概述
- 网络是指:电信网络,有线电视网络和计算机网络
- 互联网发展的三个阶段:1.arpanet 阶段 三级结构:主干网,地区网,校园网 3.多层次 lsp
- 网络是由若干结点和和连接这些节点的链路组成
- 互连网是通过路由器把网络连接起来
- 互联网的特点 :连通性和共享
- 互联网的组成:边缘部分 由连接在互联网上的主机组成 通信和资源共享 核心部分,由大量网络和连接这些网络的路由器组成 连通性和交换
- 两种通信方式 客户端服务器 都是进程之间的关系
- 对等方式 p2p
- 路由器 分组交换 存储转发
- 常见的交换技术:电路,分组,报文
- 网络作用范围分类:个人区域网 10m 局域网 1000m 城域网 广域网
- 性能指标:速率,带宽,吞吐量,时延 发送时延,传播时延,排队时延,处理时延 ,时延带宽积,往返时间,利用率 空闲时延比上当前时延等于 1-利用率
- 高速链路上 或者是高带宽链路上,并不会减少传播时延,高速是指数据率发送的速度
- 各层分开易实现维护,但是会有额外支出
- tcpip 中的网络接口层对应如今的物理层和数据链路层
- 下三层是通信子网
- 物理层比特流 并不是传输介质 机械特性 电气特性 功能特性 过程特性 数据链路层 相邻两个节点间数据帧 封装成帧 透明传输 差错检验 网络层 ip 无连接尽最大努力交付 数据报 传输层 进程之间提供数据交互 复用和分用报文段 应用层报文
- osi 讲对等层次之间传送的叫做协议数据单元 pdu
- 本层为上层提供服务,使用下层的服务,但无法看懂下层协议,所以是透明的
- 协议是水平的 对等实体通信
- 服务是垂直的
- 层与层之间进行交换的数据是服务数据单元 sdu
物理层
- 如何在连接计算机的媒介上传输比特流,屏蔽不同传输媒体之间的差异
- 机械特性 传输媒介的形状
- 过程特性 不同功能发生的顺序
- 功能特性 电压代表什么含义
- 电气特性 电压的范围
- 模拟信号是连续的 数字信号是离散的
- 有几种状态,就是有几进制,那么信息量就是 log
- 波特率 就是每秒的码元数目
- 比特率 每秒的比特数目 波特率✖️log
- 信道 物理链路上通过物理层协议建立起来的数据传输通道 分为模拟信道 传送模拟信号 数字信道 传送数字信号
- 通信方式:单工通信,半双工通信,全双工通信
- 基带信号 直接表达传递的信息的信号 带通信号基带信号经过载波调试后,仅在一段频率范围内可以通过信道
- 基带调制 仅对波形进行变换,调试完之后依然是基带信号,称为编码 曼彻斯特编码 中间跳变
- 带通调试 调幅,调频,调相
- 限制码元在信道上传输 信噪比 信道能够通过的频率范围
- 奈氏:无噪声,低通条件下 带宽为 w 那么,传码速率最高为 2w 波特
- 信噪比等于 10log10(s/n)
- 香农最大信息传输数据为 wlog2(s/n+1)
- 带宽或信噪比越大,信息的极限传输速率便越高
- 传输媒体:导引型和非导引型
- 双绞线 局域网 绞合 模拟信号放大器 数字信号中继器
数据链路层
- 点对点信道和广播信道
- 链路:从一个结点到相邻结点的一段物理线路,中间没有其他的结点
- 数据链路:链路➕实现这些链路的硬件和软件
- 封装成帧:前后添加首部和尾部,进行帧定界
- 透明传输:帧中出现了首部或者尾部
- 解决透明传输:字节填充(在前面加一个转义字符)或者是字符填充
- 差错检测:传输过程中可能会出现比特差错:0变1,1变0
- 解决差错:CRC循环冗余检验,n位的冗余码,n+1位的除数,在原先的数据后面添加n个0,然后按照除法的形式,进行异或运算,将最终得到的余数,添加到原先的数据后面。
- 冗余码又称帧检验序列FCS,CRC是一种常见的检错方法,FCS不止可以从CRC方法得出
- 发送端FCS的生成和接收端CRC检验都是通过硬件形成的
- CRC差错检验技术只能做到无差错接受。数据链路层并不能向网络层做到“可靠传输”,必须加上确认和重传的机制(传输层)
