计算机网络 | Koreyoshi

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📒 计算机网络知识点总结

本部分主要对计算机网络相关知识点进行系统性、分层次的总结。

计算机网络体系结构

计算机网络概述

1.计算机及网络的概念

💡

计算机网络是一个将众多分散的、自治的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

计算机网络由若干节点（Node）和连接这些节点的链路（link）组成。

internet（互连网）：通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。

Internet（互联网或因特网）：专用名词，指当前全球最大的、开放的、由众多网络和路由器互连而成的特定的计算机网络。

2.计算机网络的组成

从组成部分看

硬件：主机（也称端系统）、通信链路（如双绞线、光纤）、交换设备（如路由器、交换机等）、通信处理机（如网卡）。
软件：主要包括实现各种资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件。
协议：是计算机网络的核心，协议规定了网络创术数据时所遵循的规范。

从工作方式看

边缘部分：由所有连接到互联网上的供用户直接使用的主机组成，用来进行通信和资源共享。
核心部分：由大量的网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供连通性和交换服务。

从功能组成看

通信子网：由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，使网络具有数据传输、交换、控制和存储的能力，实现联网计算机之间的数据通信。
资源子网：实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供共享其他计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源的服务。

3.计算机网络的功能

数据通信：计算机网络最基本和最重要的功能。

资源共享

分布式处理

提高可靠性

负载均衡

4.三种交换方式

电路交换

1.步骤：连接建立、数据传输、连接释放

2.优点：通信时延小、有序传输、没有冲突、适用范围广、实时性强、控制简单

3.缺点：建立连接时间长、线路利用率低、灵活性差、难以规格化、难以实现差错控制

报文交换

1.简介：数据交换的单位是报文，采用存储转发技术

2.优点：无需建立连接、动态分配线路、线路可靠性高、线路利用率高、提供多目标服务

3.缺点：转发时延高、缓存开销大、错误处理低效

分组交换

1.简介：采用存储转发技术，但好似解决了报文交换中报文过长的问题

2.优点：无建立时延、线路利用率高、简化了存储管理、加速传输、减小了出错概率和重发数据量

3.缺点：存在存储转发时延、需要传输额外的信息量

5.计算机网路的分类

按分布范围分类

1.广域网（WAN）

2.城域网（MAN）

3.局域网（LAN）

4.个人区域网（PAN）

按传输技术分类

1.广播式网络

2.点对点网络

按拓扑结构分类

1.总线型网络

2.星型网络

3.环形网络

4.网状网络

按使用者分类

1.公用网

2.专用网

按传输介质分类

1.有线

2.无线

6.计算机网络的性能指标

速率

传输速率单位bps=bits per second

带宽

吞吐量

时延

时延带宽积

往返时延

信道利用率

计算机网络体系结构与参考模型

1.计算机网络分层结构

计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构（Architecture）。

分层的原则

每层都实现一种相对独立的功能，能降低大系统的复杂度
每层之间的接口自然清晰，易于理解，相互交流尽量少
各层功能的精确定义独立于具体的实现方法，可以采用最合适的技术来实现
保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务
整个分层结构应能促进标准化工作

相关定义概念

协议数据单元（PDU）：对等层之间传送的数据单位。
各层的PDU都分为数据可控制信息部分。
服务数据单元（SDU）：未完成用户所要求的功能而传送的数据。
协议控制信息（PCI）：控制协议操作的信息。

层次结构的含义

第n层的实体不仅要使用第n-1层的服务来实现自身定义的功能，而且要向第n+1层提供本层的服务，该服务是第n层及其下面各层提供的服务总和。
最底层只提供服务，使整个层次结构的基础：最高层面向用户提供服务。
上一层只能通过相邻层间的接口使用下一层的服务，而不能调用其他层的服务。
当两台主机通信时，对等层在逻辑上有一个直接信道，表现为能直接将信息传送到对方。

2.计算机及网络相关概念

1.协议

为了在网络中进行数据交换而建立的这些规则、标准或约定称为网络协议（Network Protocol），是控制在对等实体之间进行通信的规则的集合。

语法：数据与控制信心的格式。

语义：即所需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。

同步（或时序）：执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序的详细说明。

2.接口

同一结点内相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为服务访问点（Service Access Point，SAP）

3.服务

服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，是垂直的。

OSI参考模型将服务原语划分为四类：

请求：有服务用户发往服务提供者，请求完成某项工作。
指示：有服务提供者发往服务用户，知识用户做某件事情。
响应：由服务用户发往服务提供者，作为对指示的响应。
证实：由服务提供者发往服务用户，作为对请求的证实。

协议和服务的区别：

只有本层协议的实现才能保证向上一层的服务用户提供服务。
下面的协议对上层的服务用户是透明的
协议是“水平”的，即协议是控制对等实体之间通信的规则。
服务是“垂直”的，即服务是有下层通过层间接口向上层提供的。
并非在一层内完成的全部功能都称为服务，只有哪些能够被高一层实体“看得见”的功能在称为服务。

计算机网络提供的服务可按照以下三种来分类

面向连接服务和无连接服务
可靠服务和不可靠服务

可靠服务是指网络具有纠错、检错、应答机制，能保证数据正确、可靠的传送到目的地。
不可靠服务是指网络只是让数据正确、可靠地传送到目的地，是一种尽力而为的服务。

有应答服务和无应答服务

有应答服务是指接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答，该应答由传输系统内部自动实现，而不由用户实现。
无应答服务是指接受方收到数据之后不自动给出应答。如需要应答，则有更高层给出。

3.ISO/OSI参考模型

💡

国际标准化组织（ISO）提出的网络体系节后模型称为开放系统互连参考模型（OSI/RM），通常简称OSI参考模型。OSI参考模型共有七层，其中低三层称为通用子网，高三层称为资源子网。

1.物理层

物理层的传输单位是bite，功能是在物理介质上为数据端设备透明地传输原始比特流。

物理层主要定义数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）的物理与逻辑连接方法。

2.数据链路层

数据链路层的传输单位是帧，功能是将网络层的IP分组封装成帧，并且可靠的传输到相邻节点的网络层。

主要的作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理链接改造为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路。

3.网络层

网络层的传输单位是数据报，它关心的是通信子网的运行控制。

主要任务是将网络层的协议数据单元从源节点传输到目的节点，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

关键问题是对分组进行路由选择，并实现流量控制、拥塞控制、差错控制和网际互连等功能。

网络层的作用是根据网络的情况，利用相应的路由算法计算出一条合适的路径。

4.传输层

负责主机中两个进程之间的通信。

功能是为端到端连接提供可靠的传输服务，即为端到端连接提供流量控制、服务质量、数据传输管理等服务。

端到端通信使之运行在不同主机内的两个进程之间的通信，一个进程由一个端口来标识，所以称为端到端通信。

5.会话层

允许不同主机上的各个进程之间进行会话。

6.表示层

主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。

此外，数据压缩、加密和解密也是表示层的功能。

7.应用层

应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。

4.TCP/IP模型

💡

TCP/IP模型从高到低依次为网络接口层（对应OSI参考模型的物理层和数据链路层）、网际层、传输层和应用层（对应OSI参考模型的会话层、表示层和应用层）。TCP/IP因为得到广泛应用而成为事实上的国际标准。

1.网络接口层

2.网际层（主机-主机）

是TCP/IP体系结构的关键部分，功能上它与OSI参考模型中的网络层非常相似。

3.传输层（应用-应用或进程-进程）

传输控制协议（TCP）：面向连接，传输数据之间必须先建立连接，能够提供可靠的交付。数据传输的单位是报文段。

用户数据报协议（UDP）：无连接的，不提供可靠的交付，只能提供“尽最大努力交付”。数据传输的单位是用户数据报。

4.应用层

5.TCP/IP模型与OSI模型的比较

1.相似之处

二者都采取分层的体系结构，且分层的功能也大体相似。

二者都是基于独立的协议栈的概念。

二者都可解决易购网络互连，实现不同厂家生产的计算机之间的通信。

2.差别

OSI参考模型最大的贡献是精确定义了三个主要概念：服务、协议和接口。而TCP/IP在这三个概念上没有明确区分。

OSI参考模型是7层结构，而TCP/IP是4层。

OSI参考模型先有模型，后有协议规范，通用性良好，适合描述各种网络。而TCP/IP则相反，不适用其他网络。

OSI参考模型在网络支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信。但TCP/IP模型认为可靠性是端到端的问题，因此它在网际层仅有一种无连接的通信模式，但在传输层支持无连接和面向连接两种模式。

物理层

通信基础

1.基本概念

通信的基本概念是传输信息。数据是指传送信息的实体。信号则是数据的电气或电磁表现，是数据在传输过程中的存在形式。

通信：基带信号 ——> 调制信号

数据和信号的分类：

模拟数据：取值是连续的
数字数据：取值是离散的

（待补充）

2.信道容量计算

3.编码与调制

编码与调制：将数据转换为模拟信号的过程称为调制，将数据转换为数字信号的过程称为编码。

1.数字数据编码为数字信号：具体用什么样的数字信号标识0以及用什么样的数字信号表示1，就是所谓的编码。

归零（RZ）编码：高电平表示1，低电平表示0（或者相反），每个码元的中间均跳变到零电平（归零），接收方根据该跳变调整本方的时钟基准。

非归零（NRZ）编码：与RZ编码的区别是不用归零，一个时钟全部用来传输数据，编码效率最高。

方向非归零（NRZI）编码：与NRZ编码的区别是用电平的跳变表示0，电平保持不变表示1（eg：USB2.0）。

曼彻斯特编码：每个码元的中间都发生电平跳变，电平跳变既作为时钟信号（用于同步），又作为数据信号，可用向下跳变表示1，向上跳变表示0.曼彻斯特编码前后的比特率改变。

查分曼彻斯特编码：每个码元的中间都发生电平跳变，但是仅用于表示时钟信号。数据的表示在与每个码元开始处是否有电平跳变。查分曼彻斯特拥有更强的抗干扰能力。（编码速率是码速率的2倍，二者所占的频带宽度是原始基带宽度的2倍。标准以太网使用的就是曼彻斯特编码，而差分曼彻斯特编码则被广泛用于宽带高速网中。）

2.模拟数据编码为数字信号

步骤：采样、量化和编码。

采样定理：在将模拟信号转换成数字信号时，假设原始信号中的最大频率为f，那么采样率f（采样）必须大于或者等于最大频率f的2倍。才能保证采样后的数字信号完整保留原模拟信号的信息。（采样定理又称奈奎斯特定理）

采样：对模拟信号转化成数字信号进行周期性扫描，将时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

量化：将采样得到的电平辐值按照一定的分级标度转换为对应的数值边取整数，这样就将连续的电平辐值转换为了离散的数字量。采样和量化的实质就是分割和转化。

编码：是指将量化得到的离散整数转换为与之对应的二进制编码。

3.数字数据调制为模拟信号

数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调过程。

调幅（AM）或幅移键控（ASK）：通过改变载波的振幅来表示数字信号1和0。

调频（FM）或频移键控（FSK）：通过改变载波的频率来表示数字信号1和0（易实现，抗干扰能力强）。

调相（PM）或相移键控（PSK）：通过改变载波的相位来表示数字信号1和0。

正交幅度调制（QAM）：在频率相同的前提下，将AM和PM结合起来，形成叠加信号。

4.模拟数据调制为模拟信号

使用频分复用（FDM）技术，充分利用带宽资源。

传输介质

传输媒介也称为传输媒体，分为导向传输介质和非导向传输介质。

1.双绞线

由两根采用一定规则并排绞合、相互绝缘的铜导线组成，外侧可加上金属丝编织的屏蔽层（屏蔽双绞线STP，非屏蔽双绞线UTP）。

双绞线的带宽主要取决于铜线的粗细和传输的距离。

模拟传输——放大器放大衰减的信号。

数字传输——中继器对失真的信号进行整形。

2.同轴电缆

组成：内导体、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外壳。

50电阻的同轴电缆，用于传送基带数字信号。

75电阻的同轴电缆，用于传送宽带信号。

因为外导体屏蔽层的作用，所以同轴电缆具有良好的抗干扰特性而被广泛用于传输较高速率的数据。

3.光纤

原理：利用光导纤维传递光脉冲来进行通信，利用光的全反射原理，由纤芯和包层构成。

多模光纤：利用光的全反射特性，可让不同角度入射的多条光线在一根光纤中传输称为多模光纤。其光源为发光二极管，传输时光脉冲展宽造成失真，因此只适合近距离传输。

单模光纤：光源为定向性很好的半导体激光器，其衰减较小，可传输数千米甚至数十千米而不必采用中继器，适合远距离传输。

特点：

通信容量大。
传输损耗小，中继距离长，对远距离传输非常经济。
抗雷电和电磁干扰性能好，在有大电流脉冲干扰的环境下这尤为重要。
无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据。
体积小，重量轻，在现有电缆管道已拥塞不堪的情况下十分有利。

