计算机网络知识整理
计算机领域单位
K=2的10次方
M=2的20次方
G=2的30次方
T=2的40次方
第一章 概述
1. 基本概念
(1) 协议定义、三要素
协议定义：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。
三要素：语法，语意，时序
(2) 网络体系结构
OSI:物理层，数据链路层；网络层；传输层；会话层，表示层，应用层
TCP/IP：网络接口层；网际层；传输层；应用层
(3) 时延
指数据从网络的一端到另一端所需的时间。
包括：发送时延，传播时延，处理时延，排队时延，总时延等于四种时延之和。
发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）
传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）
(4) 带宽
本来指：某个信号具有的频带宽度，单位是赫 Hz
计网中：用来表示网络中某通道传送数据的能力，单位为数据率的单位：bit/s
(5) 计算机网络
计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统
(6) C/S(客户/服务器)
1.特点
服务器提供服务，客户请求服务。
2.客户端和服务器之间连接的数量对应关系
多个客户进程可以同时访问一个服务进程，一个客户进程可以同时访问多个服务器进程提供的服务。
(7) 速率
数据的传送速率：单位：bit/s
K=10的3次方
M=10的6次方
G=10的9次方
T=10的12次方
(8) 协议和服务
协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。
下面的协议对上面的实体是透明的
服务：指在计算机组成典型的结构化环境下,系统管理员通过不同的方式相互联结在一起。
协议是水平的，服务是垂直的
- 互联网的工作方式，可以分成两大块：边缘部分：、核心部分。
- 电路交换：建立连接-》通话-》释放连接 通信资源始终被占用，线路传输效率往往很低，，，直达
分组交换：主机为用户处理信息，路由器（中查找转发表）转发分组
报文交换：存储转发整个报文
因特网核心：分组交换。关键：存储转发
- 局域网、城域网、广域网：定义和特点
局域网自然就是局部地区形成的一个区域网络，LAN，其特点就是分布地区范围有限，可大可小，大到一栋建筑楼 与相邻建筑之间的连接，小到可以是办公室之间的联系。局域网自身相对其他网络传输速度更快，性能更稳定，框架简易，并且是封闭性，这也是很多机构选择的原因所在。
城域网(Metropolitan Area Network)是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在100兆比特/秒以上。
广域网(英语：Wide Area Network，缩写为 WAN)，又称外网、公网。是连接不同地区局域网或城域网计算机通信的远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网并不等同于互联网。
5. 网络体系结构
(1) OSI/RM：Open System Interconnection Reference Model -- 开放系统互连参考模型
(2) TCP/IP：（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）
(3) 五层体系结构;应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层
第二章 物理层
1. 物理层的四个特性:机械，电器，功能，过程
2. 通信方式：单工：一个方向、半双工：两个方向，但不能同时发、全双工
3. 编码： 不归零制 曼彻斯特 差分曼彻斯特，要求：会画图
4. 信道复用技术
(1) 频分复用
(2) 时分复用、统计时分复用
(3) 波分复用
(4) 码分复用
5.常用的传输媒体及其特点（2-3 种）
(1) 双绞线:分屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。由两根相互绝缘的导线纟H成。可以传输 模拟信号,也可以传输数字信号,有效带宽达250KHz,通信距离一般为儿到十儿公里。导 线越粗其通信距离越远。在数字传输时,若传输速率为每秒几兆比特,则传输距离可达几公 里。一般用作电话线传输声音信号。虽然双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰,谋码率高, 但因为其价格便宜,且安装方便,既适于点到点连接,又可用于多点连接,故仍被广泛应用。
