计算机网络原理

计算机网络原理：

课程学习计划：

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2021/11/12开始 - 2021/12/29

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一个礼拜复习题。

课程介绍

介绍

1.课程介绍了计算机网络的基本概念，基本原理，典型协议与典型网络等内容。

2.本课程的先修课程包括计算机组成原理，操作系统概论，高级语言程序设计等；本课程是后续专业课程，如网络工程等的基础。

课程知识脉络图

第一章计算机网络概述

第一节：计算机网络基本概念1

概念

计算机网络是利用通信设备与通信链路或者通信网络，互连位置不同，功能自治的计算机系统，并遵循一定的规则实现计算机系统之间信息交换。

概括性的定义：计算机网络是互连的，自治的计算机的集合

ISP：

一般指互联网服务提供商（Internet Service Provider）。中国ISP网络服务商有中国电信，中国移动，中国联通。

协议的定义：

协议是网络通信实体之间在数据交换过程中需要遵循的规则或约定，包括三个基本要素：

1 语法；交换信息的格式与结构

2 语义；数据，数据所代表的含义

3 时序。工作的顺序，如何回应

计算机网络的功能

1.硬件资源共享

2.软件资源共享

3.信息资源共享

计算机网络的分类

1.按覆盖范围：个域网(蓝牙互联)，局域网，城域网，广域网

2.按拓扑结构：星形，总线型，环形，网状，树形，混合拓扑结构等

3.按交换方式：电路交换网络，报文交换网络(电报)和**分组交换网络(当前用的最多的)**

4.按网络用户属性：公用网，私有网

第二节：计算机网络结构

一、网络边缘

二、接入网络

1.电话拨号

2.非对称用户数字线ADSL

3.混合光纤同轴电缆HFC

4.局域网

5.移动接入网络

三、网络核心

网络核心是由通信链路互连的分组交换设备构成的网络作用是实现网络边缘中主机之间的数据中继和转发。

第三节：数据交换技术 1

包括以下几种技术：
电路交换，报文交换，分组交换

数据交换：

交换结点和传输介质的集合称为通信子网，既网络核心

电路交换

在电路交换网络中，首先需要通过中间交换结点为二台主机之间建立一条专用的通信线路，称为电路，然后再利用该电路进行通信，通信结束后再拆除。

电路交换的优点是实时性高，时延和时延抖动都较小；缺点是对于突发性数据传输，信道利用率低，且传输速率单一。

第四节：计算机网络性能 1

一、速率与带宽

	1.速率是指网络单位时间内传送的数据量，也称为数据传输速率或数据速率。速率的基本单位是bit/s(位每秒)或者叫做bps。

	2.在计算机网络中，有时也会用"**带宽**"这一术语描述速率

	3.带宽原本是指信号具有的**频带宽度**，即信号成分的最高频率与最低频率之差，单位为Hz(赫兹)

