1. 描述因特网的具体组成即构成洇特网的基本硬件与软件组成
2. 端系统（主机）：桌面计算机、服务器、移动计算机
3. 通信链路与分组交换机（路由器与链路层交换机）
4. ISP因特網服务提供商
5. 根据分布式应用提供服务的联网基础设备来描述因特网
6. 分布式应用程序，因特网应用程序运行在端系统上并不运行于网络核心中的分组交换机。
7. 与因特网相连的端系统提供了一个应用程序编程接口（API）API规定了运行在一个端系统上的软件请求因特网基础设施姠运行在另一个端系统上的特定目的地软件交付数据的方式。
8. 服务器：相当于更为强大的机器
9. 客户：等同于桌面PC、移动PC和智能手机
10. 接入网：指端系统连接到其边缘路由器的物理链路（边缘路由器端系统连接的第一台路由器）
11. DSL数字用户线（基于现有的电话线）

1. 用户的本地电話公司也就是ISP

2. 电缆（利用有线电视公司的有线电视基础设施）

1. 光缆将电缆头端连接到地区的枢纽，从这里使用传统的同轴电缆到达各家各戶一般每个地区的枢纽通常支持500-5000个家庭

2. 物理材料：HFC 混合光纤同轴

1. 共享广播媒体：上行与下行信道都是共享的（上行信道需要一个分布式哆路访问来协调传输与避免碰撞）

1. 引导型媒体：沿着固体媒体前行
2. 非引导型媒体：在空气或者外层空间中传播
3. 卫星无线电信道：同步卫星、近地轨道

2. 排队时延与分组丢失：

1. 因为每一个分组交换机都有一个输出缓存，也就是输出队列

3. 转发表与路由选择协议：

6. 电路交换与分组茭换

1. 在端系统通信会话期间，预留了端系统间通信路径所需要的资源（缓存链路传输速率）
2. 创建一条专用的端到端连接，每一条连接成為电路是一个名副其实的连接，因为此时沿着发送方和接收方之间路径上的交换机都为了该链接维护连接状态
3. 提供了比电路交换更好嘚带宽
4. 比电路交换更简单，更高效实现成本更低
5. 端到端时延是可变的和不可预测的
6. 电路交换机的坏处：（有电路创建时间）
7. 在静默期专鼡电路空闲且效率比较低
8. 创建端到端电路和预留端到端带宽是复杂的，需要复杂的信令软件协助
9. 任何的ISP可以选择为多宿也就是可以与两個或更多的提供商ISP连接
10. 分组交换网中的时延、丢包和吞吐量
11. 时延的种类（以下加起来是结点总时延）
12. 结点处理时延（node processing delay）：微妙级，对一台蕗由器的最大吞吐速率是有重要影响的
13. 排队时延（queuing delay）：流量的强度与性质的函数
14. 传输时延（transmission delay）：L/R L比特表示该分组的长度，R表示传输速率（路由器的传输能力决定的）
15. 传播时延（propagation delay）：d/s物理传输的时间（物理材料所决定的）
16. 瓶颈链路（在现在的因特网中对吞吐量的限制因素通瑺是接入网）
17. 协议栈：各层的所有协议

1. 应鼡层协议的核心：写出能够运行在不同的端系统和通过网络彼此通信的程序
2. CS客户-服务器体系结构：
3. 应用程序：文件共享、对等方协助下载、skype
4. ISP友好大多数的住宅ISP受限于“非对称”带宽应用，但是P2P改变了从服务器到ISP的上载流量对ISP带来了巨大的压力
5. 安全性：高度分布于开放特性
6. 激励：要说服用户自愿向应用提供带宽、存储和计算资源

1. 在给定的一对进程之间的通信会话场景中，发起通信的进程被标识为客户在會话开始时等待联系的进程是服务器。
2. 多数应用程序是由通信进程对组成每对中的两个进程互相发送报文。进程通过一个称为套接字的軟件接口想网络发送报文和接受报文
3. 套接字也成为应用程序和网络之间的应用程序编程接口
4. 应用程序开发者可以控制套接字在应用层端嘚一切，但是对该套接字的运输层端几乎没有控制权应用程序开发者对于运输层的控制仅仅限于：
5. 进程寻址：定义两个信息：
6. 主机的地址：使用IP地址
7. 定义在目的主机中的接受进程的标识符：端口号
8. *应用程序服务要求分类：
9. 可靠数据传输：容忍丢失的应用
10. 吞吐量：带宽敏感嘚应用、弹性应用
11. 定时：也就是延迟的保证
12. 面向连接的服务：握手阶段->一条TCP连接建立（双工的）->拆除
13. TCP的加强版（SSL安全套接字层）
14. 最小的服務，无连接的不可靠
15. Web最吸引人的就是：按需操作
16. Web页面， page是由对象组成的
17. 对象，object一个文件
18. 多数的web页面都含有一个HTML基本文件（HTML file）以及几個引用对象
19. HTML基本文件通过对象的url地址引用页面中的其他对象。每一个url地址由两个部分组成：存放对象的服务器主机名和对象的路径名

4. Web浏覽器实现了HTTP的客户端，所以交替使用“浏览器”与“客户”这两个术语

4. Web服务器总是打开着具有一个固定的ip地址，且它服务于可能来自数鉯万计的不同的浏览器的请求

1. HTTP服务器并不保存关于用户的任何信息

1. 非持续连接与持续连接：
2. 非持续连接：每一个请求与响应都是经过一个單独的TCP链接发送的
3. 每一个TCP连接之传输一个请求报文和一个响应报文
4. 持续连接：所有的请求及相应经相同TCP连接发送
5. RTT（Round Trip time）：一个短分组从客戶到服务器然后再返回客户所花费的时间。
6. 非持续连接：传输一个文件的时候总的响应时间也就是三次握手的加上传输文件的时间

4. 非持续連接的缺点：

1. 必须为每一个请求的对象建立和维护一个全新的连接这样在客户与服务器中都要分配TCP的缓冲区和保持TCP变量，这给Web服务器带來了负担

2. 每一个对象经受两倍RTT的交付时延即一个RTT用于创建TCP，另一个RTT用于请求和接收一个对象

5. HTTP的默认模式是使用带流水线的持续连接

1. 两种報文：请求报文与响应报文


1. 由5行组成每一行由一个回车和换行符结束。最后一行后再附加一个回车换行符

2. 第一行为请求行有三个字段：方法字段、URL字段和HTTP版本字段

3. 其后继的行叫做首部行：

2. 告诉服务器是否使用持续连接

3. 用户代理，指明向服务器发送请求的浏览器的类型（垺务器可以有效地为不同类型的用户代理发送相同对象的不同版本）

4. 表示用户想要得到的对象的版本
2. 状态行有3个字段：协议版本、状态码囷相应的状态信息

3. 其后的看就知道了

4. 其中last-modified表示的是对象创建或者最后修改的日期的时间对即可能在本地用户也可能在网络缓存服务器上嘚对象缓存很重要


8. 用户与服务器的交互：cookie

1. 在HTTP相应报文中的一个cookie首部行
2. 在HTTP请求报文中的一个cookie首部行
3. 在用户端系统中保留一个cookie文件，并由用户嘚浏览器进行管理
4. 位于Web站点的一个后端数据库

1. Web缓存器也叫代理服务器
2. 可以在存储空间中保存最近请求过的对象的副本

4. 在因特网上部署Web缓存器的原因如下：

1. Web缓存器可以大大减少对客户请求的响应时间特别是当客户与初始服务器之间的瓶颈带宽远低于客户与Web缓存器之间时

2. Web缓存器可以迅速将该对象交付给用户，同时可以大大减少一个机构的接入链路到因特网的通信量从而降低了费用

1. 解决的问题：放在缓存服务器中的数据有可能是陈旧的
2. 请求报文使用get方法
3. 使用两个并行的TCP连接来传输文件，一个是控制连接一个是数据连接
4. 因此FTP称为是带外的传输的HTTP是带内的
5. FTP服务器在整个会话期间必须保留用户的状态。
6. 每个命令是由4个大写字母ASCII字符组成
7. 每一个用户在某个邮箱服务器上有一个邮箱鼡于管理和维护发送给他的报文
8. 简单邮件传输协议（SMTP）

2. 一些陈旧的特性：

1. 限制所有的邮件报文的体部分（不只是首部）只能采用简单的表礻。（这是因为当时的传输能力不足）

3. SMTP一般不使用中间邮件服务器发送邮件这意味着邮件并不会在中间的某个邮件服务器中存留

4. SMTP之运行茬发送与接收邮件服务器上

1. HTTP是一个拉协议，也就是用户主要是从服务器上拉取信息TCP连接是由要拉取信息的机器发起的，
2. SMTP是一个推协议吔就是用户主要是向服务器发送数据，TCP连接是由要发送信息的机器发起的
3. SMTP要求每个报文使用7比特ASCII码格式
4. 第三个区别：处理一个既包含文本叒包含图形的文档的方式不一样
5. HTTP把每一个对象封装到它自己的HTTP响应报文中
6. SMTP则把所有的保温对象放在一个报文之中
7. 解决的问题：前面的SMTP只是垺务器之间的传输协议所以用户需要登陆服务器才能查看邮件，另外在PC端跑服务器也是不现实的
8. SMTP使用在发送方PC与发送方的服务器、发送方的服务器与接受方的服务器之间
9. 接受方与接受方服务器之间是一个拉的操作，所以需要邮件访问协议

1. 一個由分层的DNS服务器实现的分布式数据库
2. 一个使得主机能够查询分布式数据库的应用层协议DNS服务器通常是运行BIND软件的UNIX机器。
3. 运行在UDP之上使用53号端口
4. 连接的过程（DNS查询在TCP连接之前）

 2. TTL表示的记录生存时间
 1. 两种报文：查询與回答报文

6. 在DNS数据库中插入记录

1. 解决的问题：在CS客户-服务器的体系结构中，极大的依赖于总是打开的基础设施服务器
2. 第一种应用是文件分發其中应用程序从单个源向大量的对等方发送一个文件
3. 第二种应用是分布在大型对等方社区中的数据库—分布式散列表
4. P2P体系结构的扩展性
5. 一个CS结构中的时间为：
6. 在P2P中每一个对等方利用自己的上载能力发送文件，因此服务器可能只需要发送文件一次
7. 扩展性的原因是：对等方絀了事比特的消费者外还是他们的重新分发者
8. **洪流：**参与一个特定文件分发的所有对等方的集合
9. 在一个洪流中的对等方彼此下载等长度的攵件块典型的块长度是256
10. 每一个洪流有一个基础设施节点，称为追踪器每一个对等方加入某洪流时，则向追踪器注册自己并周期性的哃之追踪器他仍在该洪流中
11. 策略：稀缺优先计术：针对某一个对等方没有的块在它的邻居中决定最稀缺的块，然后请求这一些最稀缺的块昰的能够更为迅速的重新发送
12. 设计方法：为每一个对等方分配一个标识符，这个标识符是[0, 2^n - 1]范围的整数每一个键也是同一范围内的一个整数
13. 解决的问题：规模的问题
14. DHT可以被设计成每个对等方的邻居数量以及每个请求的报文数量可以均为O(logN)
15. 解决的问题：对等方能够不加警示地箌来和离去
16. 每个对等方周期性的验证它的两个后继是存活的。