4.无线传输介质

无线电波

具有较强的穿透能力，传输很长距离，广泛用于通信领域，无方向传播特点。

微波、红外线和激光

需要有视线通路，有很强的方向性，沿直线传播，但红外和激光需要将传输信号转化。
微波通信的频率较高，频段范围宽，因此通信的信道容量大，直线传播，超过一定距离之后使用中继站来接力。
卫星通信通过地球同步卫星来转发微波信号，优点是通信容量大、距离远、覆盖广，缺点是保密性差、端到端传播时延长。

5.物理层接口特性

物理层考虑如何在连接各种计算机的传输介质上传输比特流，而不指具体的介质。

机械特性：指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。

电气特性：指明在接口电缆的各条线上的电压范围、传输速率和距离限制等。

功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义，以及每条线的功能等。

过程特性：也称规程特性，指明不同功能的可能事件的出现顺序。

物理层设备

1.中继器

主要功能：整形、放大并转发信号，以消除信号经过一长段电缆后产生的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需的要求，进而扩大网络传输的距离。

原理：信号再生。

用来扩大网络规模的最简单的廉价互连设备。

中继器两端的是两个网段，若故障，则对相邻两个网段均产生影响。

一个网络设备有存储转发功能——>可连接两个不同的协议。

粗同轴电缆的10BASE5规范：5段通信介质，中继器<4，3段挂接计算机

2.集线器

实质：多端口的中继器。

作用：信号放大+转发

目的：扩大网络的传输范围，信息传输的方向是固定的

标准的共享式设备

由Hub组成的网络是共享式网络，但在逻辑上仍是总线网。其每个端口连接同一网路的不同网段，在半双工状态下工作。不能分割冲突域。

数据链路层

数据链路层功能

分为逻辑链路子层LLC和媒体访问控制子层。

1.信道

点对电信道：使用一对一的通信方式。PPP协议是目前使用最广泛的点对点协议。

广播信道：采用共享广播信道的有线局域网普遍使用CSMA/CD协议，而无线局域网则使用CSMA/CA协议。

2.数据链路层所处的地位

主机H1和H2都有完整的五层协议栈，而路由器在转发分组时进使用协议栈的下三层。

链路：指从一个节点到相邻节点的一段物理线路。

数据链路：把实现这些协议的硬件和软件加链路上，就构成了数据链路。

帧：数据链路层对等实体之间进行逻辑通信的协议数据单元。

3.为网络层提供服务

无确认的无连接服务

有确认的无连接服务

有确认的面向连接服务

4.链路管理、封装成帧、透明传输

链路管理：数据链路层连接的建立、维持和释放过程称为链路管理。

封装成帧：指在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成帧，帧是数据链路层的数据传送单元。

透明传输：指不论所传的数据是什么样的比特组合，都能够按照原样无差错地在这个数据链路上传输。

5.流量控制

指限制发送方的发送速率，使之不超过接收方的接受能力。

对于数据链路层来说，控制的是相邻节点之间的数据链路上的流量，而对传输层来说，控制的测试从源端到目的端之间的流量。

6.差错检验

错位：帧中某些位出现差错，通常采用循环冗余检验CRC来发现差错。

帧错：帧丢失、帧重复或帧失序等错误，它们都属于传输差错。

组帧

发送方一依据一定的规则将网络层递交的分组封装成帧（也称组帧）。

主要解决帧定界、帧同步、透明传输等问题。

1.字符计数法

字符计数法是指在帧首部使用一个计数字段来记录该帧所含的字节数。

使用字符填充的首尾定界符法，为了达到数据的透明性，采用转义字符填充法。

2.字节填充法

字节填充法采用特定字节来定界一帧的开始与结束。

3.零比特填充法

零比特填充法允许数据帧包含任意个数的比特，它使用一个特定的比特串01111110来标志一帧的开始和结束。没遇到5个连续的1，就自动在其后插入一个0。

3.违规编码法

物理层进行比特编码时采用。

借用违规编码来定界帧的起始和终止。

差错控制

💡

差错控制可分为检错编码和纠错编码

两类：自动重传请求ARQ（Automatic Repeat reQuest）和前向纠错（Forward Error Correction，FEC）

1.检错编码

奇偶校验吗

奇检验码：附加一个检验位之后，码长为n的字段中1的个数为奇数。
偶检验码：附加一个检验位之后，码长为n的字段中1的个数为偶数。

循环冗余吗

2.纠错编码——海明码（自行学习）

流量控制与可靠传输机制

1.流量控制

数据链路层控制的是相邻结点之间的流量，而传输层控制的是端到端的流量。
数据链路层的控制手段是接收方受不下就不反悔确认。传输层的控制手段是接收方通过确认报文段的窗口值来调整发送方的发送窗口。

停止-等待协议

最简单的流量控制方法，发送方收到应答信号之后才能发送下一帧。

滑动窗口协议

2.可靠传输机制

3.4.1 计算机网络之流量控制（停止-等待协议、滑动窗口、后退N帧协议GBN、选择重传协议SR）、滑动窗口、可靠传输机制_数据帧传输速率的控制叫做-CSDN博客

文章浏览阅读1.8w次，点赞90次，收藏146次。文章目录0.思维导图1.什么是流量控制？2.什么是可靠传输机制？3.什么是滑动窗口机制？4.停止-等待协议（1）为什么要有停止-等待协议？（2）研究停止等待协议的前提（3）停止-等待协议有几种应用情况？1️⃣ 无差错2️⃣ 有差错情况① 数据帧丢失或检测到帧出错② ACK确认帧丢失② ACK确认帧迟到超时（4）停止等待协议性能分析5.多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN）（1）后退N帧协议（GB..._数据帧传输速率的控制叫做

单帧滑动窗口与停止-等待协议（S-W）

停止—等待协议就是当发送发发送一段数据后，会停下来等到接收方返回消息，确认收到或没有收到数据。如果收到数据，会返回确认消息ACK，发送方就可以继续发送，而如果没收到就会返回否认消息NAK，接收方会重新发送之前的数据。

但如果数据丢失了，发送方一直在等待接收方的确认或否认，数据传输就陷入停滞。针对这种情况可以设置超时计时器，设置重传时间，其值应略大于从发送方到接收方的平均往返时间，当接收方在重传时间内一直未得到反馈，就会重新发送原来的数据。

多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN）

停止—等待协议的信道利用率比较低，如果采用上图所示的流水线传输，即一次性传输多个数据分组，可提升行动利用率，再次基础上，就可以引出回退N帧协议。

加入采用3个比特给分组编号，即序号0-7，选择发送窗口的尺寸在1~2^3-1之间，如果选择尺寸为8，会导致无法分辨新旧两组数据的问题。这里假设发送窗口分组数为5，接收窗口分组数为1。则发送方可以同时发送5个分组。

接收窗口每接收一个分组就向前进一格，并向发送端发送确认信息，发送窗口收到确认信息后，也会前进相应的分组数。

接收方不一定需要对收到的分组逐个发送确认，可以在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认。比如上图中接收方收到了5个数据分组，对分组4发送了确认，这样接收方就知道了这些分组被正确接收。并且即使其中有分组丢失了，也不需要发送方重传。

而如果上图中的分组5出现了误码被丢弃，那么接下来的4个分组序号就不匹配了，此时就会触发退回机制。

每接收到一个序号不符合的分组，接收方就会产生一个对接受到的最后一个分组4的确认，并发送给发送方，发送方就知道需要进行重传。

多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）

GBN协议中一个数据分组的误码就会导致其后续多个数据分组被丢弃，会引起发送方的超时重传，这是对通信资源的巨大浪费。为了进一步提高性能，可以设法只传送出现误码的数据分组。接收窗口的尺寸不应该在等于1，当接收方收下失序到达但无误码、并且序号落在接收窗口内的数据分组，等待缺失分组收齐后再一起上交，这就是选择重传协议。

发送窗口的尺寸应在1~2^（3-1）之间，超过这个范围同样会引起无法分辨新老分组的情况。选择接收窗口和发送窗口的尺寸都为4，发送窗口传输4个分组到达接收方，其中分组2丢失了。

接收到前两个分组后，接收窗口前移两格，再将没有误码的分组3也接收，但并不前移。发送对0,1,3的确认给发送方，发送窗口会前移两格。

发送窗口将进入窗口的分组4和5页发送出去，并获得确认。而当重传计时器超时，发送方会重新发送分组2到接收方，接收完成后，接收窗口和发送窗口都向前移动4格。

3.信道利用率的分析

停止-等待协议的信道利用率

连续ARQ协议的信道利用率

介质访问控制

信道划分介质访问控制

1.频分复用FDM

将信道的总频带划分为多个子频带，每个子频带作为一个子信道

2.时分复用TDM

将信道的传输时间划分为一段段等长的时间片，成为TDM帧。

3.波分复用WDM

即光的频分复用，它在一根光纤中传输多种不同波长的光信号。

4.码分复用CDM

采用不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式。

随机访问介质访问控制

1.ALOHA协议，不听就说

2.CSMA协议，先听再说

3.CSMA/CD协议，先听再说，边听边说

4.CSMA/CD协议，先听再说，边听边说

轮询访问介质访问控制

局域网

局域网的基本概念和体系结构

1.局域网的特点

为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限

所有站点共享较高的总带宽（即较高的数据传输速率）

较低的时延和较低的误码率

各站位平等关系而非主从关系

能进行广播和多播

2.影响局域网特性的三个要素

拓扑结构

传输介质

介质访问控制方式

3.常见局域网的拓扑结构

星型结构

环形结构

总线型结构

网状型——可靠性最高

星型结构和总线型结合的复合型结构

4.三种特殊的局域网

以太网：逻辑拓扑是总线型结构，物理拓扑是星型结构

令牌环：逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是星型结构

FDDI（光纤分布数字接口）：逻辑拓扑是环形结构，物理拓扑是双环结构

以太网与IEEE 802.3

💡

以太网：有线局域网技术，逻辑上采用总线型拓扑结构，所有计算机共享同一条总线，信息一广播方式发送，以太网使用CSMA/CD方式对总线进行访问控制。

1.以太网的传输介质与网卡

网络适配器（Adapter）：即网卡NIC。

BASE指基带以太网,T指双绞线，F指光纤。

10代表传输速率为10M，BASE代表基带传输，5代表最大传输距离为500M

标准名称	10BASE5	10BASE2	10BASE-T	10BASE-F
传输介质	同轴电缆（粗缆）	同轴电缆（细缆）	非屏蔽双绞线	光纤对（850nm）
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	总线形	总线形	星形	点对点
最大段长	500m	185m	100m	2000m
最多节点数目	100	30	2	2

2.以太网的MAC地址

3.以太网的MAC帧

单播帧

广播帧

多播帧

4.高速以太网

标准名称	1—Base-T以太网	吉比特以太网	10吉比特以太网
传输速率	100Mb/s	1Gb/s	10Gb/s
传输介质	双绞线	双绞线或光纤	双绞线或光纤
通信方式	支持全双工和半双工	支持全双工和半双工	只有全双工方式
介质访问控制协议	半双工方式下使用CSMA/CD协议	半双工方式下使用CSMA/CD协议	无

无线局域网与IEEE 802.11

1.无限局域网的组成

有固定基础设施无线局域网

无固定基础设施移动自组织网络

2.802.11局域网的MAC帧

类型：数据帧、控制帧、管理帧

组成

MAC首部
帧主体
帧检验序列

VLAN基本概念与基本原理、

即虚拟局域网。

1.三种VLAN的划分方式

基于接口

基于MAC地址

基于IP地址

广域网

1.广域网的基本概念

广域网通常是指覆盖范围很广的长距离网络，任务是长距离发送主机所发送的数据。

2.PPP协议

PPP协议是现在最流行的点对点链路控制协议。

两种应用

用户与ISP通信时所用的数据链路层协议
广泛用于广域网路由器之间的专用线路

三个组成部分

一个链路控制协议LCP
一套网络控制协议NCP
一种将IP数据报封装到串行链路的方法

帧格式

异步传输时，采用字节填充法
同步传输时，采用零比特填充法来实现透明传输

PPP协议的状态解释（略）

特点

不使用序号和确认机制，只保证无差错接收，因此是不可靠服务
只支持全双工的点对点链路，不支持多点线路
两端可以运行不同的网络层协议
面向字节的，所有PPP帧的长度都是整数个字节