二、时延

大白话讲：就是发送到接收需要的时间

	1.时延是指数据从网络中的一个**结点**(主机或交换设备等)到达另一个**结点**所需要的时间。

	2.分组的每跳传输过程主要产生4类时间延迟：结点处理时延，排队时延，传输时延和传播时延。

三、时延带宽积

	一段物理链路的传播时延与链路带宽的乘积。

	表示一段链路可以容纳的数据位数，也称为以位为单位的链路长度。

四、丢包率

	丢包率常被用于评价和衡量网络性能的指标，在很大程度上可以反映网络的拥塞程度。

	丢包率=丢失分组总数/发送分组总数

五、吞吐量

	单位时间内内源主机通过网络向目的主机实际送达的数据量。

	经常用于度量网络的实际数据传送(通过)能力，即网络实际可以达到的源主机到目的主机的数据传送速率。

第五节：计算机网络体系结构 1

1.分层思想：

	计算机网络完成的所有功能可以划分为若干层，每层完成一部分子功能，每层在完成相应功能时在与另一通信实体的相同层按照某种协议进行信息交换。

2.体系结构定义

计算机网络所划分的层次以及各层次协议的集合称为计算机网络体系结构

OSI参考模型

TCP/IP参考模型

应用层，传输层，网际层，网络接口层

第六节：计算机网络与因特网发展简史

第二章网络应用（应用层）

1.计算机网络应用体系结构

三种类型

1.客户/服务器(c/s)结构

最主要的特征是通信只在客户与服务器之间进行，客户与客户之间不进行通信。

2.P2P(Peer to Peer)结构

每个对等端都同时具备C/S应用的客户与服务器的特征，是一个服务器与客户的结合体，对等端之间直接通信。

3.混合结构

既有中心服务器的存在，又有对等端(客户)间的直接通信。

2.网络应用通信基本原理

一端向另一端发送请求，来获取相应的服务

3.域名系统(DNS)

一，层次化域名空间

层次树状结构的命名方法：1.国家顶级域名nTLD；2.通用顶级域名gTLD;3.基础结构域名

DNS传输层使用的是UTP协议

二、域名服务器

域名解析

将域名映射为IP地址的过程。
域名服务器

为了实现域名解析，需要建立分布式数据库，存储网络中域名与IP地址的映射关系数据，这些数据库存储在
域名服务器上，域名服务器根据用户的请求提供域名解析服务。
域名服务器的分类

根域名服务器

顶级域名服务器

权威域名服务器

本地域名服务器

三、域名解析过程

递归查询
代替查询主机或其他域名服务器，进行进一步的域名查询，并将最终解析结果
发送给查询主机或服务器。
迭代查询

只是将下一步要查询的服务器告知查询主机或服务器。

4.万维网应用

万维网是我们现在使用非常广泛的一种网络应用

1.万维网应用体系结构

万维网应用体系结构包括三块：web服务器，浏览器，超文本传输协议(HTTP)

web服务器：网页的内容，超文本(html语言编写，设计的)

浏览器：客户机上的浏览器

超文本传输协议(HTTP)：浏览器如何获取网页的内容呢？通过超文本传输协议

首先由客户机向服务器发送一个TCP链接(运输层，保证传输的可靠性)连接。

当建立连接之后接下来，在应用层的基础上使用http协议

首先由客户机上的浏览器根据你要访问的网址来发出http请求的报文，报文里面包含几部分

其中有一部分我们叫做url，统一资源定位符。实际上就是我们通常所说的网址。

所以这个时候我们网页的超链接就是包括我们所说的url网址，当我们点击超链接的时候，然后发送到

服务器。当然请求如何到服务器呢，我们http报文里面包括服务器的域名

服务器根据这个url来找到对应的网页资源。那么这个网页资源使用html语言编写的。那么这个网页资源

会作为http报文的响应信息呢再返回给我们浏览器

浏览器收到这个html编写的报文以后，再进行解释解读，然后以特定的格式显示在我们的浏览器当中

2.HTTP（超文本传输协议）

HTTP概念：超文本传输协议，定义浏览器如何向Web服务器发送请求以及Web服务器如何向浏览器进行响应。

版本：HTTP/1.0和Http/1.1

http是无状态访问协议

Http连接：非持久连接，持久连接

非持久连接，持久连接

非流水方式持久连接，流水方式持久连接

总结：非/流水方式持久连接和持久连接，并行连接

HTTP报文:

请求报文----从客户向服务器发送请求报文。

响应报文----从服务器到客户的回答。

HTTP请求报文

http典型的请求方法有GET、HEAD、POST、OPTION、PUT等。

1）GET：请求读取由URL所标识的信息

2）HEAD：请求读取由URL所标识的信息的首部，无须在响应报文中包含对象

3）POST：给服务器添加信息（例如注释）

4）OPTION：请求一些选项的信息

5）PUT：在指明的URL下存储一个文档

HTTP响应报文

HTTP状态码分类：

状态码	作用	描述
1xx	显示信息	通告信息，可能还需要进一步交互
2xx	成功	成功完成客户请求的操作，并进行响应
3xx	重定向	表示资源已移走，需要向新URL发送请求
4xx	客户端错误	由于客户端请求错误，无法成功响应
5xx	服务器端错误	由于服务器端请求错误，无法成功响应