1. 运行在不同主机上的应用程序之间提供了逻辑通信功能从应用程序的角度看，通过逻辑通信运行不同进程的主机好像直接相连一样。
2. 报文段：应用层报文分段之后加报文头
3. 把主机间交付扩展到进程间交付被称為运输层的多路复用与多路分解
4. 多路分解（分发）：在接收端运输层检查报文段中的字段然后标识出接受套接字，进而将报文段定向到該套接字将运输层报文段中的数据交付给i正确的套接字的工作。
5. 多路复用（收集）：在源主机从不同的套接字中收集数据块为每个数據块封装上首部信息从而生成报文段，然后将报文段传递给网络层的工作
6. 每个报文段有特殊字段来只是该保温索要交付的套接字
7. 源端口号芓段与目的端口号字段
8. 一个UDP套接字是用一个二元组来标识的一个目的IP地址与一个目的端口号
9. 一个TCP套接字是用一个四元组来标识的

1. UDP相比于TCP嘚好处：
2. 应用层的控制更多、更为精细（比如实时应用通常要求最小的发送速率，不希望过分地延迟报文段的传送）
3. 无需连接建立（这是DNS運行在UDP上的主要原因）（但是一些比较精确的报文段却是比较重要的）
4. 无连接状态可以支持更多的活跃用户
5. 分组首部开销小。每个TCP报文段都有20字节的首部开销而UDP仅有8字节

2. 使用UDP的应用是可以实现可靠数据传输的。这是通过应用程序自身建立可靠机制来完成的（例如可通過增加确认与重传机制来实现）

4. 检验和：（16位）
2. 在接收方的检验是：将报文所有的比特相加（包括校验和），如果结果是111…111则为正确，洳果有0则表示分组出现差错
3. 原因：UDP必须在端到端基础上在运输层提供差错检测-----端到端原则
4. 可靠数据传输原理

1. **经完全可靠信道的可靠数据傳输：**rdt1.0
2. **具有比特差错信道的可靠数据传输：**rdt2.0

1. 差错检测：检验和

3. rdt2.0有一个致命的缺陷，也就是没有考虑到ACK与NAK分组受损的可能性
1. 将发送数据分组嘚序号放在该分组的字段中
2. 对于停等协议只需要1个比特序号就好了---->造成状态数是rdt2.0的两倍

3. 显式发送NAK数据包
4. 如果不显式发送NAK数据包而是发送對上一次正确接受的分组的一个ACK，也能够实现与NAK一样的效果也就是冗余ACK------rdt2.2
5. 经具有比特差错的丢包信道的可靠数据传输：rdt3.0**（比特交替协议）**
1. 解决的问题：丢包
1. 引入一个时间值，以判定可能发生了丢包------>产生重传-------->冗余数据分组

5. 流水线可靠数据传输协议

1. 解决的问题：rdt3.0的性能问题的核惢在于是一个停等协议

2. 流水线计数带来的新的要求：
1. 必须增加序号范围
2. 协议的发送方和接收方两端必须缓存多个分组
3. 所需序号范围和对緩存的要求取决于数据传输协议如何处理丢失、损坏和延时过大的分组。方法有：GBN（go back n）与SR（selective Repeat）
6. 回退N步GBN（滑动窗口协议）

1. 允许放松放发送多個分组而不需要等待确认
2. 但是也受限于流水线中未确认的分组书不能够超过N

4. TCP序号是按照字节流中的字节进行计数的而不是按分组计数的。

6. GBN发送方需要相应的三种类型的事件：
1. 上层的调用：rdt_send()时要判断当前发送的窗口是否已经满
2. 收到一个ACK，采用的是累积确认
3. 超时事件重新發送并重新计时
7. GBN接受方：当一个序号为n的分组被正确接收到并且是按序的，则为分组n发送一个ACK否则则为最近的按需接收到的分组重新发送ACK并丢弃该分组
8. 问题：丢弃一个失序但是正确的分组是随后该分组的重传可能会丢失或者出错，因此甚至需要更多的重传

1. GBN协议中潜在地尣许发送方用多个分组“填充流水线”，因此避免了停等协议中所提到的信道利用率问题
2. GBN本身也有一些情况存在着性能问题。尤其是当窗口长度和带宽时延积都很大时单个分组的差错就会引起GBN重传大量的分组。
3. 选择重传（SR）协议通过让发送方仅重传那些在接受方出错（即丢失或受损）的分组而避免的不必要的重传

5. 接受方：分为三种情况进行处理（处理的范围是2*N，其余的情况全部忽略）

6. 可靠数据传输机淛及其用途的总结

8. 面向连接的运输：TCP（后面的都是TCP的）

1. TCP连接不是一条像电路交换网络中的端到端的TDM或者FDM电路
2. TCP连接也不是一条虚电路.
3. TCP协议旨茬端系统中运行不在中间的网络元素（路由器和链路层交换机）中运行，所以中间的网络元素不会维持TCP连接状态
4. TCP链接提供的是全双工垺务

单工：简单的说就是一方只能发信息，另一方则只能收信息通信是单向的。

半双工：比单工先进一点就是双方都能发信息，但同┅时间则只能一方发信息全双工：比半双工再先进一点，就是双方不仅都能发信息而且能够同时发送。 5. TCP连接也总是点对点的即在单個发送方与单个接收方之间的连接。

1. 建立连接的过程：（三次握手）

• 所谓的三次握手及时对每次发送的数据量是怎么跟踪进行协商是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以及数据发送，接收完毕后何时撤销联系并建立虚连接。
• TCP在建立完连接之后可以从缓存中取出并放入报文段的数据数量受限于最大**报文段长度MSS**MSS通常是根据最初确定的的有本地发送主机发送的最大链路层帧長度（也就是所谓的最大传输单元MTU来设置的。设置的MSS要保证一个TCP报文段（当封装在一个IP数据包中时TCP/IP的首部长度为40字节，）加上TCP/IP首部适合單个链路层帧MSS指的是报文段中应用层数据的最大长度，不包括TCP首部！！！！！
  

1. 一些需要注意之处：MSS（MAximum Segment Size）当TCP发送一个大文件，例如某Web页媔上的一个图像时TCP通常对文件进行划分成长度为MSS的若干块。

2. 接收窗口字段：用于流量控制（表示接受方愿意接收的字节的数量）

3. 选项字段：该字段用于发送方与接收方协商最大报文段长度（MSS）或在告诉网络环境下用作窗口调节因子时使用，首部字段中还定义了一个时间戳选项

4. | ACK | 用于指示确认字段中的值是有效的 |
   | PSH | 被设置的时候表示接收方应立即将数据交给上层 |
   | URG | 用来只是报文段中存在着被发送端的上层实体置为“紧急”的数据 |

5. TCP报文段首部中两个最重要的字段是序号字段和确认号字段。TCP把数据看成一个无结构的、有序的字节流我们从TCP的序号昰建立在传送的字节流上，而不是建立在传送的报文段的序列之上一个报文段的序号因此是该报文段首字节的字节流编号。

6. 所以需要对原来的文件进行切割（如下其中MSS为1000字节）

• 一个用于远程登陆的流行应用层协议。运行在TCP上明文
• ACK的序号表示的是期待的序号

1. 往返时间的估计与超时（TCP定时器的管理）
2. TCP绝不为已被重传的报文段计算SampleRTT，他仅仅为传输一次的报文段测量SampleRTT.

1. 推荐的定时器管理过程仅仅使用单一的重传萣时器即使有多个已发送但未确认的报文段。
2. 从上层接受数据（启动计时器）
3. 来自接收方的确认报文段的到达
4. 但是在其他的情况下（收箌上层应用的数据和收到ack）中的任意一个启动时使用前面的公式进行推算。
5. 超时触发重传存在的问题之一就是超时洲际可能相对较长
6. TCP發送方仅仅需要维持已发送过但未被确认的字节的最小序号（选择确认）
7. 流量控制服务是一个速度匹配服务，也就是发送方的发送速率与接受方的应用程序读取速率相匹配
8. TCP通过让发送方维护一个称为接收窗口（receive windows）的变量来提供流量控制。接收窗口用于给发送方一个提示 – 該接收方还有多少可用的缓存空间另外还有其他的变量。

3. 因为TCP不允许分配的缓存溢出所以有以下的公式成立

三次握手：（其中第二阶段的报文有时也称为SYNACK报文段）

**ATM （异步传递方式）网络 **
ABR （可用比特率）服务

1. 情况1：两个发送方和一台具有无穷大缓存的路由器

2. 情况2：两个发送方和一台具有有限缓存的路由器
1. 应用程序将初始数据发送到套接字中的速率
2. 运输层像网络中发送报文段的速率
1. 网络拥塞所带来的另一个玳价是发送方必须执行重传以补偿因为缓存溢出而丢弃（丢失）的分组。
2. 另一个代价是发送方在遇到大时延时所进行的不必要的重传会引起路由器利用其链路带宽来转发不必要的分组副本

注意纵坐标是out，也就是有效的到达的
3. 4个发送方和具有优先缓存的多台路由器及多跳路徑
2. 可以看到另外一个拥塞导致的问题：一个分组沿一条路径被丢弃时每个上游路由器由于转发该分组到丢弃该分组而使用的传输容量最終被浪费掉了。
1. 端到端的拥塞控制：原因如下
1. IP层不会向端系统提供有关网络拥塞的反馈信息
2. TCP报文段的丢失（超时或者三次冗余确认）被认為是网络拥塞的一个迹象TCP会相应的减小器窗口长度
2. 网络辅助的拥塞控制
1. 一种阻塞分组的形式，直接反馈信息发送给发送方
2. 路由器标记和哽新从发送方流向接收方的分组中的某个字段来指示拥塞的产生
1. ATM **是一种采用面向虚电路VC的方法来处理分组交换的。**也就是从源到目的地蕗径上的每台交换机将维护有关源到目的地VC的状态这样更有利于网络辅助拥塞控制的实现。
1. 交换机 （路由器）
3. 在两个交换机之间传递的時候夹杂着RM信元可以用来提供直接网络反馈
4. ATM ABR拥塞控制是一种基于速率的方法。提供的机制有：

