短路径有限OSPF的基本原理

  • Open Shortest Path First 是基于链路状态的，不是基于距离向量的；

  • OSPF采用SPF算法计算路由，从算法上保证不会产生环路；

  • OSPF不限制网络规模，收敛更快；

  • 通过问候分组（Hello）来建立邻居关系，组播地址（224.0.0.5）协议号89，问候周期10秒，若40秒未收到邻居路由器的问候分组，则认为路由不可达

  • 使用OSPF的路由器都有一个链路状态数据库，用于存储LSA（链路状态通告）

  • 通过泛洪发送封装有自己LSA的LSU分组，个路由器的LSDB最终达到一致；

  • 使用OSPF的各路由器使用LSDB计算SPF最短路径优先

  • OSPF在多点接入网络中，路由器邻居关系的建立

    选举指定路由器DR（designated router）和BDR（backup desingated router）；

    所有非DR\BDR只和DR/BDR建立邻居关系；

    非DR/BDR之间不能交换信息，只能通过DR/BDR交换信息；

    若DR出现问题，则有BDR顶替DR

4.15边界网关协议BGP

4.16IPV4数据报首部格式

固定部分20字节，可变部分40字节；

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![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-12-10-11-38-image.png)

4.17网际控制报文协议

  • Internet Control Message Protocol；

  • 主机和路由器使用ICMP来发送差错报告报文和询问报文；

  • ICMP被封装在IP数据报中发送；

    分组网间探测PING：Packet InterNet Groper

    跟踪路由 traceroute

4.18虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT

Virtual Private Network

Network Address Transaction

NAPT - Network Address and Port Transaction

五、运输层

  • 物理层、数据链路层、网络层他们共同解决了将主机通过异构网络互联起来所面临的问题，实现主机到主机的通信。

  • 如何为运行在不同主机上的应用进程提供直接的通信服务是运输层的任务，运输层协议有称为端到端协议。

  • 运输层直接为应用进程间的逻辑通信提供服务：运输层向高层用户屏蔽了下面网络核心的细节（如网络拓扑、所采用的路由协议等）、它使应用进程看见的就好像是在两个运输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。

  • 根据应用需求的不同，因特网的运输层为应用层提供了两种不同的运输协议，即面向连接的TCP和无连接的UDP。

5.1运输层端口号、复用与分用的概念

  • TCP/IP体系的运输层使用端口号来区分应用层的不同应用进程：

    端口号使用16比特表示，取值范围0-65535；

    熟知端口：0-1023

    登记端口号：1024-49151

    短暂端口号：49152-65535

    ![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-13-09-46-41-image.png)

![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-13-09-50-21-image.png)

5.2TCP与UDP对比

TCP与UDP是TCP/IP体系结构中运输层的两个重要协议；

![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-13-10-05-39-image.png)

UDP ：User Datapram Protocol 无连接的，向上层提供不可靠服务

TCP : Transmission Control Protocol 面向连接的

![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-13-10-40-00-image.png)

![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-13-10-58-14-image.png)

![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-13-10-59-06-image.png)

5.3TCP流量控制 flow control

TCP使用滑动窗口机制实现流量控制；

TCP接收方利用接收窗口的大小来显示发送窗口的大小

5.4 TCP拥塞控制

congestion拥塞

  • 慢开始 slow-start

  • 拥塞避免 congestion avoidance

  • 快重传 fast retransmint

  • 快恢复 fast recovery

5.5 TCP 超时重传时间选择

超时重传时间RTO

5.6TCP可靠时间的计算

![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-13-14-12-39-image.png)

5.7 TCP 的链接建立

TCP使用三报文握手来建立连接

![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-14-10-17-34-image.png)

5.8 TCP连接的释放

四报文挥手释放连接。

5.9 TCP报文段的首部格式

为了实现可靠传输，TCP采用面向字节流的方式

![](file://C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\marktext\images\2022-01-14-11-22-50-image.png)

六、应用层

应用层：通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题

运输层：解决进程之间基于网络的通讯

网络层：解决分组在多个网络上传输的问题

数据链路层 ：解决分组在一个网络或一段链路上的传输

物理层：解决使用何种信号来传输

posted @ 2022-01-15 13:33  中仕  阅读(7)  评论(0)  编辑  收藏  举报