和光同尘_我的个人主页

一直游到海水变蓝。

---

期末考试：占60%（卷面满分100分）

平时成绩:占40% 其中：作业(10%) 探研报告(5%) 课堂练习(5%) 实验及实验报告(20%)

选择 15x2

填空 10x2

问答 5x6

综合 1x20

重点章节3 4 5

协议数据报的首部和尾部

三四五章考实验内容（划分Vlan配置接口IP）

引用内容为AI生成

其余为PPT截取

下划线内容为我没在PPT上没找到

第一章

1：互联网是什么，互联网的组成部分

互联网使用的交换方式（分组交换要点、优点）

网络协议三要素、网络性能：时延、带宽、吞吐量、往返时延

一：计网概念、分类 互联网组成，三种交换技术原理，

网络主要性能指标，含义，协议。

五层协议体系结构要点及各层功能

互联网

互联网是一个全球性的计算机网络，它通过一系列的通信协议（最重要的是TCP/IP协议）将世界各地的计算机、服务器、路由器等设备连接起来，实现数据和信息的共享与交换。

组成

硬件、协议和服务

类别

• 按照作用范围分类：广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个人区域网PAN
• 按照网络使用者分类：公用网、专用网

交换方式

电路交换、报文交换和分组交换

电路交换是一种传统的通信方式，广泛应用于电话网络中。它的原理是：在通信双方之间建立一条专用的物理通道，并在通信过程中保持该通道的持续连接。数据通过这个专用通道进行传输，直到通信结束。

报文交换是一种数据交换方式，其中整个消息作为一个单位进行传输。消息被存储在中间的交换节点中，直到网络中有足够的资源将消息传送到目的地。

核心交换方式是分组交换。

分组交换的要点：

• 分组交换是将数据分成小的、独立的数据包，每个数据包带有目标地址和其他控制信息。这些数据包通过不同的路径在网络中传输，最后在目标设备上重新组装成完整的数据。
• 每个数据包在传输过程中可以选择不同的路径，因此即使某个路径出现故障，数据包仍然可以找到其他路径到达目的地。
• 分组交换不需要建立一个专用的通信路径，因此相较于传统的电路交换，它更加灵活和高效。

分组交换的优点：

• 高效利用网络资源： 每个数据包独立传输，不需要占用固定的通信线路，可以动态地利用网络带宽。
• 容错能力强： 由于数据包可以通过不同的路径传输，如果某条路径出现问题，网络可以选择其他路径进行传输，增强了网络的可靠性。
• 适应性强： 网络中的流量动态变化时，分组交换能够高效地处理不同的数据流量需求，减少了带宽的浪费。
• 支持多种通信服务： 分组交换能够支持多种类型的通信，如文本、语音、视频等。
• 节省带宽： 由于分包传输，通信线路被高效利用，避免了长期占用线路带宽的情况。

网络性能指标

• 速率

数据的传送速率，它也称为数据率或比特率.速率的单位是bit/s，或Kbit/s、Mbit/s、Gbit/s 等。例如

4×10¹⁰bit/s的数据率就记为40Gbit/s。

• 带宽

“带宽”本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。也可用来表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是bit/s，即本质是相同的。也就是说，一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。

• 吞吐率

表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量吞吐量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

• 时延

时延（delay 或latency）是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间，总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延组成

体系结构

网络协议

三要素：

语法：数据与控制信息的结构或格式

语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应（含义和目的）

同步：事件实现顺序的详细说明（时序关系）

五层协议

应用层：为满足用户应用程序的需求需遵循的规则，负责应用程序间沟通

运输层：负责两个进程之间的通信，即端到端的通信。如传输控制协议 (TCP), 能够确保数据可靠发送

网络层：负责主机到主机之间的通信，负责地址管理和路由选择。 例如在IP协议中, 通过IP地址来标识一台主机, 并通过路由表的方式规划出两台主机之间的数据传输的线路(路由). 路由器(Router)工作在网路层.

数据链路层：在结点到结点之间实现无差错的帧的传输。负责设备之间的数据帧的传送和识别，有以太网、令牌环网, 无线LAN等标准. 交换机(Switch)工作在数据链路层.

