计算机网络复习总结
第一章 计算机网络概述
计算机网络的概念
计算机网络的定义
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。
计算机网络的组成
通信子网:提供信息交换的网络节点和通信线路
资源子网:提供软件资源和硬件资源
计算机网络的类型
按拓扑分:
- 总线型
- 星型
- 树形
- 环型
- 网状型(常用于广域网)
按范围分:
- 广域网WAN
- 城域网MAN
- 局域网WAN
- 补充
- 个人区域网PAN
- 互联网Internet
按传输方式分:
- 有线网络
- IEEE802.3
- 无线网络
- IEEE802.11
- WLAN无线局域网(wireless)
- WPAN无限个域网
计算机网络体系结构
传输方式
按传输方向分:
- 单工:只能单方向传输的工作模式。
- 半双工:同一时间,线路上只能允许一个方向的数据通过。
- 全双工:双方可以同时进行数据通信。
按传输对象分:
- 单播:1对1
- 组播:1对多
- 广播:1对all
数据交换
- 电路交换:整个报文从源头到终点连续的传输。
- 报文交换:整个报文先传送到相邻节点,全部存储下来查找转发表,再转发到下一个结点。
- 分组交换:将一个报文分成多个分组,传送到相邻节点,再查找穿法表,再转发到下一个结点
通信协议和体系结构
网络协议三要素:
- 语法
- 语义
- 时序
OSI参考模型(7层)
- 物理层:比特流传输。单位bit。
- 数据链路层:控制网络层与物理层之间的通信。单位帧,在物理层的基础之上,提供结点到结点之间的服务,采取差错控制和流量控制的方法,实现网络互联。
- 网络层:IP寻址和路由选择。单位分组,在数据链路层之上,提供点到点之间的通信,提供路由功能,实现拥塞控制、网络互联等功能。
- 传输层:建立、维护、管理端到端连接。单位报文,提供端到端之间的数据传输服务,实现对数据进行控制和操作的功能。
- 会话层:建立、维护、管理会话连接。负责维护通信中两个节点之间的会话建立维护和断开,以及数据的交换。
- 表示层:数据格式化,加密解密。表示层用于处理交互数据的表示方式,例如格式转换、数据的加密和解密、数据压缩和恢复等功能。
- 应用层:为应用程序提供网络服务。使用应用程序通过网络服务。
TCP/IP参考模型(4层)
- 网络接口层:物理层和数据链路层
- 网际层:网络层
- 传输层
- 应用层:会话层、表示层、应用层
第二章 物理层
物理层基本概念
四大特性
- 机械特性:接口是怎么样的,定义物理连接的特性,规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。
- 电气特性:用的多少伏的电,规定传输二进制位时,线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。
- 功能特性:线路上电平电压的特性,指明某条线上出现的某一电平表示何种意义,接口部件的信号线的用途。
- 过程特性:实现不同功能所发射信号的顺序,定义各条物理线路的工作规程和时序关系。
两种信号
- 模拟信号:特定的频段信号,有更加丰富的表现形式,代表消息的参数取值是连续的。
- 数字信号:0和1,代表消息的参数取值是离散的。
调制和编码
- 调制
- 模拟信号转换
- 编码
- 数字信号转换
- 步骤:
- 采样
- 量化
- 编码
- 区别:
- 数据可以通过编码手段转成数字信号,也可以通过调制手段转为模拟信号
- 数字数据可以通过数字发送器转化为数字信号(编码),也可以通过调制器转化为模拟信号(调制)
- 模拟数据可以通过PCM编码器转化为数字信号(编码),也可以通过放大调制器转化为模拟信号(调制)
传输介质
- 双绞线
- 屏蔽双绞线 STP:抗干扰强、贵
- 非屏蔽双绞线 UTP:便宜、抗干扰差
- 制作标准:
- 568B:橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕——8
- 568A:13、26调换——绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕
- 光纤
- 单模光纤:中心纤芯很细,只能传一种模式的光,因此,其模间色散很小,适用于远程通信,但还存在着材料色散和波导色散,对光源的谱宽和稳定性有较高要求,即谱宽要窄,稳定性要好;距离:100km。
- 多模光纤:芯较粗,可传多种模式的光,但其模间色散较大,限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重,因此,传输距离较近;距离:2km。
- 同轴电缆:已被淘汰
- 无线:无线信号频率 IEEE802.11
三大部分
- 源系统:发送数据的一端
- 传输系统:传输过程中的各种介质
- 目的系统:接收数据的电脑
物理层基本通信技术
四种信道复用技术
复用技术
复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道,然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。
将多种不同的信号在同一信道上进行传输,复用技术主要是用于解决不同信号传输时应该如何区分。
频分复用FDM
划分不同频率来并行传输信号。