数据链路层设备

1.网桥

具有识别帧和转发帧的能力，起到了过滤通信量的功能。

网桥是早期的数据链路层设备，现在已经被以太网交换机取代。

2.以太网交换机

以太网交换机也称二层交换机，其实质是一个多接口的网桥。

交换机的原理和特点

当交换机直接与主机或其他交换机连接时，可工作在全双工方式，并能同时连通多对接口，使每对接口

交换机的自学习功能

过滤：决定一个帧是转发到某个接口还是丢弃它称为过滤。
转发：决定一个帧应被移至哪个接口称为转发。

共享式以太网和交换式以太网的对比

主机发送普通帧
主机发送广播帧
多对主机同时通信

网络层

网络层的功能

💡

网络层提供主机到主机的通信服务，主要任务是见个分组从源主机经过多个网络和多段链路传输到目的主机。该任务可划分为分组转发和路由选择两种重要功能。

1.异构网络互联

4种中继系统

物理层中继系统：转发器、集线器

数据链路层中继系统：网桥或交换机

网络层中继系统：路由器

网络层以上的中继系统：网关

2.路由与转发

路由选择：根据路由协议构造路由表，同时经常或定期地与相邻路由器交换信息，获取网络最新拓扑，动态更新维护路由表，以决定分组到达目的地节点的最优路径。

分组转发：指路由器根据转发表将分组从合适的端口转发出去。

3.网络层提供的两种服务

虚电路：面向连接

通信过程：虚电路建立、数据传输、虚电路释放

工作原理：A呼叫请求——>B呼叫应答——>数据传输——>A释放请求

特点：

虚电路通信链路的建立和拆除需要时间开销，对交互式应用和少量的段分组情况显得很浪费，但对长时间、频繁的数据交换效率较高。
其路由选择体现在连接建立阶段。
提供可靠的通信功能：有序+通知发送方暂缓发送。
致命弱点：当网络中的某个节点或某条链路出现故障而彻底失效时，所有经过该节点或该链路的虚电路将遭到破坏。
分组首部不包含目的地址，而是虚电路号VCID，相对与数据报开销小。

注：虚电路“虚”是因为这条电路不是专用的，每个节点到其他节点之间的链路可能同时有若干条虚电路通过，也可能同时在多个节点之间建立虚电路。网络中的传输是否有确认与网络层提供的两种服务没有任何关系。

数据报：无连接

通信过程：网络在发送分组之前不需要先建立连接，源主机的高层协议将报文拆成若干较小的数据段，并加上地址等控制信息后构成分组。

原理：相连交换节点A——>查找转发表——>转发分组（采用存储转发技术，资源共享）

特点：

发送分组前不需要建立连接，随发随收
网络尽最大努力交付，传输不保证可靠性
分组中要包括发和收的完整地址
在交换节点存储转发时需要排队等候处理，会带来传输时延，发生拥塞时还可丢弃
具有冗余路径，对故障的适应能力强
收发双方不独占某条路径，资源利用率高

采用这种思想的好处：网络的造价大大降低、运行方式灵活、能适应多种应用。

数据报服务和虚电路服务的比较（待制表）

4.SDN的基本概念（上课未讲，待补充）

网络层的主要任务是转发和路由选择，可以将网络层抽象的划分为数据平面（也称转发平面）和控制平面。

5.拥塞控制

定义：因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称为拥塞。

判断拥塞：网络的吞吐量随着网络负载的增大而下降。

主要解决的问题：如何获取网络中发生拥塞的信息，从而利用这些信息进行控制，以避免因拥塞而出现分组的丢失。

作用：全局性，确保网络能够承载所达到的流量

与流量控制的区别：流量控制往往是在发送方和接收方之间的点对点通信量的控制。流量控制所要做的是抑制发送方发送数据的速率，以便使接收方来得及接收。

拥塞控制的方法

开环控制：静态预防，在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到。
闭环控制：基于反馈环路的概念，动态预防。采用检测网络系统去监视，及时检测并调整。

IPv4

IPv4分组

IP分组由首部（20B）+数据部分组成。

1.版本：占4位。指IP的版本，IPv4数据报中该字段值是4。

2.首部长度：占4位。以4B为单位，最大为60B（15*4B）

（注：IP首部前两个字节往往以0x4B开头，解题时可用于定位IP数据报的开始位置）

3.总长度：占16位。指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为2^16-1=65535B。（以太网帧的最大床送单元MTU为1500B，因此数据报首部+数据不能超过此长度）

4.标识：占16位。它是一个计数器，每产生一个数据报就加1，并赋值给标识字段，数据报分片时复制相同的标识号，便于数据报的重装。

5.标志（Flag）：占3位。标志字段的最低位为MF，MF=1小时后面还有分片，MF=0表示最后一个分片。标志字段中间的一位是DF，只有当DF=1时才允许分片。

6.片偏移：占13位，它指出较长的数据报在分片之后，某片在原数据报中的相对位置，片偏移以8B为偏移单位。除最后一个分片外，每个分片的长度一定是8B的整数倍。

7.生存时间（TTL）：占8位。数据报在网络中可通过的路由器数的最大值，标识数据报在网络中的寿命，防止循环。TTL=0时，数据报必须被舍弃。

8.协议：占8位。指出数据报携带的数据使用何种协议。（如TCP和UDP）

9.首部检验和：占16位。它只检验数据报的首部，但不包括数据部分。因为数据报每经过一个路由器都要重新计算检验和，不检验数据部分可以减少计算的工作量。

10.源地址字段：占4B。

11.目的地址字段：占4B。

三个常考长度：首部长度4B，总长度1B，片偏移8B。

IPv4数据报分片：一个链路层数据帧能承载的最大数据量称为最大传输单元MTU。数据报>MTU时需要分片。

IP分片的原理及相关字段的分析（略）

IPv4地址

IP地址的分类：A类（1-126）、B类（128-191）、C类（192-223）、D类（224-239）、E类（240-255）——（待补充图片）

IPv4地址的组成：IP地址：：={<网络号>,<主机号>}，网络号标识主机（或路由器所连接到的网络），一个网络号在整个互联网范围唯一。主机号在它所指明的网络范围内必须是唯一的。

特殊的IP地址

主机号全0：本网络本身
主机号全1：网络的广播地址，又称直接广播地址
127.x.x.x:保留为环回自检，即任意主机本身
32位全0，即0.0.0.0：本网络上的主机
32位全1，即255.255.255.255：表示整个TCP/IP网络的广播地址，又称受限广播地址。
实际使用时，全1因为路由器对广播域的格力等效为本网络的广播地址。

IP地址的特点

IP地址=网络号+主机号，是一种分等级的地址结构。便于管理+减少路由表空间占用。
IP地址是标志一台主机和一条链路的接口。链接几个网络就有几个IP地址。
用转发器或桥接器（网桥等）连接的若干LAN仍然是同一个网络（同一个广播域）
注：近年来因为广泛使用无分类IP地址进行路由选择，这类传统分类的IP地址已成为历史。

网络地址转换（NAT）

定义：网络地址转换（Network Address Translation，NAT）是指通过将专用网络转化为公用网络，从而对外隐藏内部管理的IP地址。

作用：使得整个专用网络只需要一个全球IP地址就可以与互联网连通，大大减少了IP地址的消耗。

私有IP地址（也称可重用地址）：只用于LAN，而不能用于WAN（因此私有IP地址不能直接用于Internet，必须通过网关利用NAT把私有地址转化为Internet中合法的全球IP）。

私有IP地址网段

A类——1个A类网段：10.0.0.0~10.255.255.255
B类——16个B类网段：172.16.0.0~172.31.255.255
C类——256个C类网段：192.168.0.0~192.168.255.255

专用互联网（本地互联网）：采用私有IP地址的互联网络。

NAT的原理和应用

NAT转换表：{本地IP地址：端口}到{全球IP地址：端口}的映射。
原理：转发IP分组时更换其源IP地址或者目的IP地址（待详述）
NAT路由器：普通路由器仅工作在网络层，而NAT路由器转发数据报时需要查看和转换传输层的端口号。

划分子网和路由聚合CIDR

划分子网

定义：增设“子网字段号”，使两级IP地址变成三级。
方法：从网络的主机号借用若干位作为子网号。
结构：IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}。
注意：

从一个IP地址本身无法判断该主机所连接的网络是否进行了子网划分。
子网中全0为子网的网络地址，全1为子网的广播地址
划分子网增加了灵活性，但是减少了能够连接在网络上的主机总数

子网掩码和默认网关

作用：用来指明分类IP地址的主机号部分被借用了多少位作为子网号。
组成：与IP地址对应的长32位的二进制串。1对应于地址中的网络号及子网号，而0对应于主机号。进行与运算可求相应的子网的网络地址。
默认网关：子网与外部网络连接的设备，即连接本机或子网的路由器接口的IP地址。
现在的互联网标准：所有网络都必须使用子网掩码。若网络未划分子网则使用默认子网掩码。
使用子网掩码的情况：

一台主机在设置IP地址信息的同时必须设置子网掩码
同属于一个子网的所有主机及路由器的相应端口，必须设置相同的子网掩码
路由器的路由表中所包含的信息主要有目的网络地址、子网掩码、下一跳地址。

无分类编址CIDR

无分类域间路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）是在变长子网掩码的基础上，提出的一种消除传统A、B、C类地址及划分子网的概念。
记法：IP地址::{<网络前缀>,<主机号>}
特点：网络前缀的位数不是固定的。
使用斜线记法（CIDR记法），即为“IP地址/网络前缀所占的位数”，其中网络前缀所占的位数对应网络号的部分。
地址块的最大地址和最小地址分析：将其转化为二进制格式，网络前缀所占位数不变，则地址范围为从全0到全1。
子网广播地址/网络地址的分析：CIDR地址块中地址数一定是2的整数次幂，实际可指派的地址数通常为2^n-2，n表示主机号的位数，主机号全0表示网络号，全1表示广播地址。

路由聚合

路由表中利用CIDR地址块来查找目的网络，这种地址的聚合成为路由聚合，也称构成超网。
优点：使得路由表中的一个项目可以表示多个原来传统分类地址的路由，有利于减少路由器之间的信息交换，进而提高网络性能。
路由器分组转发的最长前缀匹配（最佳匹配）：使用CIDR时，路由表中的个项由“网络前缀”和“下一跳地址”，应选择具有最长网络前缀的路由。
CIDR查找路由表：将CIDR的路由表存放在层次式数据结构（通常采用二叉线索），自上而下地按层次进行查找。

子网划分的应用举例

采用定长的子网掩码
采用变长的子网掩码

网络层转发分组的过程

转发表：（目的网络地址，下一跳地址）先间接交付再直接交付。

特定路由主机：对特定目的主机的IP地址专门指明一个路由，以方便网络管理员控制和测试网络。

默认路由主机：用特殊前缀0.0.0.0/0表示默认路由，通常用于路由器到互联网的路由

路由器执行的分组转发算法：

从IP分组首部提取目的地址
下一跳转发分组，子网掩码与目的地址逐位“与”匹配最长前缀
若存在默认路由则把分组传送给默认路由。
注意：得到下一跳路由后，将IP地址通过ARP转换成MAC地址，再查找下一跳路由器。

地址解析协议ARP

IP地址与硬件地址

定义：IP地址是网络层及网络层之上使用的地址，它是分层式的。硬件地址（MAC地址）是数据链路层使用的地址，它是平面式的。IP地址放在IP数据报的首部，而MAC地址当在MAC帧的首部。

注意：IP数据报在每个网络中都被路由器解封装和重新封装，其MAC帧首部中的源地址和目的地址会不断地改变。

地址解析协议（ARP）

定义：地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP），每个主机都设有一个ARP高速缓存，用来存放本局域网络上各主机和路由器的IP地址到MAC地址的映射表。
作用：用于解决同一局域网上的主机或路由尤其的IP地址和硬件地址的映射问题。
注：ARP请求分组时广播发送的，但ARP响应分组时普通的单播。

动态主机配置协议（DHCP）

定义：动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）常用于主机动态地分配I地址，它提供了即插即用的联网机制。

