计网期末速通笔记

Wed Jan 08 2025

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计网笔记
1. 绪论
  1. 网络拓扑
    1. 网状
    2. 星形
    3. 总线
    4. 环状
  2. 数据通信系统组成
    1. 报文
    2. 接收方
    3. 发送方
    4. 传输介质
    5. 协议
  3. 协议
    1. 语法
    2. 语义
    3. 时序
2. 网络模型
  1. 层次划分
    1. OSI 模型
    2. TCP/IP 模型
  2. 主要功能
  3. 封装和解封装
  4. 每一层次负责处理的协议数据单元
  5. TCP/IP 四层寻址
3. 数据与信号
  1. 奈奎斯特准则
  2. 香农容量定理
4. 数字传输
  1. 基线偏移
  2. 线路编码方案的技术参数
  3. 编码方案
    1. 单极性
    2. 极性
    3. 归零
    4. 双相
    5. 双极性
5. 模拟传输
  1. QAM
6. 带宽利用
  1. FDM带宽计算
  2. TDM
7. 传输介质
  1. 双绞线
  2. 同轴电缆
  3. 光纤
8. 交换
  1. 电路交换
    1. 物理层
    2. 预留资源
  2. 数据报交换
    1. 网络层
    2. 分组交换
    3. 无连接
  3. 虚电路
    1. 数据链路层
9. 检错和纠错
  1. 奇偶校验码
  2. 汉明码
    1. 检测s个错误
      1. 最小汉明距离：s+1
    2. 纠正s个错误
      1. 最小汉明距离：2s+1
  3. CRC
  4. 校验和
10. 数据链路控制
  1. 成帧
  2. 流量控制
  3. 差错控制
    1. 停止等待ARQ
      1. 发送窗口：1
      2. 接收窗口：1
    2. 回退N帧ARQ
      1. 发送窗口：N <= 2^m
      2. 接收窗口：1
    3. 选择重发ARQ
      1. 发送窗口：N<=2^{m-1}
      2. 接收窗口：N
11. 多路访问
  1. Pure AlOHA
    1. 任何时候发送
    2. 冲突后等待随机时长
    3. 脆弱时间：2*T_fr
    4. 吞吐量：G*e^{-2G} -> 0.184
  2. Slotted ALOHA
    1. 在时隙开始时发送
    2. 冲突后等待若干时隙
    3. 脆弱时间：T_fr
    4. 吞吐量：G*e^{-G} -> 0.368
  3. CSMA
    1. 脆弱时间：T_p
    2. 持续方式
      1. 1-持续
      2. 非持续
      3. p-持续
    3. CSMA/CD
      1. 最小帧长：T_fr>=2*T_p
      2. 应用：以太网
    4. CSMA/CA
      1. 应用：无线网络
12. 有线局域网
  1. 802.3
    1. LLC
    2. MAC帧格式
      1. 物理层头（8 bytes）
      2. 目的地址、源地址（6+6 bytes）
      3. 长度或类型（2 bytes）
      4. 数据和填充
      5. CRC32 （4bytes）
    3. 最小帧长：64 bytes
    4. 最大帧长：1518 bytes
    5. 寻址
      1. 单播：addr & (1<<47) == 0
      2. 多播：addr & (1<<47) == 1
      3. 广播：addr == 0xffff_ffff_ff
  2. 物理层
    1. 标准以太网
      1. 10Base5
        
        10 Mbps
        
        基带传输
        
        500 m
        
        粗同轴电缆
      2. 10Base2
        
        细同轴电缆
      3. 10Base-T
        
        双绞线
        
        100 m
        
        全双工
      4. 10Base-F
        
        光纤
        
        2000 m
      5. 线路编码：曼彻斯特编码
      6. 拓扑：总线&星形
    2. 快速以太网
    3. 千兆以太网
  3. 冲突域
    1. 网桥
      1. 分割冲突域
    2. 交换机
      1. 无冲突
13. 连接局域网
  1. 连接设备
    1. 物理层以下
      1. 无源集线器
    2. 物理层
      1. 中继器
      2. 有源集线器
    3. 物理层+数据链路层
      1. 网桥
        
        透明网桥（自动建立转发表）
        
        生成树
      2. L2 交换机
    4. 物理层+数据链路层+网络层
      1. 路由器
      2. L3 交换机
    5. 所有层
      1. 网关
  2. 虚拟局域网
    1. 隔离广播域
    2. 划分
      1. 端口
      2. MAC 地址
      3. IP 地址
      4. 多播地址
14. 逻辑寻址
  1. IPv4 地址
    1. 掩码、子网、超网
    2. 五类地址
      1. A 类
        
