大二下 计网期末复习（2） 20250522

一、视频课

1.路由器

路由器基于路由算法，管理来自多个网络的设备连接。路由器的作用是找到两个网络之间的更优路径，适用于多个网络之间的互联与数据转发。
不同网络连接到路由器的IP，被称为默认网关IP。

IP只是某个设备的临时标识，便于使用而已。最终的通信还是要通过MAC地址完成。

2.IP地址与子网掩码

IP地址由网络号和主机号两部分组成
子网掩码作用:告诉计算机哪些是网络号，哪些是主机号
子网掩码与IP地址类似，也是32位二进制数，也可用十进制表示



此时如果让上下两个IP通信，对比相应的网络号部分（黄色部分），如果两个部分相同则是在同一网段，否则是在不同网段。不同网段则需要通过网关通信。

什么是IP地址、子网掩码、网段、网关

IP地址：由网络号和主机号组成，相当于"门牌号"，用于与相应的计算机通信

为32位的二进制数，为方便一般使用十进制表示

例：192.168.0.1

查看本机IP地址：ipconfig

查看网站IP地址：nslookup

子网掩码：用于告诉计算机哪些是网络号和主机号

为32位的二进制数，也可用十进制表示

例：255.255.255.0 192.168.0.1/24

查看子网掩码：ipconfig

网关：为软件层面的路由器，若目标IP在同一网段可以直接通信而不需要网关

查看经过的网关：tracert -d <ip地址>

私网和公网：又名内网和外网，公网通常指Internet-因特网，因特网为世界上最大的互联网internet（首字母小写是非专有名词，大写是专有名词因特网）

私有IP为Internet保留给私人网络的IP

A类：10.0.0.0~10.255.255.255

B类：172.16.0.0~172.31.255.255

C类：192.168.0.0~192.168.255.255

二、计网按期末提纲复习

2.1.计算机网络和因特网

什么是主机/端系统、分组、协议？
•什么是客户、服务器？
•电路交换和分组交换的对比？
•什么是节点处理时延、排队时延、传输时延、传播时延、吞吐量？
•5层因特网协议栈是什么？每层的作用？（术语：报文、报文段、数据报、帧是什么意思？）
主机/端系统、分组、协议
主机/端系统 (Host/End System)：

含义： 简单来说，就是连接到因特网的所有设备，可以是你的电脑、手机、平板，也可以是服务器、智能电视等等。它们是网络的“两端”，负责发送和接收数据。
比喻： 想象一下邮局系统。主机/端系统就是寄信人和收信人。他们是邮件（数据）的起点和终点。
分组 (Packet)：

含义： 当你在网络上发送数据（比如一张图片、一段文字），这些数据不会一口气全部发送。它们会被拆分成很多小块，每一小块就叫做一个“分组”。每个分组都有自己的目的地地址信息，可以独立地在网络中传输。
比喻： 就像你要寄一本厚厚的书给朋友，你不能直接把整本书扔到邮筒里。你需要把书拆成一页一页，然后每页（或几页）装进一个信封，每个信封上写上收件人地址。这些信封就是“分组”。
协议 (Protocol)：

含义： 协议就是网络中设备之间通信所必须遵循的规则、约定和标准。它规定了数据如何格式化、如何发送、如何接收、如何处理错误等等。没有协议，网络上的设备就无法互相理解，也无法正常通信。
比喻： 协议就像是人类交流的语言和礼仪。如果你想和日本人交流，你们需要共同使用日语或英语（语言协议）。而且，在交流时，你还需要遵循一定的礼仪（行为协议），比如鞠躬、不打断别人讲话等。网络设备之间也是一样，必须遵循共同的“语言”和“礼仪”才能有效沟通。
2. 客户、服务器
客户 (Client)：

含义： 客户是指请求服务或资源的设备或程序。当你用浏览器访问一个网站时，你的浏览器就是客户，它向服务器请求网页内容。
比喻： 客户就像是去餐厅吃饭的顾客。顾客提出点菜（请求服务）。
服务器 (Server)：

含义： 服务器是指提供服务或资源的设备或程序。一个网站的网页内容就存储在服务器上。当客户请求时，服务器就将内容发送给客户。
比喻： 服务器就像是餐厅里的厨师和服务员。他们负责准备食物（提供服务）并端给顾客。
3. 电路交换和分组交换的对比
这是两种不同的数据传输方式，各有优缺点：

特性 电路交换 (Circuit Switching) 分组交换 (Packet Switching)
原理 在通信开始前，在发送方和接收方之间建立一条专用的、物理连接的“通路”（电路），这条通路在通信过程中一直被独占。 数据被分成小块（分组），每个分组独立地在网络中传输，到达目的地后重新组装。
资源利用 效率低。即使通信期间没有数据传输，电路也一直被占用，其他用户无法使用。 效率高。多个用户可以共享网络资源，当一个用户不发送数据时，其他用户可以使用。
延时 建立电路需要时间，一旦建立，数据传输延时小且稳定。 分组在网络中需要排队、转发，可能会有较大的可变延时。
适用场景 电话系统（语音通信），需要实时性高、不中断的通信。 互联网（数据通信），如网页浏览、文件传输、电子邮件等。
费用 按连接时间收费。 按数据量或流量收费。
抗故障 任何一个节点故障可能导致整个电路中断。 某个节点故障，分组可以绕道其他路径继续传输，更具鲁棒性。

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比喻：
电路交换： 就像打固定电话。一旦你拨通电话，你和对方之间就建立了一条独占的“线路”。即使你们不说话，这条线路也一直被占用着，其他人不能使用。
分组交换： 就像寄快递。你把要寄的东西分成几个包裹（分组），每个包裹都写上地址，然后投递。这些包裹可能走不同的路线，到达时间也可能不同，最后在目的地被签收并重新组装。这条“路线”是共享的，其他人的包裹也可以同时在路上运输。
4. 节点处理时延、排队时延、传输时延、传播时延、吞吐量
这些都是衡量网络性能的重要指标：

