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王道——计算机网络

2023-11-15

第一章

以太网典型网络。协议。网络设备 网络体系结构。

计算机网络 概念

网络包含计算机网络。
计算机网络 ： 分散的具有独立功能的计算机系统，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。

在端系统上安装软件，实现资源共享和信息传递的系统。
计算机网络是 互联的 自治的 计算机集合
互联。互通互联 通信链路。自治： 无主从关系

功能： 1.数据通信 （连通性） 2.资源共享 硬件 软件 数据。 3.分布式处理 多台计算机各自承担同一工作的不同部分 hadoop平台 4.提高可靠性 5. 负载均衡 …
1.计算机网络的组成：硬件。软件。协议 （核心）

2.计算机网络的工作方式 ： 边缘部分 和 核心部分
边缘部分用户之间使用：C/S方式 ， Ｐ2P 方式 核心部分：为边缘部分服务

  1. 功能组成：通信子网： 实现数据通信 资源子网：实现资源共享/数据处理 通信子网 和资源子网 在 OSI 七层模型中的区分 资源子网：实现资源共享功能的设备和软件的集合 应用层 表示层 会话层
    传输层
    通信子网：各种传输介质，通信设备，相应的网络协议组成 网络层（路由器） ，数据链路层（交换机 ，网桥 ）， 物理层 （集线器，中继器）

计算机网络的分类：

  1. 按分布范围分类2.按使用者分类3.按交换技术分类 电路交换，报文交换 ，分组交换4.按拓扑结构分类5.按传输技术进行分类 广播网络 共享公共通信信道 点对点网络 使用分组存储转发和路由选择机制

标准化工作

法定标准 事实标准成文RFC 的四个阶段 RFC request for comments1）因特网 草案 不是RFC文档 2）建议标准 成为RFC 文档3）草案标准 （已取消）4） 因特网标准。 成为标准

国际标准化组织 ISO

性能指标

速率

数据率或成为数据传输率 或 比特率 。连接在计算机网络上的主机在数字通信信道上传送数据位数的速率。

速率的单位： 千 兆 吉 太。 以十的次方进行，存储容量 ： 用二的次方得到。一字节B 等于二的十次方比特b

和速率一起考的概念 ：

带宽带宽

指某个信号具有的频带宽度，即做高频率与最低频率的差，单位是赫兹。计算机网络中，带宽指的是 网络的通信线路传输数据的能力 ，通常指单位时间内从网络某一点到另一点点所通过的最高数据率 ，单位是比特每秒。也可以理解为，网络设备所支持的最高速度。
带宽：单位时间内发送端向链路中发送数据量的变化

吞吐量

表示在单位时间内 通过某个网络，或信道 的数据量，单位 b/s kb/s等 吞吐量收到带宽或网络的额定速率的限制。

时延

指数据（报文，分组，比特流）从网络（或链路）的一端传送到另外一端所需的时间，也叫延迟或迟延，单位是秒 。

时延包括： 发送时延 ，椽笔时延，排队时延，处理时延。
在这里插入图片描述

  • 时延带宽积 ： 以比特位单位的链路长度 。某段链路现在又的比特

时延带宽积= 传播时延 * 带宽

bit = s * b/s

  • 往返时延RTT ： 从发送方发送数据开始， 到发送方到接收方的确认（接受方收到数据后立即发送确认消息），总共经理的时延

    • RTT 越大 ，可以发送的数据越多。
      在这里插入图片描述

    • 利用率

      • 信道利用率
      • 网络利用率
      • 时延和利用率的关系

在这里插入图片描述
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1.2.1 分层结构，协议，接口，服务

分层结构：

在这里插入图片描述

每一层中的活动对象叫做实体，

水平方向两层之间的叫做对等实体，对等实体通过使用协议进行交互。

垂直方面：下层为上层提供服务，上层给下层提供接口。

分层的基本原则

在这里插入图片描述

分层结构

  • 服务是单向的，垂直方向的，只能是上层使用下层的服务。
    在这里插入图片描述

上一层的数据称为SDU，经过使用下一层的服务，加上PCI 得到PDU 。新的PDU 成为下一层的SDU，继续和PCI 生成新的 PDU

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1.2.2 OSI 参考模型 (法定标准)

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OSI 参考模型怎么来的

  • 为了解决计算机网络复杂的大问题-》分层结构（按功能）
  • 目的：支持异构网络的互联互通
  • 理论成果，实际失败

OSI七层

在这里插入图片描述

资源子网：主要进行数据处理。

传输层：通信子网和资源子网的处理接口。

通信子网：主要进行数据通信。

OSI 七层，每一层都完成特定的功能、
在这里插入图片描述

在不同的层上添加相应的信息、

只有在数据链路层中添加了两个部分，首尾都有添加。

在这里插入图片描述

  • 应用层

    • 所有能和用户交互产生网络流量的程序。

  • 表示层

    • 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。
    • 功能一： 数据格式变换
    • 功能二：对数据进行加密和解密
    • 数据压缩和恢复