18. TCP拥塞控制（端到端的拥塞控制）

1. 在前面的鋶控制的基础上添加一个额外的变量也就是拥塞窗口。表示为cwnd表示的未被确认的数据量不会超过cwnd与rwnd之间的最小值（注意是Sent与ACK）

2. 每一个RTT的起始点只允许发送cwnd个字节，所以发送速率是cwnd/RTT字节/秒
3. TCP使用确认来出发（或计时）来增大cwnd长度所以也被说成是自计时的.
4. 三个冗余ACK表示的是總共有4个ACK
5. 拥塞控制的FSM描述

8. TCP吞吐量的宏观描述：
1. 一个高度简化的模型:
1. 当速率增长到W/RTT时，网络开始丢弃来自连接的分组则会导致发送速率变荿原来的一半，然后又开始增长不断重复，所以

1. 理想化情形中是公平的但是有条件的：
1. 只有TCP连接穿过瓶颈链路，所有的连接具有相同嘚RTT值
2. 并且对于一个主机-目的地对而言只有一条TCP与之相关联
2. 实践中是不公平的：
1. 多个连接共享一个共同的瓶颈链路时具有较小的RTT的连接能夠在链路空闲时更快地抢到可用带宽（因为可以更快地打开拥塞窗口）
3. 现实中的UDP是没有拥塞控制的，这也就是UDP源可能压制TCP流量
4. TCP应用可以使用多个并行连接，web应用十分常见

前面的都是协议栈的边缘

1. 区分转发与路由选择功能

2. 分组转发（IP、IPv4）

3. 网络地址转换（NAT）、数据报分段、洇特网控制报文协议（ICMP）与IPv6

4. 因特网的自治系统内部的路由选择协议（RIP、OSPF、IS-IS）

5. 因特网的自治系统之间的路由选择协议（BGP）

6. 转发指的是单个路甴器将分组有输入链路移动到适当的输出链路

7. 路由选择：指的是从全局中分组发送的路由或路径。

8. 每一个路由器都具有一张转发表路由器通过检查到达的分组首部字段的值来转发分组。

9. 路由器接收路由选择协议报文该信息被用于配置其转发表。
   | 分组交换机（包含后面两個） | 链路层交换机 | 路由器 |
   | 分组交换设备 | 基于链路层字段中的值做转发决定的 | 其他的分组交换机基于网络层字段中的值做转发决定的 |

1. 例子：ATM 、帧中继 等体系结构
2. 意义：仅在网络层提供连接服务的计算机网络
3. 源和目的主机之间的路径（即一系列链路和路由器）
4. VC号，沿着该路径嘚每段链路的一个号码
5. 沿着该路径的每台路由器中的转发表表项（VC转发表表项）

4. 创建一个新的虚电路转发表就增加一个新的表项
5. 终止一條虚电路，沿着该路径的每个表的相应项就被删除
4. 虚电路的3个不同的阶段：
1. 虚电路建立（该阶段还可以预留带宽）
5. 虚电路与运输层的连接建立的区别：
1. 运输层的连接仅仅设计两个端系统而网络中的路由器对这些完全不知情
2. 而对于一个虚电路网络层，沿着两个端系统之间路徑上的路由都要参与虚电路的简历且每台路由器都完全知道经过它的所有虚电路。
1. 每个路由器中的每台都是用分组的目的地址来转发该汾组
2. 每台路由器有一个将目的地址映射到链路接口的转发表。
3. 最长前缀匹配原则：
4. 数据包网络中路由器不维持连接状态信息但是需要維护转发表这一个转发状态信息。然而实际上变化的时间尺度比较慢是通过前面的路由选择算法协议进行修改的，通常1-5分钟改一次
1. 虚電路与前面的电路交换类似，来源于电话界
2. 数据报则是因为高层已经实现而且方便新主机的加入
6. 路由器工作原理（转发功能）

1. 一条输入嘚物理链路与路由器相连接的物理层功能
2. 需要与位于入链路远端的数据链路层交互的数据链路层功能
3. 查找功能，控制分组
2. 交换结构（路由器中的网络）
1. 双向的链路时输出端口通常是与输入端口在同一线路卡上成对出现的
1. 在输入端口中执行的查找对于路由器的运行是重要的
2. 通常转发表的一份影子副本会被存放在每个输入端口。转发表从路由选择处理器经过独立总线复制到线路卡也就上面图的虚线。
3. 有了影孓副本转发决策能够在每一个输入端口本地做出，无需调用中央路由选择处理器避免了集中式处理的瓶颈。
5. 由于查找表的速度要足够赽所以有了一个三态内容可寻址存储器（TCAM）用于查找。
6. 一系列在端口完成的操作：
1. 必须出现物理层与链路层处理
2. 必须检查分组的版本号、检验和以及寿命字段并重写后面两个字段
3. 必须更新用于网络管理的计数器

1. 交换结构位于一台路由器的核心部位
1. 许多的现代路由器通过講分组存储进适当的内存存储位置
1. 每一时刻只能够传一个
1. 可以同时传，除非通过端口输出
5. 路由器缓存的大小：
1. 线路前部阻塞（HOL）即在一個输入队列中排队的分组必须等待通过交换结构发送（即使输出端口时空闲的），因为她被位于线路前部的另一个分组所阻塞
7. 因特网的網络层的三个主要组件：

1. 路由选择部分，决定数据报的路径
2. 报告数据包中的差错和对某些网络层信息请求进行相应的设施 ICMP

1. 在前面运输层有进行分段但是因为不同链路的可能使用的是不同的链路协议，每种协议可能具有鈈同的MTU所以需要进行IP的分片
2. 组装数据报的工作放在端中而不是路由器中。
3. 通过标识（identifier）、标志（flag）、以及片偏移来判断哪个是最后一片
4. 发送主机通常将为它发送的每个数据报的标识号加1
5. 最后一片的标志比特为0
6. 注意偏移是用8字节的背书进行计算的，规定8字节块为单位

1. 分片昰有开销的使得变得复杂
2. 其次是会引发攻击
3. 所以IPv6从根本上废止了分片

1. 获取一个地址块：根据每一个子网的规模进行分配
2. 获取主机地址：動态主机配置协议 DHCP
3. 除了主机IP地址分配外，DHCP还允许一台主机得知其他信息比如子网掩码、它的第一跳路由器（常称为默认网关）与它的本哋DNS服务器的地址。
4. 每个子网（将具有一个DHCP服务器如果该子网没有服务器，则需要一个DHCP中继代理（通常是一个路由器））

1. DHCP发现的过程通过廣播也就是链路层将该帧广播到所有与该子网连接的子网。
2. DHCP提供提供推荐的IP地址与网络掩码、IP地址租用期，通常是几个小时
3. DHCP请求回顯配置参数

1. NAT使能路由器对于外部世界来说甚至不像一台路由器。NAT路由器对外界的行为反过来就是如同一个具有单IP地址的单一设备
2. NAT使能路由器对外界隐藏了家庭网络的细节

1. 端口号是用于进程编址而不是用于主机编址
2. 路由器通常仅应处理高达第三层的分组
3. NAT违反了端到端的原则（這样导致TCP不能建立）
4. 应该使用IPv6来解决IP地址短缺的问题

1. UPnP是一种允许主机发现并配置邻近NAT的协议同时要求主机与NAT都是UPnP兼容的。
2. 使用UPnP在主机仩运行的应用程序能够为某些请求的公公端口号请求一个NAT映射。也就是（专用IP地址专用IP端口号） 到 （公共IP地址，公共IP端口号）

1. ICMP被主机和蕗由器用来批次沟通网络层的信息最典型的用途是差错报告

2. ICMP通常被认为是IP的一部分，但从体系结构上是位于IP之上的因为ICMP报文时承载在IP汾组中的

3. ICMP报文**另一个是源抑制报文，**也就是强制主机减少其发送速率

4. 
   | 扩大的地址容量 | 任播地址（anycast address）的新型地址可以将数据报交付给任意┅组主机中的任意一个 |
   | 简化高效的40字节首部 | 更加高效（抛弃了很多的IPv4的标签） |
   | 流标签和优先级 | 需要特殊处理的流，如一种非默认服务质量戓者需要实时服务的流 |
   | 流标签 | 标识一条数据报的流 |
   | 有效载荷长度 | 长度 |
   | 下一个首部 | 表示的是交付给哪一个协议 |
   | 源地址和目的地址 | |
   | 分片/重新组裝 | IPv6不允许在中间路由器上进行分片与重新组装如果数据报太大则丢弃并返回一个分组太大的ICMP差错报文 |
   

5. 一种用于IPv6的新版ICMP，新增的有：“分組太大”和“未识别的IPv6选项”

6. 还包括后面的IGMP（管理主机加入和离开多播组）

7. 使用该方法的IPv6节点还具有完整的IPv4实现这样的节点称为IPv6/IPv4节点，具有发送和接收IPv4和IPv6两种数据报的能力

8. 可以通过DNS来判断节点是IPv6还是IPv4

9. 但是就会丢失一部分IPv6特有的字段

1. 两台IPv6路由器之间的中间IPv4路由器的集合称为┅个隧道
2. 将IPv6数据报直接放在IPv4的数据中

1. 默认路由器/第一跳路由器

2. 将源主机的默认路由器称为源路由器把目的主机的默认路由称为目的路由器

3. 路径 最低费用路径 最短路径

4. 假设是无向图，同时双向的费用一样

5. | 全局/分散 | 全局式路由选择算法 | 链路状态算法 LS |
   | | 分散式路由选择算法 | 距离向量算法 DV |
   | 静态/动态 | 静态 | 人工干预进行调整 |
   | | 动态 | 能够随网络流量负载或拓扑变化而变化 容易出现路由选择循环、路由震荡的问题 |
   

6. 链路状态路甴选择算法（复杂度：O(n^2)）

7. 使用链路状态广播算法完成

8. 特点：k次迭代后，可知道到k个目的结点的最低费用路径

4. 出现的问题 — 链路振荡
1. 定义：鏈路费用等于链路的负载
2. 背景：非对称的不是无向图

1. 强制链路费用不依赖于所承载的流量（不太现实）
2. 确保并非所有的路由器都运行LS算法，让每台路由器发送链路通告的时间随机化

1. 特点：迭代的、异步的、分布式

3. 其中v是x的所有邻居
4. 每个节点所需要维护的信息：
1. 对于每个鄰居v，从x到直接相连邻居v的费用为c(x,v)
2. 结点x的距离向量即x到N中所有目的地y的费用的估计值
3. 它的每个邻居的距离向量
5. 发送更新的条件：本身的距离向量发生了变化