物理层：透明的传输比特流。负责光/电信号的传递方式

第二章：物理层

2：物理层四大特性

p45调制 奈氏准则 计算

两种传输媒体怎么选择

信道复用 每个复用方法的特征、简写（3类）、计算

二：物理层结构基本特征，通信三种方式。基本带通调制方法，奈氏准则，

信道复用技术特征：频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、统计时分复用(STDM)、波分复用(WDM)、码分复用(CDM)

物理层的主要任务（四大特性）

机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等 -> 语法

电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 -> 语法

功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。 -> 语义

过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 -> 同步

通信的三种方式

单向通信（单工通信）： 双向传输，但不能同时进行

双向交替通信(半双工通信）：双向传输，但不能同时进行。

双向同时通信(全双工通信）： 双方可以同时进行信息传输，双向通信。

两种传输媒体

导引型传输媒体，电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播。（双绞线、同轴电缆、光纤）

非导引型传输媒体就是指自由空间。在非导引型传输媒体中，电磁波的传输常称为无线传输。

• 短波通信
• 微波（无线电视距中继、卫星中继信道）

信道

码元：承载信息量的基本信号单位

信道：一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体

基带信号（即基本频带信号）：来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号，基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation).调制分为两大类：

• 基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码(coding)。
• 带通调制：使用载波(carrier)进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）
• 带通信号：经过载波调制后的信号。

基本带通的调制方法

最基本的二元制调制方法有以下几种：

调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而变化。

调频(FM):载波的频率随基带数字信号而变化

调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化

信道的极限容量

从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个：

• 信道能够通过的频率范围
• 信噪比

信道能够通过的频率范围——奈氏准测

在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。

奈奎斯特定理实际上是采样定理的一个具体形式，表明对于一个有限带宽的信号，要避免混叠（aliasing）现象，采样频率需要至少是信号带宽的两倍。混叠是指采样过程中，信号的高频成分被误认为是低频成分，从而导致信息丢失和失真。

理想低通信道的最高码元传输速率=2_W _Baud

_W_是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)

• 每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元
• Baud是波特，是码元传输速率的单位，1波特为每秒传送1个码元

理想带通特性信道的最高码元传输速率=_W _Baud

_W_是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz)

• 每赫带宽的理想带通信道的最高码元传输速率是每秒1个码元

注意：

实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显地低于奈氏准则给出上限数值。

波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念

• 波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。
• 比特是信息量的单位
• 设码元传输速率为RB，信息传输速率为Rb。对二进制码元R,=RB，对M进制码元R,=Relog2M

信道复用技术

复用是通信技术中的基本概念。它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，扶提高利用率。

频分复用、时分复用和统计时分复用

频分复用FDM：

• 将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
• 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。

时分复用TDM：

• 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。
• 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM 帧的长度)
• TDM信号也称为等时(isochronous)信号。
• 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

由于使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。当某用户暂时无数据发送时，在时分复用帧中分配给该用户收的时隙只能处于空闲状态。可能会造成线路资源的浪费

统计时分复用STDM：

• STDM不是固定分配时隙，而是按需分配时隙，可提高线路的利用率。
• 由于STDM帧中的时隙不是固定地分配给某个用户，因此在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这将产生额外开销
• 统计时分复用又称为异步时分复用。

波分复用WDM

码分复用CDM

使用不同的码字（编码）使多个信号在同一信道上同时传输

常用的名词是码分多址CDMA

各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。

这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

第三章：数据链路层

3：数据链路层 1对1 ppp 1对多csma\cd

3个基本问题 怎么解决 CRC差错检测 计算 多项式->二进制

PPP协议的透明传输问题、帧定界问题怎么解决、同步链路、异步链路怎么解决

局域网的拓扑结构、特点 16字秘诀

csma\cd

以太网 避让机制、争用期、最短有效帧长 最长。。

mac帧的格式（字节、固定部分多少，可用多少、首部）

以太网的MAC地址 用处 发送的是广播地址怎么写

MTU 帧中的最大传送单元

VLAN划分

交换机、集线器、网桥、路由器 特点 区别（哪些在以太网、那些在互联网）

虚拟互联网、协议、配置

传输介质构造以太网

交换机配置命令

三：点到点传输（PPP）,CRC冗余码，以太网标准，拓扑类型，传输介质，CSMA/CD 以太网MAC地址，帧格式，以太网交换机特点

三个基本问题

封装成帧：

• 封装成帧（framing）就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成一个帧。
• 首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界，（控制字符进行帧定界）

透明传输：

如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和SOH(标题开始 Start of Header )或EOT(结束传输 End of Transmission )一样，数据链路层就会错误地“找到帧的边界”

解决方法：字节填充（byte stuffing）或字符填充(character stuffing) .