  • 会话层

    • 向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。这也是会话，也是建立同步、（SYN）

    • 会话之间是彼此独立，互不影响的。

    • 功能一：建立管理终止会话。

    • 二：使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步、适用于传输大文件。

    • 主要协议 ：ADSP ，ASP

    • 协议是为了功能服务的。

  • 传输层

    • 主要负责主机中两个进程的通信，即为端到端的通信，传输单元是报文端或用户数据报。
    • 上边三层是端到端的通信，下边三层是点到点的通信。
    • 功能一: 可靠传输，不可靠传输
      • 可靠传输：当发送端收到接收端返回的确认消息后，才会继续发送，否则重新发送。
      • 不可靠：没有确认机制，不用建立连接。
    • 二：差错控制
      • 对于发生的差错进行控制。
    • 三：流量控制
      • 速度是否匹配的问题。发送速率和接受速率的匹配问题。
    • 四：复用分用
      • 复用：多个应用层进程可以同时使用下面运输层的服务。
      • 分用：运输层把收到的信息可以分别交付给上面应用层中相应的进程。
    • 传输层的协议：TCP、UDP

  • 网络层

    • 主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务，网络层传输单位是数据报。
    • 功能一：路由选择
      • 选择合适的路由节点，选择出合适的路由器
    • 功能二：流量控制
      • 对于发送端发送速度的一个控制。
    • 功能三：差错控制
      • 检验发送端接受的文件是否有误。
    • 功能四：拥塞控制
      • 针对全局宏观方面，整体控制传输速度。
    • 主要协议：IP、IPX等

  • 数据链路层

    • 主要任务是把网络层的数据报 组装成帧
    • 数据链路层/链路层的传输单位是 帧
    • 功能一：成帧
    • 二：差错控制 帧错位错 可以检错也可以纠错
    • 三：流量控制
    • 四：访问（接入）控制：控制对信道的访问

  • 物理层 （傻瓜层）

    • 主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。传输单位是比特
    • 将比特流转换问电信号的形式
    • 透明传输：不管数据是怎么样的比特组合，都可以在链路上进行传送
    • 功能一：定义接口特性
    • 二：定义传输模式：单工，半双工，双工
    • 三：定义传输速率
    • 四：比特同步
    • 五：比特编码
    • 主要协议：Rj45，802.3

TIP/IP 参考模型

应用层——》传输层——》网际层——》网络接口层

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异同点
  • 相同点
    • 都分层
    • 都是基于独立的协议栈的概念
    • 可以实现异构网络的互联
  • 不同点
    • OSI定义三点：服务，协议，接口
    • OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
    • TCP/IP 设计之初就考虑到了异构网的问题，将IP作文重要层次。
    • TCP/IP 在网络层 无连接 之间进行数据传输

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五层参考模型

  • 综合了OSI 和TCP/IP 的优点

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第二章

2.1.1物理层的基本概念

  • 物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上的传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

  • 主要任务：确定月传输媒体接口有关的一些特性。——》定义标准

  • 特性：

    • 在这里插入图片描述

2.1.2数据通信的基础知识

典型的数据通信模型

在这里插入图片描述

数据通信的相关术语

  • 通信的目的是传送消息

  • 数据：传递信息的实体，通常是有意义的符号序列

  • 信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式

    • 数据信号：代表消息的参数的取值是离散的
    • 模拟信号：代表消息的参数的取值是连续的

  • 信源：产生和发送数据的源头

  • 信道：信号的传输媒介。一般用来表示向某个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接受信道。

    • 根据传输信号分为：模拟信道，和数字信道
    • 传输介质分为：无线信道，有限信道

三种基本方式

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两种传输方式

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2.1.3 码元，波特，速率，带宽

  • 码元 ：一个固定时长的信号波形 。（数字脉冲）

  • 在这里插入图片描述

  • 速率： 数据率，数据的传输速率。表示单位时间内传输的数据量，可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

    • 码元传输速率：码元速率，波形速率，调制速率，符号速率等
    • 信息传输速率：信息速率，比特率

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[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CrmaZFv9-1665303157518)(D:\笔记\Typroa_2\计算机网络\计算机网络.assets\image-20220922204557449.png)]

2.1.4 奈氏准则和香农定理

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[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NTROqVoc-1665303157519)(D:\笔记\Typroa_2\计算机网络\计算机网络.assets\image-20220922205045903.png)]

  • 码间串扰： 接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象。

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  • 香农定理

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  • 题目中给的一般是分贝，需要自己根据公式去转化，

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2.1.5 编码与调制

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 数字数据编码为数字信号
    • 非归零编码
    • 归零编码
    • 反向不归零编码
    • 曼彻斯特编码
    • 差分曼彻斯特编码
    • 4B\5B编码

2.2 物理层传输介质

  • 传输介质也称为传输媒体\传输媒介，他就是数据传输系统中在发送设备和接受设备之间的物理通路。

  • 传输媒介并不是物理层

  • 在这里插入图片描述

  • 导向性传输介质–1.双绞线

    • 在这里插入图片描述

  • 同轴电缆

    • [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kryX7Rvi-1665303157521)(D:\笔记\Typroa_2\计算机网络\计算机网络.assets\image-20220922215514030.png)]