DHCP是应用层协议，它是基于UDP的。

工作原理：使用C/S模型。

DHCP服务器和DHCP客户端的交换过程：

DHCP客户广播“DHCP发现消息”
DHCP服务器收到“DHCP发现”消息后，广播”DHCP提供”消息
DHCP客户收到”DHCP提供”消息，若接受该IP地址，则广播“DHCP请求”消息向DHCP服务器请求提供IP地址
DHCP服务器广播“DHCP确认”消息，将IP地址分配给DHCP客户

注意：

DHCP运行网络上配置多态DHCP服务器，DHCP通常选择最早的DHCP应答消息。
租用期：DHC服务器分配给DHCP客户的IP地址是临时的。

网际控制报文协议（ICMP）

定义：网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol，ICMP），有效转发IP数据报和提高交付成功的机会，让主机或路由器报告差错和异常情况。

ICMP是网络层的协议，有ICMP差错报文和ICMP询报文种报文。

ICMP差错报文的5种常用类型：

终点不可达
源点抑制
时间超过
参数问题
改变路由（重定向）

对于以下几种情况，不应发送ICMP差错报文：

ICMP差错报文
第一个分片数据包的所有后续数据报片
具有多播地址的数据报
具有特殊地址的数据报

ICPC询问报文：

回送请求和回答报文
时间戳请求和回答报文
地址掩码请求和回答报文
路由器询问和通告报文

ICMP的常见应用

分组网间探测PING，用来测试两台主机间的连通性——ICMP回送请求和回答报文
Traceroute，用来跟踪分组经过的路由——ICMP时间超过报文

IPv6

1.IPv6的特点

更大的地址空间

扩展的地址层次结构

灵活的首部结构

改进的选项

允许协议继续扩充

支持即插即用（即自动配置）

支持资源的预分配

IPv6只有源主机才能分片，是端到端的，不允许类似IPv4传输路径中的路由分片

IPv6首部长度是固定的40B，而IPv4首部长度是可变的（必须是4B的整数倍）

增大了安全性。身份鉴别和保密功能是IPv6的扩展首部。

2.IPv6数据报

组成：基本首部+有效载荷（也称净负荷）

版本：占4位，指明协议的版本号，对于IPv6该地段的值是6。

通信量类：占8位，用来区分不同的IPv6数据报的类别或者优先级。

流标号：占20位。IPv6提出流的抽象概念。流是指互联网上从特定源点到特定终点（单播或多播）的一系列数据，而在这个“流”所经过的路径上的路由器都保证指明的服务质量。所有属于同一个流的数据报都具有相同的流标号。

有效载荷长度：占16位，指明IPv6数据报出基本首部之外的字节数（所有扩展首部都算在有效载荷内），这个字段的最大值是65535（单位为字节）。

下一个首部：占8位，该字段相当于IPv4首部中的协议字段或可选字段，当IPv6没有扩展首部时，起作用与IPv4的协议字段一样，它指明IPv6数据报所运载的数据是何种协议数据单元；当IPv6带有扩展首部时，它就标识后面第一个扩展首部的类型。

跳数限制：占8位，类似于IPv4首部的TTL字段。

源地址和目的地址：占128位。

3.IPv6地址

类型

单播：即传统的点对点通信。

多播：一点对多点的通信。

任播：一对多但是数据报只交付给其中的一台计算机。通常是距离最近的。

记法：冒号十六进制记法

五类地址

未指明地址

环回地址:IPv6的换回地址仅此一个

多播地址:FF00::/8

本地链路单播地址:FE80::/10，类似于IPv4的私有IP地址。

全球单播地址：{<全球路由选择前缀（48位）>,<子网标识符（16位）>,<接口标识符（64位）>}

4.从IPv6向IPv4过渡

从IPv4向IPv6过渡只能采用逐步演进的办法，同时还必须使新安装的IPv6系统能够向后兼容。

过渡的两种策略：

双协议栈：在同一台设备上同时装有IPv4和IPv6两个协议栈，通过DNS获知目的主机采用的地址。

隧道技术：在IPv6数据报要进入IPv4网络时，把整个IPv6数据报封装成IPv4数据报的数据部分

路由协议

路由算法

“最佳”路径是指具有最低费用的路径。

1.静态路由与动态路由

静态路由算法：由网络管理员手工配置每一条路由。

动态路由算法：根据网络流量负载和拓扑结构的变化来动态调整自身的路由表。

2.距离-向量路由算法

算法基础：Bellman-Ford，用于计算单源最短路径。每个节点以自身为源点执行Bellman-Ford算法，所以全局上可以解决任意结点对之间的最短路径问题。

路由信息：

到相邻节点的链路费用
节点x的距离向量，即x到网络中其他节点的费用。
x的邻居到网络中每个节点的费用

3.链路状态路由算法（eg：OSPF算法）

算法基础：Dijkstra最短路径（要求每个节点都具有全网拓扑图）。

链路状态：指本路由器都和哪些路路由器相邻，以及相应链路的代价。

适用条件：适用于大型的或路由信息变化聚敛的路联网环境。

优点：易于查找故障，具有更好的规模可扩展性。

分层次的路由选择协议

1.内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP）

即在一个自治系统内部使用的路由选择协议，常见的如RIP和OSPF。

2.外部网关协议（External Gateway Protocol，EGP）

即将路由选择信息传递到另一个自治系统中，常见的如BGP-4。

自治系统之间的路由选择也称域间路由选择，自治系统内部的路由选择也称域内路由选择。

路由信息协议（RIP）

💡

路由信息协议（Routing Information Protocol,RIP）是内部网关协议IGP中最先得到广泛应用的协议。RIP是一种分布基于距离向量的路由选择协议。

1.RIP的规定

网络中的每个路由器都要维护从它自身到其他每个目的网络的距离记录称做距离向量。

RIP使用跳数（Hop Count）（活称距离）来衡量到达目的网络的记录。

RIP认为好的路由就是它通过的路由器数目少，即距离短或跳数少。

RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器，因此距离等于16时表示网络不可达。

每个路由表项都有三个关键字段：<目的网络N，距离d，下一跳路由器地址X>。

2.RIP的特点

和谁交换信息：仅和直接相邻的路由器交换信息。

交换什么信息：交换的信息是本路由器知道的全部信息，即自己的路由表。

何时交换信息；按固定的时间间隔（30s）交换路由信息。

收敛：路由器一刚开始工作时，只知道自己到直接相连的几个网络的距离为1.每个路由器仅和相邻路由器周期性的交换并更新路由信息。经过若干次交换和更新后，所有路由器最终都会知道到达本自治系统内任何网络的最短路径和下一跳路由器的地址。

RIP是应用层协议，使用UDO传送数据（端口520）。选择的路径不一定是时间最短的，但一定是具有最少路由跳数，因为它是根据最少跳数进行路径选择的。

3.RIP的距离向量算法

（待补充）

4.RIP的优缺点

优点：

实现简单、开销小、收敛过程较快。
“好消息传得快”

缺点：

RIP限制了网络的规模（最大距离为15）
网络规模越大，开销越大
“坏消息传的慢”

开放最短路径优先（OSPF）协议

开发最短路径优先（OSPF协议）是使用分布链路状态路由算法的典型代表，也是内部网关协议的一种。

1.OSPF协议的基本特点

与RIP相比：

使用洪泛法向本自治系统的所有路由其发送信息。（RIP仅向相邻的发送）
发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态。（RIP是整个路由表）
只有当链路状态发生变化的时候，采用洪泛法向所有路由器发送此信息，不会出现“坏消息传的慢”（RIP要定期交换）。
OSPF是网络层协议，不需要UDP或者TCP，直接用IP数据报（其IP数据报首部的协议字段是89）。（RIP是应用层协议，使用UDP）

其他特点：

运行对每条路由设置成不同的代价，对于不同业务可计算出不同的路由。
若到同一个目的网络有多条相同代价的路径，则可将通信量分配给这几条路径。
OSPF分组具有鉴别功能，从而保证仅在可信赖的路由器之间交换链路状态信息。
OSPF支持可变长度的子网划分和无分类编址CIDR。
每个链路状态都带上一个32位的序号，序号越大，状态就越新。

2.OSPF的基本工作原理

链路状态数据库 ——> 全网的拓扑结构图 ——> 使用Dijkstra算法计算到自己网络的最优路径 ——→ 构造自己的路由表

注：表中实际不会存储完整的路径，而只存“下一跳”。

3.OSPF的五种分组类型

问候分组：用来发现和维持邻站的可达性。

数据库描述分组：向邻站给出自己的链路状态数据库中的所有线路状态项目的摘要心思。

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信息，它是OSPF最核心的部分。

链路状态确认分组：对链路更新分组的确认。

4.注意

相邻两个路由器每10s交换一次问候分组以便知道哪些站可达。超过40s未收到及认为不可达。

为了确保链路状态数据库与全网的状态保持一致，OSPF还规定每隔一段时间（如30分钟）要刷新一次数据库中的链路状态。

边际网关协议（BGP）

💡

边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）是不同自治系统AS的路由器之间的协议，是一种个外部网关协议。边界网关协议BGP常用于互联网的网关之间。

1.BGP的作用

力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由，而并非要寻找一个最佳路由。

采用距离向量路由选择协议，与距离向量协议（如RIP）和链路状态协议（如OSPF）都有很大区别。

2.BGP的工作原理

配置BGP时，每个AS的管理员要选择至少一个路由去，作为该AS的“BGP发言人”，BGP发言人往往就是BGP边界路由器。

（略）

3.BGP的特点

BGP交换路由信息的结点数量级是AS个数的数量级，这要比这些AS的网络数少很多。

寻找一条较好的路径，取决于找准正确的BGP发言人，而每个AS中的BGP发言人（或比边界路由器）的数目是很少的。

BGP支持CIDR，因此BGP的路由表也就应当包括目的网络前缀、下一跳路由器，以及到达该目的网络所要经过的各个自治序列。

当BGP刚开始运行时，BGP的邻站交换整个BGP路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销方面都有好出。

4.BGP报文

打开（Open）报文：用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系，使通信初始化。

更新（Update）报文：用来通知某一路路由的信息，以及列出要撤销的多条路由。

保活（Keepalive）报文：用来周期性地证实邻站的联通性。

通知（Notification）报文：用来发送检测到的差错。

三种路由协议的比较

协议	RIP	OSPF	BGP
类型	内部	内部	外部
路由算法	距离-向量	链路状态	路径向量
传递协议	UDP	IP	TCP
路径选择	跳数最少	代价最低	较好，非最佳
交换节点	和本结点相邻的路由器	网络中的所有路由器	和本结点相邻的路由器
交换内容	当前本路由器知道的全部信息，即自己的路由表	与本路由器相邻的所有路由器的链路状态	首次：整个路由表；非首次：有变化的部分

IP多播

1.多播的概念

多播是让源主机一次发送的单个分组可以抵达用一个组地址标识的若干目的主机，即一对多的通信。在互联网上进行的多播，称为IP多播。

多播可大大节约网络资源，能够运行多播协议的路由器成为多播路由器。

2.IP多播地址

多播数据报的源地址是源主机的IP地址，目的地址是IP多播地址。IP多播地址就是IPv4中的D类地址。

与一般IP数据报的区别：使用D类地址IP地址作为目的地址，并且首部中的协议字段是2，表明使用IGMP协议。

注意：

多播数据报也是“尽最大努力交付”。不提供可靠交付
多播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址
对多播数据不产生ICMP差错报文
分类：只在本局域网上进行硬件多播；在互联网的范围内进行多播
多播机制仅应用于UDP，它能将报文同时发送给多个接受者。

3.在局域网上进行硬件多播

把IP多播地址映射成多播MAC地址，即可将IP多播数据报封装在局域网的MAC帧中

4.IGMP与多播路由协议

（待补充）

移动IP

1.移动IP的概念

定义：移动IP技术是指移动站以固定的IP地址实现跨越不同网络的漫游功能，并保证基于IP地的网络权限在漫游过程中不发生任何变化。

三种实体：

移动节点：具有永久IP地址的移动主机。
本地代理：通常就是连接在归属网络（连接在原始网络）上的路由器。
外地代理：通常就是连接在被访网络（移动到另一地点所接入的网络）上的路由器。