• 发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH"或“EOT"的前面插入一个转义字符“ESC”（其十六进制编码是 1B)。
• 接收端的数据链路层在将数据送往网络层之前删除插入的转义字符。
• 如果转义字符也出现在数据当中，那么应在转义字符前面插入一个转义字符ESC。当接收端收到连续的两个转义字符时，就删除其中前面的一个。

差错控制：

• 在传输过程中可能会产生比特差错：1可能会变成0，而0也可能变成1。
• 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BER(BitError Rate)。
• 误码率与信噪比有很大的关系
• 为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输数据时，必须采用各种差错检测措施

循环冗余检验CRC

二进制模2除法运算

设：

被除数：M（k位）

除数：P（n+1位)

商：Q

余数：R（n位）

则：

M-R=P*Q

模2除法：M+R=P*Q

M2ⁿ+R’=PQ’

原理：

1. 在发送端，先把数据划分为组。假定每组k个比特，用M表示。
2. 用二进制的模2运算进行2n乘M的运算这相当于在M后面添加n个0。
3. 得到的(k+n)位的数除以事先选定好的长度为(n+ 1)位的除数 P，得出商是Q，而余数是R，余数R比除数P少1位，即R是n位
4. 将余数R作为冗余码拼接在数据M后面发送出去。

注意：

• 仅用循环余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受(accept)。
• “无差错接受”是指：：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”，也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）
• 要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。

使用点对点信道的数据链路层

点对点协议PPP

帧格式

PPP是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节。

PPP帧的首部和尾部分别为4个字段和2个字段。

透明传输问题

当 PPP用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和HDLC的做法一样）

• PPP协议用在SONET/SDH链路时，使用同步传输（一连串的比特连续传送）。这时PPP协议采用零比特填充方法来实现透明传输。
• 在发送端，只要发现有5个连续1，则立即填入一个0。
• 接收端对帧中的比特流进行扫描。每当发现5个连续1时，就把这5个连续1后的一个0删除

当 PPP用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法。

• 将信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成为2 字节序列(0x7D,0x5E)。
• 若信息字段中出现一个0x7D的字节，则将其转变成为 2 字节序列(0x7D,0x5D)。
• 若信息字段中出现ASCII码的控制字符（即数值小于0x20的字符），则在该字符前面要加入一个0x7D 字节，同时将该字符的编码加以改变
• 还原:

0x7D 0x5E -> 0x7E

0x7D 0x5D -> 0x7D

0x7D 0xab(ab<20) -> 0xab

使用广播信道的数据链路层

局域网

特点：网络为一个单位所拥有；地理范围和站点数目均有限。

拓扑结构：星型网、总线网、环形网

使用一对多的广播通信方式。

问题：若多个设备在共享的广播信道上同时发送数据，则会造成彼此干扰，导致发送失败。

媒体共享技术：

静态划分信道

• 频分复用FDM、时分复用TDM、波分复用WDM、码分复用CDM

动态媒体接入控制(多点接入)

• 随机接入，如以太网；
• 受控接入，如多点线路探询(polling)，或轮询。

以太网

标准：

• DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品(以太网)的规约。
• IEEE 802.3 是第一个 IEEE 的以太网标准
• DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”
• 严格说来，“以太网”应当是指符合DIX EthernetV2标准的局域网

以太网采用无连接工作方式，提供不可靠服务

CSMA/CD协议

最初的以太网是将许多计算机都连接到一根总线上。当初认为这样的连接方法既简单又可靠，因为总线上没有有源器件

• CSMA/CD含义：载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
• “多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
• “载波监听”是是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。
• “碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。
• 当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大 （互相叠加），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（冲突），也称为“冲突检测”
• 如果设备在发送过程中发现冲突，它会立即停止发送数据，并通过发送一个人为干扰信号来通知其他设备发生了冲突（强化碰撞）。

特性：

• 使用CSMA/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工通信)
• 每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性
• 这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。

争用期

• 最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间2τ(两倍的端到端时延，往返时延)就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞
• 以太网的端到端往返时延 2τ 称为争用期，或碰撞窗口。
• 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞

争用期的长度：

• 10Mbit/s以太网取51.2 μs 为争用期的长度，在争用期内可发送512bit，即 64字节。
• 这意味着：以太网在发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突，

最短有效帧长：

• 如果发生冲突，就一定是在发送的前64字节之内。
• 由于一检测到冲突就立即中止发送，这时已经发送出去的数据一定小于64字节，
• 以太网规定了最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

帧间最小间隔：

• 帧间最小间隔为9.6 μs，相当于 96 bit 的发送时间
• 一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6μs 才能再次发送数据
• 这样做是为了使刚刚收到数据帧的站的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备，