  • 光纤 ： 适合远距离传输

    • [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NUlFAbnI-1665303157521)(D:\笔记\Typroa_2\计算机网络\计算机网络.assets\image-20220922215648475.png)]

    • 在这里插入图片描述

      • 多模光纤
      • 单模光纤
        • 在这里插入图片描述

  • 非导向性传输介质

    • 在这里插入图片描述

2.3 物理层设备

中继器
  • 主要功能：再生数字信号
  • 在这里插入图片描述
集线器（多口中继器）

  • 主要功能：再生， 放大信号

  • 如果同时工作会发生冲突。需要分割冲突域

  • 在这里插入图片描述

第三章

3.1 数据链路层功能概述

  • 数据链路层的研究思想
    *在这里插入图片描述

  • 结点： 主机、路由器

  • 链路：网络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线，光纤，和微波，分为有线链路，无线链路。

  • 数据链路层：网络中两个结点的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软甲加到链路上就构成数据链路。

  • 帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报。

  • 数据链路层，负责通过一条链路从一个结点向另外一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报。
    在这里插入图片描述

主要功能

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  • 功能一： 问网络层提供服务，无确认无连接服务，有确认无连接服务，有确认面向连接服务。（有链接一定有确认）
  • 功能二：链路管理，即为连接的建立，维持，释放，（用于面向连接的服务）
  • 功能三： 组帧
  • 四：流量控制
  • 五：差错控制（帧错\位错）

3.2 组帧和透明传输

  • 组装成帧
  • 数据部分有一个最大极限值：称为最大传送单元 MTU
  • 组帧的四种方法：
  • 在这里插入图片描述
透明传输

在这里插入图片描述

组帧方法

  • 字符计数法

    • 帧首部使用一个计数字段，（第一个字节，八位）来表明帧内的字符数
    • 鸡蛋装在一个篮子里，容易出错。
    • 在这里插入图片描述

  • 字符填充法

    • 在这里插入图片描述

    • 在这里插入图片描述

    • 在发送端的时候填充转义字符

    • 在接收端去掉填充的转移字符

  • 零比特填充法

  • 很好的实现了透明传输

  • 保证了透明传输，在传送比特流中可以传送任意比特组合，而不会引起帧边界的判断错误。

  • 在这里插入图片描述

  • 违规编码法

    • 对于违规的时候，实现一种编码
    • 使用违规的编码去标志帧的启示和终止。
    • 在这里插入图片描述

3.3.1 差错控制

  • 传输中的差错是由于噪声引起的

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  • 链路层为网络层提供服务：无确认无连接，有确认无连接，有确认面向连接，

  • 物理层的编码针对的是的单个比特。是传输过程中的同步问题。

  • 数据链路层针对的是一组比特，通过冗余码技术，实现传输过程中判断是否出现了差错。

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检错编码——奇偶校验码

在这里插入图片描述

CRC循环冗余码

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

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3.3.2 纠错编码——海明码

  • 具体情况查看课本 《通信原理》

  • 海明码可以发现双比特错，但是只能纠正单笔特错误

  • 工作原理：动一发而牵全身。
    *在这里插入图片描述

  • 确定校验码的位数 r
    *在这里插入图片描述

  • 确定校验码和数据的位置

  • 在这里插入图片描述

  • 求出校验码的值 异或（同0异1）= 0

  • 检验码相应的位和源码相同的位置相互异或，最终得到0，由此得到检验码。

  • 在这里插入图片描述

  • 检错并且纠错

  • 在这里插入图片描述

3.4.1 流量控制与可靠传输机制

数据链路层的流量控制

  • 较高的发送速度和较低的接受能力不匹配，会造成传输错误，因此流量控制也是数据链路层的一项重要工作。
  • 不仅在链路层有，在传输层也有。
  • 链路层的流量控制是点对点的，传输层的流量控制是端到端的。
  • 传输层的流量控制是在两个主机之间的，链路层是在相邻的两个结点之间的。
  • 数据链路层是流量控制手段，接收方收不下就不回复确认。
  • 传输层流量控制手段：接收端给发送端一个窗口公告。

流量控制方法

  • 停止等待协议（传送效率比较低）特殊的滑动窗口协议。这里的滑动窗口只有一个。
  • 滑动窗口协议（相对高效） 在链路层，窗口的大小在发送过程中是一定的，不改变的。
    • 后退N帧协议（GBN）
    • 选择重传谢谢（SR）
  • 在这里插入图片描述

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-nPlr3yJb-1665303157529)(D:\笔记\Typroa_2\计算机网络\计算机网络.assets\image-20220923133456424.png)]

  • 可靠传输：发送端发什么，接收端接受什么
  • 流量控制：控制发送速率，使接收端有足够的缓冲空间接受每一个帧
  • 滑动窗口解决
    • 流量控制（收不下就不给确认，想发也发不了）
    • 可靠传输（发送方自动重传）