        0.0.0.0/1
        
        CIDR：/8
      2. B 类
        
        128.0.0.0/2
        
        CIDR：/16
      3. C类
        
        192.0.0.0/3
        
        CIDR：/24
      4. D类
        
        224.0.0.0/4
        
        多播地址
      5. E类
        
        240.0.0/4
        
        保留地址
    3. 子网划分
  2. NAT
  3. IPv6 地址
15. IP 地址
  1. IPv4
    1. 尽力传输
      1. 仅头部差错检测
      2. 无流量控制
    2. 头部 20-60 bytes
      1. 版本 4 bits
      2. 头部长度 4 bits
        
        实际长度：HLEN * 4 bytes
      3. 服务 8 bits
      4. 总长 16 bits
        
        按字节计
      5. 标识 16 bits
      6. 标记 3 bits
        
        第一位：保留
        
        第二位：不分段
        
        1：超过 MTU 则丢弃，返回 ICMP 错误
        
        第三位：多个分段
        
        0：最后一个分段
        
        1：还有其他分段
      7. 分段偏移 13 bits
        
        按8字节计
      8. TTL 8 bits
      9. 协议 8 bits
      10. 头部校验和 16 bits
      11. 源地址 32 bits
      12. 目的地址 32bits
      13. 选项
    3. 分段
      1. MTU
      2. 源主机、路由器（仅 IPv4）分段
      3. 目的主机重组
    4. 选项
      1. 无操作
      2. 选项结束
      3. 严格源路由
      4. 松散源路由
      5. 时间戳
  2. IPv6
    1. 头部 40 bytes
      1. 版本 4 bits
      2. 优先级 4 bits
      3. 流标号 24 bits
      4. 有效载荷长度 16 bits
      5. 下一个头部 8 bits
      6. 跳数限制 8 bits
      7. 源地址 128 bits
      8. 目的地址 128 bits
    2. 拓展头部
  3. IPv4 到 IPv6 的过渡
    1. 双协议栈
    2. 隧道技术
    3. 头部转换
16. 地址映射、差错和多播
  1. ARP
    1. 逻辑地址到物理地址映射
    2. 四种操作
      1. ARP 请求
      2. ARP 响应
      3. 免费 ARP
      4. 反向 ARP
    3. 分组格式
      1. 硬件类型 16 bits
      2. 协议类型 16 bits
      3. 硬件长度 8 bits
      4. 协议长度 8 bits
      5. 操作 16 bits
      6. 发送方硬件地址
      7. 发送方协议地址
      8. 目标硬件地址
      9. 目标协议地址
    4. 层次
      1. 封装在数据链路层
      2. 工作在网络层
  2. DHCP
    1. 工作流程
      1. 客户端广播 Discovery 发现
      2. 服务器广播或单播Offer 提供
      3. 客户端选择 Offer，广播 Request 请求
      4. 服务器单播 Ack 确认
    2. 工作层次
      1. 基于 UDP，应用层
  3. ICMP
    1. 报文格式
      1. 类型 8 bits
      2. 代码 8 bits
      3. 校验和 16 bits
      4. 头部其他部分
    2. 差错报告
      1. 目的端不可达 3
      2. 源端抑制 4
      3. 时间超时 11
      4. 参数问题 12
      5. 重定向 5
    3. 查询
      1. 回送请求 8 和回答 0
      2. 时间戳请求 13 和回答 14
      3. 地址掩码请求 17 和回答 18
      4. 路由器询问 10 和通告 9
  4. 层次
    1. 封装在IP协议里
    2. 工作在网络层
17. 传递转发和路由选择
  1. 传递
    1. 直接传递
    2. 间接传递
  2. 转发
    1. 转发技术
      1. 下一跳方法
      2. 特定网络方法
      3. 默认方法
    2. 转发过程
      1. 地址聚合
      2. 最长掩码匹配
    3. 路由表
      1. 掩码网络地址下一跳接口
      2. 静态动态
  3. 单播路由选择协议
    1. 自治系统
      1. 域内路由选择
        