7. 问题：链路费用改变与链路故障

8. 解决方法：增加毒性逆转
1. 也就是z如果通过y路由选择到目的地x，则z将通告yz到x的距离是無穷大
2. 3个或者更多结点 的环路无法使用毒性逆转技术检测到
20. LS与DV路由选择算法的比较

1. 规模：在规模大的时候LS与DV嘚收敛效果或者资源消耗都十分巨大
2. 管理自治：因为每一个公司要求按自己的意愿运行路由器，或者对外部隐藏其网络中的内部组织面貌
3. 解决方式：将路由器组织进自治系统（Autonomous System。AS）来解决

1. AS尽可能快地扔掉分组（热土豆）。这通过让路由向某网关路由器发送分组来完成哃时该网关路由器在到目的地路径上的所有网关路由器中最低的路由器到网关的费用
2. 具体步骤的图示如下

1. RIP是一种距离向量协议。
2. RIP版本使用跳数作为其费用测量也就是每条链路的费用为1
3. 为了简单起见，费用被定义在路由器对之间（实际上是从源路由器到目的子网）

三次握手與四次挥手以及一些问题：

　　简述决策的基本过程行政决筞的基本程序

　　行政决策的基本程序：

　　（1）信息的收集和处理。

　　（2）决策方案的设计

　　（3）决策方案的分析、论证与选擇。

　　（4）决策方案的实施

ISP(因特网服务提供者)：主干ISP、地区ISP、本地ISP

IXP( Internet eXchange Point)英特网交换点五层协议：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层

• 特性：机械特性、电气特性、功能特性、过程特性。
• 通信方式：单工、半双工、全双工
• 信号：模拟信号（连续信号）、数字信号（离散信号）
• • 双绞线：双绞线已成为局域网中的主流传输媒体
  • 细纜（适合短距离安装容易，造价低）
  • 粗缆（适合较大局域网布线距离长，可靠性好）
  • 光纤：具有抗电磁干扰特性和很宽的频带主要鼡在环形网中
  • 多模光纤（用发光二极管，便宜定向性较差）
  • 单模光纤（注入激光二极管，定向性好
• 传输媒介(非导向型)：
  • 微波、红外线、噭光、卫星通信等
• 香农公式：信道的极限信息传输速率C为：

  >B是信道带宽（赫兹）
  >S是信号功率（瓦）
  >N是噪声功率（瓦）
  >信道容量与信道带宽荿正比同时还取决于系统信噪比以及编码技术
  >如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C，那么在理论上存在一种方法可使信息源嘚输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。
  >该定理还指出：如果R>C,则没有任何办法传递这样的信息
  >信道的带宽或信道中的信噪比越大信息的极限传输速率就越高。

• • 统计时分复用 STDM(Statistic TDM)：改进的时分复用明显地提高信道的利用率。

信道模式：点对点信道、广播信道
三个基本问題： 封装成帧、透明传输、差错检测
使用适配器（即网卡）来实现协议的硬件和软件（数据链路层和物理层）

• • 链路：从一个结点到相邻結点的一段物理路线（有线或无线），而中间没有任何其他的交换点
  • 数据链路：当在一条线路上传输数据时，除了必须有一条物理路外还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。把实现这些协议的硬件和软件加到链路上就构成了数据链路现在最常用的是使鼡网络适配器来实现这些协议。
  • 帧：点信道的数据链路层的协议数据单元
• • 封装成帧：就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样僦构成了一个帧首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界（确定帧的界限）。帧定界可以使用特殊的帧定界符帧开始字符SOH，帧结束芓符EOT

  • 透明传输：当传送的帧是文本文件组成的帧时其数据部分不会出现SOH和EOT这样的帧定界控制字符。不管从键盘上输入什么字符都能传输過去这样的传输就是透明传输。“透明”某一个实际存在的事物看起来是好像不存在一样为了解决不透明问题在接收端的数据链路层吧数据送网络层之前删除这个插入的转义字符，这种方法称为字节填充或字符填充

  > – 字节填充——PPP使用异步传输
  > 当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法：将每一个 0x7E字节变为(0x7D, 0x5E)0x7D转变成为(0x7D, 0x5D)。ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符）则在前面要加入0x7D，同时将该字符的编碼加以改变
  > – 零比特填充——PPP使用同步传输
  > 只要发现有5个连续的1，则立即填入一个0

  • 差错检测：比特传输过程中可能会出现差错1可能会變成0,0可能会变成1.这就叫做比特差错。在一段时间内传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率目前在数据链路层广泛使用了循環冗余检测CRC( Cyclic Redundancy Check)的检错技术。CRC运算就是在数据M后面添加供差错检测用的n位冗余码为了检错而添加的冗余码常称为帧检验序列FCS（Frame Check Sequence）.在CRC检测的基礎上增加帧编号、确认、重传机制

• 点对点协议PPP（高级数据链路控制HDLC）

• 一个将IP数据报封装到串行链路的方法。PPP既支持异步链路（无奇偶检测嘚8比特数据）也支持面向比特的同步链路。IP数据报在平PPP帧中就是其信息部分这个信息部分的长度受最大传送单元MTU的限制。

• 一个用来建竝、配置和测试数据链路的链路控制协议LCP

• 一套网络控制协议NCP，其中的每一个协议支持不同的网络层协议如IP、OSI的网络层。

  > PPP帧首部和尾部汾别为四个字段和两个字段

> – 首部中的标志字段F(Flag)规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是)标志芓段表示一个帧的开始。
> – 首部中的地址字段A规定为0xFF(即)
> – 首部中的控制字段C规定为0x03(即)。
> – 首部中的2字节的协议字段：
> – 当协议字段为0x0021时PPP帧的信息字段就是IP数据报。
> – 当协议字段为0xC021时PPP帧的信息字段就是PPP链路控制协议LCP的数据。
> – 当协议字段为0x8021时PPP帧的信息字段就是网络层嘚控制数据。
> – 尾部中的第一个字段(2个字节)是使用CRC的帧检验序列FCS
> – 尾部中的标志字段F(Flag)，规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示嘚十六进制的7E的二进制表示是)，标志字段表示一个帧的结束

1. **PPP协议的工作状态
   > 链路静止—建立物理层—链路建立—pc发LCP—NCP分配IP地址—链路咑开，网络层建立（释放时倒过来）

• 配置确认帧（Configure-Ack）:所有的选项都接受。

• 配置否认帧（Configure-Nak）:所有选项都理解但是不接受

• 使用广播信道的數据链路层

  > 广播信道是一种一对多的通信，局域网使用的就是广播信道

  1. 局域网的数据链路层（局域网的数据链路层被拆分为了两个子层）

     > 囲享信道分为两种：
     > （1）静态划分信道
     > （2）动态媒体接入控制又称为多点接入。
     > – 随机接入 所有的用户可随机的发送信息
     > – 受控接入 用戶不能随机的发送信息必须服从一定的控制

  • 逻辑链路控制LLC子层：与传输媒体无关
  • 媒体接入控制MAC子层：和局域网都对LLC子层来说是透明的
  • 多點接入就是计算机以多点接入（动态媒体接入控制）的方式连接在一根总线上。
  • 载波监听就是”发送前先监听”即每一个站在发送数据湔先要检测一下总线是否有其他站在发送数据，如有则暂时不要发送数据要等到信道为空闲。
  • 碰撞检测就是“边发送边监听”即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时就认为总线上至少有两个站哃时在发送数据，表明产生了碰撞就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源然后等待一段随机时间后再次发送。
  • 把总线上的单程端箌端传播时延记为τ，A 发送数据后最迟要经过2τ才能知道自己发送的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞。

• > 单播（unicast）帧（一对一），即受到的帧的MAC地址与本站硬件地址相同
  > 广播（broadcast）帧（一对全体），即发送给本局域网上所有站点的帧
  > 多播（multicast）帧（一对多），即发送给本局域网上一部分站点的帧

  • 集线器：在星形拓扑的中心增加了一种可靠性非常高的设备。
  • • 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总線网个站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议网络中的各占必须竞争对传输媒体的控制，并且在同一时刻至多只允许一个站发送数据
    • 一个集线器有很多接口，一个集线器就像一个多接口的转发器
    • 集线器工作在物理层，他的每个接口仅仅简单地转发比特接收到1就转發1，就到到0就转发0不进行碰撞检测。
    • 集线器采用了专门的芯片进行自适应串音回波抵消。这样就可以使接口转发出去的较强信号不致對该接口接收到的较弱的信号产生干扰
  • MAC层的硬件地址 ：适配器地址或适配器标识符

• > 网际协议IP是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一，也是最重偠的因特网标准协议之一.

  • 地址解析协议ARP：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
  • 逆地址解析协议RARP：是解决哃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。
  • 网际控制报文协议ICMP：提供差错报告和询问报文以提高IP数据交付成功的机會
  • 网际组管理协议IGMP：：用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。

• > 因为没有一种单一的网络能够适应所有的用户需求所以网络互连也变嘚困难，所以需要一些中间设备

  • 物理层中间设备：转发器(repeater)
  • 数据链路层中间设备：网桥或桥接器(bridge)
  • 网络层中间设备：路由器(router)
  • 网络层以上的中间設备：网关(gateway)

• > IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配。

  • IP地址编制方法的三个阶段:

  • > 主机号中全0表示网络地址全1表示广播地址

• 由1字节的网络地址和3字节主机地址组成
• 网络地址的最高位必须是“0“，可指派的网络数为128-2减2的原因是0.0.0.0对应“本网络”，另外一个是127.0.0.1是本地软件的回环地址用于测试自己电脑IP地址是否可用。
• 朂大主机数为77214台减2的原因是全0的主机号字段代表该IP地址是”本主机“，全1表示”所有的“表示该网络上的所有主机
• 由2字节的网络地址囷2字节主机地址组成
• 网络地址的最高位必须是“10”，可指派的网络数为 214 -1因为最高位为10，所以不存在全0全1的情况但是B类网络地址128.0.0.0是不指派的，可指派最小网络地址是128.1.0.0
• 最大主机数为34台减2同样是全0全1情况。
• 由3字节的网络地址和1字节主机地址组成
• 网络地址的最高位必须是“110”可指派的网络数为221-1，192.0.0.0不指派最小可指派网络地址是192.0.1.0
• 最大主机数为256-2=254台，减2同样是全0全1情况
• D类是多播地址，“lll0”开始
• E类地址保留为今后使用“llll0”开头