3.4.2 停止-等待协议

  • 停止等待协议之前是被划分到 链路层，

  • 随着技术的发展，链路层抛弃可靠传输，可以划分到 传输层。

  • 只是对象上命名的不同，本质上是一样的、
    在这里插入图片描述

  • 停等协议——无差错情况

  • 在这里插入图片描述

  • 有差错情况

    • 设置一个超时计时器

    • 计时器设计的时间会比 RTT评价往返传播时延要长一些。

    • 在这里插入图片描述

    • 确认帧ACK 丢失

    • 在这里插入图片描述

  • 缺点：简单但是 信道利用率过低。

信道利用率

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3.4.3 后退N帧协议（GBN）

  • 停等协议的弊端

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  • 后退N帧协议中的滑动窗口

  • 在这里插入图片描述

  • GBN 发送方必须响应的三件事

  • 1、 上层的调用

  • 2、收到了一个ACK 使用的是累计确认

  • 3、超时事件

  • 在这里插入图片描述

3.4.4 选择重传协议 SR

  • GBN协议的弊端
  • 累计确认会造成批量重传，解决方法：设置单个确认，同时加大接收的窗口，设置接收缓存，缓存乱序达到的帧

SR 选择重传协议中的滑动窗口

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  • 接受方不强调按序接受，接受到的就返回确认值，没有接受到帧，没有返回帧，就继续接受下一个帧，直达发送方的窗口中都接收到确认帧才能够移动发送方窗口。
  • 在这里插入图片描述
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3.5.3 信道划分介质访问控制

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  • 介质访问控制：采用一定的措施，使得两对节点之间的通信不会发生相互干扰的情况。
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信道划分介质访问控制

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静态划分

  • 频分多路复用 FDM

  • 在这里插入图片描述

  • 时分多路复用

  • 这里说的帧，说的是物理层的帧，和数据链路层的帧不是一回事

  • 在这里插入图片描述

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  • 码分多路复用 （CDMA）

  • 静态划分渠道
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动态分配信道
  • 动态媒体接入控制/多点接入
  • 特点： 信道并非在用户通信时固定分配给用户
  • 随机访问介质访问控制：所有用户可以随机发送信息，发送信息的时候占全部带宽，不协调可能会引起冲突。
  • 通过协议去解决冲突

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ALOHA协议

  • 纯ALOHA协议思想，不监听信道，不按时间槽发送，随机重发，想法就发

  • 在这里插入图片描述

  • 时隙ALOHA协议

  • 在这里插入图片描述

  • 随机发送，想发就发

CMSA 协议

  • 载波监听多路访问协议CSMA

  • 在这里插入图片描述

  • 坚持CSMA

  • 在这里插入图片描述

  • 非坚持CSMA

  • 在这里插入图片描述

  • p-坚持CSMA

  • p坚持是对监听信道空闲的处理 。如果一个主机要发送消息，那么它先监听信道。空闲择以P传输，而不用等待，概率1-p等待到下一个时间槽再传输。

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  • P 是人为设定的一个参数

  • 三种对比

  • 在这里插入图片描述

CMSA/CD协议 （重点）

  • 有线以太网 ， 碰撞检测协议。边发送，边监听。判断是否在传输的过程中发生了冲突。

  • 应用于半双工

  • 在这里插入图片描述

  • 传播时延对载波监听的影响

  • 在这里插入图片描述

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CMSA/CA 协议

  • 无线局域网

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  • 工作原理 ： 发送数据前，先检查信道是否空闲
  • 在这里插入图片描述

CMSA/CA 和CD的区别

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3.5.4 轮询访问介质访问控制

  • 信道划分介质访问控制（MAC）协议

    • 基于多路复用技术划分资源。
    • 网络负载重：共享信道效率高，且公平。
    • 网络负载轻：共享信道效率低。

  • 随机访问MAC协议 （会发送冲突）

    • 用户根据自己的意愿发送信息，发送信息的时候可以独占信道带宽
    • 网络负载重：产生冲突开销
    • 网络负载轻：共享信道效率高，单个结点可利用信道全部带宽。

  • 轮询访问MAC/轮流协议/轮转访问/MAC协议

    • 既不产生冲突，又要发送时占全部带宽。
    • 两类：
      • 轮询协议：主节点轮流 邀请 从属节点发送数据。 每次只有一个主机发送数据。
        • 问题： 1.轮询开销。2、等待延迟。3、单点故障。
      • 令牌传递协议 ：
      • 在这里插入图片描述