频分多路复用,是指适于某种传输媒质的传输频带内,若干个频道互不重叠的信号一并传输的方式,简称FDM。在每路信号进入传输频带前,先要依次搬移频率(调制),而在接收端,再搬回原来的频段,恢复每路的原信号,从而使传输频带得到多路信号的复用。
时分复用TDM
划分不同时间段来传输信号。
时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号,也能达到多路传输的目的。时分多路复用以时间作为信号分割的参量,故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。时分复用就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙),并将这些时隙分配给每一个信号源使用。
波分复用WDM
根据光波的波长进行传输。
是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术。
码分复用CDM
在同一时间同一频率根据传输的数据进行区分。
码分复用是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式,主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术,包括无线和有线接入。
数据的传输方式
通过同时间传输数量分为:
- 串行传输:使用一条数据线,将数据一位一位的依次传输,每一位数据占据一个固定的时间长度。只需要少数几条线就可以在系统间交换数据,特别适用于计算机与计算机、外设之间的远距离通信。
- 并行传输:并行传输指的是数据以成组的方式,在多条并行信道上同时进行传输,是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输。
通过数据报文的双方的行为分为:
- 同步传输:同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符,每个字符都有自己的开始位和停止位,而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧,或简称为帧。
- 同步:在计算机网络中,定时的因素称为位同步。同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据,否则会产生误差。
- 异步传输:异步传输将比特分成小组进行传输,小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组,而接收方从不知道它们会在什么时候到达。
通过传输的信号分为:
- 基带传输:传输数字信号叫做基带传输
- 频带传输:传输模拟信号叫做频带传输——300-3400HZ
按传输方向分:
- 单工:只能单方向传输的工作模式。
- 半双工:同一时间,线路上只能允许一个方向的数据通过。
- 全双工:双方可以同时进行数据通信。
按传输对象分:
- 单播:1对1
- 组播:1对多
- 广播:1对all
第三章 数据链路层
数据链路层基本概论
数据链路层概念
数据链路层是在物理层和网络层之间的协议,提供相邻结点的可靠数据传输。
帧的概念
概念:数据链路层的协议数据单元
组成:
- 帧头:源MAC地址(48位)、目的MAC地址、类型
- 数据
- 帧尾:校验
以太网数据帧中的MAC和LLC
- MAC
- MAC介质访问控制
- 作用:数据帧的封装/卸妆,帧的寻址和识别,帧的接受与发送,链路的管理,帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。
- LLC
- LLC逻辑访问控制
- 作用:LLC子层的主要功能为传输可靠保障和控制,数据包的分段与重组,数据包的顺序传输。
- 注解:该协议位于OSI七层协议中数据链路层,数据链路层分为上层LLC(逻辑链路控制),和下层MAC(媒体访问控制),MAC主要负责控制与连接物理层的物理介质。在发送数据的时候,MAC协议可以事先判断是否发送数据,如果可以发送将给数据加上一些控制信息,最终将数据控以及控制信息以规定的格式发送到物理层;在接受数据的时候,MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误,如果没有错误,则去掉控制信息发送至LLC层。
数据链路层的两种传输方式
- 单播
- 广播
数据量链路层的三个基本问题
- 封装成帧:就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部,这样就构成了一个帧,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。——PPP协议
- 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输。
- 差错检测:收到正确的帧就要向发送端发送确认,发送端在一定期限内若没有收到对方的确认,就认为出现了差错,因而进行重传,直到收到对方的确认为止。——CRC校验
局域网中的设备
- 集线器——物理层:集线器的英文为“Hub”,“Hub”是“中心”的意思,集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。
