计算机网络笔记(横向)
该笔记也是我考研期间做的整理。一般网上的笔记是按照章节纪录的,我是按照知识点分类纪录的,大纲如下:
文章目录
- 1. 各报文
- 1.1 各报文头部详解
- 1.2 相关口诀
- 2. 各协议
- 2.1 各应用层协议使用的传输层协议与端口
- 2.2 各协议的过程
- 2.2.1 数据链路层的协议簇
- (1) 数据链路层介质访问控制协议
- 1. ALOHA协议——不听就说
- 2. CSMA协议——先听再说
- 3. CSMA/CD协议——先听后发,边听边发,冲突停发,随机重发
- 4. CSMA/CA协议
- 5. 轮询访问:令牌传递协议
- (2) 广域网数据链路层PPP协议
- 2.2.2 网络层的协议簇
- (1) RIP路由信息协议(应用层协议-UDP数据报文-端口520)
- (2) OSPF开放最短路径优先协议(网络层协议-IP数据报-IP首部协议89)
- (3) BGP边界网关协议(应用层协议-TCP数据报-端口179)
- (4) ARP地址解析协议(网络层协议-IP数据报)
- (5) ICMP互联网控制消息协议(网络层协议-IP数据报)
- 2.2.3 传输层的协议簇
- (1) TCP连接管理
- 1. TCP连接的建立——三次握手
- 2. TCP连接的释放——四次挥手
- 3. 关于TCP
- 2.2.4 应用层的协议簇
- (1) DHCP动态主机配置协议(应用层协议-UDP数据报)
- (2) FTP文件传输协议(应用层协议-TCP数据报-端口21)
- (3) 电子邮件系统中的协议栈大杂烩
- 2.3 公式大全
- 2.3.1 奈奎斯特准则
- 2.3.2 香农定理
- 2.4 各协议注意事项
- 2.4.1 数据链路层中滑动窗口大小问题
- 2.5 TCP、UDP、IP封装的协议
- 3. 各IP地址
- 3.1 IPv4
- 3.2 IPv6
- 4. 各表
- 4.1 路由表
- 4.2 各种介质适用情况
- 5. 陌生的名词
- 5.1 SDN
- 5.2 VLAN
- 5.3 最短帧长
- 5.4 通信 & 资源子网
- 5.5 调制 & 解调
- 5.6 开环控制 & 闭环控制
- 5.7 SAP
- 6. 各设备
- 6.1 物理层
- (1) 中继器 RP Repeater
- (2) 集线器 Hub
- (3) 放大器
- 6.2 数据链路层
- (1) 局域网交换机 LAN Switches
- 6.3 网络层
- (1) 路由器 Router
- 7. 注意
- 7.1 网络层分片问题
- 7.2 两种模型协议栈的区分
- 7.3 以太网的规定
- 7.4 UDP与TCP的特殊校验
- 7.5 域名与域名解析
- 8. 参考资料
1. 各报文
1.1 各报文头部详解
重要程度 | 分类 | 需记 |
---|---|---|
★ | HTTP报文段 | 请求行:方法 请求URL HTTP协议版本 状态行:版本 状态码 短语 |
★★ | UDP数据报 | 首部长8B,4个字段都是2B 长度字段(1) = 首部 + 数据 检验和(可选) => 伪首部 + 首部 + 数据 面向报文:既不合并、也不拆分 |
★★★ | TCP报文段 | **首部固定部分20B,最大60B **目的端口和源端口各占2B 序号:本报文段的第一个字节序号 确认号:期待收到下一个字节的序号 数据偏移=首部长度(单位4B) 检验和 => 伪首部 + 首部 + 数据 窗口:允许对方发送的数据量,并非表示自己的窗口。 |
★★★★ | IP分组 | 首部固定部分20B,最大60B 总长度(1)+片偏移(8)+首部长度(4) “一种八片首饰” 标志位:(?)+DF+MF 检验和 => 首部 源地址、目的地址各占4B |
★★★ | MAC帧 | 前同步码8B MAC地址长度6B 数据长度为46~1500B,首尾部共18B,帧长范围64~1518B 校验码 => 首部 + 数据 |
1.2 相关口诀
IP分组的单位:一种八片首饰(1总8片首4)
端口、IP、MAC(从上到下)的SAP长度:2B、4B、6B
2. 各协议
2.1 各应用层协议使用的传输层协议与端口
应用程序 | FTP-控 | SMTP | DNS | HTTP | DHCP |
---|---|---|---|---|---|
协议 | TCP | TCP | UDP | TCP | UDP |
端口 | 21 | 25 | 53 | 80 | 68请求 69回应 |
端口
- 服务器使用的端口:
- 0~1023:熟知端口号
- 1024~49151:登记端口号