  • MAC协议总结：

  • 在这里插入图片描述

3.6.1 局域网基本概念和体系结构

  • 局域网： 简称LAN ，是指在某一区域内，有多台计算机互联成的计算机组，使用的是广播信道。
  • 特点：
  • 在这里插入图片描述

局域网网路拓扑结构

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  • 总线型拓扑结构很好

局域网的传输介质

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局域网介质访问控制方法

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局域网的分类——共五类

  • 以太网和无线局域网是重点，ieee系列的标准规范不同
  • wifi是无线局域网的一种表现形式，

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  • ieee 802标准 80年2月成立的

  • 在这里插入图片描述

  • 重点：

  • 802.3——以太网

  • 802.5——令牌环网

  • 802.8——FDDI 光纤

  • 802.11——无线局域网

MAC子层和LLC子层

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3.6.2 以太网

以太网概述

  • 在这里插入图片描述

  • 无连接不可靠的服务
    * [

  • 以太网传输介质和拓扑结构的发展

  • 在这里插入图片描述

  • 10BASE—T以太网

  • 在这里插入图片描述

  • 适配器与MAC地址

  • MAC地址是全球唯一的

  • 在这里插入图片描述

  • 以太网MAC帧

  • 在这里插入图片描述

  • 高速以太网

无线局域网

  • 802.11 的MAC帧头的格式
  • 在这里插入图片描述
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3.7 广域网

  • 结点交换机只能在单个网络中进行网络交换的
  • 路由器可以在多个网络中进行。
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PPP协议

  • 特点

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  • 只支持全双工链路

  • PPP 满足的要求

  • 简单：对于链路层的帧,无需纠错，无需序号，无需流量控制

  • 组装成帧：帧定界符

  • 透明传输：与帧定界符一样比特组合的数据应该如何处理，异步线路用字节填充，同步线路用比特填充。

  • PPP协议无需满足的要求

    • 纠错
    • 流量控制
    • 序号
    • 不支持多点线路

  • PPP 协议的三个组成部分

    • 在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述
      在这里插入图片描述

HDLC 协议

  • 全双工通信

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  • HDLC的站

  • 主站、从站、复合站

  • 在这里插入图片描述

  • HDLC 的帧格式

  • HDLC帧的类型：

  • 在这里插入图片描述

区别

HDLC 只能实现0比特的填充法

PPP 既可以实现0比特填充法也可以实现字节填充

都可以实现差错检测，但不纠正差错。
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3.8 数据链路层的设备

网桥

  • 两种方法

  • 冲突域太多会产生过多的冲突，影响效率。
    在这里插入图片描述

  • 除了以上两种在物理层扩展以太网的方法 还可以在链路层去扩展以太网

  • 利用网桥或者交换机

  • 网桥的优点

  • 在这里插入图片描述

  • 网桥的分类

  • 透明网桥

  • 透明网桥通过自学习进行记录

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  • 源路由网桥
  • 在这里插入图片描述

多接口网桥——以太网交换机

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交换机的两种交换方式
  • 存储转发式交换机的使用比较多

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

数据链路层总结

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第四章 网络层

4.1.1 网络层功能

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4.1.2 数据交换方式

  • 使用大量路由器的连接，使多种网络终端连接在一起。

  • 为什么要数据交换？

    • 大量的交换设备实现
    • 在这里插入图片描述

  • 数据交换方式

  • 在这里插入图片描述

电路交换

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  • 电路交换：该条线路被独占，完全占有该条路线。
报文交换
  • 报文：源应用发送的信息整体
  • 路径并不固定，随机选择传输路径，在一段时间占用一条线路，其他线路空闲。
  • 需要交换设备的缓冲空间够大
  • 存储转发的思想
  • 在这里插入图片描述
分组交换

  • 思想和报文交换一样，存储和转发但是分组是把大的数据块分割成小的数据块。

  • 减小了交换设备的缓存空间，分组较短，出错的几率也会降低。线路的利用率较高。

  • 在这里插入图片描述

  • 分组交换的时延比报文交换的时延要小

报文交换和分组交换的区别

分组交换是并行转发

报文交换是串行转发
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  • 一般情况下，不考虑在设备上的时间延迟。
    在这里插入图片描述

分组交换包括的方式

  • 数据报方式 虚电路方式

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  • 数据报

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  • 虚电路

  • 在这里插入图片描述

  • 在这里插入图片描述

  • 连接的建立

  • 目的地址

  • 路由选择

  • 适应性和差错控制

4.1.3 数据报 和虚电路

  • 数据报方式为网络层提供无连接服务

  • 虚电路方式为网络层提供连接服务
    在这里插入图片描述

  • 无连接服务

在这里插入图片描述

  • 虚电路
  • 在这里插入图片描述在这里插入图片描述

4.2 路由算法和路由协议

  • 最佳路由：最佳只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已

路由算法：

  • 静态路由算法（非自适应路由算法）管理员手工配置路由信息

    • 简便，可靠，负荷稳定，拓扑变化不大的网路中运行效果好，广泛用于高度安全性的军事网路和较小的商业网路。
    • 路由更新慢，不适用于大型网路
    • 适用于小型网路

  • 动态路由算法 （自适应路由算法）

    • 路由器之间彼此交换信息，按照路由算法优化出路由表项。
    • 路由器更新快，适用于大型网络，及时相应链路费用或者网路拓扑变化
    • 算法复杂，增加网路负担。