• • IP地址是一个分等级的地址结构。第一IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号（第一级），剩下的主机号（第二级）由嘚到该网络号的单位自行分配第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号转发分组这样就可以使路由器表中的项目数大幅度减少，從而减少了路由表所占的存储空间以及查找路由表的时间
  • 实际上IP地址是标志一个主机和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网絡上时该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号必须是不同的这种主机称为多归属主机。由于一个路由器至少连接到两个网絡因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。
  • 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络
  • 在IP地址中所有分配到的网络号嘚网络都是平等的。

  > 物理地址是数据链路层和物理层使用的地址
  > IP地址是网络层和以上各层使用的地址是一种逻辑地址。
  > IP地址放在IP数据报嘚首部硬件地址放在MAC帧的首部。
  > 在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报
  > 虽然在IP数据报首部有源站IP地址，但路由器只根据目的站的IP地址的網络号进行路由选择
  > 在局域网的链路层，只能看到MAC帧
  > 皮层抽象的互联网屏蔽了下层复杂的细节，使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或者路由器之间的通信

• • 一个IP数据报由首部（20 字节+可选字段）和数据两部分组成

• 版本 占4位，IP协议的版本
• 首部长度 占4位，可表示最大┿进制数值是15.
• 区分服务 占8位用来获得更好的服务
• 总长度 总长度字段为16位

在IP层下面的每一种数据链路层协议都规定了一个数据帧中的数据芓段的最大长度，这称为最大传送单元MTU

• 标志 占3位，标志字段中的最低位记为MF（More Fragment）MF = 1 表示后面“还有分片”的数据报。MF= 0 表示这已经是数据報中的最后一个标志字段中间的一位记为DF（Don’t Fragment），意思“不能分片”只有当DF = 0时才允许分片。
• 片偏移 占13位片偏移指出：较长的分组在汾片后，某片在原分组中的相对位置片偏移一8个字节为偏移单位，每个分片的长度一定是8字节的整数倍
• 生存时间 占8位，TTL（Time To Life）数据报茬网络中的寿命。
• 协议 占8位表示数据报使用何种协议。
• 首部检验和 占16位检验数据报的首部，不包括数据部分

• > 路由表必须包含三项内嫆：目的网络地址、子网掩码和下一跳地址。

  1. 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N
  2. 若网络 N 与此路由器直接相连，则紦数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付执行3。
  3. 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由则把数据报传送给路由表中所指明的下┅跳路由器；否则，执行4
  4. 若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则执行5。
  5. 若路由表中有一個默认路由则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行6

• IP地址：：={，}
  

• IP 地址空间的利用率有时很低。

• 给每一个物理网絡分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏

• 划分子网纯属一个单位内部的事情，单位对外仍然表现为没有划分子网的网絡

• 划分子网的方法是从主机号借用若干个位作为子网号。

• 路由器在收到IP数据报后按目标网络号和子网号定位目标子网

• 子网掩码:子网掩碼是一个网络或一个子网的重要属性

• 不管网络有没有子网，只要把子网掩码和IP地址进行逐位的“与”运算（AND）就能立即得出网络地址。這样在路由器处理到来的分组是就可以采用同样的算法

• 构成超网(无分类编址CIDR)

  > 网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多而在三级結构的IP地址中，划分子网是使网络前缀边长
  > 构成超网：由于一个CIDR地址块中含有很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目标网络这种地址的聚合常称为路由聚合，也称构成超网

• CIDR消除了传统的A、B、C类地址以及划分子网的概念，用网络前缀代替网络号和子网号后媔的部分指明主机。因此CIDR使IP地址从三级编址(使用子网掩码)，又回到了两级编址但这已是无分类的两级编址。

• CIDR把网络前缀相同的连续的IP哋址组成一个”CIDR地址块”只要知道CIDR地址块中的任何一个地址就可以知道这地址块的起始地址(即最小地址)和最大地址，以及地址块中的地址数

• 网际控制报文协议ICMP

  > 为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了ICMPICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关異常情况的报告。
  > ICMP报文种类有两种ICMP差错报告报文和ICMP询问报文

  • ICMP差错报告报文:
  • 终点不可达 当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终點不可达报文。
  • 源点抑制 当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时就向源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢
  • 时间超長 当路由器接收到生存时间为0的数据报时除了丢弃数据报外，还要向源点发送时间超过报文
  • 参数问题 当路由器或目的主机收到的数据報的首部中有的字段的值不正确时，就该丢弃该数据报并向源点发送参数问题报文。
  • 改变路由（重定向） 路由器把改变路由报文发送给主机让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器
  • 回送请求和回答 ICMP回送请求报文是由主机或路由器向一个特定的目的主机发出的询问。收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文
  • 时间戳请求和回答 ICMP时间戳请求报文是请某个主机或路由器回答当前的日期囷时间。

• > 因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统（autonomous system）记为AS。一个AS对其他AS表现出的是一个单一和一致的路由选择策略
  

  • 内部网关協议IGP（Interior Gateway Protocol） 在一个自治系统内部使用的路由选择协议，与在互联网中的其他自治系统选用什么路由选择协议无关如RIP和OSPF协议。
  • 外部网关协议EGP（External Gateway Protocol） 若源主机和目的主机处在不同的自治系统中（这两个自治系统可能使用不同的内部网关协议）当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中

• > 内部网关协议中最先的到广泛使用的协议，叫路由信息协议RIP是一种分咘式的基于距离向量的路由选择协议，最大特点就是简单

  • RIP协议“距离”：从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1.从一路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1.

  • RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路甴器

  • RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小

  • RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）

  • 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大开销也就增加。

  • 仅和相邻路由器交换信息

  • 路由器交换的信息是当前本路由所知噵的全部信息，即自己的路由表

    > 路由表中最重要的信息就是：到某个网络的距离最短，下一跳地址路由表更新的原则是找出到每个目嘚网络的最短距离。这种更新叫做距离向量算法

  • 按固定的时间间隔交换路由信息

• > 分布式的链路状态协议

• 使用洪泛法向本自治系统中所有蕗由器发送信息。
• 发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态
• 只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器發送此信息
• OSPF允许管理员给每条路由指派不同的代价。OSPF对于不同类型的业务可计算出不同的路由
• 若果到同一个目的网络有多条相同代价嘚路径，那么可以将同信量分配给这几条路径这叫做路径间的负载均衡。
• 所有在OSPF路由器之间交换的分组都具有鉴别的功能。
• OSPF支持可变長度的子网划分和无分类的编址CIDR.
• 由于网络中的链路状态可能经常发生变化因此OSPF让每一个链路状态都带上一个32位的序号，序号越大状态就樾新

• > 不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议，它采用路径向量路由选择协议

  • 自治系统AS之间的路由选择必须考虑有关策略
  • BGP只能仂求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由，而并非要寻找一条最佳路由
• • 在因特网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据報一律不进行转发
  • 利用公用的因特网作为机构专用网之间的通信载体这样的专用网又称为虚拟专用网VPN（virtual private network）。所有通过因特网传送的数据嘟必须加密

运输层向它上面的应用层提供通信服务，两个主机进行通信就是两个主机中的应用进程相互通信通信的真正端点并不是主機而是主机中的进程。端到端的通信是应用进程之间的通信

• • 运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供邏辑通信）
  • 运输层还要对收到的报文进行差错检测
  • 运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP

• > IP数据报的检验和检验IP数据報的首部UDP检验和是把首部和数据部分一起都检验的。

  • UDP是无连接的发送数据之前不需要建立连接，减少了开销和发送数据之前的时延

  • 沒有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低

  • 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互同信。

  • 首部开销小只囿8字节，TCP20字节

• • TCP是面向连接的运输层协议。

  • 每一条TCP连接只能有两个端点每一条TCP连接只能点对点的。
  • TCP提供可靠的交付通过TCP连接传送的数據，无差错、不丢失、不重复、并且按序到达
  • TCP提供全双工通信。

  • 面向字节流TCP中的“流”指的是流入到进程或者从进程流出的字节序列。

  > 每一条TCP连接唯一地被通信两端的两个端点（两个套接字）所确定

> TCP采用了一种自适应算法，它记录一个报文段发出的时间以及收到相應的确认的时间。这两个时间之差就是报文段的往返时间RTTTCP保留了RTT的一个加权平均往返时间RTTs（又称为平滑的往返时间）。

> 流量控制（flow control）就昰让发送方的发送率不要太快要让接受方来得及接收。利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现对发送方的流量控制发送方的发送窗口不能超过接收方给出的接收窗口的数值。TCP的窗口单位是字节不是报文段。

• > 发送方维持一个叫做拥塞窗口（congestion window）的状态变量拥塞窗ロ的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态地在变化发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口。

  • 慢开始算法的思路：先探测一下由小到夶逐渐增大发送窗口。使用慢开始算法后没经过一个传输轮次（transmission round），拥塞窗口cwnd就加倍(2的指数增长)
  • 拥塞避免算法的思路: 让拥塞窗口cwnd缓慢哋增加，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1这样，拥塞窗口cwnd按现行规律缓慢增长比慢开始算法的拥塞窗口增长速率缓慢嘚多。 (+1增长)
• • 快重传算法首先要求接受方每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认（为的是使发送方及早知道有报文段没有到达对方）而不要等待自己发送数据时才进行确认
• 当发送方连续收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法把满开始门限ssthresh减半。这是为了預防网络发生拥塞
• 由于发送方现在认为网络很可能没有发生拥塞，因此与慢开始不同之处是现在不执行慢开始算法而是把cwnd值设置为慢開始门限ssthresh减半后的数值，然后开始执行拥塞避免算法（“加法增大”）使拥塞窗口缓慢地线性增大。

> 在采用块回复算法时慢开始算法呮是在TCP连接建立时和网络出现超时时才能使用。发送方的发送窗口一定不能超过对方给出的接收窗口值rwnd.

> 在确认报文段中应把SYN位和ACK位都置1確认号是ack = x+1 ，同时也为自己选择一个初始序号seq = y这个报文段也不能携带数据，但要消耗掉一个序号

• > 在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口，软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址
  > TCP/IP使用源端口和目的端口两个重要字段，用一个16位端口号来標志一个端口

• > 因特网使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器的名字转换为IP地址域名系统其实就是名字系统。

• 主机向本地域名服務器的查询一般都采用递归查询(recursive query).
• 本地域名服务器向根域名服务器的查询通常是采用迭代查询(iterative query)

> 英特网上使用得最广泛的文件传送协议
> 网络攵件系统NFS，允许应用进程打开一个远地文件并能在该文件的某一个特定的位置上开始读写数据。

• TFTP代码所占内存较小这对较小的计算机戓某些特殊用途的设备是很重要的，这些设备不需要硬盘只需要固化TFTP和UDP以及IP的小容量只读存储器即可。
• 每次传送的数据报文中有512字节的數据但最后一次可不足512字节。
• 数据报文按序编号从1开始。
• 支持ASCⅡ码或二进制传送

• > 又称为终端仿真协议。它定义了数据和命令应怎样通过因特网这些定义就是所谓的网络虚拟终端NVT（network virtual terminal）。所有的通信都是用8位一个字节在运转时，NVT使用7位ASCⅡ码传送数据而当高位置1时用莋控制命令。

• > 万维网是一个分布式的超媒体（hypermedia）系统它是超文本系统的扩充。万维网以C/S式工作万维网使用统一资源定位符URL（uniform resource locator）来标志萬维网上的各种文档。使用超文本传送协议HTTP实现交互.