        RIP 协议
        
        距离向量路由选择
        
        路由表
        
        去往代价下一节点
        
        初始化
        
        仅有邻站的代价
        
        共享路由表
        
        周期更新
        
        触发更新
        
        更新算法
        
        Bellman-Ford 方程
        
        不稳定性
        
        定义无穷大
        
        分割范围
        
        毒性逆转
        
        路由表
        
        目的网络跳数下一个路由器
        
        跳数
        
        到达目地端的网络个数
        
        hop < 16
        
        层次
        
        网络层功能
        
        UDP封装端口520/UDP
        
        OSPF 协议
        
        链路状态路由选择
        
        生成链路状态分组
        
        节点标识链路清单序列号寿命
        
        触发更新 or 周期产生
        
        泛洪
        
        创建LSP并从所有接口发送
        
        从某一接口接收LSP并更新
        
        向其他接口转发LSP
        
        Dijkstra 算法
        
        创建最短路径
        
        路由表
        
        节点代价下一个路由器
        
        区域
        
        网络、主机、路由器的集合
        
        区域边界路由器
        
        特殊区域：主干
        
        链路类型
        
        虚链路
        
        将区域连接到主干的逻辑链路
        
        点到点链路
        
        两个路由器直连
        
        过渡链路
        
        有多个路由器的链路
        
        残桩链路
        
        只有一个路由器的链路
        
        层次
        
        网络层功能
        
        IP协议封装协议号89
      2. 域间路由选择
        
        BGP 协议
        
        路径向量路由选择
        
        代言节点
        
        路由表
        
        目的路径向量
        
        初始化
        
        仅自治域内节点
        
        共享路由表并更新
        
        添加不在表中的节点和路径
        
        预防回路
        
        策略路由选择
        
        优化路径
        
        属性
        
        熟知强制、熟知自选、可选
        
        会话
        
        TCP 半永久连接
        
        外部（E-BGP）、内部（I-BGP）
    2. 分类
      1. 残桩自治系统
        
        仅有一个连接
      2. 多接口自治系统
        
        不转发流量
      3. 转送自治系统
18. UDP+TCP
  1. 进程到进程的传递
    1. 客户端/服务器模式
      1. 端口号
      2. 套接字
    2. 复用与分离
    3. 无连接服务和面向连接的服务
    4. 可靠服务和不可靠服务
    5. TCP和UDP
  2. 用户数据包协议
    1. 熟知端口号
    2. 头部格式
      1. 源端口号 16 bits
      2. 目的端口号 16 bits
      3. 总长度 16 bits
      4. 校验和 16 bits
        
        伪头部+UDP头部
        
        源 IP 地址 32 bits
        
        目的 IP 地址 32 bits
        
        0 Padding 8 bits
        
        协议 8 bits：17
        
        UDP 总长度 16 bits
    3. UDP的操作
      1. 无连接服务
      2. 不可靠协议
        
        没有流量控制
        
        没有差错控制
      3. 封装和拆分
      4. 排队
  3. 传输控制协议
    1. TCP服务
      1. 流式全双工面向连接可靠
    2. 分组格式
      1. 源端口号 16 bits
      2. 目的端口号 16 bits
      3. 序列号 32 bits
      4. 确认号 32 bits
      5. 头部长度 4 bits
        
        4 字节为单位
      6. 保留 6 bits
      7. 控制字段 6 bits
        
        ACK
        
        SYN
        
        FIN
      8. 窗口大小 16 bits
        
        字节为单位
      9. 校验和 16 bits
        
        伪头部+TCP头部
        
        协议字段：6
      10. 紧急指针 16 bits
      11. 选项与填充
    3. TCP连接
      1. 连接建立
        
        三次握手
        
        SYN
        
        SYN+ACK
        
        ACK
      2. 数据传输
      3. 连接终止
        
        三次挥手
        
        FIN
        
        FIN+ACK
        
        ACK
        
        半关闭
    4. 流量控制
      1. 滑动窗口
        
        合拢张开收缩
        
        swnd=min(rwnd, cwnd)
    5. 差错控制
      1. 校验和
      2. 确认
      3. 重传
        
        超时
        
        快速重传：三次 ACK
      4. 失序
19. 拥塞控制和服务质量
  1. TCP 拥塞控制
    1. 慢启动
      1. 初始值 cwnd = 1*MSS
      2. 每收到一个 ACK，cwnd+=1*MSS
      3. 指数增长
        
        整个窗口确认后 cwnd*=2
        
        cwnd >= ssthres 时进入拥塞避免
    2. 拥塞避免
      1. 加性增加
        
        整个窗口确认后 cwnd+=1
    3. 拥塞检测
      1. 乘性减少
        
        计时器超时
        
        ssthres = cwnd/2
        
        cwnd = 1*MSS
        
        进入慢启动
        
        快速重传
        
        ssthres = cwnd/2
        
        cwnd = ssthres
        
        进入拥塞避免
  2. 服务质量
    1. 调度
      1. FIFO
      2. 优先级队列
      3. 加权公平队列
    2. 通信量整形
      1. 漏桶
      2. 令牌桶
20. 应用层
  1. DNS
    1. 本地查询
    2. 递归查询
  2. 常见端口
    1. DNS 53/UDP
    2. HTTP 80/TCP
    3. HTTPS 443/TCP
    4. SSH 22/TCP
    5. FTP 21/TCP 20/TCP
    6. Telnet 23/TCP
    7. SMTP 25/TCP
    8. DHCP 67/UDP 68/UDP
    9. POP3 110/TCP
    10. IMAP 143/TCP