以太网的MAC层

MAC地址

MAC地址是唯一标识的，生产适配器时，6字节的MAC 地址已被固化在适配器的ROM，因此，MAC地址也叫做硬件地址(hardware address)或物理地址。

• IEEE规定地址字段的第一字节的最低位为I/G位（位于组织唯一标识符）。I/G表示Individual/Group。
• 当I/G位=0时，地址字段表示一个单站地址。
• 当I/G位=1时，表示组地址，用来进行多播（以前曾译为组播）。此时，IEEE只分配地址字段前三个字节中的23 位。
• 当I/G位分别为0和1时，一个地址块可分别生成2²⁴个单个站地址和2²⁴个组地址，
• 所有48位都为1时，为广播地址。只能作为目的地址使用。

MAC帧格式

常用的以太网MAC帧格式有两种标准：

DIX Ethernet V2 标准

IEEE 的 802.3 标准

最常用的MAC帅帧是 以太网V2的格式

当数据字段的长度小于46字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节

帧定界：

在帧的前面插入（硬件生成）的8字节中，第一个字段共7个字节，是前同步码，用来迅速实现MAC帧的比特同步。第二个字段1个字节是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC帧。

无效MAC帧：

• 数据字段的长度与长度字段的值不一致；
• 帧的长度不是整数个字节；
• 用收到的帧检验序列FCS查出有差错；
• 数据字段的长度不在46～1500字节之间，
• 有效的MAC帧长度为64～1518字节之间

拓展以太网

MTU

Maximum Transmission Unit，最大传输单元，以太网中MTU大小通常为1500字节。

以太网交换机特点

• 以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥。通常都有十几个或更多的接口。
• 每个接口都直接与一个单台主机或另一个以太网交换机相连，并且一般都工作在全双工方式。
• 以太网交换机具有并行性。能同时连通多对接口，使多对主机能同时通信。
• 相互通信的主机都是独占传输媒体，无碰撞地传输数据。
• 以太网交换机的接口有存储器，能在输出端口繁忙时把到来的帧进行缓存
• 以太网交换机是一种即插即用设备，其内部的帧交换表(又称为地址表)是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的
• 以太网交换机使用了专用的交换结构芯片，用硬件转发，其转发速率要比使用软件转发的网桥快很多。

虚拟局域网VLAN

利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN (Virtual LAN).

虚拟局域网VLAN是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组，而这些网段具有某些共同的需求。每一个VLAN的帧都有一个明确的标识符，指明发送这个帧的计算机是属于哪一个VLAN。

协议

• IEEE批准了802.3ac标准，该标准定义了以太网的帧格式的扩展，以支持虚拟局域网
• 虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个4字节的标识符，称为VLAN 标记(tag),用来指明发送该帧的计算机属于哪一个虚拟局域网。
• 插入VLAN标记得出的帧称为802.1Q帧或带标记的以太网帧。

第四章：网络层

4：面临的问题 虚拟网络互联 概念、设备、协议 p120

IP地址：分类IP 无分IP IP的两部分组成（一个分类的IP地址怎么求网络地址、五分类的编制地址快的首地址、尾地址、范围、连接的主机数、前缀）

IP数据报格式p132

ARP 协议 （IP->物理地址）跨局域网、网络怎么办

DNS协议 （域名->IP地址）（第六章）

IP数据报格式

IP层转发分组流程（前提：怎么求主机网络地址，IP地址和子网掩码按位&）

IP数据报片划分

ICMP协议 报文的类型和作用

IPv6 共存 双协议栈和隧道 地址格式零压缩

路由选择协议 自治系统之间和自治系统内部

路由协议 路由器转发、分组流程（ip协议、路由表更新过程 BBG协议优先级）p172

IGMP作用（IP多播）

VPN专用地址 VPN是解决什么 NAT解决什么

四：网络互联的中断设备特点。IP地址的概念应用，IP 数据报首部。IPv6零压缩，ARP协议。ICMP协议 IP与MAC的区别，路由去转发分组流程，路由协议分类，路由算法的含义和应用，RIP、BGP协议。 VPN和NAT概念

IP

虚拟互联网络

网络互连都是指用路由器进行网络互连和路由选择。

所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。

互联网（Internet)就是一个虚拟互连网络

分类IP地址

将IP地址划分为若干个固定类。

每一类地址都由两个固定长度的字段组成其中一个字段是网络号net-id，它标志主机（或路由器）月所连接到的网络，而另一个字段则是主机号host-id，，它标志该主机（或路由器)