(2) 同轴电缆:分基带同轴电缆和宽带同轴电缆,其结构是在一个包有一层绝缘的实 心导线外,再套上一层外面也有一层绝缘的空心圆形导线。由于其高带宽(高达300〜 400Hz).低谋码率、性能价格比高,所以用在LAN中,同轴电缆的最大传输距离随电缆型乃 和传输信号的不同而不同,由于易受低频干扰,在使用时多将信号调制在高频载波上。
(3) 光导纤维:以光纤作为载体,利用光的全反向原理传播光信号。其优点是肓径小、 重量轻;传输频带宽、通信容量大;抗雷电和电磁干扰性能好,无串音干扰,保密性好,误 码率低。但光电接口的价格较昂贵。光纤被广泛用于电信系统铺设主干线。
(4) 无线信道:分地血微波接力通信和卫星通信。其主要优点是频率高,频带范围宽, 通信信道的容量大;信号所受工业干扰较小,传输质量高,通信比较稳定;不受地理环境的 影响,建设投资少、见效快。缺点是地面微波接力通信在空间是直线传播,传输距离受到限 制,一般只有50Km,隐蔽性和保密性较羌。卫星通信虽然通信距离远且通信费用与通信距 离无关,但传播时延较大,技术较复杂,价格较贵。
第三章 数据链路层
1. 三个基本问题：各自的功能
l 封装成帧
l 透明传输
l 差错检测
1、什么是封装成帧？
封装成帧就是将网络层传下来的分组添加首部和尾部，用于标记帧的开始和结束。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。
2、什么是透明传输？
透明传输是指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。
透明传输就是帧使用首部和尾部进行定界，如果帧的数据部分含有和首部尾部相同的内容，那么帧的开始和结束位置就会被错误的判定。需要在数据部分出现首部尾部相同的内容前面插入转义字符。如果数据部分出现转义字符，那么就在转义字符前面再加个转义字符。在接收端进行处理之后可以还原出原始数据。这个过程透明传输的内容是转义字符，用户察觉不到转义字符的存在。
3、什么是差错检测？
收到正确的帧就要向发送端发送确认，发送端在一定的期限内若没有收到对方的确认，就认为出现了差错，因而就进行重传，直到收到对方的确认为止。差错检测就是数据链路层广泛使用了循环冗余检验（CRC）来检查比特差错。
成帧：
- CRC 校验：已知生成多项式和发送的数据，会计算
FCS:帧检验序列
3. CSMA/CD 工作原理
CSMA/CD即载波侦听多路访问/冲突检测，是广播型信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法，具有多目标地址的特点。例如：总线型网络传输数据
四大要点：
1.先听再发
2.边听边发
3.冲突停止
4.延迟后发
5. MAC 地址（物理地址）
以太网的硬件地址：实际上就是适配器地址或适配器标识符，与主机所在地点无关。源地址和目的地址都是48位长
数据链路层作用: 帧编码和误差纠正控制
- VLAN：可以跨越多个交换机、VLAN 的划分方法:
1. 按接口划分vlan
基于接口的VLAN划分依赖于交换机的接口类型，常见的接口类型分为三类：
1、Access接口（直通）
Access接口一般用于和不能识别Tag的用户终端（如用户主机、服务器等）相连，或者不需要区分不同VLAN成员时使用。
2、Trunk接口（主干）
Trunk接口一般用于连接交换机、路由器、AP以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端。
3、Hybrid接口（混合）
Hybrid接口既可以用于连接不能识别Tag的用户终端（如用户主机、服务器等），也可以用于连接交换机、路由器以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端、AP。
***华为设备默认的接口类型是Hybrid。
2、基于MAC地址划分VLAN
3、基于IP子网划分VLAN
基于子网划分的VLAN是基于网络层划分的VLAN的一员，通过这样划分的VLAN可以减少人工工作量，保证用户可以自由增加、延迟和修改工作量。
基于子网划分的VLAN，满足于标准低的安全要求、流动性和简单的管理方面的要求。
VLAN基于ip网络，只处理非分类（untagged）的报文，而处理方式基于接口的VLAN也一样
