计算机网络期末复习笔记，主要内容为王道考研PPT以及课本
重点 Review
物理层
传输介质分类:
有线介质:
光介质: 光纤
电介质:
同轴电缆
双绞线
无线介质: (未详细说明，但需知晓)
数据链路层
重点设备:
交换机
网卡
工作层次: 数据链路层
重要概念 (理解与运用):
网络延迟及其构成:
传输延迟
传播延迟
处理延迟
排队延迟
衡量延迟的概念:
端到端延迟 (单程时间)
往返时间 (RTT, 2Td) - 能够利用此概念解决问题
广播域与冲突域:
理解定义: 什么是广播域，什么是冲突域。
分割设备:
哪些设备能够分割冲突域？
哪些设备能够分割广播域？
MAC 地址 (物理地址):
分类: 按照目的主机数量划分：
单播
广播
多播 (组播)
表示方法:
单播地址: 设备的 MAC 地址。
广播地址: 数据链路层广播地址与网络层广播地址类似，每一位都是 1。
二进制表示: 48 个 1。
不同进制表示: 能够用不同进制表示 48 个 1 的 MAC 广播地址。
组播地址:
组成: 前半段 (24 位) 为生产商标识符 (固定为
01 00 5e)，后 24 位。后 24 位计算: 最高位固定为 0，后 23 位对应组播 IP 地址的低 23 位 (二进制填充)。
十六进制表示: 能够将二进制组播地址转换为十六进制表示。
CSMA/CD 协议:
掌握程度: 能够应用该协议解决问题。
适用场景:
非共享介质: 点对点协议。
共享介质: 存在信道竞争和冲突，需要 CSMA/CD 协议。
网络层
重要概念:
路由:
路由协议: 相关的知识体系，理解 "知识系统" 的含义及其英文表示。
最大传输单元 (MTU): 理解其含义。
分片: 由于 MTU 限制，IPv4 数据报可能需要分片。
分片过程: 理解如何进行分片。
IPv4 报文格式: 需要掌握 IPv4 报文格式。
分片相关字段:
标识 (Identification)
标志 (Flags):
DF (Don't Fragment): 是否允许分片。
MF (More Fragments): 后面是否还有分片。
片偏移 (Fragment Offset)
计算: 能够计算每一片的长度。
IP 地址:
分类:
按照用途:
单播 IP 地址
广播地址 (两种):
直接广播
本地广播
组播地址: 了解哪些 IP 地址段用于组播。
按照范围:
公有地址
私有地址
传统分类: A, B, C, D, E 类地址。
路由算法:
掌握程度: 理解概念和两种路由算法的原理，并能够用路由算法解决实际问题。
具体算法:
距离矢量 (距离向量) 算法
链路状态算法
应用: 能够根据带权无向图 (权重可以是跳数、带宽等)，利用上述算法确定路由器中的路由信息。
计算过程: 掌握计算过程。
网络规划 / 子网划分:
重要性: 重点内容，布置作业。
步骤: 能够详细写明划分的步骤。
其他网络层协议:
ARP (地址解析协议):
作用: 已知目的 IP 地址，求其 MAC 地址。
工作原理: 理解 ARP 的工作原理。
应用: 达到会应用的程度。
NAT (网络地址转换协议):
作用: 与 IP 地址分类相关，用于私有地址连接互联网时的地址转换。
地址转换: 理解进出网络的 IP 地址转换过程。
ICMP (互联网控制消息协议):
作用: 提供网络控制消息和工具化指令。
常用指令:
Ping: 理解其作用和原理。
Traceroute: 理解其作用和原理。
掌握程度: 理解基础上达到会应用的程度。
传输层
主要协议: UDP 和 TCP。
UDP 和 TCP 的对比: 能够对比它们的特点。
UDP 报文段格式:
头部字段: 了解 4 个头部字段及其长度。
TCP 报文段格式:
重要字段: 必须掌握的关键字段。
源端口号和目的端口号
序列号 (Sequence Number)
确认号 (Acknowledgement Number)
控制标志位 (6 个): 务必清楚各个标志位的含义。
MSS (Maximum Segment Size，最大段大小):
含义: 理解 MSS 的概念。
数据包大小: 理解一个数据包最多能包含多少字节的数据。
应用: 能够解决类似 "给定数据大小和 MSS，计算需要发送多少报文段" 的问题。
TCP 的特性:
可靠传输: 理解其实现机制，可能涉及计算 (与序列号、确认号、数据量等相关)。
快速重传算法:
触发条件: 了解满足快速重传的条件。
处理机制: 了解发送方如何处理快速重传。
流量控制与拥塞控制:
基本原理: 理解两种控制的基本原理。
异同点: 了解流量控制和拥塞控制的异同。
访问控制列表 (ACL):
类型: 标准访问控制列表和扩展访问控制列表。
掌握程度: 能够解决实际问题。
应用场景: 给定拓扑图和访问控制需求，能够编写 ACL 代码。
代码编写:
语法: 尽量按照华为设备的语法编写 (讲课时使用华为设备为例)。