- 客户端使用的端口号:
- 49152~65535
2.2 各协议的过程
2.2.1 数据链路层的协议簇
(1) 数据链路层介质访问控制协议
1. ALOHA协议——不听就说
纯ALOHA协议——不听就说
有话直说,发生冲突则随机等待一段时间
时隙ALOHA协议——不听就说,整点发送
背景:纯ALOHA发送具有随机性,导致更多的冲突发生
例如将发送时间规定在01:00, 02:00, 03:00, …, 24:00,那么在下午15:34要说的话,就推迟到16:00发出去。(实际上不会隔那么久,这里假设T0=1h)
而如果发生碰撞,则继续采用纯ALOHA协议的方法。
2. CSMA协议——先听再说
1-坚持 CSMA——100%
发前先监听信道,若信道空闲,则立即发送
否则持续监听并等待(本次发送100%要发送)。
如果发生冲突,则随机等待一段时间后再监听。
非坚持 CSMA——0%
发前先监听信道,若信道空闲,则立即发送
否则就放弃监听(本次发送0%要发送,也就是可以不发送)。
如果发生冲突或者信道忙,则随机等待一段时间后再监听。
p-坚持 CSMA——p
发前先监听信道,若信道空闲,则按p概率发送,1-p概率推迟到下一个间隙。
否则就放弃监听,并在下一个间隙监听(本次发送只有p的概率会被发送)
3. CSMA/CD协议——先听后发,边听边发,冲突停发,随机重发
当发生冲突时,采用二进制指数退避算法:
- 确认基本的退避时间,一般取两倍的总线端到端传播时延2τ(即争用期)
- 定义参数k,k=[重传次数, 10]
- 每次重传从整数集合[0, 1, …, 2k-1]中随机取出一个数r,重传需要退避的时间就是2rτ
- 当重传达16次,说明网络太拥挤,认为此帧永远无法正确发送,抛弃此帧
4. CSMA/CA协议
定义了帧间间隔(InterFrame Space, IFS)
- SIFS(短IFS):最短的IFS,用来分隔属于一次对话的各帧,使用SIFS的帧类型有ACK帧、CTS帧、分片后的数据帧、所有回答AP探寻的帧
- PIFS(点协调IFS):中等长度的IFS,在PCF操作中使用
- DIFS(分布式协调IFS):最长的IFS,用于异步帧竞争访问的时延
只有在发出RTS之前会等待DIFS
其余发信号前均等待SIFS
处理隐蔽站问题
-
源站发送前,使用RTS(Request To Send)控制帧,包括源地址、目的地址、通信所持续的时间。
用来告知源站要在该时间内与其他人通信了,也用来告知目的站自己的发送请求。
-
接收站接受请求,发送CTS(Clear To Send)控制帧,包括通信所持续的时间。
用来告知其他人我要和源站通信了,也用来告知源站自己已经准备好了。
5. 轮询访问:令牌传递协议
- 空闲时,令牌在环路中循环传递
- 当轮到某站点,并且有数据要发送,此时令牌就变成数据帧
- 目的站发现是给自己的,于是复制该数据帧
- 最后该数据帧绕回源站,若发现出错,则重发
- 源站传输完数据后,重新生成一个令牌,回到步骤1
(2) 广域网数据链路层PPP协议
组成部分
- 链路控制协议(LCP):建立、配置、测试和管理数据链路
- 网络控制协议(NCP):为网络层协议建立和配置逻辑连接
- 将IP数据报封装到串行链路的方法:放置在PPP的信息部分,大小范围为0~1500B。
MTU
最大传送单元的最小值并非是46,因为PPP采用点对点连接,无需采用CSMA/CD协议
具体组成部分
PPP帧:[F, A, C, 协议, 信息部分, FCS, F]
- F:标志字段,占1字节,规定为0x7E,类似帧定界
- A:地址字段,占1字节,规定为0xFF
- C:控制字段,占1字节,规定为0x03
- 协议:协议段,占2字节,说明信息段中运载的是什么种类的分组。
一些要求
- PPP是面向字节的,所以整个PPP帧的长度必须是整数个字节
- 无确认不可靠服务
- 支持点对点,不支持多点线路
- 只支持全双工
面向字节的异步链路使用字节填充实现透明传输
面向比特的同步链路使用0比特填充实现透明传输
工作状态切换
2.2.2 网络层的协议簇
(1) RIP路由信息协议(应用层协议-UDP数据报文-端口520)
距离-向量路由算法的代表为RIP
- 规定
- 距离:距离即跳数,最多15跳:目的是防止环路
- 动态更新:每30s广播一次RIP路由更新信息
- 网络支持:子网掩码必须相同,RIP2及以后支持变长子网掩码和CIDE
- 特点
- 交换方式:与自己邻居交换自己所知道的所有路由信息
- 心跳时间:180s没收到,对应路由则不可达(跳数为16)
- 问题
- 慢收敛