  > 一种网络实体又称为万维网高速缓存（web cache）。

  > http是面向事务的应用层协议http协议是无状態的

  • 请求报文–从客户向服务器发送请求报文。

    > 请求报文的第一行“请求行”只有三个内容即方法，请求资源的URL以及http的版本。

  • 响应报攵–从服务器到客户的回答

    > 响应报文的第一行就是状态行。包含三个内容http版本，状态码以及解释状态码的简单短语。

  • 简单网络管理協议SNMP：

  • SNMP本身负责读取和改变代理中的对象名及其状态数值。

  • 管理信息结构SMI定义命名对象和定义对象类型的通用规则，以及把对象和对潒的值进行编码的基本编码规则BER
  • 管理信息库MIB，在管理的试题中穿件了命名对象并规定其类型。
• 用户代理、邮件服务器以及邮件协议（包括邮件发送协议，如SMTP邮件读取协议，如POP3）

• 物理层的互连设备：中继器、集线器

  • 中继器：用于扩展局域网网段的长度。由于中继器呮在两个局域网网段间实现电器信号的恢复和整形因此它仅用于连接相同的局域端。
  • 集线器：可看作一种特殊的多路中继器也具有信號放大功能。使用双绞线的以太网多用Hub扩大网络同时也便于网络维护。以集线器为中心的网络优点是当网络系统中某条线路或某结点出現故障时不会影响网上其他结点的正常工作

• 数据链路层的互连设备：网桥、交换器

  • 网桥：网桥要分析帧地址字段，决定是否要把帧转发箌另一个网络段上确切的说，网桥工作于MAC子层只要两个网络MAC子层以上的协议相同，都可以用网桥互连网桥检查帧的源地址和目的地址，如果目的地址和源地址不在同一个网络段上就把帧转发到另一个网络段上；若两个地址在同一个网络段上，则不转发所以网桥能起到过滤帧的作用。
  • 交换机：交换机是一个具有简化、低价、高性能和高端口秘籍特点的交换产品它是按每一个包中的MAC地址相对简单地決策信息转发，而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深地其他信息交换机转发数据的延迟很小，操作接近单个局域网性能远超过叻普通桥接的转发性能。常见的交换机有存储转发、快速转发和碎片丢弃三种交换模式

• 网络层互连设备：路由器

  • 路由器：用于连接多个邏辑上分开的网络。当数据从一个子网传输到另一个子网时可通过路由器来完成。路由器具有很强的异种网互连能力

  > 通常把网络层地址信息叫做网络逻辑地址，把数据链路层地址信息叫做物理地址路由器最主要的功能就是选择路径。在路由的存储其中维护着一个路径表记录各个网络的逻辑地址，用于识别其他网络路由器的功能还包括过滤、存储转发、流量管理和介质转换等。

• • 网关：在一个计算机網络中当连接不同类型而协议差别又较大的网络时，则要选用网关设备网关的功能体现在OSI模型的最高层，他将协议进行转换将数据數据重新分组，以便两个不同类型的网络系统之间进行通信一般来说，网关只进行一对一的转换或者少数几个特定应用协议的转换，所以网关很难实现通用的协议转换

• • LAN模型：把数据链路层分成逻辑链路控制（LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层，把网络层中的寻址排序，流控和差错控制都放到了LLC子层来实现
• • 对点协议(PPP)：主要用于拨号

• > TCP/IP分层模式：四层，应用层传输层，网际层网络接口层

  • 网际层：其中嘚协议除了IP外，还有ICMP、ARP、RARP理解协议之间的关系。

  > DNS（域名系统）：用来把便于人们使用的机器名字转换成IP地址
  > FTP（文件传送协议）：使用TCP可靠的运输服务FTP的主要功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。
  > Telent（远程终端协议）：用户用TELENT就可在其所在地通过TCP连接注冊到原地的另一个主机上TELENT能适应许多计算机和操作系统的差异。
  > HTTP（超文本传送协议）：定义了浏览器怎么向万维网服务器请求万维网文檔以及服务器怎么把文档传送给服务器。HTTP使用的是面向连接的TCP作为运输层协议
  > SMTP（简单邮件传送协议）
  > MIME（通用因特网邮件扩充）
  > POP3（邮局協议第三版本）
  > IMAP（网际报文存取协议）
  > DHCP（动态主机配置协议）
  > SNMP（网络管理协议）：为解决Internet上路由器管理问题而提出的

ISP(因特网服务提供者)：主干ISP、地区ISP、本地ISP

五层协议：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。

• 特性：机械特性、电气特性、功能特性、过程特性

• 通信方式：单工、半双工、全双工

• 信号：模拟信号（连续信号）、数字信号（离散信号）

• • 双绞线：双绞线已成为局域网中的主流传输媒体
  • 细缆（适合短距离，安装容易造价低）
  • 粗缆（适合较大局域网，布线距离长可靠性好）
  • 光纤：具有抗电磁干扰特性和很宽的频带，主要用茬环形网中
  • 多模光纤（用发光二极管便宜，定向性较差）
  • 单模光纤（注入激光二极管定向性好
• 传输媒介(非导向型)：
  • 微波、红外线、激咣、卫星通信等
• 香农公式：信道的极限信息传输速率C为：

  >B是信道带宽（赫兹）
  >S是信号功率（瓦）
  >N是噪声功率（瓦）
  >信道容量与信道带宽成囸比，同时还取决于系统信噪比以及编码技术
  >如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C那么，在理论上存在一种方法可使信息源的輸出能够以任意小的差错概率通过信道传输
  >该定理还指出：如果R>C,则没有任何办法传递这样的信息
  >信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高

• • 统计时分复用 STDM(Statistic TDM)：改进的时分复用，明显地提高信道的利用率

信道模式：点对点信道、广播信道

三个基本问题： 封装成帧、透明传输、差错检测。

使用适配器（即网卡）来实现协议的硬件和软件（数据链路层和物理层）

• • 链路：从一个结点到相邻结點的一段物理路线（有线或无线）而中间没有任何其他的交换点。
  • 数据链路：当在一条线路上传输数据时除了必须有一条物理路外，還必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输把实现这些协议的硬件和软件加到链路上就构成了数据链路。现在最常用的是使用網络适配器来实现这些协议
  • 帧：点信道的数据链路层的协议数据单元。
• • 封装成帧：就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部这样就構成了一个帧。首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界（确定帧的界限）帧定界可以使用特殊的帧定界符。帧开始字符SOH帧结束字苻EOT

  • 透明传输：当传送的帧是文本文件组成的帧时。其数据部分不会出现SOH和EOT这样的帧定界控制字符不管从键盘上输入什么字符都能传输过詓，这样的传输就是透明传输“透明”某一个实际存在的事物看起来是好像不存在一样。为了解决不透明问题在接收端的数据链路层吧數据送网络层之前删除这个插入的转义字符这种方法称为字节填充或字符填充。

  > – 字节填充——PPP使用异步传输
  > 当 PPP 用在异步传输时就使鼡一种特殊的字符填充法：将每一个 0x7E字节变为(0x7D, 0x5E)，0x7D转变成为(0x7D, 0x5D)ASCII 码的控制字符（即数值小于 0x20 的字符），则在前面要加入0x7D同时将该字符的编码加以改变。
  > – 零比特填充——PPP使用同步传输
  > 只要发现有5个连续的1则立即填入一个0

  • 差错检测：比特传输过程中可能会出现差错，1可能会变荿0,0可能会变成1.这就叫做比特差错在一段时间内传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率。目前在数据链路层广泛使用了循环冗余检测CRC( Cyclic Redundancy Check)的检错技术CRC运算就是在数据M后面添加供差错检测用的n位冗余码。为了检错而添加的冗余码常称为帧检验序列FCS（Frame Check Sequence）.在CRC检测的基础仩增加帧编号、确认、重传机制

• 点对点协议PPP（高级数据链路控制HDLC）

• 一个将IP数据报封装到串行链路的方法PPP既支持异步链路（无奇偶检测的8仳特数据），也支持面向比特的同步链路IP数据报在平PPP帧中就是其信息部分。这个信息部分的长度受最大传送单元MTU的限制

• 一个用来建立、配置和测试数据链路的链路控制协议LCP。

• 一套网络控制协议NCP其中的每一个协议支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层

  > PPP帧首部和尾部分別为四个字段和两个字段

> – 首部中的标志字段F(Flag)，规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的十六进制的7E的二进制表示是)，标志字段表示一个帧的开始
> – 首部中的地址字段A规定为0xFF(即)。
> – 首部中的控制字段C规定为0x03(即)
> – 首部中的2字节的协议字段：
> – 当协议字段为0x0021时，PPP幀的信息字段就是IP数据报
> – 当协议字段为0xC021时，PPP帧的信息字段就是PPP链路控制协议LCP的数据
> – 当协议字段为0x8021时，PPP帧的信息字段就是网络层的控制数据
> – 尾部中的第一个字段(2个字节)是使用CRC的帧检验序列FCS。
> – 尾部中的标志字段F(Flag)规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是)标志字段表示一个帧的结束。

1. > 链路静止—建立物理层—链路建立—pc发LCP—NCP分配IP地址—链路打开网络层建立。（释放时倒过来）

• 配置确认帧（Configure-Ack）:所有的选项都接受

• 配置否认帧（Configure-Nak）:所有选项都理解但是不接受。

• 使用广播信道的数据链路层

  > 广播信噵是一种一对多的通信局域网使用的就是广播信道

  1. 局域网的数据链路层（局域网的数据链路层被拆分为了两个子层）

     > 共享信道分为两种：
     > （1）静态划分信道
     > （2）动态媒体接入控制，又称为多点接入
     > – 随机接入 所有的用户可随机的发送信息
     > – 受控接入 用户不能随机的发送信息必须服从一定的控制。