思路: 即使代码不够精确，也要清晰表达思路。
容错性: 考虑到没有实验课，对代码精确度要求可能相对宽松，但力求准确。
应用层
**重点内容:** DNS。
掌握程度: 要求掌握 DNS 的相关知识。
第一章
OSI网络模型
快速记忆：物联网叔会使用
TCP/IP网络模型
两种模型对比
第二章 物理层
信道的极限容量
数据、信号与码元
奈奎斯特定理
香农定理
总结
编码和调制
常用编码方法
编码技术
总结
传输介质
物理层设备
集线器
总结
第三章 链路层
组帧
差错控制
奇偶校验
循环冗余校验
K个信息位，R个校验位，若生成多项式选择得当，且2^R>=K+R+1，则CRC码可纠正1位错。
海明码
流量控制
停止等待协议
后退N帧协议
选择重传协议
信道利用率
信道划分
时分复用
时分复用(Time Division Multiplexing， TDM)
将时间分为等长的“TDM帧”，每个“TDM帧”又分为等长的m个“时隙”将m个时隙分配给m对用户(节点)使用
TDM的缺点:
每个节点最多只能分配到信道总带宽的1/m如果某节点暂不发送数据，会导致被分配的“时隙”闲置，信道利用率低
统计时分复用
在(StatisticTime Division Multiplexing,SIDM)--又称异步时分复用，TDM的基础上动态按序分配时隙
频分复用
频分复用(Frequency Division Multiplexing，FDM)是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，每对用户使用一个子信道进行通信
FDM的优缺点:
优点:各节点可同时发送信号;充分利用了信道带宽(Hz)
缺点:FDM技术只能用于模拟信号的传输
波分复用
即光的频分复用
码分复用
随机访问介质访问控制
ALOHA
纯ALOHA
时隙ALOHA
CSMA协议
1-坚持 CSMA
优点:信道利用率高，信道一旦空闲，就可以被下一个节点使用。
缺点:当多个节点都已准备好数据时，一旦信道空闲会有多个节点同时发送数据，冲突概率大。
非坚持 CSMA
优点:当多个节点都已准备好数据时，如果信道不空闲，则各节点会随机推迟一段时间再尝试监听，从而使各节点“错开”发送数据，降低冲突概率。
缺点:信道刚恢复空闲时，可能不会被立即利用导致信道利用率降低
p-坚持 CSMA
优点:属于1-坚持CSMA、非坚持CSMA的折中方案，降低冲突概率的同时，提升信道利用率
总结
CSMA / CD
冲突随机重传（发送方）
最短帧长
接收方处理
总结
CSMA / CA
随机退避
帧间间隔(InterFrame Gap）
DIFS(分布式协调IFS):最长的帧间间隔
SIFS(短IFS)：最短的帧间间隔。预留SIFS用于处理收到的帧(如完成差错控制等)
信道预约机制
总结
令牌传递协议
局域网
硬件架构
关注三要素（出题点）
拓扑结构
传输介质
介质访问控制方式
有线局域网
以太网/802.3 (Ethernet)
物理层采用曼彻斯特编码
1980年开始商用
同轴电缆以太网（早期）
①总线形
②同轴电缆（可用中继器连接多个同轴电缆网段）
③CSMA/CD协议
祖师爷：10Base5，1982年
80年代后期
90年代初
双绞线以太网
用集线器连接
①物理上星形，逻辑上总线形
②双绞线（用集线器连接）
③CSMA/CD协议
1994年后逐步转向交换机
用交换机连接
①物理上、逻辑上都是星形
②双绞线（用交换机连接）
③CSMA/CD协议 或 NULL
半双工模式下，采用 CSMA/CD 争抢信道
全双工模式下，不用争抢信道，也就不需要使用CSMA/CD协议
祖师爷：10BaseT，1990年
令牌环网 (Token Ring)
①环形
②同轴电缆 或 双绞线
③令牌传递协议
1984-2000
光纤以太网
（用于扩大以太网覆盖范围）
①点对点（用于中继器/集线器/交换机之间的传输，也就是说通常不会直接连接终端节点）
②光纤
③NULL（用两条光纤实现全双工通信）
* 祖师爷：10BaseF，1993年
无线局域网 (WLAN)
特点
覆盖较小的地理范围
较低的时延和误码率
局域网内的各节点之间以“帧”为单位进行传输
支持单播、广播、多播
举例
单播（一对一发送帧）：如 A→B
广播（一对全部发送帧）：如 A→B+C+D+E+F+G
多播（一对部分发送帧）：如 A→B+D+E
WiFi/802.11
①IEEE 802.11 定义为星形 (1个AP+N台移动设备)
②无线 (Wireless)
③CSMA/CA 协议
以太网
物理层标准
MAC层标准
MAC帧
662N4，收发协数验
单播帧与广播帧的传播
注:MAC地址是数据链路层的概念。路由器、交换机都有MAC地址，而集线器没有MAC地址。
总结
VLAN
链路层设备
第四章 网络层
概述
路由转发
路由选择与分层
IPV4
IP数据报格式
版本:IPv4/IPv6?