(2) OSPF开放最短路径优先协议(网络层协议-IP数据报-IP首部协议89)
链路状态路由算法的代表为OSPF
- 规定
- 距离:可根据IP分组的不同服务类型设置不同的代价,若代价相同,可将通信量分配给这几条链路(多路径间的负载平衡)
- 动态更新:发生变化时广播
- 网络支持:支持可变长子网掩码和CIDE
- 判断新状态:会附上32位的序号,序号越大,状态越新
- 特点
- 交换方式:与所有成员交换自己邻居的路由信息
- 划分网络:使用层次路由时,OSFS将一个自治系统再划分为若干区域(Area)
- 五类分组
- 问候分组:确认邻居是否还在(10s问候一次)
- 数据库描述分组:向邻居给出自己知道的所有链路状态的摘要信息
- 链路状态请求分组:向对方请求发送某些链路状态项目的详细信息
- 链路状态更新分组:用洪泛法对全网更新链路状态
- 链路状态确认分组:对链路更新分组的确认
(3) BGP边界网关协议(应用层协议-TCP数据报-端口179)
背景
无论是使用RIP还是OSPF,随着系统中路由的增加,路由表条目数会增多,扫描时间也会增加,因此引入层次路由的概念,将网络分为多个自治系统。
一个自治系统内部所使用的路由选择协议称为内部网关协议(IGP),也称域内路由选择。其中代表协议为RIP和OSPF。
自治系统之间所使用的路由选择协议称为外部网关协议(EGP),也称域间路由选择。其中代表的协议为BGP边界网关协议。
- 规定
- 距离:距离-向量,并非找到最好,力求找到较好
- 动态更新:首次交换所有BGP路由表,往后只交换更新的部分
- 四类报文
- 打开(Open)报文:与另一个BGP发言人建立连接
- 更新(Update)报文:告诉另一个BGP发言人自己更新的部分
- 保活(Keepalive)报文:确认邻居是否还在
- 通知(Notification)报文:用来发送检测到的差错
- 交换的信息:到达某个网络所经过的路径,因此是路径向量协议。
(4) ARP地址解析协议(网络层协议-IP数据报)
目的:A主机通过B的IP找到B主机的MAC
-
A发送:广播ARP请求分组
(源IP, 目的IP, 目的MAC, 源MAC) = (IPA, IPB, FF-FF-FF-FF-FF-FF, MACA)
-
B发送:单播ARP响应分组
(源IP, 目的IP, 目的MAC, 源MAC) = (IPB, IPA, MACA, MACB)
注意:如果跨网络,需要交给路由器这个中介完成,类似递归式地进行
(5) ICMP互联网控制消息协议(网络层协议-IP数据报)
目的:目标主机或目标路径上的路由器向源主机报告差错和异常情况。
ICMP有五种类型:
类型 | 含义 | 例子 |
---|---|---|
终点不可达 | 不能交付 | 1. 端口没打开 2. 端口没有应用程序接待 |
源点抑制 | 拥塞而丢弃 | 主机或路由器太忙了,没时间接待,直接丢掉了 |
时间超过 | TTL=0 | 中间途径的路由器太多了,导致TTL在半路就为0了 |
参数问题 | 检验和不通过 | 路由器检测到收到的数据有比特位错误了 |
改变路由 (重定向) | 可通过更好的路由 | 路由器检测到: 1. 从哪来又回哪去 2. 想发往远程网络的数据就在本网络 |
ICMP有四种情况不响应ICMP:
- 对ICMP不响应ICMP
- 对第一个分片响应,后续分片不响应
- 组播地址
- 特殊地址:例如127.0.0.1、0.0.0.0
2.2.3 传输层的协议簇
(1) TCP连接管理
1. TCP连接的建立——三次握手
目的
- 确知对方的存在
- 协商参数:最大窗口值、窗口扩大选项、时间戳选项、服务质量等
- 能够对运输实体资源(如缓存大小、连接表中的项目等)进行分配
过程解析
- 客户端发送连接请求报文段(SYN=1, seq=x),并进入到SYN-SEND(同步已发送)状态
- 服务器收到后发回确认(ACK=1, SYN=1, seq=y, ack=x+1),并进入到SYN-RCVD(同步收到)状态
- 客户端收到服务器的确认后,还要向服务器给出确认(ACK=1, SYN=1, seq=x+1, ack=y+1),并为该TCP连接分配缓存和变量,进入到ESTABLISHED(已建立连接)状态
- 服务器收到客户端的确认后,也进入到ESTABLISHED(已建立连接)状态
一些细节
客户端在第三次握手若不发送数据,则不消耗序号,并且在下次传输数据时,序号从x+1开始。
服务器资源是在第二次握手时分配,而客户端是在第三次握手才分配资源,这使得服务器易受到SYN泛洪攻击(DDoS攻击)。
一些问题
Q: 为什么还要第三次握手,两次握手不行吗?