- 交换机——数据链路层:交换机(Switch)是用于电(光)信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。
- 网桥——物理层与数据链路层之间:两个端口的交换机
数据链路层通信协议
冲突域和广播域
- 冲突域:交换机的每一个端口都是一个冲突域;冲突域只能发生在一个网段。
- 广播域:交换机的所有端口都在一个广播域;广播域在一个或多个网段内发生。
- 区别:
- 广播域可以跨网段
- 冲突域是基于第一层(物理层),而广播域是基于第二层(数据链路层)
- HUB所有端口都在同一个广播域、冲突域内。Switch所有端口都在同一个广播域内,而每一个端口就是一个冲突域
- 同一冲突域共享带宽
虚拟局域网VLAN(实验)
VLAN即虚拟局域网,是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN内的主机间可以字节通信,而VLAN间不能直接通信,从而将广播报文限制在一个VLAN内。
优点和目的:
- 划分广播域:减少垃圾数据
- 增强局域网的安全性
- 提高健壮性
- 灵活构建工作组
划分VLAN的方式:
- 基于端口:给交换机的每个接口配置不同的PVID,当一个数据帧进入交换机接口时,如果没有带VLAN标签,且该接口上配置了PVID,那么该数据帧就会被打上接口的PVID。如果进入的帧已经带有VLAN标签,那么交换机不会再增加VLAN标签,即使接口已经配置了PVID。
- Access:只允许通过一个VLAN
- Trunk:允许通过多个VLAN
- hybird
- 基于子网
- 基于MAC地址
- 基于协议
- 基于匹配策略
CSMA/CD
CSMA/CD即载波监听多路访问/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。
总线型网络传输数据。
四大要点:
- 先听再发
- 边听边发
- 冲突检测
- 延迟后发
PPP协议
点对点通信是一对一信道,因此不会发生碰撞,因此比较简单,采用PPP协议;其中PPP协议就是用户计算机和ISP(网络服务提供商)进行通信时使用的数据链路层的协议。
PPP最初设计是为两个对等节点之间的IP流量传输提供一种封装协议。
CRC
循环冗余校验CRC是数据通信领域中最常用的一种差错校验码,其特征是信息字段和校验码字段的长度可以任意选定。CRC是一种数据传输检错功能,对数据进行多项式计算,并将得到的结果附在帧的后面。接收设备也执行类似的算法,以保证数据传输的正确性和完整性。
例:要发送的数据为1101011011,采用CRC的生成多项式为P(x)=x^4+x+1,求余数。
第一步:数据为1101011011
第二步:生成多项式最高次为4,在数据后补4个0,得到11 0101 1011 0000
第三步:根据生成多项式的次方得出:10011
第四步,用11 0101 1011 0000除以10011进行模2运算,同0异1
第五步:得到1100001,余数为1110(必须为4位)
第六步:所以最终应发送的数据为11 0101 1011 1110
第七步:检验,用11 0101 1011 1110除以10011进行模2运算,正确则余数为0
第四章 网络层
网络层的作用
提供端到端服务。网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传输,具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。
网际层协议IP
- ARP地址解析协议:根据IP地址获取物理地址
- RARP反地址解析协议:根据物理地址获取IP地址
- ICMP网际控制报文协议:通过ICMP传输控制消息,控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。
- IGMP网际组管理协议:是用于管理网络协议多播组成员的一种通信协议,IP主机和相邻的路由器利用IGMP来创建多播组的组成员。组播方式解决了单播情况下数据的重复拷贝及带宽的重复占用,也解决了广播方式下带宽资源的浪费。
IP地址
IP地址的概念
IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式,它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址,以此来屏蔽物理地址的差异。
一个IP地址由4个字节,32位组成,一般用点分成十进制的方式表现。
IP地址和MAC地址的区别:
- IP地址是逻辑地址,MAC地址是物理地址
- MAC地址是唯一的但是IP地址不是唯一的
- MAC地址主要是工作在第二层,IP地址在网络层
- MAC地址是48位,IP地址一般为32位(IPV6是128位)
- IP地址的分配取决于网络拓扑,MAC地址分配取决于制造商
IP地址的组成
IP地址是由主机地址和网络地址组成的
主机地址/主机号:标识某一台设备的地址,在某一个区域中的某一台设备
网络地址/网络号:表示某一个网段的地址,某一个区域