3.Cookie

Cookie中文名称称为小型文本文件，指某些网站为了辨别用户身份、进行会话跟踪而存储在用户本地终端上的数据。

弥补了Http协议无状态性的不足，有利于进行用户跟踪并提供针对性的服务，但也也带来一些安全问题。

cookie工作原理：

5.internet电子邮箱

一、电子邮件系统结构

二、SMTP（简单邮件传输协议）

SMTP是Internet电子邮件中核心应用层协议，实现邮件服务器之间或用户代理到邮件服务器之间的邮件传输。

SMTP使用传输层TCP实现可靠数据传输，端口号25.

SMTP通过三个阶段的应用层交互完成邮件的传输，分别是握手阶段、邮件传输阶段和关闭阶段。

SMTP的基本交互方式是SMTP客户端发送命令，命令后面可能携带参数，SMTP服务器对命令进行应答。

三、电子邮件格式与MIME

四、邮件读取协议（POP3 邮局协议）

POP3邮局协议

6.FTP(文件传送协议)

文件传送协议：在互联网的二个主机间实现文件互传的应用层协议。

7.P2P应用

8.Socket编程基础

什么是Socket：

所谓套接字(Socket)，就是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。一个套接字就是网络上进程通信的一端，提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。从所处的地位来讲，套接字上联应用进程，下联网络协议栈，是应用程序通过网络协议进行通信的接口，是应用程序与网络协议栈进行交互的接口 [1] 。

表示方法：套接字Socket=（IP地址：端口号）(210.37.145.1:23)

怎么调用传输层提供的网络服务呢。依赖于SOCKET接口

UDP和TCP:

UDP：无连接服务,不保证可靠性。成本低，效率高，速度快。

TCP：安全，可靠的面向连接的服务。

TCP是面向连接的服务。是指通信双方在发送数据之前要先建立连接，要进行资源分配要进行参数的协商/目的是保证在数据传输过程当中所有的数据都能安全可靠的到达，不会有数据的损坏丢失这种情况发生。

第三章传输层

传输层是为应用层提供传输服务的

第一节：传输层的基本服务

传输层功能

端到端指的就是从这个应用程序到那个应用程序。

传输层寻址与端口

无连接服务与面向连接服务

第二节：传输层的复用与分解

多路复用和多路分解：是传输层的一项基本功能，支持众多应用进程共用同一个传输层协议，并能够将接收到的数据准确交付给不同的应用进程。

一、无连接的多路复用与多路分解

二、面向连接的多路复用与多路分解

TCP套接字(标识一条TCP连接)：

<源IP地址，源端口号，目的IP地址，目的端口号>

当一个TCP报文端从网络层到达一台主机时，该主机根据这4个值来将报文段分解到相应的套接字。

第三节：停—等协议与滑动窗口协议

如何来保证通讯的可靠性。

传输层把数据交给网络层由网络层来进行传输。

一、实现可靠传输的基本原理

实现可靠数据传输的措施：

在规定时间内，如果没有收到我就认为他丢失了

二、停-等协议

三、滑动窗口协议

滑动窗口协议是如何工作的

第四节：用户数据报协议(UDP)

第五节：传输控制协议(TCP)