主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。

由此可见，一个IP地址在整个互联网范围内是唯一的

无分类编制CIDR

例：128.14.32.0/20表示的地址块共有2¹²个地址（因为斜线后面的20是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是12位）

这个地址块的起始地址是128.14.32.0。

在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20地址块”

• 128.14.32.0/20地址块的最小地址：128.14.32.0
• 128.14.32.0/20地址块的最大地址：128.14.47.255
• 全0和全1的主机号地址一般不使用

地址掩码（子网掩码）

例：/20地址块的地址掩码：

• 11111111 11111111 11110000 00000000
• 点分十进制记法：255.255.240.0

默认地址掩码：

• A类地址：255.0.0.0 （8位网络号）
• B类地址：255.255.0.0（16位网络号）
• C类地址：255.255.255.0（24位网络号）

IP地址 & 地址掩码 = 网络地址

【例】已知IP地址是128.14.35.7/20,求网络地址

(a)点分十进制表示的IP地址 128.14.35.7

(b)IP地址的第3字节是二进制 128.14. 00100011 .7

©子网掩码是255.255.240.0 128.14. 11110000 .0

(d)IP地址与子网掩码逐位相与 128.14. 00100000 .0

(e)网络地址 (点分十进制表示) 128.14.32.0

IP地址VSMAC地址

网络层及以上使用IP地址，链路层以及下使用MAC地址

• IP 地址在整个路由过程中，一直不变

• Mac 地址一直在变

• 目的IP 是一种长远目标，Mac 是下一阶段目标，目的IP 是路径选择的重要依据，mac 地址是局域网转发的重要依据提炼

地址解析协议ARP

ARP作用：已经知道了一个机器（主机或路由器）的IP地址，如何找出其相应的硬件地址？ARP从网络层使用的IP 地址，解析出在数据链路层使用的硬件地址。

ARP高速缓存 (ARP cache),存放所在局域网内各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。

< IP address;MAC address;TTL>

TTL (Time To Live):地址映射有效时间

当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址

• 如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入MAC 帧，然后通过局域网将该MAC 帧发往此硬件地址。
• 如没有，ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP 请求分组。收到ARP 响应分组后，将得到的IP 地址到硬件地址的映射写入ARP高速缓存。

要点：

ARP请求分组：包含发送方硬件地址/发送方IP地址／目标方硬件地址(未知时填0)／目标方IP 地址

本地广播 ARP 请求（路由器不转发ARP请求）

ARP响应分组：包含发送方硬件地址／发送方IP地址/目标方硬件地址/目标方IP地址

ARP分组封装在物理网络的帧中传输

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，当目的主机和源主机不在同一个局域网，则通过ARP 找到本局域网上的某个路由器的硬件地址，将分组发送给该路由器，把分组转发给下一个网络剩下的工作就由下一个网络来做。

IP数据报格式

一个IP数据报由首部和数据两部分组成，首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。

总长度一占16位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为65535字节。

• 总长度必须不超过最大传送单元MTU。

标志(flag))一占3位，目前只有前两位有意义。

• 标志字段的最低位是MF（MoreFragment)，MF=1表示后面“还有分片”。MF=0表示最后一个分片。
• 标志字段中间的一位是DF（Don’tFragment），只有当DF=0时才允许分片。

IP数据报分片：

例：一数据报的总长度为3820字节，其数据部分的长度为3800字节（使用固定首部），需要分片为长度不超过1420字节的数据报片

IP层转发分组流程

H首先检查128.1.2.132是否连接在本网络上。如果是，则直接交付；否则，就送交路由器R1。

N1的网络地址为128.1.2.192

N1的网络掩码为/26 = 255.255.255.192

H2的地址 128.1.2.132

按位& 128.1.2.128 ≠ H1的网络地址，源主机H必须把分组发送给路由器R1

R1的路由表：

255.255.255.192 AND 128.1.2.132=128.1.2.128/26 不匹配！

255.255.255.192 AND 128.1.2.132=128.1.2.128/26 匹配！进行分组直接交付（通过路由器R1的接口1）

最长前缀匹配：

• 如果查找路由表多个跳转都匹配，则选择网络前缀最长，即/后最大的

ICMP

ICMP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报文的前4个字节是统一的格式，共有三个字段：即类型、代码和检验和。接着的4个字节的内容与ICMP的类型有关

ICMP报文有两种：ICMP 差错报告报文 和 ICMP 询问报文

ICMP的应用：

• PING：使用了ICMP回送请求与回送回答报文，
• Traceroute：用来跟踪一个分组从源点到终点的路径。它利用IP数据报中的TTL字段和ICMP时间超过差错报告报文实现对从源点到终点的路径的跟踪。
• 发现路径MTU(MaxTransmissionUnit)利用IP数据报标志字段的中间位DF（Don’tFragment)