首部长度:单位是4B，最小为5。
区分服务:指示期望获得哪种类型的服务。
总长度:首部+数据，单位是1B
生存时间(TTL):IP分组的保质期。经过一个路由器-1，变成0则丢弃。
协议:数据部分的协议（TCP：6，UDP：17）
首部检验和:只检验首部。
源IP地址和目的IP地址:32位。
可选字段:0~40B,用来支持排错、测量以及安全等措施。
填充:全0，把首部补成4B的整数倍。
IP数据报分片
标识:同一数据报的分片使用同一标识。
标志:只有2位有意义x_ _
中间位DF(Don'tFragment):
DF=1，禁止分片
DF=0，允许分片
最低位MF(More Fragment)
MF=1，后面“还有分片”
MF=0，代表最后一片/没分片
片偏移:指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8B为单位。除了最后一个分片，每个分片长度一定是8B的整数倍。
IPV4地址
IP地址：{<网络号>,<主机号>}
特殊IP地址
私有IP地址
分类的IP地址
所有类别的网络号要减去一个（全0），A类再减一个（回环测试）
所有类别的主机号要减去两个（全0和全1）
NAT 网络地址转换
网络地址转换NAT(NetworkAddress Translation):在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。
子网划分与子网掩码
子网划分
使用子网时分组的转发
CIDR 无分类编址
IP:{<网络前缀>,<主机号>}
路由聚合
将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合。用于减少路由表项
方法:将网络前缀缩短(所有网络地址取交集)
最长前缀匹配
使用CIDR时，查找路由表可能得到几个匹配结果(跟网络掩码按位相与)，应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体。
**ARP协议
DHCP协议
客户请求报文（源地址为0.0.0.0，目的地址为255.255.255.255）
DHCP响应报文（源地址<DHCP服务器地址>,目的地址为255.255.255.255）
ICMP
差错报文
不应发送差错报文
询问报文
应用
Ping：工作在应用层，发生询问报文
Traceroute：利用时间超过报文
IPV6
数据报格式
与IPV4对比
IPv6地址形式
向IPv4过渡策略
路由协议
RIP协议
距离向量算法
RIP的特点:当网络出现故障时，要经过比较长的时间(例如数分钟)才能将此信息传送到所有的路由器，“慢收敛”
OSPF协议
链路状态路由算法
区域
特点
BGP协议
过程
BGP 所交换的网络可达性的信息就是要到达某个网络所要经过的一系列 AS。当 BGP 发言人互相交换了网络可达性的信息后，各 BGP发言人就根据所采用的策略从收到的路由信息中找出到达各 AS 的较好路由。
特点
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系统序列。
在 BGP刚刚运行时，BGP的邻站是交换整个的 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都有好处。
报文
路由协议比较
IP组播
组播提高了数据传送效率。减少了主干网出现拥塞的可能性。组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自不同的物理网络(如果有组播路由器的支持)。
IP组播地址
硬件组播
IGMP协议
组播路由选择协议
组播路由协议目的是找出以源主机为根节点的组播转发树。
构造树可以避免在路由器之间兜圈子。
对不同的多播组对应于不同的多播转发树;同一个多播组，对不同的源点也会有不同的多播转发树。
组播路由选择协议常使用的三种算法:
基于链路状态的路由选择
基于距离-向量的路由选择
协议无关的组播(稀疏/密集)
移动IP
网络层设备
路由器
路由表根据路由选择算法得出的，主要用途是路由选择，总用软件来实现。
转发表由路由表得来，可以用软件实现，也可以用特殊的硬件来实现。转发表必须包含完成转发功能所必需的信息，在转发表的每一行必须包含从要到达的目的网络到输出端口和某些MAC地址信息的映射。
若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。
设备区别
路由器： 可以互联两个不同网络层协议的网段
网桥： 可以互联两个物理层和链路层不同的网段。
集线器：不能互联两个物理层不同的网段
第五章 传输层
概述
功能
寻址与端口
熟知端口号
21: FTP
22: SSH
23: TELNET
25: SMTP
53: DNS
69: TFTP
HTTP: 80
UDP 协议
UDP 特点
UDP只在IP数据报服务之上增加了很少功能，即复用分用和差错检测功能。