  • 动态路由算法

    • 在这里插入图片描述
分层次的路由选择协议
  • 网关协议 也就是 路由器使用协议

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在这里插入图片描述

4.3.1 IP数据报格式

TCP/IP 协议栈

  • IP 协议占主要部分
    在这里插入图片描述

IP数据报格式

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 一字节等于八比特

  • 版本 IPV4/IPV6？

  • 首部长度

  • TCP 是面向连接的服务 6

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  • 首部检验和 ：只检验首部，不检验数据部分

  • 可选字段的范围是0到40字节，用来支持排错，测量以及安全等措施。

  • 填充字段：全 0 把首部补成4B的整数倍 ，补全的结果和首部的长度相互呼应。

IP 数据报分片以及相关字段

  • 最大传输单元，MTU 数据链路层数据帧可以封装数据的上限。

  • 以太网的MTU 是1500字节，具体以题目中为主

  • 在这里插入图片描述

  • 标识：同一数据报的分片使用同一标识

  • 一个原始数据报长度超过链路层的MTU 会发生分片，分成多个片，多个分片使用同一个标识。最后将同一个标识的分片组合起来形成同一个数据报。

  • 只有DF等于0之后，MF的值才会有意义。

  • 片偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的想对位置，以8B为单位。片偏移字段是13位。.

  • 在这里插入图片描述

  • 例题： 要留一部非字节给首部标识，方便区分标识。在分片的过程中尽可能的是分片部分越大越好。

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IP 地址

  • 分类的ip地址

ip地址：全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口。

在这里插入图片描述

  • A B C 为主要类别 ， 可以更好的满足不同用户的不同要求。

  • 特殊的ip地址
    在这里插入图片描述

  • 私有ip地址 只适用于内部网络

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4.3.2 IP 数据报分片

最大传输单元MTU

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IP 数据报格式

  • 如果数据报超过的数据片的MTU 就会发生分片
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  • 首部 随爸妈 看数据报的首部

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4.3.3 IPv4地址

IPV4 地址 也叫做IP地址

目的主机在哪个网络 ，是哪一个主机

每个设备都会有自己的ip地址 ，对于ip 编制都会有一定的规定。

  • IP编制的历史阶段
    • 分类的IP地址
    • 子网的划分
    • 构成超网

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

IP 地址的分类

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特殊IP地址

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私有IP地址

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分类的IP地址

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4.3.4网络地址转换 NAT技术

  • 将私有IP地址转换为

  • 在这里插入图片描述

4.3.5 子网划分和子网掩码

  • 子网划分

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 子网掩码

  • 求网络地址，只需要吧IP地址和子网掩码相 与 即可

在这里插入图片描述

  • 广播地址的主机号是全为1 的
  • 多做子网掩码的习题
    在这里插入图片描述

一、子网掩码是什么

1、子网掩码又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个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。

2、子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。

3、子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

二、如何划分子网

1、首先要熟记2 的幂:2 的0 次方到9 次方的值分别为:1,2,4,8,16,32,64,128,256和512。还有要明白的是:子网划分是借助于取走主机位,把这个取走的部分作为子网位。因此这个意味划分越多的子网,主机将越少。

​ 2、子网掩码用于辨别IP 地址中哪部分为网络地址,哪部分为主机地址,由1 和0 组成,长32 位,全为1 的位代表网络号.不是所有的网络都需要子网,因此就引入1 个概念:默认子网掩码(default subnet mask).A 类IP 地址的默认子网掩码为255.0.0.0;B 类的为255.255.0.0;C 类的为255.255.255.0。

​ 3、CIDR 叫做无类域间路由，ISP 常用这样的方法给客户分配地址，ISP 提供给客户1 个块(block size)，类似这样：192.168.10.32/28，这排数字告诉你你的子网掩码是多少，/28 代表多少位为1，最大/32。但是你必须知道的一点是：不管是A类还是B类还是其他类地址，最大可用的只能为/30，即保留2 位给主机位。

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4.3.6 无分类编址CIDR（构成超网）

  • 在这里插入图片描述

  • 根据 CIDR 编码分析地址 /num 中的 num 表示前num不变， 然后剩下的最小全是0 ，最大的全是1 得到 最小地址和最大地址

  • 构成超网 ： 将多个子网构成一个较大的子网，叫做构成超网，或者叫做路由聚合

  • 方法：将网络网络前缀缩短。

    • 将十进制转化为二进制 ，然后根据CIDR的位数，将网络1 和网络2 进行合并。合成一个网络。

  • 在这里插入图片描述

  • 最长前缀匹配
    在这里插入图片描述

  • 子网分配的地址减去全零和全一 ， 需要减去2

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4.3.7 ARP 协议

  • 发送数据的过程

  • 与相同网络下的主机传输信息。
    在这里插入图片描述

  • 与不同网络下主机传输数据

  • 发现不在同一网络下，一号主机可以选择 2号 3 号 和路由器 的mac 地址 。2 和3 都不相同，所以就选择路由器mac6 ，进行选择。路由器相应请求，并将映射反馈给mac1 。再往后不断的去选择，经过路由器后，经历数据的封装和解封装，解封到网络层，在重新封装。并且更改 发送mac地址 和 接受的 mac 地址。知道寻找到真正的目的 mac 地址。其中使用的都是 ARP 协议。
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  • ARP 协议

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ARP 广播请求分组 ，和 单播请求分组 不断的去寻找地址。