路由选择协议

自治系统AS

自治系统AS的定义：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由选择协议用以确定分组在AS之间的路由

对自治系统AS的定义是强调下面的事实：尽管一个AS使用了多种内部路由选择协议和度量，但重要的是一个AS对其他AS表现出的是一个单一的和一致的路由选择策略。

内部网关协议义IGP (Interior Gateway Protocol) 也叫域内路由选择

• 在一个自治系统内部使用的路由选择协议
• 常用：RIP、OSPF

外部网关协议EGP (External Gateway Protocol) 也叫域间路由选择

• 在不同自治系统之间进行路由选择时使用
• 使用最多：BGP-4

RIP

RIP协议基于距离向量，即经过一个路由器，距离（跳数）加1，距离最大为16，表示不可达

RIP协议只选择距离最短的路由

特性：

• 仅和相邻路由器交换信息。
• 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息,即自己的路由表，
• 按固定的时间间隔交换路由信息，例如隔30 秒。当网络拓扑发生变化时，路由器也及时向相邻路由器通告拓扑变化后的路由信息

路由表的建立

• 路由器在刚刚开始工作时，距路由表是空的。它只知道到直接连接的网络（距离定义为1），并将其加入到路由表中。
• 以后，每一个路由器都只和最近的路由器交换并更新路由信息
• 经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。

RIP协议特点：好消息传播得快，坏消息传播（故障的网络需要经过长时间才能被发现）

优点：实现简单，开销较小。

缺点：

• 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。
• “坏消息传播得慢”，使更新过程的收敛时间过长。

BGP

力求选择出一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由。

采用了路径向量（pathvector）路由选择协议

每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的BGP发言人(BGPspeaker)

IPv6

零压缩

冒号十六进制记法可以允许零压缩(zerocompression)，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代

FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可压缩为：FF05::B3

注意：在任一地址中只能使用一次零压缩，

双协议栈

双协议栈（dualstack）是指在完全过渡到IPv6之前使一部分主机（或路由器）装有两个协议栈，一个IPv4和一个IPv6。

双协议栈的主机（或路由器）记为IPv6/IPv4，表明它同时具有两种IP地址：一个IPv6地址和一个IPv4地址。

双协议栈主机在和IPv6主机通信时是采用IPv6地址而和IPv4主机通信时就采用IPv4地址。

根据DNS返回的地址类型可以确定使用IPv4地址还是IPv6 地址。

隧道技术

在IPv6数据报要进入IPv4网络时，把IPv6数据报封装成为IPv4数据报，整个的IPv6数据报变成了IPv4数据报的数据部分，

当IPv4 数据报离开IPv4 网络中的隧道时，再把数据部分（即原来的IPv6数据报）交给主机的 IPv6 协议栈。

IP多播

在互联网上进行多播就叫做IP多播。互联网范围的多播要靠路由器来实现。能够运行多播协议的路由器称为多播路由器(multicast router)。当然它也可以转发普通的单播IP数据报。

从1992年起，在互联网上开始试验虚拟的多播主干网 MBONE(Multicast Backbone On theInterNEt).现在多播主干网已经有了相当大的规模。

多播IP地址：

• IP多播所传送的分组需要使用多播IP地址。
• 在多播数据报的目的地址写入的是多播组的标识符，即IP地址中的D类地址（多播地址)，每一个D类地址标志一个多播组
• 多播地址只能用于目的地址，不能用于源地址
• IPv4组播地址段：2224.0.0.0到239.255.255.255

多播数据报：

• 多播数据报和一般的IP数据报的区别就是它使用D类IP地址作为目的地址，并且首部中的协议字段值是2，表明使用网际组管理协议义IGMP
• 多播数据报也是“尽最大努力交付”，不保证一定能够交付多播组内的所有成员
• 对多播数据报不产生ICMP差差错报文。因此，若在 PING 命令后面键入多播地址，将永远不会收到响应。

IGMP

IP多播需要两种协议：

• 为了使路由器知道多播组成员的信息，需要利用网际组管理协议IGMP (Internet Group ManagementProtocol)
• 连接在局域网上的多播路由器还必须和互联网上的其他多播路由器协同工作，以便把多播数据报用最小代价传送给所有的组成员。这就需要使用多播路由选择协议。