子网掩码:它是一个用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网,以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在,他必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个左右,就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分,用于区分网络号和主机号,子网掩码中全1为网络号。
IP地址的分类
- A类——第一和地址为网络号,第一个字节第一位是0:一个A类IP地址是指,在IP地址的四段号码中,第一段号码为网络号码,剩下的三段号码为本地计算机的号码。A类IP地址中网络的标识长度为8位,主机标识的长度为24位,A类网络地址数量较少,有126个网络,每个网络可以容纳主机数达1600多万台。A类IP地址的地址范围1.0.0.1到127.255.255.254。子网掩码默认:255.0.0.0。
- B类——前两个字节为网络号,第一个字节前两位是10:一个B类IP地址是指,在IP地址的四段号码中,前两段号码为网络号码。B类IP地址中网络的标识长度为16位,主机标识的长度为16位,B类网络地址适用于中等规模的网络,有16384个网络,每个网络所能容纳的计算机数为6万多台,B类IP地址地址范国128.0.0.1到191.255.255.254。子网掩码默认:255.255.0.0。
- C类——前三个字节为网络号,第一个字节前两位是110:一个C类IP地址是指,在IP地址的四段号码中,前三段号码为网络号码,剩下的一段号码为本地计算机的号码。C类IP地址中网络的标识长度为24位,主机标识的长度为8位,C类网络地址数量较多,有209万余个网络。适用于小规模的局域网络,每个网络最多只能包含254台计算机。C类IP地址范国192.0.0.1到223.255.255.254。子网掩码默认:255.255.255.0。
- D类:第一个字节前两位是1110,D类IP地址在历史上被叫做多播地址,即组播地址。在以太网中,多播地址命名了一组应该在这个网络中应用接收到一个分组的站点。多播地址的最高位必须是1110,范围从224.0.0.0到239.255.255.255。
- E类:第一个字节前两位是1111,保留,241-255,为今后使用
- 特殊地址:
- 网络地址:主机号为全0的地址
- 广播地址:主机号为全1的地址
- 回环地址:127.0.0.0
IPV6
因为IPV4地址满足不了需求,出现匮乏的情况,所以诞生了IPV6地址进行使用。IPV6地址由128位,16个字节组成,一般表现形式为16进制。
子网划分
子网划分概念:可以利用子网划分来减少地址浪费,即VLSM可变长子网掩码。将一个大的有类网络划分成若干个小的子网,使得IP地址的使用更为科学。
通过修改子网掩码,起到更加精细划分网络号和主机号的作用。
网络掩码一般和IP地址结合使用,其中值为1的比特对应IP地址中的网络位,值为0的比特对应IP地址中的主机位,以此来辅助我们识别一个IP地址中的网络位域主机位,即子网掩码中1的个数就是IP地址的网络号的位数,0的个数就是IP地址的主机号的位数。
VLSM(可变长子网掩码)是为了有效的使用无类别域间路由(CIDR)和路由汇聚 (route summary)来控制路由表的大小,它是网络管理员常用的IP寻址技术,VLSM就是其中的常用方式,可对子网进行层次化编址,以便最有效的利用现有的地址空间。
100台电脑、C类地址
可以同时接入254太主机,就会产生154个冗余
划分出去能连接64+32+16+……+1=127台主机
主机号上进行子网划分
网络号24+主机号8
192.168.1.0000 0000 24
变为
(网络号24+子网号1)网络号25+主机号7
192.168.1.0000 0000 25
192.168.1.1000 0000 25
192.168.1.0 25
192.168.1.128 25
-------------------------------------
50台电脑
32+16+8+4+2+1=63*4
192.168.1.0000 0000 26
192.168.1.0100 0000 26
192.168.1.1000 0000 26
192.168.1.1100 0000 26
192.168.1.0 26
192.168.1.64 26
192.168.1.128 26
192.168.1.192 26
-------------------------------------
例题:
一公司原来使用192.168.1.0/24这个标准网络,现在想为公司六部门单独配置子网
其中最大的部门要分配IPV4地址数量不超过25个
求每个子网的子网掩码、地址范围、网络地址和广播地址。
192.168.1.0000 0000/24 254
6个分不了,分8个(2的次方)
16+8+4+2+1=31 > 25
192.168.1.0000 0000 192.168.1.0/27 0~31
192.168.1.0010 0000 192.168.1.32/27 32~63
192.168.1.0100 0000 192.168.1.64/27 64~95
192.168.1.0110 0000 192.168.1.96/27 96~65
192.168.1.1000 0000 192.168.1.128/27 128~159
192.168.1.1010 0000 192.168.1.160/27 160~191