当设备界面接收不带标签的报文时，设备将根据报文的源地址或指定的网络段，自动将报文导入指定的VLAN进行传输。
4、基于协议划分的VLAN
基于协议划分的VLAN，顾名思义，划分思想是把主机运行的协议与vlan进行绑定，当检测到匹配的协议报文则按照该协议号与配置协议VLAN传输。
PS：基于协议划分vlan只处理不带标签的数据帧，同样只能在混合端口上进行配置。
5、基于策略划分VLAN
基于策略划分VLAN是根据多种方式组合形成的一种策略进行VLAN的划分，可以为终端用户提供安全的数据隔离。
例如我们可以用基于MAC地址+IP地址的组合策略，也可以用基于MAC地址+IP地址+接口组合策略。
PS：和其他非接口划分VLAN的划分方式一样，基于策略的VLAN只处理untagged报文,对于tagged报文处理方式和基于接口的VLAN一样。
- 集线器（HUB）、和交换机的区别
8. 扩展的以太网
用 hub （在物理层的扩展）和交换机（在数据链路层的扩展），每个站得到的带宽不同
第四章 网络层
1. 分类的 IP 地址
l A-E 类:
首位:
A:0 子网掩码：255.0.0.0
B:10 255.255.0.0
C:110 255.255.255.0
D:1110组播/多播地址
E:1111保留为今后使用
l A-C 类：网络地址、子网掩码
l 有效的：全 0 和全 1 不用
2. CIDR：无分类域间路由选择
l 前缀：网络前缀 用例如/20表示，表示该ip地址前20个比特位为网络前缀，后32-20=12位为主机号
l 掩码：/20的ip地址为11111111111111111111 000000000000，20个1
l CIDR 地址块：类似划分子网计算题：
参考b站收藏湖科大教书匠的视频
l 地址聚合：
将十进制的若干个ip地址转成二进制，进行竖向比较，找到最长的相同前缀保留，后面不同的位补0，得到聚合后的ip地址
Ip地址算网络地址：
3. IP 地址规划：给定每个子网的所需主机数，分派 IP 地址。（应用题）
4. IP 地址与 MAC 地址
l IP 地址，逻辑地址，网络层
l MAC 地址，物理地址，数据链路层
ARP：地址解析协议 的作用：已知ip地址，找出相应的Mac地址、过程：工作过程
主机A的IP地址为192.168.1.1，MAC地址为0A-11-22-33-44-01；
主机B的IP地址为192.168.1.2，MAC地址为0A-11-22-33-44-02；
当主机A要与主机B通信时，地址解析协议可以将主机B的IP地址（192.168.1.2）解析成主机B的MAC地址，以下为工作流程：
第1步：根据主机A上的路由表内容，IP确定用于访问主机B的转发IP地址是192.168.1.2。然后A主机在自己的本地ARP缓存中检查主机B的匹配MAC地址。
第2步：如果主机A在ARP缓存中没有找到映射，它将询问192.168.1.2的硬件地址，从而将ARP请求帧广播到本地网络上的所有主机。源主机A的IP地址和MAC地址都包括在ARP请求中。本地网络上的每台主机都接收到ARP请求并且检查是否与自己的IP地址匹配。如果主机发现请求的IP地址与自己的IP地址不匹配，它将丢弃ARP请求。
第3步：主机B确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机A的IP地址和MAC地址映射添加到本地ARP缓存中。
第4步：主机B将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机A。
第5步：当主机A收到从主机B发来的ARP回复消息时，会用主机B的IP和MAC地址映射更新ARP缓存。本机缓存是有生存期的，生存期结束后，将再次重复上面的过程。主机B的MAC地址一旦确定，主机A就能向主机B发送IP通信了。
- ARP 缓存的作用：
存放其他设备的IP地址到mac地址的映射表。
解决同一个局域网上IP地址和硬件地址的映射问题。
提高工作效率。
缓存计时器时间：10-20分钟
6. IP 数据报格式
l 格式要熟悉
l MF、偏移量：会计算分片：课本p137-138例题
标志字段中的最低位记为MF，mf=1表示后面“还有分片”的数据报，mf=0表示当前是最后一个数据报片
- IP 分组转发，过程：
https://blog.csdn.net/weixin_45605541/article/details/121593592
利用了根据目的ip求网络地址，若在本网络直接交付，不在，交给路由器
8. ICMP：网际控制报文协议