- 传输差错有两大类:
- 比特差错,CRC可以做到无比特差错的传输
- 帧丢失,重复,失序
- 全世界使用最多的数据链路层协议(点对点协议PPP)
- 链路控制协议LCP,建立连接
- 网络控制协议NCP,协商协议
- PPP协议在异步传输时,使用字节填充
- 信息字段0x7e转换为0x7d 0x5e
- 0x7d 转换为 0x7d 0x5d
- 出现数值小于0x20的字符 比如0x03 修改为 0x7d 0x23(➕)
- 同步传输,零比特传输:5个连续1,加入一个0
- 初始化过程:物理连接建立后,个人电脑向Isp发送链路控制协议LCP分组,然后网络控制协议NCP进行网络层配置,分配一个临时ip地址,最后ncp释放网络层连接,lcp释放数据链路层连接,最后释放物理层连接
- 局域网的拓扑:星形网,总线网,环形网
- 网卡工作在数据链路层,主要完成物理层和数据链路层的功能
- 以太网的两种措施
- 采用无连接的工作方式,不用建立连接便可以发送数据,对发送的数据帧不进行编号,也不用发挥确认
- 以太网发送的数据都是 曼彻斯特编码,缺点是,所占据的频带宽度,比原始的基带信号增大了一倍
- CSMA/CD协议的要点:多点接入,载波监听,碰撞检测 半双工通信
- 最多2t时间便可以知道是否发生了碰撞,争用期,碰撞窗口
- 阶段二进制指数退避算法:2t*(从1到2的n次方减1中的任意一个),n是指第n次重传,发生了4次冲突,也就意味着将要进行第4次重传
- 最短有效帧长是指争用期时间(碰撞窗口,2t)*数据帧的发送速度;最大有效帧长由最大传送单元MTU所限制
- 当发送数据的站发现碰撞:立即停止发送,并发送若干(32,48)比特的人为干扰信号,让所有用户知道发生了碰撞(强化碰撞)
- 帧间最小间隔9.6us 当站检测到总线空闲,还要等待9.6us,以便刚收到数据的站做好准备
- 先听后发,边听边发,冲突停止,延迟(二进制指数退避算法)重发
- 集线器,星形拓扑,工作在物理层,逻辑上仍是一个总线网
- 发送一帧的时间为:t(发送时间)加上τ(在链路上的单程传送时间) 发送时间t/(t➕τ)=极限信道利用率
- 硬件地址,物理地址 MAC 地址 48位 前24为由管理机构向厂家分配,后24位由厂家指派,地址固话在rom中
- 地址的第一字节的最低位为i/g,当i/g为0,单站地址;为1,组地址(用作多播)
- 第一字节的最低第2位为g/l 为0全球管理 为1本地管理
- 最常见的MAC帧是以太网V2的格式
- 8个字节最开始,6个字节目的 6个字节源地址
- 不需要帧结束符,不需要使用字节插入保证透明传输,有效的mac帧长为64-1518字节
- 在物理层使用光纤和集线器扩展以太网,在数据链路层使用网桥,交换机拓展以太网
- 以太网交换机工作在全双工模式,并且每个用户可以独占带宽,而不需要共享,如果带宽为10,那么正常是10/n,而交换机是10*n
- 以太网交换机使用生成树协议来消除回路现象
- 虚拟局域网避免了广播风暴,在原有的以太网帧的源地址后加入了4个字节的vlan标记,该技术由交换机实现,主机发送到交换机的帧都是标准的以太帧
- 速率达到或超过100的以太网是高速以太网 100base-t又叫做快速以太网 全双工 不使用csma/cd
- 1g吉比特以太网 全双工和半双工 10吉比特 光纤 全双工 端到端的以太网传输
网络层:
- 网络层的主要任务是多个网络如何通过路由器实现网络互联,如何实现数据包在各网络层之间的传输
- 面向连接的通信方式:建立虚电路,一个结点发送的所有分组都沿着同一条虚电路传送
- 网络层向上提供无连接的尽最大努力的数据报服务,每一个分组独立发送,与前后的分组无关,不提供服务质量的承诺
- 网络层可以抽象为数据层面(转发层面)和控制层面
- 当中继系统是转发器或者是网桥时,一般不叫做网络互联,因为此时依然是一个网络
- Ip地址:32位的点分十进制