2.移动IP通信过程

相关概念：在移动IP中，每一个移动站都有一个原始地址，即永久地址（即归属地址），移动站原始连接的网络叫做归属网络。

移动IP的基本通信流程

移动结点在本地网时，按传统的方式通信(在本地网固有的地址)。
移动结点漫游到一个外地网络时，仍然使用固定的IP地址进行通信。移动结点需要向本地代理注册当前的位置地址，即转交地址(可以是外部代理的地址或动态配置的一个地址)。
本地代理接收注册后，会构建一条通向转交地址的隧道，将截获的发给移动结点的IP分组通过隧道送到转交地址处。
在转交地址处解除隧道封装，恢复出原始的IP分组，最后送到移动结点。
移动结点在外网通过外网的路由器或者外代理向通信对端发送IP数据包。

为了支持移动性，网络层应该增加一些新的功能：

移动站向外地代理的登记协议
外地代理到归属代理的登记协议
归属代理数据报封装协议
外地代理拆封协议

网络层设备

1.冲突域和广播域

冲突域（物理介质争用）：连接到同一物理介质上的所有节点的集合，这些节点之间存在介质争用的现象。

广播域（异构网络不互通）：是指同样广播消息的节点集合

通常所有的局域网LAN特指使用路由器分割的网络，也就是广播域。

2.路由器的组成和功能

定义：路由器是一种具有多个输入/输出的端口的专用计算机，其任务是连接不同网络（连接异构网络）并完成分组转发。

作用：隔离广播域。

能否隔离广播域：是否具有存储转发的功能。

路由选择：路由选择处理机。根据所选定的路由选择协议构造出路由表。

分组转发：交换结构、一组输入端口和一组输出端口。

3.路由表与分组转发

路由表是根据路由选择算法得出的，主要用途是路由选择。

标准路由表：目的网络IP地址、子网掩码、下一跳IP地址、接口

转发表：其结构应使查找过程最优化（而路由表则需对网络拓扑变化的计算最优化）

传输层

💡

数据链路层提供链路上相邻节点之间的逻辑通信，网络层提供主机之间的逻辑通信。传输层位于网络层之上、应用层之下，它为运行在不同主机上的进程之间提供逻辑通信。

传输层属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最底层。

只有主机的协议栈才有传输层，而路由器在转发分组时都只用到下三层的功能。

即在通信子网中没有传输层，传输层只存在于通信子网以外的主机中。

传输层提供的服务

传输层的功能

1.应用进程之间的逻辑通信（通过端口来区分不同的进程）

2.复用和分用（不仅在传输层，网络层也有）

复用（发）：发送方不同的应用进程都可以使用同一个传输层协议传送数据

分用（收）：接收方的传输层在剥去报文的首部后能够把这些数据正确交付到目的应用进程

3.检错检测

对收到的报文（首部和数据部分）进行差错检测

TCP协议：接收方发现报文出错后，要求发送方重发该报文

UDP协议：接收方发现报文出错后，直接丢弃

注：在网络层，IP数据报首部中的检验和字段只检验首部是否出错，而不检查数据部分

4.提供面向连接和无连接的传输协议：TCP和UDP

注：网络层无法同时实现面向连接的虚电路和面向无连接的数据报

传输层的寻址和端口

1.端口的作用

类似于网络层的IP地址，但IP地址标识的是主机，端口标识的是主机中的应用进程

硬件端口：不同硬件设备进行交互的接口

软件端口：应用层的各种协议进程与传输实体进行层间交互的一种地址（传输层）

2.端口号

长度为16比特，能够标识65536个不同的端口号

端口号只具有本地意义，即端口号只标识本计算机应用层中的各种进程

1.服务器使用的端口号：熟知端口号（0-1023）+登记端口号（1024-49151）

常用的熟知端口号

FTP：21

TELNET：23

SMTP：25

DNS：53

TFTP：69

HTTP：80

SNMP：161

HTTPS：443

2.客户端使用的端口号（19152-65535）

3.套接字

套接字（Socket）=（IP地址：端口号）

实际上是一个通信端点，它唯一标识网络中的一台主机的一个应用进程

无连接服务和面向连接服务

1.面向连接的传输控制协议TCP，向上提供一条全双工的可靠逻辑信道

SMTP\TELNET\HTTP\FTP

2.无连接的用户数据报协议UDP，向上提供一条不可靠的逻辑信道

DNS\TFTP\RIP\DHCP\SNMP\IGMP

UDP

1.UDP数据报

IP数据报+复用分用+差错检验

2.UDP的特点

无需建立连接

无连接状态

首部开销小

无拥塞控制

支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信

常用于一次次那个传输较少数据的网络应用，不保证可靠性交付，所有维护可靠性的工作由用户在应用层完成。其面向报文，一次发送一个报文，既不合并也不拆分，即报文不可分割，是UDP数据报处理的最小单位。

3.UDP首部格式

首部字段（8B，4个字段）+用户数据字段

首部字段：

源端口：源端口号，在需要对方回信时选用，不需要时可全用0

目的端口：2B

长度：UDP的数据报长度，最小值为8（仅有首部）

检验和：检验UDP数据报子啊传输中是否有错。有错就丢弃，该字段为可选字段，当源主机不想要检验时，则直接令该字段为全0。

4.UDP检验

条件：在UDP数据报之前增加12B的伪首部，伪首部仅用于计算检验和

与IP数据报的检验区别：IP数据报的检验和只检验IP数据报的首部，但UDP的检验和要将首部和数据部分一起检验

检验和计算方法：

待补充

注意：

若UDP数据报部分的长度不是偶数个字节，则需要填入一个全0字节，但是此字节和伪首部一样并不发送。
若检验处UDP数据报是错误的，则可以选择丢弃或者交付给上层，交付给上层则需要附上错误报告
通过伪首部可以检查源端口号、目的端口号和UDP用户数据报的数据部分，还可以检查IP数据报的源IP地址和目的地址。

TCP

TCP报文段

TCP传送的数据单元：报文段。
TCP报文段作用：运载数据、释放连接、应答。
TCP报文段的组成：首部（20B）+数据。

1.源端口和目的端口：各占2B，即共32位。

2.序号：4B，指本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。

3.确认号：4B，是期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号（N则前N-1均已收到）。

4.数据偏移（即首部长度）：占4位，标识TCP报文段的数据起始处距离TCP报文的起始处有多远，单位为32位，故TCP首部最大长度为60B。

5.保留：占6为，保留为今后使用，但目前应置0。

6.紧急URG：当URG=1时，紧急数据被插入到报文段数据的最前面（相当于高优先级的数据）。与首部中的紧急指针字段配合使用。

7.确认位ACK：TCP规定在连接建立后所有传送的报文都必须把ACK置0。

8.推送位PSH（Push）：两个程序在进行交互式通信时，都希望在键入一个命令后立即就能收到对方的响应，此时PSH置1，可尽快交付给接收应用程序，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。

9.复位位RST（Reset）：置1时，表示TCP连接中出现严重的差错（如主机崩溃），必须释放连接，然后重新建立传输连接。此外，可用于拒绝一个非法的报文段。

10.同步位SYN：当SYN=1时表示这是一个连接请求报文或者连接接受报文。（ACK=1表示连接接受，ACK=0表示连接请求）

11.终止位FIN（Finish）：用来释放一个连接，当FIN=1时，表名此报文段的发送方数据已发送完毕，并要求释放传输连接。

12.窗口：占2B。从本报文的确认号算起，接收方目前允许对方发送的数据量（以字节为单位）

13.检验和：占2B。检验和字段检验的方位报错首部和数据两部分，在计算检验和时，和UDP一样，要在TCP报文段的前面加上12B的伪首部（只需将UDP伪首部的协议指端的17改为6,UDP长度字段改为TCP长度）

14.紧急指针：占2B。仅在URG=1时才有意义。它指出本报文段中的紧急字段的字节数，使窗口为0也可以发送紧急数据。

15.选项：长度可变，最长可达40B，当不使用选项时，TCP首部是20B，TCP最初只规定了一种选项，即最大报文段长度MSS。MSS是TCP报文段中的数据字段的最大长度（注意仅仅是数据字段）。

16.填充：这是为了使整个首部的长度是4B的倍数。

TCP的特点

1.面向连接的传输层协议，TCP连接是一条逻辑连接。

2.每一条TCP连接只有两个端点，只能为一对一。

3.提供可靠交付的服务，保证数据无差错、不丢失、不重复有序。

4.提供全双工通信，允许通信双方的应用进程在任何时候都能够发送数据，为此TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据。

发送缓存：准备发送、已发送但未确定。

接收缓存：到达但并未被接受、不按序到达。

尚未被接收：不按序到达。

TCP连接管理

TCP连接分为三个阶段：连接建立、数据传送、连接释放。
TCP连接的端口即为套接字，每一条TCP连接唯一地被通信的两个端口所确定。
TCP连接的建立采用C/S模式，连接建立前服务器处于LISTEN收听状态，等待客户的请求请求。

1.TCP连接的建立：三次握手

连接请求报文（SYN=1,ACK=0,seq=x），SYN报文段不能携带数据但要消耗一个序号，客户进进入SYN-SEN（同步已发送）状态。

服务器向客户机发回确认（SYN=1,ACK=1,ack=x+1），为该TCP连接分配缓存和变量，同时也为自己选择一个初始序列号seq=y，确认报文段不能携带数据但要消耗一个序号，服务器进入SYN-RCVD（同步收到）状态。

当客户机收到确认报文之后再向服务器给出确认，并为该TCP链接分配缓存和变量（ACK=1,ack=y+1,seq=x+1）,该报文段可以携带数据且不携带数据则不消耗序号，客户机进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。

当服务器收到后，也进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。

2.TCP连接的释放：四次挥手

连接释放报文段（FIN=1,seq=u），序号u等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号+1，FIN报文段即使不携带数据也要消耗掉一个序号，客户机进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。（TCP是全双工的，即可以想象为一条TCP连接上有两条数据通路，发送FIN的一段不能再发送数据，及关闭了其中一条数据通路，但对方还可以发送数据）

服务器发出确认（ACK=1,ack=u+1,seq=v），序号v等于它前面已传送的数据的最后一个字节序号+1，服务器进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。此时从客户机到服务器这个方向的连接就释放了，TCP连接处于半关闭状态，即从服务器到客户机这个方向的连接并未关闭。客户机收到确认进入FIN-WAIT2（终止等待2）状态。

若服务器没有向客户机发送的数据，通知TCP连接释放，此时发出FIN=1，ACK=1,seq=w,ack=u+1,服务器进入LAST-ACK（最后确认）状态。

客户机发出确认（ACK=1,seq=u+1,ack=w+1），客户机进入TIME-WAIT（时间等待）状态。服务器收到后进入CLOSED（连接关闭）状态。

客户机进入TIME-WAIT后，还要经过时间等待计时器设置的时间2MSL（最长报文段寿命），才进入CLOSED状态。
若服务器收到连接释放请求后不再发送数据，则从客户机发出FIN报文段时刻算起，客户机释放连接的最短时间为1RTT+2MSL，服务器释放连接的最短时间为1.5RTT。

ACK表示这是确认报文，FIN表示这是终止连接报文，SYN表示这是连接请求报文，seq表示本机发送的报文的最后一个字节序号，ack表示ack的序号之前的内容是本机收到的，谁发的谁作为本机。

除时间等待计时器外，TCP还设有一个保活计时器。当TCP链接已建立但是客户主机出现故障，服务器处理不再等待。（相当于设立一个时间戳了）

TCP可靠传输

TCP在不可靠的IP层之上建立一种可靠数据传输服务。

1.序号：用来保证数据能够有序提交给应用层，TCP把逐句视为一个无结构但有序的字节流，序号建立在传送的字节流之上，而不建立在报文段之上，序号字段的值是指本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。

2.确认：TCP首部的确认号是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。TCP默认使用累积确认，即TCP只确认数据流中至读一个丢失字节为止的字节。

3.重传：超时+冗余ACK

超时：超时计时器，TCP采用一种自适应算法记录一个报文段发出的时间以及收到相应确认的时间，时间差为报文段的往返时间RTT，超时重传时间略大于RTTS（加权平均往返时间）。