l icmp报文封装 IP 数据报中传输
l 两种：ICMP 差错报告报文、ICMP 询问报文
9. Ping ：分组网间探测 ping命令的用途：用来测试两台主机间的连通性、用的什么报文：icmp，用了ICMP回送请求和回送回答报文
10. Traceroute （unix操作系统中的命令）用途：用来跟踪一个分组从源点到终点的路径、用的什么报文：icmp中的时间超时差错报告报文
11. 静态路由、动态路由 各自特点，不同点:
https://tongxiehui.net/bm/62730465328cd.html
默认路由特点，不同点：默认路由也被称为“缺省路由”是目的网络地址及子网掩码均为“0”的路由，即0.0.0.0 0.0.0.0 ；
特殊在所有的目的IP地址都能被这条路由匹配
12. 路由协议
(1) RIP：基于距离向量的路由选择协议、基本原理p159、计算路由表p162
(2) OSPF：内部网关协议 使用链路状态协议，发送的信息就是与本机路由器相邻的所有路由器的链路状态。
13. IPV6 地址:2的六次方=128 位，表示方法：冒号十六进制记法p153
14. p188网络地址转换 NAT：将本地地址转换成全球 IP 地址
l 定义、原理、作用
NAT的定义：
NAT（Network Address Translation）即网络地址转换，是一种常用于计算机网络中的技术，它可以将私有IP地址转换为公网IP地址，或是将一个公网IP地址映射到不同的私有IP地址上，以便在局域网中使用多个设备共享同一个公网IP地址。
NAT的原理：
NAT的原理是通过在网络设备（如路由器和防火墙）之间插入一个转换程序（NAT设备），将内部IP地址转换成为外部IP地址，从而实现在公网上访问内部网络，或是在内部网络中使用一个IP地址来代表多个设备。这个转换程序通常会维护一张NAT表格，记录着内部设备和公网设备的IP地址对应关系，以便在需要的时候进行转换。
NAT的作用：
节约IP地址资源：在IPv4时代，IP地址资源非常稀缺，而NAT技术可使许多私有IP地址共用同一个公网IP地址，从而节约了IP地址资源，减缓了IP地址枯竭的问题。
加强网络安全：通过隐藏局域网内部计算机的真实IP地址，使得内部网络的计算机不被攻击者直接攻击，增强了网络安全性。
实现多台计算机共享一个公网IP地址：因为IP地址是有限的，当IP地址资源有限时，可以利用NAT让多台计算机共同使用一个公网IP，达到多设备共享公网IP地址的目的。
实现网络单向通信：在NAT路由器连接的网络中，外网无法直接访问内网，但内网能够通过NAT路由器连接公网，从而实现单向通信的需要。
15. IP 地址短缺问题：
l NAT-短期
l IPV6--最终解决方案
16. 网络互联设备：
(1) 集线器（HUB）：物理层
(2) 交换机：数据链路层
(3) 路由器：网络层
第五章 运输层
1.UDP用户数据报协议:无连接的、面向报文的
2.TCP传输控制协议:面向连接的，面向字节流的、
Tcp协议数据单元：报文
3.端口号、熟知端口号 p215
4.流量控制：如果发送者发送数据过快，接收者来不及接收，那么就会有分组丢失。为了避免分组丢失，控制发送者的发送速度，使得接收者来得及接收，这就是流量控制
拥塞：在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就要变换，叫做拥塞。
拥塞控制：拥塞控制，就是在网络中发生拥塞时，减少向网络中发送数据的速度，防止造成恶性循环；同时在网络空闲时，提高发送数据的速度，最大限度地利用网络资源。
基本概念
5.TCP 报文段的首部格式
l 熟悉 p226
6.发送窗口：含义：发送窗口是发送方已发送但尚未被确认的帧(frame)的序号队列的界限、作用：限制发送方连续发送数据的数量，即控制发送方发送数据的平均速率
7.RTT 的计算过程p233：
https://easylearn.baidu.com/edu-page/tiangong/bgkdetail?id=ea47a4a1f524ccbff1218462&fr=search
8.流量控制方法：滑动窗口机制
9.拥塞控制机制、拥塞窗口
慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复
原理、画图、会算题
10. 连接建立（三报文）
l 解决哪三个问题：（1）（2）(3)
l 步骤
11. 连接释放（四报文）
第六章 应用层
1. 域名 格式及规则
mail.stdu.edu.cn