节点处理时延 (Nodal Processing Delay)：

含义： 当一个分组到达路由器（网络中的“节点”）时，路由器需要时间来检查分组头部、确定转发路径、检测比特级错误等。这个处理时间就是节点处理时延。
比喻： 快递员在接收包裹后，需要花时间检查包裹信息、扫描条形码、确认目的地。
排队时延 (Queuing Delay)：
含义： 当分组到达路由器时，如果路由器的输出链路正在忙于发送其他分组，那么新到达的分组就需要等待，直到轮到它被发送。这个等待时间就是排队时延。
比喻： 快递包裹在分拣中心排队等待被装车。如果车辆满了，就得等着下一辆车。
传输时延 (Transmission Delay)：
含义： 这是将分组的所有比特推送到链路上所需的时间。它取决于分组的大小（比特数）和链路的传输速率（每秒能发送多少比特）。
公式： 传输时延 = 分组长度 / 链路传输速率
比喻： 快递包裹从快递员手中放到卡车上，需要时间。如果包裹很大，或者车辆装载速度慢，这个时间就长。
传播时延 (Propagation Delay)：
含义： 这是比特从链路的起点传播到终点所需的时间。它取决于链路的物理长度和信号在介质中的传播速度（接近光速）。
公式： 传播时延 = 链路长度 / 传播速度
比喻： 快递包裹在卡车上从A城市运输到B城市所需的时间。路程越长，速度越慢，时间就越长。
吞吐量 (Throughput)：
含义： 在单位时间内，从网络的一端向另一端成功传输的数据量。可以理解为网络的实际传输速度。
比喻： 一条高速公路，单位时间内能通过多少辆汽车。吞吐量越大，表示网络传输能力越强。
5. 5层因特网协议栈
因特网的协议分层就像一个公司的组织结构，每一层都有自己的职责，并且只和上下层进行交互。这样做的好处是职责清晰，便于维护和升级。

因特网通常采用5层协议栈，自顶向下分别是：

应用层 (Application Layer)：

作用： 直接为应用程序提供服务，实现特定网络应用的数据交互。这是离用户最近的一层。
常见协议： HTTP（网页浏览）、FTP（文件传输）、SMTP（电子邮件）、DNS（域名解析）等。
术语： 应用层的“数据”通常称为报文 (Message)。
比喻： 想象你在电脑上使用微信聊天。应用层就是微信应用程序本身，它负责处理你的文字、图片等，并准备好发送给对方。
传输层 (Transport Layer)：

作用： 负责端到端（即从发送主机到接收主机）的数据传输，提供数据分段、可靠传输、流量控制、拥塞控制等服务。
常见协议： TCP (传输控制协议，提供可靠的、面向连接的传输)、UDP (用户数据报协议，提供不可靠的、无连接的传输)。
术语： 传输层的“数据”称为报文段 (Segment)。
比喻： 微信聊天时，传输层会把你的文字和图片信息分割成一个个小块，并给它们加上编号，确保它们能按顺序到达对方，并且能够检测丢失并重传（如果是TCP）。
网络层 (Network Layer)：

作用： 负责将分组从源主机路由到目的主机。它通过IP地址进行寻址，并选择最佳路径进行转发。
常见协议： IP (网际协议，是因特网的核心协议)、ICMP (网际控制报文协议)。
术语： 网络层的“数据”称为数据报 (Datagram)。
比喻： 你的报文段需要从你家（源主机）传输到朋友家（目的主机），网络层就是那个负责规划最佳路线的部门，它会给你的报文段贴上“地址”（IP地址），并指导它们在各个路由器之间跳跃，最终到达目的地。
链路层 (Link Layer) / 数据链路层 (Data Link Layer)：

作用： 负责将数据报从一个节点（主机或路由器）通过一条链路传输到相邻的下一个节点。它处理物理层传输的细节，如错误检测、流量控制、介质访问控制等。
常见协议： 以太网 (Ethernet)、WiFi (无线局域网)、PPP (点对点协议)。
术语： 链路层的“数据”称为帧 (Frame)。
比喻： 当数据报从一个路由器传输到下一个路由器时，链路层就像快递员在一段特定的路程（比如从一个分拣中心到另一个分拣中心）上运送包裹，它会确保包裹在当前这段路上安全无误地传输。
物理层 (Physical Layer)：

作用： 负责传输比特流。它定义了网络的物理特性，如电压、光信号、网线接口、传输介质等，将二进制数据转换为可以在物理介质上传输的信号。
常见硬件： 网线、光纤、无线电波、网卡等。
术语： 物理层传输的是原始的比特 (Bit) 流。
比喻： 这就是真正跑在网线里、光纤里或者无线电波中的电信号、光信号。物理层就像把包裹（数据）转换成能在马路上行驶的卡车（信号），或者在空中飞行的飞机（信号）。
数据在协议栈中传输的过程（封装与解封装）：

当你发送数据时：

应用层生成报文，传递给传输层。
传输层将报文封装成报文段，添加传输层头部（如端口号、序号等），传递给网络层。
网络层将报文段封装成数据报，添加网络层头部（如IP地址），传递给链路层。
链路层将数据报封装成帧，添加链路层头部和尾部（如MAC地址、校验和），传递给物理层。
物理层将帧中的比特转换为电信号或光信号，发送到链路上。
当你接收数据时，这个过程是反过来的，每一层都会剥去对应的头部，并将数据交给上一层，直到应用层接收到原始的报文。