UDP的主要特点:
UDP是无连接的，减少开销和发送数据之前的时延。
UDP使用最大努力交付，即不保证可靠交付。
UDP是面向报文的，适合一次性传输少量数据的网络应用。
UDP无拥塞控制，适合很多实时应用。
应用层给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发一个完整报文。
UDP 首部
UDP 校验和计算
伪首部
**TCP
TCP特点
TCP是面向连接(虚连接)的传输层协议。
每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的。
TCP提供可靠交付的服务，无差错、不丢失、不重复、按序到达。可靠有序，不丢不重
TCP提供全双工通信。
发送缓存 准备发送的数据&已发送但尚未收到确认的数据
接收缓存 按序到达但尚未被接受应用程序读取的数据&不按序到达的数据
TCP面向字节流
TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的字节流。
首部
序号:在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号，本字段表示本报文段所发送数据的第一个字节的序号。
确认号:期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。若确认号为N,则证明到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。
数据偏移(首部长度):TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远，以4B位单位，即1个数值是4B。
控制位：
紧急位URG:URG=1时，标明此报文段中有紧急数据，是高优先级的数据，应尽快传送，不用在缓存里排队，配合紧急指针字段使用。
确认位ACK:ACK=1时确认号有效，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置为1。
推送位PSH:PSH=1时，接收方尽快交付接收应用进程，不再等到缓存填满再向上交付。
复位RST:RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输链接。
同步位SYN:SYN=1时，表明是一个连接请求/连接接受报文。
终止位FIN:FIN=1时，表明此报文段发送方数据已发完，要求释放连接。
窗口:指的是发送本报文段的一方的接收窗口，即现在允许对方发送的数据量。
检验和:检验首部+数据，检验时要加上12B伪首部，第四个字段为6.
紧急指针:URG=1时才有意义，指出本报文段中紧急数据的字节数。
选项:最大报文段长度MSS、窗口扩大、时间戳、选择确认..
填充：保证首部为4字节的整数倍
TCP 连接管理
TCP 三次握手
TCP 连接释放
TCP可靠传输
序号
确认
重传
超时
冗余ack
TCP 流量控制
TCP 拥塞控制
慢开始与拥塞避免
初始时，拥塞窗口置为1，即cwnd=1，慢开始门限置为16，即 ssthresh=16.
慢开始阶段，cwnd 的初值为1，以后发送方每收到一个确认 ACK，cwnd值加1，也即经过每个传输轮次(RTT)，cwnd指数规律增长。当拥塞窗口cwd 增长到慢开始门限ssthresh时(即当cwnd=16时)，就改用拥塞避免算法，cwnd 按线性规律增长。
假定cwnd=24 时网络出现超时，新ssthresh值为12(即变为超时时 cwnd 值的一半),cwnd 重置为1，并执行慢开始算法，当cwnd=12 时，改为执行拥塞避免算法。
快重传与快恢复
当发送方连续收到三个重复的ACK报文时，直接重传对方尚未收到的报文端，而不必等待那个报文段设置的重传计时器超时
当发送方连续收到三个冗余ACK时，把门限变为超时时 cwnd 值的一半并线性增大
第六章 应用层
C/S 模型
P2P
传输内容不再被保存在中心服务器上，每个结点同时具有下载上传功能，权力与义务对等
DNS
域名分级
域名服务器
域名解析过程
*域名高速缓存
FTP
工作原理
匿名登录
TCP可靠传输
在21端口上启动主进程随后在从属进程处理客户请求
电子邮件
结构
SMTP
端口：25
MIME
POP3
工作方式：
下载并保留
下载并删除
IMAP
IMAP协议比POP协议复杂。当用户Pc上的IMAP客户程序打开IMAP服务器的邮箱时，用户可以看到邮箱的首部若用户需要打开某个邮件，该邮件才上传到用户的计算机上。
IMAP可以让用户在不同的地方使用不同的计算机随时上网阅读处理邮件，还允许只读取邮件中的某一个部分(先看正文，有WiFi的时候再下载附件)。
万维网与HTTP
URL
HTTP
HTTP的连接方式：
持久连接
非流水线
流水线
非持久连接
流水线：在一次请求资源时同时请求多个资源
报文结构