冗余ACK：用于检测丢包情况（超时周期太长），TCP规定每当比期望序号大的失序报文段到达时就发送一个冗余ACK，指明下一个期待字节序号。——也称为快速重传。

TCP流量控制

功能：匹配发送方的发送速率与接受方的读取速率——速度匹配服务。

实现方式：滑动窗口机制。

持续计时器：发送方收到对方的零窗口通知时就启动持续计时器。超时则发送零窗口探测报文段，若rwnd=0则重新设置持续计时器。

对比：数据链路层的窗口大小不能够动态变化，而传输层的可以。

TCP拥塞控制

拥塞控制：防止过多的数据注入网络，保证网络中的路由器或链路不致过载。拥塞发生时，端点只显示为通信时延增加。

如何检测拥塞：丢包和RTT增加。

拥塞控制与流量控制的区别：拥塞控制是让网络能欧承受现有的网络负荷，是一个全局性的过程。流量控制是指点对点的通信量的控制，是个端到端的问题，它要做的是抑制发送端发送数据的速率，以便接收端来得及接收。

发送窗口=min{rwnd接收窗口，cwnd拥塞窗口}

1.慢开始和拥塞避免

慢开始：cwnd=1，指数倍增长，增长至慢开始门限ssthresh（阈值）改用拥塞避免算法。

拥塞避免：cwnd=ssthresh，线性增长

网络拥塞的处理：出现拥塞时，将ssthresh=cwnd/2,cwnd=1,迅速减少主机发送到网络中的分组数，使得发生拥塞的路由器有足够的时间把队列中积压的分组处理完。

拥塞避免不能够完全避免拥塞，而是在把拥塞窗口控制为线性规律增长，使网络不容易出现拥塞。

2.快重传和快恢复：

快重传：使发送方尽早进行重传，而不必等待超时计时器再重传。发送方一旦连续收到3个冗余ACK就立即重传相应的报文端。

快回复：cwnd=cwnd/2=ssthresh，开始执行拥塞避免即加法增大。

发送窗口=min{rwnd接收窗口，cwnd拥塞窗口}

糊涂窗口综合征

糊涂窗口综合症：每次仅发送一个字节或者很少几个字节的数据时，有效数据传输效率变得很低的现象。

原因：接收方应用进程消耗数据太满。eg：每次只读取一个字节
解决方案：直接宣告窗口为0？让接收方等待一段时间使得满足接收缓存已有一个最长报文或者已有一半的空闲空间则发送确认报文。发送方每次收到一字节的数据后就发送（使用Nagle算法）

“先进先出”FIFO处理规则：

主动队列管理AQR：随机早期检测RED

应用层

精确定义不同主机中多个进程之间的通信规则。

网络应用模型

1.客户/服务器模型（C/S）

客户机通常位于前端，服务器通常位于后端

客户机是面向任务的，服务器是面向用户的

2.P2P模型

域名系统 DNS

💡

DNS，即Domain Name System域名系统，是因特网使用的命名系统，用来把便于人们记忆的具有含有特定含义的主机名转换为便于机器处理的IP地址。

DNS系统采用客户/服务器模型，其协议运行在UDP之上，使用53号端口。

1.层次域名空间

命名方法：层次树状结构。

域名标号书写：不区分大小写、仅-唯一标点符号、单标号<63、总标号<255、级别从左到右由低到高

顶级域名分类：国家（地区）顶级域名、通用顶级域名、基础结构域名

2.域名服务器

域名服务器到IP的解析是由运行在域名服务器上的程序完成的，一个服务器所服务管辖的范围称为区，区中所有节点是连通的。每个区有相应的权限域名服务器，用来保存该区中所有主机的域名到IP地址的映射

根域名服务器

顶级域名服务器

权限域名服务器

本地域名服务器

3.域名解析过程

域名解析：即将域名转化为IP地址。当客户端需要域名解析时，通过本机的DNS客户端构造一个DNS请求报文，以UDP数据报方式发往本地域名服务器。

注：域名与IP地址并不是一对应关系

递归查询：本机向本地域名服务器查询+本地域名服务器向其他域名服务器查询

迭代查询：本地域名服务器向其他域名服务器查询

文件传输协议 FTP

💡

FTP，即File Transfer Protocol文件传输协议，是因特网上使用的最广泛的文件传输协议。

FTP提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型与格式，并用允许文件具有存取权限。

FTP采用客户/服务器的工作方式，使用TCP可靠的传输服务。由一个主进程和若干个从属进程两大部分组成。

提供的功能：

不同主机间的文件传输

用户权限管理方式提供远程文件管理

匿名FTP提供公用文件共享

匿名FTP访问通常使用anonymous作为用户名，密码为任意字符

控制连接与数据连接

控制连接：端口号20——使用分离的控制，称FYP为带外传送

数据连接：端口号21

主动模式PORT（默认）

被动模式PAV

连接:控制连接先于数据连接被建立，并晚于数据连接被释放

电子邮件 E-mail

1.电子邮件系统的组成结构

组成构件：用户代理、邮件服务器、电子邮件使用的协议如SMIT\POP3\IMAP

邮件发送协议

邮件读取协议

2.电子邮件格式与MIME

电子邮件格式：信封+内容，内容=首部+主体

自动生成：发信人地址FROM，发送时间
手动填写：收信人地址TO，邮件主题Subject（可选项）

多用途因特网邮件扩展（MIME）

SMTP：只能传送7位ASCII码数据。
功能：将非ASCII码数据转化为7位ASCII码

3.SMTP和POP3

SMTP，即Simple Mail Transfer Protocol简单邮件传输协议，是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议，它控制两个相互通信的SMTP进程交换信息。

采用C/S模式，发送方为客户，接收方为服务器
采用TCP连接，端口号为25
三大阶段：连接建立+邮件传送+连接释放

POP3和IMAP，即Post Office Procotol邮局协议，是一个非常简单但功能有限的邮件读取协议，现在使用的版本是POP3.

采用C/S模式，在传输层使用TCP，端口号为110
两种工作方式：“下载并保留”和“下载并删除”

万维网 WWW

1.WWW的概念与组成结构

统一资源定位符URL

负责标识万维网上的各种文档，并使每个文档在整个万维网的范围内剧透唯一的标识符URL。
URL的格式：<协议>://<主机>:<端口>/<路径>。端口路径可省略

超文本传输协议HTTP

一个应用层的协议，使用TCP进行可靠的传输，HTTP是万维网客户程序和服务器之间交互所必须要严格遵守的协议。

超文本标记语言HTML

一种文档结构的标记语言。它使用一些约定的标记对页面的各种信息、格式进行描述。

万维网采用C/S模式工作，工作流程如下：

Web用户使用浏览器（指定URL）与Web服务器建立连接，并发送浏览请求
Web服务器把URL转换为文件路径，并返回信息给Web浏览器
通信完成，关闭连接

2.超文本传输协议HTTP：面向事物的应用层协议TCP的80端口

HTTP的操作过程

浏览器分析链接指向用户的URL
浏览器向DNS请求解析
域名系统DNS解析出服务器的IP地址
浏览器与该服务器建立TCP链接
浏览器发出HTTP请求
服务器通过HTTP响应把文件发送给浏览器
释放TCP连接
浏览器解释文件，并将Web页面显示给用户

HTTP的特点

HTTP本身是无连接的，无状态的
Cookie：与数据库一起用于跟踪用户的活动，是存储在用户主机的一个文本文件
HTTP1.1默认使用持续连接，分为流水线和非流水线两种工方式

HTTP的报文结构

面向文本的，有两类HTTP报文
请求报文：GET\HEAD\POST\CONNECT
响应报文

网络管理SNMP

1.SNMP中管理端叫做管理器，被管理端叫做代理

2.管理信息结构SIM

不同层的对比

内容	物理层	数据链路层	网络层	传输层	应用层
标识对象	ㅤ	ㅤ	ㅤ	ㅤ	ㅤ
标识	ㅤ	ㅤ	ㅤ	ㅤ	ㅤ
服务访问点	ㅤ	帧的“类型”字段	IP数据报的“协议”字段	“端口号”字段	“用户界面”
使用的地址	ㅤ	MAC地址	IP地址	ㅤ	ㅤ
数据传输单位	比特bit	帧	包或报文分组	段（TCP）或数据报（UDP）	消息或报文

💡 疑难知识点及解答

子网掩码

如何判断属于同一个子网？

子网掩码非1的部分与IP地址相与运算
子网主机IP地址同样做与运算
运算结果相同则在同一个子网内
简易版：子网掩码中为1的位数在同一网段的IP地址对应的位数上的数字必须相同（即都为0或者都为1）

如何判断一个合法的IP地址

IP数据报的最大长度为65535字节

组播地址

从 224.0.0.0 到 239.255.255.255。

如何判断A，B，C类地址

ㅤ	A类	B类	C类
网络号	前8位（1段）为	前16位（2段）	前24位（3段）
最高位	1	10	110
范围	1-126	126-191	192-223
最大可用网络数	2^7-2	2^14-1	2^21-1
每个网络中的最大主机数	2^24-2	2^16-2=65534	2^8-2
私有地址	`172.16.0.0` —— `172.31.255.255`	`172.16.0.0` 到 `172.31.255.255`	`192.168.0.0` 到 `192.168.255.255`
私有地址数	超过1千万个IP地址	有16个不同的网络，每个网络可以有超过6万5千个IP地址	有256个不同的网络，每个网络可以有256个IP地址

如何判断属于同一个子网？_哔哩哔哩_bilibili
如何判断属于同一个子网？_哔哩哔哩_bilibili
（3道题目均在此合集内）

计算网络数和主机数

CRC循环冗余码

1.生成多项式G（x），如x^3+x^2+1的位串为1101

2.数据M=101001，补上r个0，r=多项式阶数=多项式位数-1

3.M与G（x）做模2除法（异或）得商Q和余数R=001，即FCS

4.最终发送数据位M+FCS，共有m+r位

注意：接收到的报文除以位串，若能整除则所接收报文正确

网卡的功能

网卡NIC，又成为网络适配器，网络接口卡。

1 什么是网卡？

网卡也叫“网络适配器”，网卡是局域网中最基本的部件之一，它是连接计算机与网络的硬件设备。无论是双绞线连接、同轴电缆连接还是光纤连接，都必须借助于网卡才能实现数据的通信。

2 网卡的作用？

网卡是工作在数据链路层的网络组件。是局域网中连接计算机和传输介质的接口。不仅能实现与局域网传输介质之间物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送和接收、帧的封装和拆帧、介质的访问控制、数据的编码解码、数据缓存等。

3 网卡工作原理？

发送数据时，计算机把要传输的数据并行写到网卡的缓存，网卡对要传输的数据进行编码（10M以太网使用曼彻斯特码、100M以太网使用差分曼彻斯特码），串行发送到传输介质上。接收数据时，则相反。对于网卡而言，每块网卡都有一个唯一的网络节点地址，它是网卡生产厂家在生产时烧入ROM（只读存储芯片）中的，我们把它叫做MAC地址（物理地址）

4 网卡的缓存？

网卡做为连接计算机和通信介质（比如光纤、网线）的硬件设备，必须自带一定缓存。因为网卡两端连接的设备速率不同，加入缓存，可以实现速率匹配。

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_41973914/article/details/106158296

三网融合

计算机网

传统电信网

有线电视网

数据交换技术

IP电话：分组交换

电报：报文交换

专线电话：电路交换

综合业务数字网：电路交换

介质访问控制方法

介质访问控制（Media Access Control，简称MAC）方法是指在局域网（LAN）中用于管理和控制多个设备如何共享同一通信媒介的规则和协议。以下是一些常见的介质访问控制方法：

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测)：

这是以太网使用的标准MAC协议，用于管理多个设备共享同一通信媒介的情况。

在发送数据前，设备会侦听媒介是否空闲；如果检测到媒介正在使用中，则等待随机时间后再次尝试发送。

如果发生冲突（两个或多个设备同时发送数据），设备会停止发送，等待随机时间后重新尝试。

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，载波侦听多路访问/冲突避免)：

这种协议主要用于无线网络（如Wi-Fi），以避免数据包冲突。

设备在发送数据前侦听媒介，如果检测到活动，则等待；如果检测到没有活动，它会发送数据，并在发送期间继续侦听以避免冲突。

Token Passing (令牌传递)：

在令牌传递网络中，如令牌环网（Token Ring），一个特殊的数据包（令牌）在网络中的设备之间传递。

只有持有令牌的设备才有权发送数据，这确保了网络中不会有冲突发生。

Random Access (随机访问)：

这是一种简单的MAC方法，设备可以在任何时间发送数据，而不需要预先协调。

这种方法可能会导致冲突，特别是在网络负载较高时。

Scheduled Access (预定访问)：

在预定访问方法中，每个设备被分配特定的时间槽来发送数据。

这种方法可以减少冲突，但需要精确的时间同步。

TDMA (Time Division Multiple Access，时分多路访问)：

这是一种将时间划分为固定时间段（时隙）的方法，每个设备在分配的时隙内发送数据。

这种方法可以确保网络资源的公平分配，但可能需要复杂的同步机制。

介质访问控制方法的选择取决于网络的类型、规模、拓扑结构以及所需的性能特性。每种方法都有其优缺点，适用于不同的网络环境和应用场景。

不同层之间的通信

数据链路层处理设备到设备间的通信

网络层提供主机到主机的数据传输服务

传输层处理端结点间的通信

定义TCP\IP标准的文档是RFC

域名解析

域名解析是为了解决数字化的IP地址不方便记忆而引入的一种命名机制，完成名字、地址的映射。

TCP\IP的核心思想（理念）是什么？

TCP\IP的核心思想就是“网络互联”，将使用不同低层协议的异构网络在传输层、网络层建立一个统一的西逻辑网络，以此来屏蔽所有物理网络的硬件差异，从而实现网络的互连。