A: 假设两次握手的情况:客户端发送了第一个连接请求报文(SYN=1, seq=x),由于网络拥塞,客户端超时重传发送了第二个连接请求报文(SYN=1, seq=x+1),服务器收到了第二个连接请求,并发回确认,与客户端开始交换数据,最后,断开连接。不巧的是,第一个连接请求报文后来又到达了服务端,服务端就开始分配资源并发回确认,但是实际上这个确认直接被客户端给拒绝了!也就是说服务器的资源被白白浪费了。引用原话:“The principle reason for the three-way handshake is to prevent old duplicate connection initiations from causing confusion.”
2. TCP连接的释放——四次挥手
过程解析
-
客户端发完了
报文:发送连接释放报文
(FIN=1, seq=x)
,此时客户端单方向地关闭了数据通路。状态:进入FIN-WAIT-1(终止等待1)状态
-
服务器知道客户端发完了
报文:对连接释放报文发回确认
(ACK=1, seq=y, ack=x+1)
状态:服务器进入CLOSE-WAIT(关闭等待)状态,客户端收到后进入FIN-WAIT-2(终止等待2)状态
-
服务器也发完了
报文:发送连接释放报文
(FIN=1, seq=y+n, ack=x+1)
,n为从第二、三步之间发送的字节数。状态:服务器进入LAST-ACK(最后确认)状态
-
客户端知道服务器发完了
报文:对连接释放报文发回确认
(ACK=1, seq=x+1, ack=y+n+1)
状态:客户端先进入TIME-WAIT(等待计时器设置的2MSL最长报文寿命)状态,然后再进入到CLOSED(连接关闭)状态。而服务器直接进入到CLOSED(连接关闭)状态
3. 关于TCP
服务特点
- 仅支持单播,不支持广播、组播
- 字节流
- 全双工
可靠传输
- TCP默认使用累积确认
- 重传的触发有两类:①超时重传;②冗余ACK:若期望收到seq=[1, 2, 3, 4],但是依次收到seq=[1, 3, 4],则依次发送的ACK中ack=[2, 2, 2, 2]。(知识交叉:重复收到三个相同ACK会触发快恢复)
拥塞控制
(1) 定义
拥塞窗口cwnd:发送方的窗口
接收窗口rwnd:接收方的窗口
(2) 慢开始 & 拥塞避免
- 慢开始:1-2-4-8-16-32-64
- 拥塞避免:对慢开始设置ssthresh(例如31),则该过程为1-2-4-8-16-
31
-32 - 对网络拥塞的处理:当在cwnd=32时发生拥塞(未按时收到确认)则①
ssthresh=cwnd/2
;②cwnd=1
。
(3) 快重传 & 快恢复
- 快重传:收到3个重复的ACK报文,直接重传对方尚未收到的报文段
- 快恢复:收到3个重复的ACK报文,则①
ssthresh=cwnd/2
; ②cwnd=cwnd/2
;
可靠传输 与 拥塞控制的关系
可靠传输:滑动窗口的大小由接收方决定。
拥塞控制:滑动窗口的大小由网络拥塞情况决定。
滑动窗口仍然是服务于可靠传输,拥塞控制只是滑动窗口大小的动态调节机制。
当题目中二者同时出现时,选择其中最小的那个。(知识交叉:极限数据传输速率也是二者取小者)
拥塞控制的细节
拥塞窗口改变cwnd的时机并不是等待依次发送的cwnd个报文,而是每个RTT内会并行地发送cwnd个报文。
要认识到:①cwnd每RTT将可能改变一次;②一个RTT内的多个报文的发送不是串行,而是并行
2.2.4 应用层的协议簇
(1) DHCP动态主机配置协议(应用层协议-UDP数据报)
目的:A主机向DHCP服务器申请并注册一个私有IP使用
- A发送:广播DHCP发现报文
(源IP, 目的IP) = (0.0.0.0, 255.255.255.255) - DHCP服务器发送:广播DHCP提供报文
(源IP, 目的IP) = (IPDHCP, 255.255.255.255) - A发送:广播DHCP请求报文
(源IP, 目的IP) = (0.0.0.0, 255.255.255.255) - DHCP服务器发送:广播DHCP确定报文
(源IP, 目的IP) = (IPDHCP, 255.255.255.255)
为什么DHCP是应用层协议?