介于：链路层和网络层中间的协议
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4.3.8 DHCP 协议

  • 主机如何获得 ip 地址
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

4.3.9 ICMP 协议

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ICMP 差错报告报文 （五种）

在这里插入图片描述

  • 网络层传输的数据部分
    在这里插入图片描述
不应该发送ICMP 差错报文的情况

组播是有选择性的， 部分结点，选择结点 。

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ICMP 询问报文

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ICMP 的具体应用

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4.4 IPV6

  • IPV6 数据报格式

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 有三个扩展首部
IPV4 和IPV6 的区别

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  • IPV6 表示形式

  • 在这里插入图片描述

  • 基本地址类型

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  • IPV6 向 IPV4 协议过渡

  • 两种方法 双栈协议， 和 隧道协议

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总结

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4.5 RIP 协议与距离向量算法

在这里插入图片描述

RIP 协议

在这里插入图片描述

  • 和谁交换， 多久交换一次， 交换什么、

在这里插入图片描述

路由表怎么更新 （距离向量算法）

在这里插入图片描述

例题

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-IRsl4mrz-1665303157584)(计算机网络.assets/image-20221004201924186.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TRem1yMl-1665303157585)(计算机网络.assets/image-20221004202644965.png)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-zc51ZqXS-1665303157585)(计算机网络.assets/image-20221004202844583.png)]

RIP 协议特点

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Jt3X1xsu-1665303157585)(计算机网络.assets/image-20221004203216880.png)]

​

4.5.2 OSPF 协议与链路状态算法

  • 其他作为了解，了解即可 。
  • 基本只考察重点

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-dosW3wnq-1665303157585)(计算机网络.assets/image-20221004204005626.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HSRiFZXQ-1665303157586)(计算机网络.assets/image-20221004204437398.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mnEdww3q-1665303157586)(计算机网络.assets/image-20221004204501727.png)]

OSPF 分组

  • 直接使用ip 数据报进行分组

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0fdJKVod-1665303157586)(计算机网络.assets/image-20221004204953803.png)]

OSPF 其他特点

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jmK5Gifw-1665303157587)(计算机网络.assets/image-20221004205200157.png)]

4.5.3 BGP 协议

  • BGP 协议 外部网关协议

  • 和谁交换， 交换什么， 多久交换

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-b5pNaC1a-1665303157587)(计算机网络.assets/image-20221004205506818.png)]

BGP交换信息的过程

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-avoYkkLB-1665303157587)(计算机网络.assets/image-20221004205755745.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qNH15dI1-1665303157588)(计算机网络.assets/image-20221004205920408.png)]

BGP 协议报文格式

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-G8Dgc26L-1665303157588)(计算机网络.assets/image-20221004205940890.png)]

BGP 协议的特点

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mhWkE0yC-1665303157588)(计算机网络.assets/image-20221004210102625.png)]

BGP-4 的四种报文

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-quiEMQyu-1665303157588)(计算机网络.assets/image-20221004210324114.png)]

三种路由协议比较
  • RIP 协议考察距离向量的算法
  • 三个协议路由选择算法的区分， 使用的报文种类

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0TMUhw0c-1665303157589)(计算机网络.assets/image-20221004210548597.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OrXS2ZlA-1665303157589)(计算机网络.assets/image-20221004210555163.png)]

4.6 IP 组播

IP 数据报在网络中传输的三种方式： 单薄，广播，组播（多播）

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Oqq2lxyj-1665303157589)(计算机网络.assets/image-20221004211210792.png)]

  • 单播

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4fNITNCD-1665303157591)(计算机网络.assets/image-20221004211346344.png)]

  • 多播

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fMDmIel5-1665303157591)(计算机网络.assets/image-20221004211714365.png)]

IP 组播地址

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1fvRY5wo-1665303157592)(计算机网络.assets/image-20221004213041877.png)]

硬件组播

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tZPSnPo3-1665303157592)(计算机网络.assets/image-20221004213942596.png)]

IGMP 协议与组播路由选择协议

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HMkvEKSo-1665303157593)(计算机网络.assets/image-20221004214104754.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-fjhCgXYq-1665303157594)(计算机网络.assets/image-20221004214301684.png)]
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gbI17ugO-1665303157594)(计算机网络.assets/image-20221004214453358.png)]

IGMP 工作的两个阶段

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-3dgbh3EW-1665303157595)(计算机网络.assets/image-20221004214714295.png)]

组播路由选择协议

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-g9tuWXvM-1665303157595)(计算机网络.assets/image-20221004214832373.png)]

常使用的三种算法

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-KH4Lf7xO-1665303157596)(计算机网络.assets/image-20221004214940119.png)]

4.7 移动IP

移动IP相关术语

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1CJWnfot-1665303157596)(计算机网络.assets/image-20221005151610210.png)]

移动IP通信过程

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-l16vviIu-1665303157596)(计算机网络.assets/image-20221005152339980.png)]

4.8 网络层设备

路由器

  • 路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ghUswFva-1665303157597)(计算机网络.assets/image-20221005152807874.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-E9tENBwK-1665303157597)(计算机网络.assets/image-20221005153044411.png)]
在这里插入图片描述