传播时延、发送时延和重发时延

传播时延：电磁波在信道中传输所需要的时间=信道长度/电磁波传播速度。

发送时延：发送数据所需要的时间=分组长度/发送速率。

重发时延：数据在传输中除了差错因而重新传送

💡 题型

1.选择题10分

网卡功能

零比特填充

传输距离最远的线

www是什么协议维护传输

避免成环的方法：STP生成树算法、路由协议

2.名词解释20分

网络协议

网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成：（1）语法：即数据与控制信息的结构或格式。（2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。（3）同步：即事件实现顺序的详细说明。

服务和协议

1、协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。 2、协议是“水平的”，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。上层使用所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。

名词解释1

实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。

协议栈:指计算机网络体系结构采用分层模型后,每层的主要功能由对等层协议的运行来实现,因而每层可用一些主要协议来表征,几个层次画在一起很像一个栈的结构.对等层:在网络体系结构中,通信双方实现同样功能的层. 协议数据单元:对等层实体进行信息交换的数据单位.

服务访问点:在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方.服务访问点SAP是一个抽象的概念,它实体上就是一个逻辑接口.

网络适配器——网卡

适配器（即网卡）来实现数据链路层和物理层这两层的协议的硬件和软件网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层（OSI中的数据链里层和物理层）。它通过将数据从计算机转换为网络可识别的格式，并在网络之间进行传输，实现计算机与网络之间的通信。

主要作用

1.提供物理接口

2.数据封装与解封装

3.数据传输

试简单说明下列协议的作用：IP、ARP、RARP和ICMP。

IP协议：实现网络互连。使参与互连的性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，与IP协议配套使用的还有四个协议。

ARP协议：是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。

RARP：是解决同一个局域网上的主机或路由器的硬件地址和IP地址的映射问题。

ICMP：提供差错报告和询问报文，以提高IP数据交付成功的机会

因特网组管理协议IGMP：用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。

CSMA/CD（有线）

CSMA/CD的基本原理是：所有节点都共享网络传输信道，节点在发送数据之前，首先检测信道是否空闲，如果信道空闲则发送，否则就等待；在发送出信息后，再对冲突进行检测，当发现冲突时，则取消发送。

CS：载波侦听

MA：多址接入

CD：碰撞检测

CSMA/CD协议（一目了然，看过都说好）_csmacd-CSDN博客
CSMA/CD协议（一目了然，看过都说好）_csmacd-CSDN博客
文章浏览阅读4.3w次，点赞112次，收藏578次。本文参考计算机网络微课堂 1. CSMA/CD协议介绍当多个主机同时发送数据时，如何解决碰撞冲突问题呢？早期的共享式以太网采用载波监听多址接入/碰撞检测，即CSMA/CD协议来解决碰撞冲突问题多址接入MA多个站连接在一条总线上，竞争使用总线载波监听CS每一个站在发送帧之前先要检测一下总线上是否有其他站点在发送帧（先听后说）：若检测到总线空闲 96 比特时间，则发送这个帧若检测到总线忙，则继续检测并等待总线转为空闲 96 比特时间，然后发送这个帧._csmacd

CSMA/CA（无线）

CA和CD区别

相同点

1.都要监听

2.冲突后的处理方法：都是用截断二进制指数退避算法

不同点

1.传输介质：无线VS有线

2.监听方式不同：电压VS能量+载波

3.冲突处理：避免VS检测

计算机网络：数据链路层 - CSMA/CA协议_csmaca协议-CSDN博客
计算机网络：数据链路层 - CSMA/CA协议_csmaca协议-CSDN博客
文章浏览阅读1.6k次，点赞17次，收藏29次。本文详细介绍了CSMA/CA协议，包括其在无线局域网中的应用，多址接入、载波监听、帧间间隔、退避算法以及虚拟载波监听的原理。重点讲述了如何通过预约信道和虚拟监听减少碰撞，尤其是在隐蔽站问题中的应用。

动态主机配置协议（DHCP）

定义：动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）常用于主机动态地分配I地址，它提供了即插即用的联网机制。

DHCP是应用层协议，它是基于UDP的。

工作原理：使用C/S模型。

DHCP服务器和DHCP客户端的交换过程：

DHCP客户广播“DHCP发现消息”
DHCP服务器收到“DHCP发现”消息后，广播”DHCP提供”消息
DHCP客户收到”DHCP提供”消息，若接受该IP地址，则广播“DHCP请求”消息向DHCP服务器请求提供IP地址
DHCP服务器广播“DHCP确认”消息，将IP地址分配给DHCP客户

注意：

DHCP运行网络上配置多态DHCP服务器，DHCP通常选择最早的DHCP应答消息。
租用期：DHC服务器分配给DHCP客户的IP地址是临时的。

虚拟局域网VLAN

VLAN（Virtual Local Area Network）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。每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间则不能直接互通。这样，广播报文就被限制在一个VLAN内。

优点

1.限制广播域

2.增强局域网的安全性

3.提高了网络的健壮性

4.灵活构建虚拟工作组

虚电路

虚电路是分组交换的两种传输方式中的一种。在通信和网络中，虚电路是由分组交换通信所提供的面向连接的通信服务。在两个节点或应用进程之间建立起一个逻辑上的连接或虚电路后，就可以在两个节点之间依次发送每一个分组，接收端收到分组的顺序必然与发送端的发送顺序一致，因此接收端无须负责在接收分组后重新进行排序。虚电路协议向高层协议隐藏了将数据分割成段，包或帧的过程。

虚电路是在分组交换散列网络上的两个或多个端点站点间的链路。它为两个端点间提供临时或专用面向连接的会话。

虚电路建立、数据传输、虚电路释放

三次握手与四次挥手

三次握手（three times handshake；three-way handshake）所谓的“三次握手”即对每次发送的数据量是怎样跟踪进行协商使数据段的发送和接收同步，根据所接收到的数据量而确定的数据确认数及数据发送、接收完毕后何时撤消联系，并建立虚连接。为了提供可靠的传送，TCP在发送新的数据之前，以特定的顺序将数据包的序号，并需要这些包传送给目标机之后的确认消息。TCP总是用来发送大批量的数据。当应用程序在收到数据后要做出确认时也要用到TCP。

TCP连接分为三个阶段：连接建立、数据传送、连接释放。
TCP连接的端口即为套接字，每一条TCP连接唯一地被通信的两个端口所确定。
TCP连接的建立采用C/S模式，连接建立前服务器处于LISTEN收听状态，等待客户的请求请求。

1.TCP连接的建立：三次握手

连接请求报文（SYN=1,ACK=0,seq=x），SYN报文段不能携带数据但要消耗一个序号，客户进进入SYN-SEN（同步已发送）状态。

服务器向客户机发回确认（SYN=1,ACK=1,ack=x+1），为该TCP连接分配缓存和变量，同时也为自己选择一个初始序列号seq=y，确认报文段不能携带数据但要消耗一个序号，服务器进入SYN-RCVD（同步收到）状态。

当客户机收到确认报文之后再向服务器给出确认，并为该TCP链接分配缓存和变量（ACK=1,ack=y+1,seq=x+1）,该报文段可以携带数据且不携带数据则不消耗序号，客户机进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。

当服务器收到后，也进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。

2.TCP连接的释放：四次挥手

连接释放报文段（FIN=1,seq=u），序号u等于前面已传送过的数据的最后一个字节的序号+1，FIN报文段即使不携带数据也要消耗掉一个序号，客户机进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态。（TCP是全双工的，即可以想象为一条TCP连接上有两条数据通路，发送FIN的一段不能再发送数据，及关闭了其中一条数据通路，但对方还可以发送数据）

服务器发出确认（ACK=1,ack=u+1,seq=v），序号v等于它前面已传送的数据的最后一个字节序号+1，服务器进入CLOSE-WAIT（关闭等待）状态。此时从客户机到服务器这个方向的连接就释放了，TCP连接处于半关闭状态，即从服务器到客户机这个方向的连接并未关闭。客户机收到确认进入FIN-WAIT2（终止等待2）状态。

若服务器没有向客户机发送的数据，通知TCP连接释放，此时发出FIN=1，ACK=1,seq=w,ack=u+1,服务器进入LAST-ACK（最后确认）状态。

客户机发出确认（ACK=1,seq=u+1,ack=w+1），客户机进入TIME-WAIT（时间等待）状态。服务器收到后进入CLOSED（连接关闭）状态。

客户机进入TIME-WAIT后，还要经过时间等待计时器设置的时间2MSL（最长报文段寿命），才进入CLOSED状态。
若服务器收到连接释放请求后不再发送数据，则从客户机发出FIN报文段时刻算起，客户机释放连接的最短时间为1RTT+2MSL，服务器释放连接的最短时间为1.5RTT。

ACK表示这是确认报文，FIN表示这是终止连接报文，SYN表示这是连接请求报文，seq表示本机发送的报文的最后一个字节序号，ack表示ack的序号之前的内容是本机收到的，谁发的谁作为本机。

除时间等待计时器外，TCP还设有一个保活计时器。当TCP链接已建立但是客户主机出现故障，服务器处理不再等待。（相当于设立一个时间戳了）

隧道技术

使用隧道传递的数据（或负载）可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。新的帧头提供路由信息，以便通过互联网传递被封装的负载数据。

隧道技术：多播数据报被封装到一个单播IP数据报中，可穿越不支持多播的网络，到达另一个支持多播的网络。

隧道技术（Tunneling）是一种通过使用互联网络的基础设施在网络之间建立一条虚拟链路以传递数据的方式。使用隧道传递的数据可以是不同协议的PDU，隧道将其他协议的PDU重新封装后通过网络发送，新的PDU提供路由信息，以便通过互联网传递被封装的数据。由于PDU经过重新封装，使得数据的发送方和接收方就像在一条专有“隧道”中进行数据传输和通信，隧道技术因此得名。

数字签名

数字签名（又称公钥数字签名、电子签章）是一种类似写在纸上的普通的物理签名，但是使用了公钥加密领域的技术实现，用于鉴别数字信息的方法。一套数字签名通常定义两种互补的运算，一个用于签名，另一个用于验证。数字签名是个加密的过程，数字签名验证是个解密的过程。

数字签名将摘要信息用发送者的私钥加密，与原文一起传送给接收者。接收者只有用发送者的公钥才能解密被加密的摘要信息，对收到的原文产生一个摘要信息，与解密的摘要信息对比。如果相同，则说明收到的信息是完整的，在传输过程中没有被修改，否则说明信息被修改过，因此数字签名能够验证信息的完整性。

数字签名就是附加在数据单元上的一些数据,或是对数据单元所作的密码变换。这种数据或变换允许数据单元的接收者用以确认数据单元的来源和数据单元的完整性并保护数据,防止被人(例如接收者)进行伪造。它是对电子形式的消息进行签名的一种方法,一个签名消息能在一个通信网络中传输。

令牌环

令牌环是基于轮询的介质访问控制方法。令牌沿着环网单向流动，依次通过各站点。一个站点若想要发送数据，必须持有令牌，否则只能等待空令牌的到达。因其受控接入特点，所以避免了冲突的发生。

3.简答25分

中继器、交换机、路由器的区别

广播和多播的异同点

相同点：一对多传输。

不同点

接收者范围：

广播：发送给网络中所有设备，无论它们是否需要该数据。

多播：发送给特定的一组感兴趣的接收者，这些接收者事先已经加入了多播组。

地址类型：

广播：使用特殊的广播地址，如IPv4中的255.255.255.255。

多播：使用D类地址范围（在IPv4中是224.0.0.0到239.255.255.255），这些地址专门用于多播。

适用性：

广播：局域网。

多播：用于跨越广域网。

截断二进制指数退避算法

1.目的：以太网使用的用来确定碰撞后重传的时机。发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟一个随机时间才能发送数据