- Ip地址是标志一个主机和一条链路的接口,所以当一个主机连接到两个网络,就要由两个ip地址,路由器至少有两个ip地址
- Ip地址只在网络层及以上使用,mac帧可在链路层及以下层次使用
- Ip地址—物理地址:每一个主机设有一个arp高速缓存,存放所在局域网中各主机和路由器的ip地址与硬件地址的映射
- Ip数据报的格式:首部+数据
- 首部前一部分固定长度20字节,后面由长度可变的可选字节,ip地址首部的最大长度为60个字节,数据报的最大长度为65535个字节,标志位只有前两位有意义,最低位mf为1,表示后面还有分片,为0,表示最后一个分片,当DF为0才允许分片;片偏移以8个字节为偏移单位,所以求片偏移要除以8,并且保证可以除尽
- Ip地址的三个阶段
- 分类的ip地址
- 网络号+主机号
- A类:1-126 B:128.1-191.255 C:192.0.1-223.255.255 D一般用做多播地址
- 在指派主机号时,要扣除全0和全1
- 两个路由器直接相连的接口处,可指明也可以不指明ip地址
- 子网的划分
- 在主机号部分再次划分,增加子网号字段
- 从ip数据报的首部并不能判断子网—子网掩码,ip与掩码相与可得网络地址
- 不同的子网掩码可以得到相同的网络地址,但是掩码的作用是不一样的(不同的子网划分)
- 构成超网
- 无分类编码CIDR,使用网络前缀代替分类地址中的网络号和子网号,
- Cidr将网络前缀都相同的连续的ip地址组成cidr地址块
- 全0,1的主机号一般不用,但是最小地址要包含0和1
- 地址掩码和,网络前缀的值,为1的数量
- 在书写时,可以把地位连续的0省略,比如10.0.0.0/10---10/10
- 路由聚合也称构成超网
- 最长路由匹配:当匹配到多个相同的网络地址时,选择网络前缀最长的那一个
- 分类的ip地址
- ICMP网际控制报文
- 差错报告报文
- 3:终点不可达
- 11:时间超过
- 12:参数问题
- 5:改变路由
- 询问报文
- 8/0:会送请求或回答
- 13/14:时间戳请求或回答
- 差错报告报文
- RIP是一种基于 距离向量的路由选择协议 直接连接的距离定义为1 距离也叫跳数 当距离大于16时便相当于不可达
rip选择路由器更少的路由,哪怕还有一个高速单距离长的路由
仅和相邻路由器交换信息
交换自己当前所知道的所有信息问题:当网络出现问题,要经过较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器
好消息传播的快,坏消息传播的慢 - 虚拟专用网VPN
- 部门Ab之间内部网络构成的vpn叫做内联网,与外部构成的叫外联网
- 使用端口号的叫做napt,不用的就叫nat
运输层
- 运输层是进程之间的通信,应用层和运输层是用户功能中的最底层
- 运输层 复用:发送方不同的应用进程可以使用同一个运输层协议传送数据
分用:接收方运输层在剥去报文的首部后能把这些数据正确交付目的应用进程 - Ip协议的作用范围是提供主机之间的逻辑通信,tcp和udp的作用范围是进程之间的逻辑通信
面向连接的tcp发送tcp报文段
和无连接的udp发送udp报文和用户数据报 - 运输层使用协议端口号/端口,端口只有本地意义,不同的计算机之间没有关联,一共16位
0-65536 服务器端使用的端口号:0-49151,0-1023 系统端口号 客户端使用的49152-65535 - 软件端口和硬件端口(路由器,交换机)
- Udp:无连接,尽最大努力交付,面向报文,没有拥塞控制,首部开销更小,只有8个字节,支持一对一,一对多,多对多
- Udp对应用程序交下来的报文,不拆分,不合并,保留报文边界,伪首部仅仅是用来计算检验和,不是报文的一部分,不会被发送
- Tcp可靠的,端到端的,面向连接的字节流通信,只能是点对点(一对一),可靠交付,全双工,面向字节流,tcp连接的端点叫做套接字(socket)或插口
- 路由器中输入输出队列产生溢出,是造成分组丢失的重要原因