IGMP的使用范围：

• IGMP并非在互联网范围内对所有多播组成员进行管理的协议，
• IGMP不知道道IP多播组包含的成员数，也不知道这些成员都分布在哪些网络上
• IGMP协议是让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机（严格讲，是主机上的某个进程）参加或退出了某个多播组。

和 ICMP相似，IIGMP使用IP数据报传递其报文（即IGMP报文加上IP首部构成IP数据报），但它也向IP提供服务。因此，我们不把IGMP看成是一个单独的协议而是属于整个网际协议IP的一个组成部分。

IGMP工作阶段：

第一阶段：加入多播组

• 当某个主机加入新的多播组时，该主机应向多播组的多播地址发送IGMP报文，声明自己要成为该组的成员。
• 本地的多播路由器收到IGMP报文后，将组成员关系转发给互联网上的其他多播路由器。

第二阶段：探询组成员变化情况

• 因为组成员关系是动态的，因此本地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还继续是组的成员。
• 只要对某个组有一个主机响应，那么多播路由器就认为这个组是活跃的。
• 但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他的多播路由器。

VPN

问题：

IPv4地址紧缺，另外一些机构不需要接入互联网

解决：分为全球地址和专用地址（可重用地址）

专用地址：

• 专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。不在互联网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发
• 三个专用IP地址块：

(1) 10.0.0.0 到 10.255.255.255

A类，或记为10.0.0.0/8，它又称为24位块

(2) 172.16.0.0 到 172.31.255.255

B类，或记为172.16.0.0/12，它它又称为20位块

(3) 192.168.0.0 到 192.168.255.255

C类，或记为192.168.0.0/16，它又称为16位块

利用公用的互联网作为本机构各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).

另外，使用远程接入VPN可以让外部人员访问专用网络

NAT

解决专用网如何在互联网上通信的问题

网络地址转换 NAT(Network AddressTranslation)），需要在专用网连接到互联网的路由器上安装NAT 软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址，所有使用本地地址的主机在和外界通信时，都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址，才能和互联网连接。

网络地址转换过程：

• 内部主机A用本地地址IPa，给互联网上主机B通信所发送数据报，数据报只能通过NAT路由器转发
• NAT路由器将数据报的源地址IPa转换成全球地址IPg，并把转换结果记录到NAT地址转换表中，目的地址IPb;保持不变，然后发送到互联网。
• NAT路由器收到主机B发回的数据报时，知道数据报中的源地址是IPb，而目的地址是IPg
• 根据NAT转换表，NAT路由器将目的地址IPg转换为IPa，转发给最终的内部主机A。

第五章：运输层

5：UDP TCP区别（报文段首部）

TCP的确认机制 三次握手往返时延 拥塞控制算法（4个）超时重传

五：TCP与UDP特点，首部格式，ICP滑动窗口，确认机制，拥塞控制原理及应用

UDP

无连接、不可靠、面向数据报

TCP

面向连接、可靠的、面向字节流

TCP可靠传输的实现

确认机制：滑动窗口，累计确认，捎带应答

拥塞控制

拥塞窗口cwnd

拥塞判断：

1. 重传定时器超时
2. 收到三个重复的ACK，个别报文段会在网络中丢失，预示可能会出现拥塞（实际未发生拥塞），因此可以尽快采取控制措施，避免拥塞
3. 发生拥塞 sstresh=cwnd/2 乘法减小

拥塞控制算法：

慢开始：指数增长，到ssthresh

拥塞避免：加法增大

快重传：发送方收到3个重复的ack，立即进行重传

快恢复：快重传后，cwnd=ssthresh，执行拥塞避免

第六章：应用层

6：DNS作用、解析过程

FTP两种连接即对应端口号

万维网HTTP协议的持续和非持续 流水线和

电子邮件4个协议（基于万维网的邮件使用什么协议）

DHCP协议 需要配置的项目(secure CRT) DHCP工作过程

六：DNS，PFTP连接机制 万维网 电子邮件 系统构成 DHCP原理

DNS

域名->IP

根域名服务器、顶级域名服务器、权限域名服务器、本地域名服务器（默认域名服务器）

1. 用户请求

用户在浏览器中输入网址（例如 www.example.com）。

2. 查询DNS服务器缓存

将查询请求发送到本地DNS服务器，如果有直接返回IP，如果本地DNS服务器缓存中没有记录，它将发起迭代查询，查找域名的IP地址。具体过程如下：

3. 迭代查询（DNS服务器处理）

查询根服务器： 根 DNS 服务器返回负责查询该域名顶级域（如 .com）的 DNS 服务器地址。

查询顶级服务器： 本地 DNS 服务器接着向 顶级域名服务器（如 .com 域的 DNS 服务器）查询，TLD 服务器返回负责该具体域名的权限DNS服务器地址（ example.com ）。