192.168.1.1100 0000 192.168.1.192/27 192~223
192.168.1.1110 0000 192.168.1.224/27 224~255
每个子网的子网掩码27
网络地址:主机号为全0
广播地址:主机号为全1
网络层的路由(实验)
路由
路由是网络层最主要的工作任务。路由routing是指分组从源到目的地时,决定端到端路径的网络范围的进程。路由是由直到报文转发的路径信息,通过路由可以确认转发IP报文的路径。
路由器是网络层最基本的设备,负责数据转发,一个端口代表一个网段,路由器中存放着通往各个网段的表格,叫作路由表。
路由表routing table或称路由择域信息库RIB,是一个存储在路由器或联网计算机中的电子表格(文件)或类数据库。路由表存储着指向特定网络地址的路径。
网关又称网络连接器、协议转换器。用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连,也可以用于局域网互连。
路由获取方式:
- 直连路由
- 静态路由
- 动态路由
路由的配置方式
- 静态路由
- 静态路由:由管理员手工配置、配置方便,对系统要求低,适用于拓扑结构简单稳定的小型网络。
- 缺省路由:是一种特殊的路由,当报文没有在路由表中找到匹配的具体表项时才能使用的路由。
- 动态路由:通过动态路由协议来实现不同网段的路由互通,动态路由协议有自己的路由算法,能够自动适应网络拓扑的变化,适用于具有一定数量的三层设备的网络。
- 动态路由协议:
- RIP路由信息协议,基于矢量的动态路由协议,适用于中小规模的网络拓扑,最大跳数为15
- OSPF开放式最短路径优先,基于链路状态的协议,使用SPF算法,计算最短路径,树形协议,防止环路生成
- RIP和OSPF的区别
- RIP是基于矢量的协议,OSPF是基于链路状态
- RIP适用于中小型网络拓扑,OSPF适用于较大规模的网络
- OSPF支持可变长度的子网掩码VLSM,RIP不支持(RIP v2版本支持)
- OSPF的收敛速度比RIP更加迅速
- OSPF防环,RIP不防环
- 动态路由协议:
第五章 传输层
传输层概论
传输层
传输层提供端到端的服务。
从通信和信息处理的角度来看,传输层向上层应用提供通信服务。
所谓的端口,就好像是门牌号,客户端可以通过IP地址找到对应的服务器端,但是服务器端是有很多端口的,每个应用程序对应一个端口号,通过类似门牌号,客户端才能真正的访问到该服务器。为了对端口进行区分,将每个端口进行了编号,这就是端口号。
端口号
- FTP:21(20)
- FTP(文件传输协议)
- 21连接;20传输数据
- TELNET(远程登陆):23
- SMIP:25
- SMTP(电子邮件传输协议)
- POP3(邮局协议版本3):110
- DNS(域名系统):53
- TFTP(简单文件传输协议):69
- HTTP(超文本传输协议):80
- SNMP(简单网络管理协议):161
- HTTPS(超文本传输安全协议):443
传输层的两个重要协议
TCP
传输控制协议TCP是TCP/IP体系中较为复杂的协议,是传输层中最重要的协议。
TCP的主要特点:
- TCP是面向连接的传输层协议
- TCP提供可靠的交付服务
- TCP提供全双工通信
- TCP是面向字节流
窗口
- 固定窗口:如果窗口过小,当传输比较大的数据的时候需要不停的对数据进行确认,这个时候就会造成很大的延迟。
- 滑动窗口:滑动窗口通俗来讲就是一种流量控制技术。它的本质上是描述接收方的TCP数据报缓冲区大小的数据,发送方根据这个数据来计算自己最多能发送多长的数据,如果发送方收到接收方的窗口大小为0的TCP数据报,那么发送方将停止发送数据,等到接收方发送窗口大小不为0的数据报的到来。
- 拥塞处理和流量控制
TCP的三次握手和四次挥手
三次握手:建立连接A->B B->A A->B
四次挥手:释放连接A->B B->A B->A A->B
UDP
用户数据报协议UDP是在IP数据报服务之上增加了一些功能,增加了复用和分用的功能以及一些差错检测的功能。
UDP的主要特点:
- UDP是无连接的
- UDP尽最大努力交付
- UDP面向报文且没有拥塞控制
- UDP开销较小传输效率较高
第六章 应用层
应用层的作用
通过位于不同的主机的多个应用程序之间的通信和协同工作来完成。应用层的内容就是具体定义通信规则。应用层是最贴近用户的一层。
应用层中常见的协议
- 域名系统DNS
- 域名结构每一个域名用标号隔开 mail(三级域名).cctv(二级域名).com(顶级域名)
- 域名服务器
- 迭代
- 递归
- 端口号53
- 文件传输协议FTP
- 使用TCP连接
- 端口号21(20),20是发送数据
- 远程终端协议TELNET
- 使用TCP连接,远程登录到远地的另一台主机上
- 端口号23
- 万维网和HTTP协议
- 超文本传输协议,是一个简单的请求-响应协议
- 端口号80
- 电子邮件协议
- SMTP电子邮件传输协议,端口号25
- POP3邮局协议版本,端口号110
- DHCP动态主机配置协议
- 指的是由服务器控制一段IP地址范围,客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码
- 端口号68

浙公网安备 33010602011771号