2.算法实现：在计算机网络中，二进制指数退避算法或截断指数退避算法常常作为避免网络堵塞的一部分用于同一数据块的重发策略。发生n次冲突后，等待时间在0~2^n-1个间隙时间（slot times）之间选择随机选择。比如，发生第一次冲突后，每个发送方将会等待0或1个间隙时间（slot times）；第二次冲突后，每个发送方的等待时间将会在0到3个间隙时间（slot times）之间任意选择；第三次冲突后，每个发送方的等待时间将会在0到7个间隙时间（slot times）之间任意选择，以此类推，随着冲突次数的增加，发送方的等待时间将会有成倍增加的可能性。

停止等待算法和滑动窗口算法的优缺点

停止等待协议的优缺点

优点: 简单可靠。缺点: 信道利用率低，即一个数据包得等到确认才能接着往下发。带宽浪费、延迟高。

滑动窗口算法

优点: 高效、带宽利用、灵活性。缺点: 复杂、资源消耗、窗口过大时可能会导致网络拥塞。

滑动窗口协议中，允许发送方发送多个分组（当有多个分组可用时）而不需等待确认，但它受限于在流水线中为未确认的分组数不能超过某个最大允许数N。滑动窗口协议是TCP使用的一种流量控制方法，此协议能够加速数据的传输。只有在接收窗口向前滑动时（与此同时也发送了确认），发送窗口才有可能向前滑动。收发两端的窗口按照以上规律不断地向前滑动，因此这种协议称为滑动窗口协议。当发送窗口和接收窗口的大小都等于1时，就是停止等待协议。

IPv4和IPv6分组头部

网络地址转换（NAT）

定义：网络地址转换（Network Address Translation，NAT）是指通过将专用网络转化为公用网络，从而对外隐藏内部管理的IP地址。

作用：使得整个专用网络只需要一个全球IP地址就可以与互联网连通，大大减少了IP地址的消耗。

私有IP地址（也称可重用地址）：只用于LAN，而不能用于WAN（因此私有IP地址不能直接用于Internet，必须通过网关利用NAT把私有地址转化为Internet中合法的全球IP）。

私有IP地址网段

A类——1个A类网段：10.0.0.0~10.255.255.255
B类——16个B类网段：172.16.0.0~172.31.255.255
C类——256个C类网段：192.168.0.0~192.168.255.255

专用互联网（本地互联网）：采用私有IP地址的互联网络。

NAT的原理和应用

NAT转换表：{本地IP地址：端口}到{全球IP地址：端口}的映射。
原理：转发IP分组时更换其源IP地址或者目的IP地址（待详述）
NAT路由器：普通路由器仅工作在网络层，而NAT路由器转发数据报时需要查看和转换传输层的端口号。

糊涂窗口综合征

糊涂窗口综合症：每次仅发送一个字节或者很少几个字节的数据时，有效数据传输效率变得很低的现象。

原因：接收方应用进程消耗数据太满。eg：每次只读取一个字节
解决方案：直接宣告窗口为0？让接收方等待一段时间使得满足接收缓存已有一个最长报文或者已有一半的空闲空间则发送确认报文。发送方每次收到一字节的数据后就发送（使用Nagle算法）

“先进先出”FIFO处理规则：

主动队列管理AQR：随机早期检测RED

简述快速重传和快恢复是怎么做的

慢开始：在主机刚刚开始发送报文段时可先将拥塞窗口cwnd设置为一个最大报文段MSS的数值。在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口增加至多一个MSS的数值。用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口cwnd，可以分组注入到网络的速率更加合理。

拥塞避免：当拥塞窗口值大于慢开始门限时，停止使用慢开始算法而改用拥塞避免算法。拥塞避免算法使发送的拥塞窗口每经过一个往返时延RTT就增加一个MSS的大小。

快重传算法规定：发送端只要一连收到三个重复的ACK即可断定有分组丢失了，就应该立即重传丢手的报文段而不必继续等待为该报文段设置的重传计时器的超时。

快恢复算法：当发送端收到连续三个重复的ACK时，就重新设置慢开始门限ssthresh与慢开始不同之处是拥塞窗口cwnd不是设置为1，而是设置为ssthresh若收到的重复的AVK为n个（n>3），则将cwnd设置为ssthresh若发送窗口值还容许发送报文段，就按拥塞避免算法继续发送报文段。若收到了确认新的报文段的ACK，就将cwnd缩小到ssthresh。

乘法减小：是指不论在慢开始阶段还是拥塞避免阶段，只要出现一次超时（即出现一次网络拥塞），就把慢开始门限值ssthresh设置为当前的拥塞窗口值乘以0.5。当网络频繁出现拥塞时，ssthresh值就下降得很快，以大大减少注入到网络中的分组数。

加法增大：是指执行拥塞避免算法后，在收到对所有报文段的确认后（即经过一个往返时间），就把拥塞窗口cwnd增加一个MSS大小，使拥塞窗口缓慢增大，以防止网络过早出现拥塞

比较RIP和OSPF

协议	RIP	OSPF	BGP
类型	内部	内部	外部
路由算法	距离-向量	链路状态	路径向量
传递协议	UDP	IP	TCP
路径选择	跳数最少	代价最低	较好，非最佳
交换节点	和本结点相邻的路由器	网络中的所有路由器	和本结点相邻的路由器
交换内容	当前本路由器知道的全部信息，即自己的路由表	与本路由器相邻的所有路由器的链路状态	首次：整个路由表；非首次：有变化的部分
适用网络	小	大	ㅤ
是否支持边长子网掩码	不支持	支持	ㅤ

动态主机配置协议（DHCP）

定义：动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）常用于主机动态地分配I地址，它提供了即插即用的联网机制。

主机用广播地址255.255.255.255发送查找信息，DHCP服务器回复分配的IP地址。路由器不转发DHCP查找信息。一个DHCP中继代理(每个网络上至少有一个，它知道DHCP服务器的IP)转发这个查找信息到DHCP服务器。

DHCP是应用层协议，它是基于UDP的。

工作原理：使用C/S模型。

DHCP服务器和DHCP客户端的交换过程：

DHCP客户广播“DHCP发现消息”
DHCP服务器收到“DHCP发现”消息后，广播”DHCP提供”消息
DHCP客户收到”DHCP提供”消息，若接受该IP地址，则广播“DHCP请求”消息向DHCP服务器请求提供IP地址
DHCP服务器广播“DHCP确认”消息，将IP地址分配给DHCP客户

注意：

DHCP运行网络上配置多态DHCP服务器，DHCP通常选择最早的DHCP应答消息。
租用期：DHC服务器分配给DHCP客户的IP地址是临时的。

无分类编址CIDR

无分类编址（Classless Inter-Domain Routing，简称CIDR）是一种用于IP地址分配和路由聚合的IP地址分配方法。

无分类域间路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）是在变长子网掩码的基础上，提出的一种消除传统A、B、C类地址及划分子网的概念。

记法：IP地址::{<网络前缀>,<主机号>}

特点：网络前缀的位数不是固定的。消除地址类、使用子网掩码、节约地址空间、实现路由聚合。

使用斜线记法（CIDR记法），即为“IP地址/网络前缀所占的位数”，其中网络前缀所占的位数对应网络号的部分。

地址块的最大地址和最小地址分析：将其转化为二进制格式，网络前缀所占位数不变，则地址范围为从全0到全1。

子网广播地址/网络地址的分析：CIDR地址块中地址数一定是2的整数次幂，实际可指派的地址数通常为2^n-2，n表示主机号的位数，主机号全0表示网络号，全1表示广播地址。

TCP与UDP的主要区别

TCP是一种面向连接的协议，它在传输数据之前会建立一条专用的通信连接。这意味着在数据传输过程中，两台计算机之间会有一条稳定的数据传输通道。因此，TCP可以保证数据传输的可靠性，但会带来一定的延迟。

UDP是一种无连接的协议，它不会建立专用的通信连接。每个数据包都是独立的，可以直接传输。因此，UDP的传输速度比TCP快，但不能保证数据传输的可靠性。

一般来说，如果数据传输的可靠性要求很高，建议使用TCP协议；如果对传输速度要求较高，可以使用UDP协议。

DNS解释并说明域名解析过程

DNS 服务器可以高速缓存从其他 DNS 服务器收到的 DNS 记录。也可以在 DNS 客户服务中使用高速缓存，将其作为 DNS 客户端保存在最近的查询过程中得到的信息高速缓存的方法。总的来说就是提高解析速度。

DNS，即Domain Name System域名系统，是因特网使用的命名系统，用来把便于人们记忆的具有含有特定含义的主机名转换为便于机器处理的IP地址。

域名系统的主要功能：将域名解析为主机能识别的IP地址。因特网上的域名服务器系统也是按照域名的层次来安排的。每一个域名服务器都只对域名体系中的一部分进行管辖。共有三种不同类型的域名服务器。即本地域名服务器、根域名服务器、授权域名服务器。当一个本地域名服务器不能立即回答某个主机的查询时，该本地域名服务器就以DNS客户的身份向某一个根域名服务器查询。若根域名服务器有被查询主机的信息，就发送DNS回答报文给本地域名服务器，然后本地域名服务器再回答发起查询的主机。但当根域名服务器没有被查询的主机的信息时，它一定知道某个保存有被查询的主机名字映射的授权域名服务器的IP地址。

通常根域名服务器用来管辖顶级域。根域名服务器并不直接对顶级域下面所属的所有的域名进行转换，但它一定能够找到下面的所有二级域名的域名服务器。每一个主机都必须在授权域名服务器处注册登记。通常，一个主机的授权域名服务器就是它的主机ISP的一个域名服务器。授权域名服务器总是能够将其管辖的主机名转换为该主机的IP地址。因特网允许各个单位根据本单位的具体情况将本域名划分为若干个域名服务器管辖区。一般就在各管辖区中设置相应的授权域名服务器。

可靠传输机制

单帧滑动窗口与停止-等待协议（S-W）

停止—等待协议就是当发送发发送一段数据后，会停下来等到接收方返回消息，确认收到或没有收到数据。如果收到数据，会返回确认消息ACK，发送方就可以继续发送，而如果没收到就会返回否认消息NAK，接收方会重新发送之前的数据。

但如果数据丢失了，发送方一直在等待接收方的确认或否认，数据传输就陷入停滞。针对这种情况可以设置超时计时器，设置重传时间，其值应略大于从发送方到接收方的平均往返时间，当接收方在重传时间内一直未得到反馈，就会重新发送原来的数据。

多帧滑动窗口与后退N帧协议（GBN）

停止—等待协议的信道利用率比较低，如果采用上图所示的流水线传输，即一次性传输多个数据分组，可提升行动利用率，再次基础上，就可以引出回退N帧协议。

加入采用3个比特给分组编号，即序号0-7，选择发送窗口的尺寸在1~2^3-1之间，如果选择尺寸为8，会导致无法分辨新旧两组数据的问题。这里假设发送窗口分组数为5，接收窗口分组数为1。则发送方可以同时发送5个分组。

接收窗口每接收一个分组就向前进一格，并向发送端发送确认信息，发送窗口收到确认信息后，也会前进相应的分组数。

接收方不一定需要对收到的分组逐个发送确认，可以在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认。比如上图中接收方收到了5个数据分组，对分组4发送了确认，这样接收方就知道了这些分组被正确接收。并且即使其中有分组丢失了，也不需要发送方重传。

而如果上图中的分组5出现了误码被丢弃，那么接下来的4个分组序号就不匹配了，此时就会触发退回机制。

每接收到一个序号不符合的分组，接收方就会产生一个对接受到的最后一个分组4的确认，并发送给发送方，发送方就知道需要进行重传。

多帧滑动窗口与选择重传协议（SR）

GBN协议中一个数据分组的误码就会导致其后续多个数据分组被丢弃，会引起发送方的超时重传，这是对通信资源的巨大浪费。为了进一步提高性能，可以设法只传送出现误码的数据分组。接收窗口的尺寸不应该在等于1，当接收方收下失序到达但无误码、并且序号落在接收窗口内的数据分组，等待缺失分组收齐后再一起上交，这就是选择重传协议。