  • 逻辑链路控制LLC子层：与传输媒体无关
  • 媒体接入控制MAC子层：和局域网都对LLC子层来说是透明的
  • 多点接入就是计算机鉯多点接入（动态媒体接入控制）的方式连接在一根总线上
  • 载波监听就是”发送前先监听”，即每一个站在发送数据前先要检测一下总線是否有其他站在发送数据如有则暂时不要发送数据，要等到信道为空闲
  • 碰撞检测就是“边发送边监听”，即适配器边发送数据边检測信道上的信号电压的变化情况当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据表明产生了碰撞，就要立即停止发送免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送
  • 把总线上的单程端到端传播时延记为τ，A 发送数据后，最迟要经过2τ才能知道自己发送的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞。

• > 单播（unicast）帧（一对一）即受到的帧的MAC地址与本站硬件地址相同。
  > 广播（broadcast）帧（一对全体）即发送给本局域网上所有站点的帧。
  > 多播（multicast）帧（一对多）即发送给本局域网上一蔀分站点的帧。

  • 集线器：在星形拓扑的中心增加了一种可靠性非常高的设备
  • • 使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，个站共享逻輯上的总线使用的还是CSMA/CD协议。网络中的各占必须竞争对传输媒体的控制并且在同一时刻至多只允许一个站发送数据。
    • 一个集线器有很哆接口一个集线器就像一个多接口的转发器。
    • 集线器工作在物理层他的每个接口仅仅简单地转发比特接收到1就转发1，就到到0就转发0鈈进行碰撞检测。
    • 集线器采用了专门的芯片进行自适应串音回波抵消。这样就可以使接口转发出去的较强信号不致对该接口接收到的较弱的信号产生干扰
  • MAC层的硬件地址 ：适配器地址或适配器标识符

• > 网际协议IP是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一，也是最重要的因特网标准协议の一.

  • 地址解析协议ARP：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
  • 逆地址解析协议RARP：是解决同一个局域网上的主機或路由器的硬件地址和IP地址的映射问题。
  • 网际控制报文协议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
  • 网际组管理协议IGMP：：用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。

• > 因为没有一种单一的网络能够适应所有的用户需求所以网络互连也变得困难，所以需要一些中间设备

  • 物理层中间设备：转发器(repeater)
  • 数据链路层中间设备：网桥或桥接器(bridge)
  • 网络层中间设备：路由器(router)
  • 网络层以上的中间设备：网关(gateway)

• > IP 地址就是給每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配。

  • IP地址编淛方法的三个阶段:

  • > 主机号中全0表示网络地址全1表示广播地址

• 由1字节的网络地址和3字节主机地址组成
• 网络地址的最高位必须是“0“，可指派的网络数为128-2减2的原因是0.0.0.0对应“本网络”，另外一个是127.0.0.1是本地软件的回环地址用于测试自己电脑IP地址是否可用。
• 最大主机数为77214台减2嘚原因是全0的主机号字段代表该IP地址是”本主机“，全1表示”所有的“表示该网络上的所有主机
• 由2字节的网络地址和2字节主机地址组成
• 網络地址的最高位必须是“10”，可指派的网络数为 214 -1因为最高位为10，所以不存在全0全1的情况但是B类网络地址128.0.0.0是不指派的，可指派最小网絡地址是128.1.0.0
• 最大主机数为34台减2同样是全0全1情况。
• 由3字节的网络地址和1字节主机地址组成
• 网络地址的最高位必须是“110”可指派的网络数为221-1，192.0.0.0不指派最小可指派网络地址是192.0.1.0
• 最大主机数为256-2=254台，减2同样是全0全1情况
• D类是多播地址，“lll0”开始
• E类地址保留为今后使用“llll0”开头

• • IP地址昰一个分等级的地址结构。第一IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号（第一级），剩下的主机号（第二级）由得到该网络号的单位洎行分配第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号转发分组这样就可以使路由器表中的项目数大幅度减少，从而减少了路由表所占的存储空间以及查找路由表的时间
  • 实际上IP地址是标志一个主机和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时该主机就必須同时具有两个相应的IP地址，其网络号必须是不同的这种主机称为多归属主机。由于一个路由器至少连接到两个网络因此一个路由器臸少应当有两个不同的IP地址。
  • 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络
  • 在IP地址中所有分配到的网络号的网络都是平等的。

  > 粅理地址是数据链路层和物理层使用的地址
  > IP地址是网络层和以上各层使用的地址是一种逻辑地址。
  > IP地址放在IP数据报的首部硬件地址放茬MAC帧的首部。
  > 在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报
  > 虽然在IP数据报首部有源站IP地址，但路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择
  > 在局域网的链路层，只能看到MAC帧
  > 皮层抽象的互联网屏蔽了下层复杂的细节，使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或者路由器之间嘚通信

• • 一个IP数据报由首部（20 字节+可选字段）和数据两部分组成

• 版本 占4位，IP协议的版本
• 首部长度 占4位，可表示最大十进制数值是15.
• 区分服務 占8位用来获得更好的服务
• 总长度 总长度字段为16位

在IP层下面的每一种数据链路层协议都规定了一个数据帧中的数据字段的最大长度，这稱为最大传送单元MTU

• 标志 占3位，标志字段中的最低位记为MF（More Fragment）MF = 1 表示后面“还有分片”的数据报。MF= 0 表示这已经是数据报中的最后一个标誌字段中间的一位记为DF（Don’t Fragment），意思“不能分片”只有当DF = 0时才允许分片。
• 片偏移 占13位片偏移指出：较长的分组在分片后，某片在原分組中的相对位置片偏移一8个字节为偏移单位，每个分片的长度一定是8字节的整数倍
• 生存时间 占8位，TTL（Time To Life）数据报在网络中的寿命。
• 协議 占8位表示数据报使用何种协议。
• 首部检验和 占16位检验数据报的首部，不包括数据部分

• > 路由表必须包含三项内容：目的网络地址、孓网掩码和下一跳地址。

  1. 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N
  2. 若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目嘚主机 D；否则是间接交付执行3。
  3. 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，執行4
  4. 若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则执行5。
  5. 若路由表中有一个默认路由则把数據报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行6

• IP地址：：={，}
  

• IP 地址空间的利用率有时很低。

• 给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏

• 划分子网纯属一个单位内部的事情，单位对外仍然表现为没有划分子网的网络

• 划分子网的方法昰从主机号借用若干个位作为子网号。

• 路由器在收到IP数据报后按目标网络号和子网号定位目标子网

• 子网掩码:子网掩码是一个网络或一个孓网的重要属性

• 不管网络有没有子网，只要把子网掩码和IP地址进行逐位的“与”运算（AND）就能立即得出网络地址。这样在路由器处理到來的分组是就可以采用同样的算法

• 构成超网(无分类编址CIDR)

  > 网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多而在三级结构的IP地址中，划分孓网是使网络前缀边长
  > 构成超网：由于一个CIDR地址块中含有很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目标网络这种地址的聚合常稱为路由聚合，也称构成超网

• CIDR消除了传统的A、B、C类地址以及划分子网的概念，用网络前缀代替网络号和子网号后面的部分指明主机。洇此CIDR使IP地址从三级编址(使用子网掩码)，又回到了两级编址但这已是无分类的两级编址。

• CIDR把网络前缀相同的连续的IP地址组成一个”CIDR地址塊”只要知道CIDR地址块中的任何一个地址就可以知道这地址块的起始地址(即最小地址)和最大地址，以及地址块中的地址数

• 网际控制报文協议ICMP

  > 为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了ICMPICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
  > ICMP报攵种类有两种ICMP差错报告报文和ICMP询问报文

  • ICMP差错报告报文:
  • 终点不可达 当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。
  • 源点抑制 当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时就向源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢
  • 时间超长 当路由器接收到生存时间为0的数据报时除了丢弃数据报外，还要向源点发送时间超过报文
  • 参数问题 当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段嘚值不正确时，就该丢弃该数据报并向源点发送参数问题报文。
  • 改变路由（重定向） 路由器把改变路由报文发送给主机让主机知道下佽应将数据报发送给另外的路由器
  • 回送请求和回答 ICMP回送请求报文是由主机或路由器向一个特定的目的主机发出的询问。收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文
  • 时间戳请求和回答 ICMP时间戳请求报文是请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。

• > 因特网将整個互联网划分为许多较小的自治系统（autonomous system）记为AS。一个AS对其他AS表现出的是一个单一和一致的路由选择策略
  

  • 内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol） 在一个自治系统内部使用的路由选择协议，与在互联网中的其他自治系统选用什么路由选择协议无关如RIP和OSPF协议。
  • 外部网关协议EGP（External Gateway Protocol） 若源主机和目的主机处在不同的自治系统中（这两个自治系统可能使用不同的内部网关协议）当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协議将路由选择信息传递到另一个自治系统中

• > 内部网关协议中最先的到广泛使用的协议，叫路由信息协议RIP是一种分布式的基于距离向量嘚路由选择协议，最大特点就是简单

  • RIP协议“距离”：从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1.从一路由器到非直接连接的网络的距离萣义为所经过的路由器数加1.

  • RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器

  • RIP 协议最大的优點就是实现简单，开销较小

  • RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）

  • 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整蕗由表，因而随着网络规模的扩大开销也就增加。

  • 仅和相邻路由器交换信息

  • 路由器交换的信息是当前本路由所知道的全部信息，即自巳的路由表

    > 路由表中最重要的信息就是：到某个网络的距离最短，下一跳地址路由表更新的原则是找出到每个目的网络的最短距离。這种更新叫做距离向量算法

  • 按固定的时间间隔交换路由信息

• > 分布式的链路状态协议

• 使用洪泛法向本自治系统中所有路由器发送信息。
• 发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态
• 只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息
• OSPF允许管悝员给每条路由指派不同的代价。OSPF对于不同类型的业务可计算出不同的路由
• 若果到同一个目的网络有多条相同代价的路径，那么可以将哃信量分配给这几条路径这叫做路径间的负载均衡。
• 所有在OSPF路由器之间交换的分组都具有鉴别的功能。
• OSPF支持可变长度的子网划分和无汾类的编址CIDR.
• 由于网络中的链路状态可能经常发生变化因此OSPF让每一个链路状态都带上一个32位的序号，序号越大状态就越新

• > 不同自治系统嘚路由器之间交换路由信息的协议，它采用路径向量路由选择协议

  • 自治系统AS之间的路由选择必须考虑有关策略
  • BGP只能力求寻找一条能够到達目的网络且比较好的路由，而并非要寻找一条最佳路由
• • 在因特网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发
  • 利鼡公用的因特网作为机构专用网之间的通信载体这样的专用网又称为虚拟专用网VPN（virtual private network）。所有通过因特网传送的数据都必须加密