因为DHCP有DHCP服务器、DHCP客户,采用C/S模式,只要采用C/S模式的协议就是应用层协议
(2) FTP文件传输协议(应用层协议-TCP数据报-端口21)
控制连接
- 打开21端口
- 等待客户进程发来请求
- 启动从属进程来处理客户进程发来的请求
- 回到等待状态
数据连接-主动模式PORT
- 客户端向服务器21端口发送PORT命令+端口号
- 服务器使用20端口连接客户告知的端口
- 数据传输
- 发送完毕,断开连接
主动可理解为:服务器主动连接客户要求的端口
数据连接-被动模式PASV
- 客户端向服务器21端口发送PASV命令
- 服务器随机开放一个端口(>1023),并告知客户端
- 客户端再自己开放一个端口(>1023),连接服务器告知的端口
- 数据传输
- 发送完毕,断开连接
被动可理解为:服务器被客户连接
一些细节
- 控制信号都是7位ASCII码
(3) 电子邮件系统中的协议栈大杂烩
SMTP——TCP25
使用范围:发件人 => 发送方邮件服务器
、发送方邮件服务器 => 接收方邮件服务器
限制:只能传输一定长度的ASCII码邮件
MIME——SMTP的升级媒介(仅仅是翻译工作)
使用范围:发件人发之前由MIME“转码”后转交给SMTP、接收人收之前由MIME“恢复”
POP3(Post Office Protocal 3) 邮局协议——TCP110
使用范围:接收方从接收方服务器“拉取”邮件
特点:提供下载并保留、下载并删除工作方式
限制:无法分类,必须下载整个邮件才能读
IMAP——POP3的升级
使用范围:同POP3
特点:可以建立文件夹、可以在文件夹之间转移邮件、可以在文件夹内检索邮件、可以只读取一个报文的首部或者多部分MIME报文的一部分
电子邮件格式
From:jiang@taibai.cloud
To:522806735@qq.com
Subject:Are you OK?
Hi, I'm LiHua, How are you?
I'm fine, thank you!