查询权限服务器： 本地 DNS 服务器向权威 DNS 服务器查询，最终获得域名的具体 IP 地址。

查询最终IP：本地DNS服务器向权威DNS服务器发送请求，获得目标域名的IP地址（ www.example.com ）。

4. 返回结果

浏览器使用该IP地址与目标服务器建立连接，访问网站。

5. 缓存

本地DNS服务器和操作系统会缓存返回的IP地址。

域名服务器缓存：

每个域名服务器都维护一个高速缓存，存放最近用过的名字以及从何处获得名字映射信息的记录。可大大减轻根域名服务器的负荷，使互联网上的DNS查询请求和回答报文的数量大为减少

FTP

文件传送协议FTP只提供文件传送的一些基本的服务，它使用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

FTP使用客户服务器方式。使用两个独立的连接实现数据传输和控制信息传输，FTP的服务器进程由两大部分组成：

一个主进程，负责接受新的请求，创建从属进程处理会话

另外有若干个从属进程，负责处理单个请求。管理数据连接，传输文件数据

两个端口号：

控制端口21

• 客户进程通过连接21，告知自己的数据传送端口号

数据端口20

• 接受客户端的数据传送端口号，通过20发起连接，传送数据

电子邮件

• 简单邮件传送协议SMTP(SimpleMailTransferProtocol)
• 通用因特网邮件扩充MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions).
• 邮局协议POP(Post_OfficeProtocol)它已成为因特网的正式标准。
• 因特网报文存取协议IMAP(lnternet MessageProtocol)，目前还只是因特网的建议标准。

基于万维网的邮件

电子邮件从A发送到网易邮件服务器使用HTTP协议

两个邮件服务器之间的传送使用SMTP。

邮件从新浪邮件服务器传送到B是使用HTTP协议。

HTTP

持续连接

• 非流水线方式：收到应答发出下一个请求
• 流水线方式

非持续连接

动态主机配置协议DHCP

DHCP提供了一种即插即用网的机制，允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手工参与。

1. DHCP Discover（发现）

需要IP地址的主机在启动时就向DHCP服务器广播发送发现报文（DHCP Discover），这时该主机就成为 DHCP 客户。本地网络上所有主机都能收到此广播报文，但只有DHCP服务器才回答此广播报文。

2. DHCP Offer（提供）

DHCP服务器先在其数据库中查找该计算机的配置信息。若找到，则返回找到的信息。若找不到，则从服务器的IP地址池(addresspool)中取一个地址分配给该计算机。DHCP服务器的回答报文叫做提供报文（DHCP Offer）。

收到DHCP Discover消息的所有DHCP服务器会响应，客户可能收到多个报文。

3. DHCP Request（请求）

客户端确认选择：客户端从收到的多个DHCP Offer中选择一个，并向选定的DHCP服务器发送一个DHCP Request消息，表示它接受该IP地址及相关配置。

广播请求：虽然客户端选择了一个服务器，但它通常会通过广播的方式发送该请求，以告知其他DHCP服务器其选择。

4. DHCP ACK（确认）

DHCP服务器确认：一旦DHCP服务器收到客户端的DHCP Request消息，它会发送一个DHCP Acknowledge消息，确认客户端已成功获得指定的IP地址和网络配置信息。

客户端配置生效：客户端在接收到确认消息后，配置它的IP地址及其他网络参数（如网关、DNS等），并开始在网络上正常通信。

6. DHCP NACK

租用期：DHCP分配的IP地址是有期限的，称为租用期。租约时间到期后，客户端需要向DHCP服务器请求续约或重新获取IP地址。

租用期的一半，发送DHCP Request要求更新租用期，若不相应，会在租用期的 3/4 ，重新发送

DHCP服务器若同意，则发回确认报文DHCP ACK。DHCP客户得到了新的租用期，重新设置计时器。

DHCP服务器若不同意，则发回否认报文DHCP NACK。这时DHCP客户必须立即停止使用原来的IP地址，而必须重新申请IP地址（回到Request）

7. DHCP Release

DHCP客户可随时提前终止服务器所提供的租用期，这时只需向DHCP服务器发送释放报文DHCPRELEASE即可。

---

完~~，希望大家顺利通过考试，欢迎在评论区指出讨论或者私信我！💕

创作不易，如果有收获可否👍点赞✍评论⭐收藏一下？O(∩_∩)O

THANKS FOR WATCHING