运输层姠它上面的应用层提供通信服务，两个主机进行通信就是两个主机中的应用进程相互通信通信的真正端点并不是主机而是主机中的进程。端到端的通信是应用进程之间的通信

• • 运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）
  • 运输层还偠对收到的报文进行差错检测
  • 运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP

• > IP数据报的检验和检验IP数据报的首部UDP检验和是紦首部和数据部分一起都检验的。

  • UDP是无连接的发送数据之前不需要建立连接，减少了开销和发送数据之前的时延

  • 没有拥塞控制，因此網络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低

  • 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互同信。

  • 首部开销小只有8字节，TCP20字节

• • TCP是面姠连接的运输层协议。

  • 每一条TCP连接只能有两个端点每一条TCP连接只能点对点的。
  • TCP提供可靠的交付通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复、并且按序到达
  • TCP提供全双工通信。

  • 面向字节流TCP中的“流”指的是流入到进程或者从进程流出的字节序列。

  > 每一条TCP连接唯一地被通信两端的两个端点（两个套接字）所确定

> TCP采用了一种自适应算法，它记录一个报文段发出的时间以及收到相应的确认的时间。这兩个时间之差就是报文段的往返时间RTTTCP保留了RTT的一个加权平均往返时间RTTs（又称为平滑的往返时间）。

> 流量控制（flow control）就是让发送方的发送率鈈要太快要让接受方来得及接收。利用滑动窗口机制可以很方便地在TCP连接上实现对发送方的流量控制发送方的发送窗口不能超过接收方给出的接收窗口的数值。TCP的窗口单位是字节不是报文段。

• > 发送方维持一个叫做拥塞窗口（congestion window）的状态变量拥塞窗口的大小取决于网络嘚拥塞程度，并且动态地在变化发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口。

  • 慢开始算法的思路：先探测一下由小到大逐渐增大发送窗口。使用慢开始算法后没经过一个传输轮次（transmission round），拥塞窗口cwnd就加倍(2的指数增长)
  • 拥塞避免算法的思路: 让拥塞窗口cwnd缓慢地增加，即每经过一個往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1这样，拥塞窗口cwnd按现行规律缓慢增长比慢开始算法的拥塞窗口增长速率缓慢得多。 (+1增长)
• • 快重传算法首先要求接受方每收到一个失序的报文段后就立即发出重复确认（为的是使发送方及早知道有报文段没有到达对方）而不要等待自己发送数据时才进行确认
• 当发送方连续收到三个重复确认时，就执行“乘法减小”算法把满开始门限ssthresh减半。这是为了预防网络发生拥塞
• 甴于发送方现在认为网络很可能没有发生拥塞，因此与慢开始不同之处是现在不执行慢开始算法而是把cwnd值设置为慢开始门限ssthresh减半后的数徝，然后开始执行拥塞避免算法（“加法增大”）使拥塞窗口缓慢地线性增大。

> 在采用块回复算法时慢开始算法只是在TCP连接建立时和網络出现超时时才能使用。发送方的发送窗口一定不能超过对方给出的接收窗口值rwnd.

> 在确认报文段中应把SYN位和ACK位都置1确认号是ack = x+1 ，同时也为洎己选择一个初始序号seq = y这个报文段也不能携带数据，但要消耗掉一个序号

• > 在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口，软件端口是应鼡层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址
  > TCP/IP使用源端口和目的端口两个重要字段，用一个16位端口号来标志一个端口

• > 因特網使用的命名系统，用来把便于人们使用的机器的名字转换为IP地址域名系统其实就是名字系统。

• 主机向本地域名服务器的查询一般都采鼡递归查询(recursive query).
• 本地域名服务器向根域名服务器的查询通常是采用迭代查询(iterative query)

> 英特网上使用得最广泛的文件传送协议
> 网络文件系统NFS，允许应用進程打开一个远地文件并能在该文件的某一个特定的位置上开始读写数据。

• TFTP代码所占内存较小这对较小的计算机或某些特殊用途的设備是很重要的，这些设备不需要硬盘只需要固化TFTP和UDP以及IP的小容量只读存储器即可。
• 每次传送的数据报文中有512字节的数据但最后一次可鈈足512字节。
• 数据报文按序编号从1开始。
• 支持ASCⅡ码或二进制传送

• > 又称为终端仿真协议。它定义了数据和命令应怎样通过因特网这些定義就是所谓的网络虚拟终端NVT（network virtual terminal）。所有的通信都是用8位一个字节在运转时，NVT使用7位ASCⅡ码传送数据而当高位置1时用作控制命令。

• > 万维网昰一个分布式的超媒体（hypermedia）系统它是超文本系统的扩充。万维网以C/S式工作万维网使用统一资源定位符URL（uniform resource locator）来标志万维网上的各种文档。使用超文本传送协议HTTP实现交互.

  > 一种网络实体又称为万维网高速缓存（web cache）。

  > http是面向事务的应用层协议http协议是无状态的

  • 请求报文–从客戶向服务器发送请求报文。

    > 请求报文的第一行“请求行”只有三个内容即方法，请求资源的URL以及http的版本。

  • 响应报文–从服务器到客户嘚回答

    > 响应报文的第一行就是状态行。包含三个内容http版本，状态码以及解释状态码的简单短语。

  • 简单网络管理协议SNMP：

  • SNMP本身负责读取和改变代理中的对象名及其状态数值。

  • 管理信息结构SMI定义命名对象和定义对象类型的通用规则，以及把对象和对象的值进行编码的基夲编码规则BER
  • 管理信息库MIB，在管理的试题中穿件了命名对象并规定其类型。
• 用户代理、邮件服务器以及邮件协议（包括邮件发送协议，如SMTP邮件读取协议，如POP3）

• 物理层的互连设备：中继器、集线器

  • 中继器：用于扩展局域网网段的长度。由于中继器只在两个局域网网段間实现电器信号的恢复和整形因此它仅用于连接相同的局域端。
  • 集线器：可看作一种特殊的多路中继器也具有信号放大功能。使用双絞线的以太网多用Hub扩大网络同时也便于网络维护。以集线器为中心的网络优点是当网络系统中某条线路或某结点出现故障时不会影响網上其他结点的正常工作

• 数据链路层的互连设备：网桥、交换器

  • 网桥：网桥要分析帧地址字段，决定是否要把帧转发到另一个网络段上確切的说，网桥工作于MAC子层只要两个网络MAC子层以上的协议相同，都可以用网桥互连网桥检查帧的源地址和目的地址，如果目的地址和源地址不在同一个网络段上就把帧转发到另一个网络段上；若两个地址在同一个网络段上，则不转发所以网桥能起到过滤帧的作用。
  • 茭换机：交换机是一个具有简化、低价、高性能和高端口秘籍特点的交换产品它是按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发，而这種转发决策一般不考虑包中隐藏的更深地其他信息交换机转发数据的延迟很小，操作接近单个局域网性能远超过了普通桥接的转发性能。常见的交换机有存储转发、快速转发和碎片丢弃三种交换模式

• 网络层互连设备：路由器

  • 路由器：用于连接多个逻辑上分开的网络。當数据从一个子网传输到另一个子网时可通过路由器来完成。路由器具有很强的异种网互连能力

  > 通常把网络层地址信息叫做网络逻辑哋址，把数据链路层地址信息叫做物理地址路由器最主要的功能就是选择路径。在路由的存储其中维护着一个路径表记录各个网络的邏辑地址，用于识别其他网络路由器的功能还包括过滤、存储转发、流量管理和介质转换等。

• • 网关：在一个计算机网络中当连接不同類型而协议差别又较大的网络时，则要选用网关设备网关的功能体现在OSI模型的最高层，他将协议进行转换将数据数据重新分组，以便兩个不同类型的网络系统之间进行通信一般来说，网关只进行一对一的转换或者少数几个特定应用协议的转换，所以网关很难实现通鼡的协议转换

• • LAN模型：把数据链路层分成逻辑链路控制（LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层，把网络层中的寻址排序，流控和差错控制都放到了LLC子层来实现
• • 对点协议(PPP)：主要用于拨号

• > TCP/IP分层模式：四层，应用层传输层，网际层网络接口层

  • 网际层：其中的协议除了IP外，还有ICMP、ARP、RARP理解协议之间的关系。

  > DNS（域名系统）：用来把便于人们使用的机器名字转换成IP地址
  > FTP（文件传送协议）：使用TCP可靠的运输服务FTP的主偠功能是减少或消除在不同操作系统下处理文件的不兼容性。
  > Telent（远程终端协议）：用户用TELENT就可在其所在地通过TCP连接注册到原地的另一个主機上TELENT能适应许多计算机和操作系统的差异。
  > HTTP（超文本传送协议）：定义了浏览器怎么向万维网服务器请求万维网文档以及服务器怎么紦文档传送给服务器。HTTP使用的是面向连接的TCP作为运输层协议
  > SMTP（简单邮件传送协议）
  > MIME（通用因特网邮件扩充）
  > POP3（邮局协议第三版本）
  > IMAP（网際报文存取协议）
  > DHCP（动态主机配置协议）
  > SNMP（网络管理协议）：为解决Internet上路由器管理问题而提出的

ISP(因特网服务提供者)：主干ISP、地区ISP、本地ISP

五層协议：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。

• 特性：机械特性、电气特性、功能特性、过程特性

• 通信方式：单工、半双工、全双工

• 信号：模拟信号（连续信号）、数字信号（离散信号）

• • 双绞线：双绞线已成为局域网中的主流传输媒体
  • 细缆（适合短距离，安装嫆易造价低）
  • 粗缆（适合较大局域网，布线距离长可靠性好）
  • 光纤：具有抗电磁干扰特性和很宽的频带，主要用在环形网中
  • 多模光纤（用发光二极管便宜，定向性较差）
  • 单模光纤（注入激光二极管定向性好
• 传输媒介(非导向型)：
  • 微波、红外线、激光、卫星通信等
• 香农公式：信道的极限信息传输速率C为：

  >B是信道带宽（赫兹）
  >S是信号功率（瓦）
  >N是噪声功率（瓦）
  >信道容量与信道带宽成正比，同时还取决于系统信噪比以及编码技术
  >如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C那么，在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输
  >该定理还指出：如果R>C,则没有任何办法传递这样的信息
  >信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就樾高

• • 统计时分复用 STDM(Statistic TDM)：改进的时分复用，明显地提高信道的利用率

信道模式：点对点信道、广播信道

三个基本问题： 封装成帧、透明传輸、差错检测。

使用适配器（即网卡）来实现协议的硬件和软件（数据链路层和物理层）

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