1~3:首部
4~:主体
SMTP连接过程解析
以下简写:SMTP客户为发送方SMTP服务器,SMTP服务器为接收方SMTP服务器。
(1) 连接建立
- SMTP客户:定时扫描,若有邮件则开始连接
- SMTP客户:使用熟知端口号25与SMTP服务器建立TCP连接。
- SMTP服务器:220 Service ready(服务就绪)
- SMTP客户:发送
HELLO
命令,附上发送方的主机名
(2) 邮件传送
- SMTP客户:
MAIL
FROM:<jiang@taibai.cloud> - SMTP服务器:若已准备好接收,则发送250 OK
- SMTP客户:一个或多个
RCPT
(收件人recipient的缩写),RCPT TO:<user1@taibai.cloud> - SMTP服务器:每收到一个RCPT,就响应250 OK或者550 No such user here(查无此人)
- SMTP客户:发送
DATA
表示要发送数据了(先别发) - SMTP服务器:354 Start mail input; end with<CRLF>.<CRLF>。表示客户要以<CRLF>.<CRLF>表示邮件内容的结束
(3) 连接释放
- SMTP客户:发送
QUIT
命令 - SMTP服务器:响应221(服务关闭)
整个过程简化为:
HELLO
,我的电脑名字MAIL
,我的邮箱RCPT
,我要发给的邮箱1- …
RCPT
,我要发给的邮箱nDATA
,我准备发了你有什么要求- 数据传输
QUIT
,传输结束
2.3 公式大全
2.3.1 奈奎斯特准则
设W为理想低通信道的带宽,V表示每个码元可表示的离散电平数目(实际上log2V意思就是一码元多少bit)
理想低通信道下的极限数据传输速率
=
2
W
(
B
a
u
d
)
=
2
W
l
o
g
2
V
(
b
/
s
)
理想低通信道下的极限数据传输速率=2W(Baud)=2Wlog_2V(b/s)
理想低通信道下的极限数据传输速率=2W(Baud)=2Wlog2V(b/s)
2.3.2 香农定理
设W为信道的带宽,S为信道所传输信号的平均功率,N为信道内部的高斯噪声功率。
信道的极限数据传输速率
=
W
l
o
g
2
(
1
+
S
/
N
)
信道的极限数据传输速率 = Wlog_2(1+S/N)
信道的极限数据传输速率=Wlog2(1+S/N)
扩展:信噪比=10log10(S/N) 分贝(dB),给定分贝单位的数据,要知道求S/N
2.4 各协议注意事项
2.4.1 数据链路层中滑动窗口大小问题
最大限制
选择重传协议要求发送窗口WT与接收窗口WR最大的限制:WTmax=WRmax=2(n-1)
多维分析
发送窗口WT | 接收窗口WR | |
---|---|---|
停止-等待协议 | 1 | 1 |
后退N帧协议 | 1≤WT≤2n-1 (等于1时退化到停等协议) | 1 |
选择重传协议需满足:
- 发送窗口大小 + 接收窗口大小 ≤ 2n
- 发送窗口大小 ≥ 接收窗口大小(一般相等,因为发送比接收大没有意义)
2.5 TCP、UDP、IP封装的协议
TCP封装的
协议名称 | 所属层次 | 端口 | 功能 |
---|---|---|---|
BGP | 网络层 | 179 | 边界网关协议 |
FTP-控制 | 应用层 | 21 | 文件传输控制命令传输 |
SMTP | 应用层 | 25 | 简单邮件传输协议 |
HTTP | 应用层 | 80 | 超文本传输协议 |
POP3 | 应用层 | 110 | 邮局通讯协定第三版 |
TELNET | 应用层 | 23 | 远程登录 |
UDP封装的
协议名称 | 所属层次 | 端口 | 功能 |
---|---|---|---|
RIP | 网络层 | 520 | 路由信息协议 |
DHCP | 应用层 | 68 | 动态主机配置 |
DNS | 应用层 | 53 | 域名解析服务 |
TFTP | 应用层 | 69 | 普通文件传送协议 |
SNMP | 应用层 | 161 | 简单网络管理协议 |
IP封装的
协议名称 | 所属层次 | 功能 |
---|---|---|
OSPF | 网络层 | 开放最短路径优先协议 |
ARP | 网络层 | 地址解析协议 |
ICMP | 网络层 | 互联网控制消息协议 |
3. 各IP地址
3.1 IPv4
基本分类
类型 | 固定首位 | 范围 |
---|---|---|
A | 0 | 网络号1B,主机号3B |
B | 10 | 网络号2B,主机号2B |
C | 110 | 网络号3B,主机号1B |
D | 1110 | 多播地址 |
E | 1111 | 保留为今后使用 |
特别地址不作主机地址
- 主机号全0:代表本网络地址
- 主机号全1:代表本网络的广播地址(直接广播地址)
- 127.x.x.x:本地回环地址