本章小结：

本章重难点回顾：

可靠数据传输原理，停-等协议、滑动窗口协议；
TCP连接建立和释放过程；
TCP可靠数据传输机制和拥塞控制方法；

第四章网络层

第一节网络层服务

网络层的主要作用是将网络层数据报从源主机送达目的主机。

主要功能就是转发和路由选择。

主要功能包括：

转发：分组从输入接口转移到输出接口；
路由选择：决定分组经过的路由或路径。

网络层服务：

第二节数据报网络与虚电路网络

数据报网络与虚电路网络都是虚拟交换技术。

一、数据报网络

数据报网络：按照目的主机地址进行路由选择的网络。

特点：

无连接；
每个分组作为一个独立的数据报进行传送，路径也可能不同；
分组可能出现乱序和丢失。

二、虚电路网络

虚电路网络在网络层提供面向连接的分组交换服务。

特点：

建立一条网络层逻辑连接；
不需要为每条虚电路分配独享资源（区别于电路交换）；
根据虚电路号沿虚电路路径按序发送分组。

第三节网络互连与网络互连设备

一、异构网络互连

二、路由器

常用的网络互连设备有中继器、集线器、网桥、网络交换机、路由器和网关

第四节网络层拥塞控制

一、网络拥塞

拥塞：

一种持续过载的网络状态，此时用户对网络资源（包括链路带宽，存储空间和处理器处理能力等）的总需求超过了网络固有的容量。

原因：

缓冲区容量有限；
传输线路的带宽有限；
网络节点的处理能力有限；
网络中某些部分发生了故障。

二、流量感知路由

流量感知路由：

根据网络负载动态调整，将网络流量引导到不同的链路上，均衡网络负载，从而延缓或避免拥塞发生。

解决网络负载的震荡现象：

多路径路由；
缓慢转移流量至另一链路。

三、准入控制

准入控制：

是一种广泛应用于虚电路网络的拥塞预防技术。

基本思想：

对新建虚电路进行审核，如果新建立的虚电路会导致网络变得拥塞，那么网络拒绝建立该新虚电路。

拥塞状况的量化：基于平均流量和瞬时流量。

四、流量调节

感知拥塞
处理拥塞：将拥塞信息通知到其上游节点。

处理方法：

(1) 抑制分组：给拥塞数据报的源主机返回一个抑制分组。

(2) 背压：让抑制分组在从拥塞节点到源节点的路径上的每一跳，都发挥抑制作用。

五、负载脱落

负载脱落：路由器主动丢弃某些数据报。

如何选择要丢弃的数据报：

丢弃新分组：如GBN
丢弃老分组：如实时视频流

第五节 Internet网络层

一、IPv4协议

IP协议主要分成IPV4协议和IPV6协议

数据报格式

IP数据报分片

二、IPv4编码

子网划分：

将一个较大的子网划分为多个较小子网的过程。

较大子网具有较短的网络前缀，较小子网具有稍长的前缀。

超网：

将具有较长前缀的相对较小的子网合并为一个具有稍等前缀的相对较大的子网。

子网掩码：

用来定义一个子网的网络前缀长度。

第六节路由算法与路由协议

第五章数据链路层与局域网

传输层：保证对应用层的复用，分用。以及保证应用层的可靠传输。

网络层：主机到主机经过路由转发，把数据从主机送到主机。

链路层：把数据从一个结点可靠的传输到另一个结点。

第一节：数据链路层服务

链路层数据单元：帧

数据链路层服务主要功能包括：

组帧

链路接入：点对点链路、广播链路

可靠交付（可靠传输方法多用于高出错率链路）

差错控制

第二节：差错控制

一、差错控制的基本方式：

差错控制的四种基本方式：

检错重发
前向纠错

接收端进行差错纠正。

反馈校验

接收端将收到的数据原封不动发回发送端。

检错丢弃

二、差错编码的基本原理

香农信道编码定理：

理论上可以通过编码使得数据传输过程不发生错误，或者将错误概率控制在很小的数值之下

三、差错编码的检错与纠错能力

汉明距离：二个等长码字之间，对应位不同的位数。

编码集的汉明距离：该编码集中任意二个码字之间汉明距离的最小值。

差错编码的检错或纠错能力与编码集的汉明距离有关。

四、典型的差错编码

奇偶校验码