三种设备的区别

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-pgCkRnIS-1665303157598)(计算机网络.assets/image-20221005153401505.png)]

路由表与路由转发

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-IjvCIent-1665303157598)(计算机网络.assets/image-20221005153649145.png)]

第五章 传输层

5.1 传输层概述

  • 只有主机才有的层次，端系统，两个主机之间才有的传输层 ， 中间的设备最多只能到传输层。

  • 传输层为应用层提供服务，同时使用网络层提供的服务。

  • 传输层的功能：

    • 在这里插入图片描述

传输层的两个协议

TCP 和UDP

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ey7MtWEm-1665303157602)(计算机网络.assets/image-20221006164753452.png)]

传输层的寻址与端口

  • 复用和分用
  • 在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

5.2 UDP 协议

用户数据报协议UDP概述

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

  • UDP首部格式
    在这里插入图片描述

  • UDP 校验
    在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

5.3 TCP 协议

5.3.1 TCP 协议的特点

TCP 协议的特点

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-D5JdakZq-1665303157605)(计算机网络.assets/image-20221006174643208.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OYIIIjAE-1665303157605)(计算机网络.assets/image-20221006210242997.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-RbyZXoaZ-1665303157606)(计算机网络.assets/image-20221006201612748.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UOlskx0g-1665303157606)(计算机网络.assets/image-20221006202302356.png)]

5.3.2 TCP连接管理

  • 全双工通信
  • 三次握手
    在这里插入图片描述
连接的建立

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-CWGfq2o4-1665303157607)(计算机网络.assets/image-20221006214134395.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-IKUCG8Kh-1665303157607)(计算机网络.assets/image-20221006214427964.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-v8L7HRyp-1665303157607)(计算机网络.assets/image-20221006214457621.png)]

TCP 连接释放

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-W4rjoS2l-1665303157607)(计算机网络.assets/image-20221006215139630.png)]

5.3.3 TCP可靠传输

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-X0BkGKiT-1665303157608)(计算机网络.assets/image-20221008162103762.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5jmSTgbE-1665303157608)(计算机网络.assets/image-20221008162725706.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZjOhtUbE-1665303157608)(计算机网络.assets/image-20221008164650062.png)]

5.3.4 TCP流量控制

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-EGU19alC-1665303157609)(计算机网络.assets/image-20221008170425502.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-oPh6CQM8-1665303157609)(计算机网络.assets/image-20221008171601340.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DEoL05p8-1665303157610)(计算机网络.assets/image-20221008171909735.png)]

5.3.5 TCP 拥塞控制

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Hhs8IkLf-1665303157610)(计算机网络.assets/image-20221008172852885.png)]

  • 慢开始 拥塞避免
  • 快重传 快恢复

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Rchc8IBV-1665303157611)(计算机网络.assets/image-20221008191914048.png)]

  • 了解过程即可

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-J7xizB7Y-1665303157611)(计算机网络.assets/image-20221008213459033.png)]

  • 快重传和快恢复

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gCXpX447-1665303157612)(计算机网络.assets/image-20221008214108788.png)]

  • TCP reno 是重点

传输层

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hW3Wb4Uz-1665303157612)(计算机网络.assets/image-20221008214912229.png)]

第六章 应用层

6.1 网络应用层模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xIrrYQ7p-1665303157612)(计算机网络.assets/image-20221008215933486.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hnrsNEFT-1665303157613)(计算机网络.assets/image-20221008215958213.png)]

客户服务器模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4oMC5l1W-1665303157613)(计算机网络.assets/image-20221008220722273.png)]

P2P模型

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hrb1QUue-1665303157613)(计算机网络.assets/image-20221008221053027.png)]

6.2 DNS 域名解析系统

  • DNS 服务器， 将域名解析为ip地址

域名

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tJ5dpLW5-1665303157614)(计算机网络.assets/image-20221008222237983.png)]

域名服务器

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-BnR0iA3Z-1665303157614)(计算机网络.assets/image-20221008223628572.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Hic2rhYV-1665303157614)(计算机网络.assets/image-20221008224610131.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mzsVSsQE-1665303157614)(计算机网络.assets/image-20221008224617884.png)]

6.3 文件传输协议 FTP

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  • FTP 的控制信息与传输信息是分开的
  • 传输模式有两种，主动和被动

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6.4 电子邮件

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SMTP 协议

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邮局协议 POP3
  • 只存在在接收方读取邮件交给接收方
  • 建立在tcp连接之上

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IMAP 协议

比pop协议复杂

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基于万维网的电子邮件

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NgRkqMFc-1665303157618)(计算机网络.assets/image-20221009145352237.png)]

6.5 万维网和HTTP协议

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超文本传输HTTP协议

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-INHGGrda-1665303157619)(计算机网络.assets/image-20221009150156473.png)]

  • 如何上网，以及服务器如果怎么把文档传送给浏览器
HTTP协议的特点
  • HTTP协议无状态

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HTTP 协议的报文结构

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