- 32为全0:本网络本主机地址
- 32为全1:整个TCP/IP网络的广播地址,由于路由器具有隔离广播域的作用,实际等效为本网络的广播地址(本地广播地址)
私有地址不出现在Internet中
- 1个A类网段:10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
- 16个B类网段:172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
- 256个C类网段:192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
特殊的CIDE无分类编址IP
- a.b.c.d/32:主机路由,对目的主机的IP地址专门指明一个路由,软路由,把一台主机当做路由。仅仅只能表示一台,所以子网掩码要用255.255.255.255
- 0.0.0.0/0:默认路由,当在路由表中找不到目的路由时,一律选择默认路由
3.2 IPv6
与IPv4的异同
IPv6 | IPv4 | |
---|---|---|
长度 | 16B(128位) | 4B(32位) |
首部长度 | 8nB | 4nB |
分片 | 不允许分片 | 允许分片 |
基本类型地址 | 单播、多播、 任播 | 单播 、多播 |
校验和 | 不校验 | 校验首部 |
4. 各表
4.1 路由表
基本格式:(目标网络的IP地址, 子网掩码, 下一跳, 接口)
关于下一跳:
- 无下一跳:在同一个网络内,与路由器直连的目标IP地址
默认网关的配置:
- (0.0.0.0, 0.0.0.0, 默认路由的IP, 与默认网关相连的端口)
- 作用:A路由器在本网络,B路由器连接着Internet,如果A收到不是本网络的数据,就发给默认路由。
4.2 各种介质适用情况
数据链路层知识P110
参数 | 10BASE2 | 10BASE5 | 10BASE-T | 10BASE-FL |
---|---|---|---|---|
传输媒体 | 基带同轴电缆(粗缆) | 基带同轴电缆(细缆) | 非屏蔽双绞线 | 光纤对 |
编码 | 曼彻斯特编码 | 曼彻斯特编码 | 曼彻斯特编码 | 曼彻斯特编码 |
拓扑结构 | 总线 | 总线 | 星型 | 点对点 |
最大段长 | 500m | 185m | 100m | 200m |
最多结点数目 | 100 | 30 | 2 | 2 |
这样记
数字就是粗缆细缆的意思,T就是Twisted-Pair即双绞线,FL就是Fiber Light即光纤(虽然不是这样翻译的)
双绞线在路由器见得多,而一个路由器连接多个电脑就像是星型一样。实际上双绞线的中心是集线器,在逻辑上依旧是总线,属于一个冲突域。
光纤要求比较多,弄一个中继器很难实现分发,所以干脆点到点。
另外两个就是总线型(总要有几个是总线型吧!)
5. 陌生的名词
5.1 SDN
软件定义网络,SDN(Software Defined Network)
传统路由器分为控制层面与数据层面,在近年流行的SDN中,将控制层面集中在了远程控制器
路由器的任务就是:
- 收到远程控制器的转发表
- 收到分组
- 直接按照转发表所指示的方向转发分组
路由器无需的任务:
- 维护转发表
- 无需路由选择软件
- 无需与其他路由器交换路由信息
5.2 VLAN
虚拟局域网,是数据链路层范畴,由交换机实现。
交换机隔离冲突域,不隔离广播域
但交换机实现的VLAN即隔离冲突域,又隔离广播域
5.3 最短帧长
以太网规定最短帧长为64B
若某物理链路采用CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞避免)算法控制访问介质,那么就需要考虑最短帧长
最短帧长
=
2
×
(
单向传输时延
+
单向传输时的其他耗时
)
×
宽带
最短帧长 = 2×(单向传输时延+单向传输时的其他耗时)×宽带
最短帧长=2×(单向传输时延+单向传输时的其他耗时)×宽带
该公式意思是,因为需要在发送过程中一直监听链路
在极限情况下,接收方刚准备接收就发生碰撞,因此会给发送方告知发生了碰撞,此时所需时间就是往返时延
若在往返时延之前就结束了发送,意味着不能监听到极限情况下的碰撞,也就丢失了这一个帧
5.4 通信 & 资源子网
通信子网:下三层(物理层、数据链路层、网络层)
资源子网:上三层(会话层、表示层、应用层)
传输层作为承上启下的作用。
5.5 调制 & 解调
调制:数字信号 转 模拟信号,基带 转 宽带
解调:模拟信号 转 数字信号,宽带 转 基带
5.6 开环控制 & 闭环控制
作用
取自P142,用于网络层的拥塞控制
区别
【静态】开环控制:在设计网络时事先将有关发生拥塞的因数考虑周到,力求网络在工作时不产生拥塞。
【动态】闭环控制:事先不考虑,采用监测网络系统去监视,哪里拥塞就把拥塞消息传到合适的地方。