奇校验：编码后的码字中“1”的个数为奇数

偶校验：编码后的码字中“1”的个数为偶数
汉明码：
可以实现单个比特差错纠正
循环冗余码CRC：
检错能力强，编码效率高，实现简单

第三节：多路访问控制协议

链路层主要的功能之一就是差错检测主要的手段是通过差错编码

一、信道划分MAC协议

使用权：信道划分MAC协议

二、随机访问MAC协议

随机访问，就是争着访问

三、受控接入MAC协议

第四节：局域网

一、数据链路层寻址与ARP地址解析协议

MAC地址

MAC地址也叫物理硬件地址

每个接口对应一个MAC,且全球唯一

长度48位

地址解析协议

地址解析协议也叫ARP

根据本网内目的主机或默认网关的IP地址获取其MAC地址；

ARP以什么样的方式获取硬件地址?查询/响应的方式。广播

二、以太网

IEEE802.3标准
采用CSMA/CD访问控制方法
以太网技术
- 10Base-5, 10Base-T
  - 快速以太网100Base-TX、100Base-T4、100Base-FX
  - 千兆以太网
  - 万兆以太网

三、交换机

转发与过滤

可以依据接收到的链路层帧的目的MAC地址，选择性地转发到相应的端口。

自学习

交换机通过自学习构建交换表

优点

消除冲突，提高性能

支持异质链路

易于网络管理

四、虚拟局域网

一种基于交换机(支持VLAN功能)的逻辑分割广播域的局域网应用形式。
不受物理位置的限制，以软件的方式划分和管理局域网中的工作组。
能够抑制广播风暴。
划分方法：

基于交换机端口

基于MAC地址

基于上层协议类型或地址

第五节：点对点链路协议

一、PPP点对点协议

点对点协议——PPP：

能够处理差错检测、支持多种上层协议、允许连接时协商IP地址、允许身份认证。

典型应用：拨号上网

功能：

成帧
链路控制协议LCP
网络控制协议NCP

二、HDLC高级数据链路控制协议

高级数据链路控制--HDLC协议：

可应用于点对点链路和点对多点链路。

帧定界：

帧的定界符是01111110

HDLC协议的位填充：

发送端：只要发现数据字段5个连续的1，就立即插入一个0，保证数据字段不会出现连续的6个1；
接收端：发现数据流中5个连续的1，就删除其后的0，还原成原来的信息。

本章小结

本章主要介绍了数据链路层服务，差错编码，多路访问控制协议，局域网，点对点链路协议等内容。

重难点

1.典型的差错编码，如CRC等
2.CSMA/CD协议
3.ARP、以太网、交换机、VLAN等局域网工作原理

第六章物理层

物理层：把所有的比特数据转换成物理信号在线路进行传输，主要涉及的是通信的知识

第一节数据通信基础

通俗的讲

把信息转换为消息，消息加个符号就是数据，将数据转换为信号，信道传输的是信号。

通信就是把信息从这传输到哪然后精确的还原或者近视的还原信息。

第二节物理介质

非导引型传输介质：就是我们通常所说的无线

地波传播：广播

天波传播：大气的电离层

视线传播：高频信号只能直线传播（靠卫星，基站）

第三节信道与信道容量

公式中的 C 是信道容量(最大平均数据传输率(bps 单位bit/s))，B是带宽单位Hz。M：信号编码级数

S:信号功率 N:噪声功率信道比：s/n

第四节基带传输

直接传输基带信号，基带信号就是指原始信号

第五节频带传输

第六节物理层接口规程

第七章无线与移动网络

第一节无线网络

二、无线链路与无线网络特性

第二节移动网络

第三节无线网络局域网IEEE 802.11

WIfi

第四节蜂窝网络

第五节移动IP网络

第六节其他典型无线网络简介

第八章网络安全基础

参考：

视频

posted @ 2021-11-14 11:46 CCmonitor 阅读(637) 评论(0) 收藏举报

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