- 域名服务器的四种类型：根域名服务器、顶级域名服务器：org、com、edu、权限域名服务器、本地域名服务器
P264图
3. 域名解析过程
4. URL：统一资源定位符p274
5. HTTP 的请求报文和响应报文 ：
https://blog.csdn.net/weixin_45660621/article/details/122418222
应用层协议http端口号：80 使用的传输层协议：tcp
6. Cookie：表示在http服务器和各用户之间传递的状态信息
7. 打开一个网站，涉及哪些协议：
DNS域系统、TCP/IP、HTTP
8. FTP:21 端口 控制会话，20 端口:数据传输
9. 应用层哪些是基于 UDP？哪些是基于 TCP 的？熟知端口号
应用层协议是指在计算机网络的应用层上运行的协议，它们负责处理不同类型的应用程序所需的数据传输。在应用层中，有一些协议基于UDP协议进行数据传输，而有些协议则依赖于TCP协议。
基于UDP协议的应用层协议包括：
DNS(Domain Name System): 端口号53，负责将域名解析为IP地址，以便客户端可以连接到正确的服务器。
TFTP(Trivial File Transfer Protocol): 端口号69，用于进行简单的文件传输，如配置文件等。
SNMP(Simple Network Management Protocol): 端口号161和162，用于管理网络设备，如路由器、交换机等。
NTP(Network Time Protocol): 端口号123，用于同步计算机与网络上的时间服务器的时间。
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol): 端口号67和68，用于为网络上的设备分配IP地址和其他配置信息。
基于TCP协议的应用层协议包括：
HTTP(Hypertext Transfer Protocol): 端口号80和443，用于在web浏览器和web服务器之间传输数据，包括网页、图像等。
FTP(File Transfer Protocol): 端口号20和21，用于进行文件传输，如上传、下载等。
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol): 端口号25，用于电子邮件的传输。
POP3(Post Office Protocol 3): 端口号110，用于接收电子邮件。
IMAP(Internet Message Access Protocol): 端口号143和993，用于接收和管理电子邮件。
补充说明，这些协议与TCP/UDP协议是密切相关的，上层应用使用TCP或UDP协议进行通信。例如HTTP协议使用TCP协议进行通信，而DNS协议则使用UDP协议进行通信。
- SMTP 的三阶段、 SMTP 邮件传送过程
SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）是用于电子邮件传输的标准协议。SMTP的工作过程可以分为三个阶段。
第一阶段：连接建立
在这个阶段，客户端应用程序与邮件服务器之间建立TCP连接。客户端向邮件服务器发送连接请求，邮件服务器响应确认。确认消息告知客户端连接建立成功，并且通信现在可以进行。
第二阶段：邮件传输
在这个阶段，邮件被传输到目标邮件服务器。客户端向目标邮件服务器发送一封包含目标收件人地址、发件人地址、邮件主题和正文的邮件。如果目标邮件服务器无法立即接收消息，客户端会尝试重新发送邮件。
第三阶段：连接关闭
在这个阶段，连接被关闭。邮件服务器向客户端发送一个确认消息，告知客户端消息已经成功接收并储存。客户端随后关闭连接。
邮件传递过程：
邮件传递过程中，邮件从发送方电子邮件客户端到达目标电子邮件客户端，经过了几个阶段。首先，在发件人的电子邮件客户端中，邮件被发送到SMTP服务器。SMTP服务器使用SMTP协议将邮件传输到目标SMTP服务器。目标SMTP服务器将电子邮件存储在一个邮箱中，等待收件人从他们的电子邮件客户端检索邮件。
具体地，整个邮件传递过程包括以下步骤：
发件人将邮件发送到SMTP服务器。
SMTP服务器检查该邮件是否符合，然后将邮件发送到目标SMTP服务器。
目标SMTP服务器将邮件存储在一个邮箱中，等待收件人检取。
收件人从他们的电子邮件客户端检索邮件。电子邮件客户端发送请求到目标SMTP服务器时，SMTP服务器将邮件发送到收件人的电子邮件客户端。
注意：复习资料：课本、PPT、课后习题