玄学记忆
闭环就是关起来,只有内部人员(网络系统监视)才可以维护。
而开环控制不需要维护(实现考虑周全),所以不需要闭起来了。
5.7 SAP
SAP:Server Access Point,服务访问点
数据链路层SAP:MAC地址
网络层SAP:IP地址
传输层SAP:端口号
6. 各设备
一般性特征
能存储转发就能连接协议不同的网络。
6.1 物理层
(1) 中继器 RP Repeater
主要作用:将信号整形并放大放出去
限制:不能连接两个速率不一致的局域网
区分:放大器放大的是模拟信号,中继器放大的是数字信号
遵守:5-4-3原则——用4个中继器连接的5个网络最多只有3段可以挂在主机
(2) 集线器 Hub
主要作用:实质上是多端口的中继器
限制:仅支持半双工,因此会均分带宽
结构:逻辑总线,物理星型
(3) 放大器
常用于远距离模拟信号的传输,但同时会使噪声放大,引起失真。
6.2 数据链路层
(1) 局域网交换机 LAN Switches
主要作用:多端口的网桥,隔离冲突域
相关联:本身不隔离广播域,但用交换机实现的虚拟局域网VLAN,则隔离广播域
特点:全双工、无冲突、自学习、N个端口的(10MB/s)交换机总容量为N×10MB/s
注意:交换机收到某未知单播、广播时,不会转发到发来的端口上
分类
直通式交换机 | 存储转发式交换机 | |
---|---|---|
检查范围 | 只检查帧的目的地址 | 整个帧 |
优点 | 延时低 | 可靠性高 |
缺点 | 可靠性低 | 需要缓存整个帧,延时高 |
不同速率端口兼容性 | 无法转换速率不同的端口 | 支持速率不同端口间的转换 |
6.3 网络层
(1) 路由器 Router
如果转发本网络,无需经过路由器,直接交付
如果转发到其他网络,则需要根据转发表间接交付
两个表
路由表:由软件实现
转发表:从路由表得到,由软件或者硬件实现
实际上转发时靠的是转发表,而非路由表
7. 注意
7.1 网络层分片问题
- 分片时,数据部分长度必须是8B的整数倍
- 转发时,若MTU小于当前帧长,分片时需要考虑到底能不能分片,位于标志位[保留, DF, MF]的DF位(DF即Don’t Fragment, MF即More Fragment)
7.2 两种模型协议栈的区分
ISO/OSI | TCP/IP | |
---|---|---|
传输层 | 面向连接 | 无连接 & 面向连接 |
网络层 | 无连接 & 面向连接 | 无连接 |
这样记
TCP/IP模型中,传输层UDP无连接、TCP面向连接,网络层IP无连接。
ISO/OSI是理论理想的,为了保证安全,传输层必须是面向连接的才安全,而传输层实现了面向连接,网络层有没有连接无所谓了。
7.3 以太网的规定
物理层:采用曼彻斯特编码,每位数据需要两个电平表示,因此1Baud=0.5b/s
数据链路层:最小帧长64B
7.4 UDP与TCP的特殊校验
计算校验和之前,需要在原首部前加上12B的伪首部
伪首部结构:[源IP(4B), 目的IP(4B), 0(1B), 17/6(1B), UDP/TCP长度(2B)],其中UDP/TPC长度=原来UDP/TCP数据报的首部+数据长度。不包括伪首部的长度。
伪首部第四个是协议字段,UDP的伪首部为17,TCP的伪首部为6。
伪首部既不向下传递也不向上递交,仅在计算校验和时出现。
校验和范围:伪首部+首部+数据部分
7.5 域名与域名解析
对于 Aaaa.bb-bb.cc(…)cc.com
- Aaaa: 不区分大小写
- bb-bb: 连字符外不能用其他的符号
- cc(…)cc: 每个标号不超过63个字符
- com:顶级域名分三类①国家顶级域名;②通用顶级域名;③基础结构域名(有且仅有arpa):用于反向域名解析
- 整个域名:不超过255个字符
对于source.cdn.taibai.cloud域名的DNS解析过程:
- 根域名服务器:找到cloud的DNS顶级服务器
- 顶级域名服务器:找到taibai.cloud的DNS权限域名服务器A
- 权限域名服务器A:找到cdn.taibai.cloud的DNS权限域名服务器B
- 权限域名服务器B:找到source.cdn.taibai.cloud的IP地址
注意权限域名服务器以下的均为权限域名服务器
且注意cdn.taibai.cloud的权限域名服务器就可以告诉source.cdn.taibai.cloud的IP,无需再递归去找source.cdn.taibai.cloud权限域名服务器了,而且source.cdn.taibai.cloud根本不是权限域名服务器,而是实实在在的主机。
8. 参考资料
如有错误欢迎指正,本笔记主要参考资料:
[1] 王道论坛 2023年计算机网络考研复习指导 北京:电子工业出版社,2021.12
[2] 计算机网络谢希仁(第8版)