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信道复用技术

  1. 频分复用
  2. 时分复用
  3. 波分复用
  4. 码分复用

CSMA/CD协议

CSMA/CD协议表示载波监听多点接入/碰撞检验

  • 多点接入：总线型网络，许多主机以多点方式接入总线
  • 载波监听：每个主机必须不断的监听信道，发送前若正在使用必须停止发送，监听争用期为2τ，τ为端到端的传播时延
  • 碰撞检验：发送中如果监听到信道已有其他主机正在发送，发送碰撞，停止发送。等待时间采用截断二进制指数退避算法，从离散的
    整数集合 {0, 1, …, (2k-1)} 中随机取出一个数，记作 r，然后取 r 倍的争用期作为重传等待时间

ppp协议

互联网用户通常需要连接到某个 ISP 之后才能接入到互联网，PPP 协议是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据
链路层协议。

局域网

  • 星型
  • 环形
  • 总线型

以太网

以太网是一种星型拓扑结构局域网

以太网帧格式：

  • 类型 ：标记上层使用的协议；
  • 数据 ：长度在 46-1500 之间，如果太小则需要填充；
  • FCS ：帧检验序列，使用的是 CRC 检验方法；

IP 地址编址方式

  1. 分类

  2. 子网划分
    通过在主机号字段中拿一部分作为子网号，把两级 IP 地址划分为三级 IP 地址。

    IP 地址 ::= {< 网络号 >, < 子网号 >, < 主机号 >}

    要使用子网，必须配置子网掩码。一个 B 类地址的默认子网掩码为 255.255.0.0，如果 B 类地址的子网占两个比特，那么子网掩码为 11111111 11111111 11000000 00000000，也就是 255.255.192.0。

    注意，外部网络看不到子网的存在

  3. 无分类
    无分类编址 CIDR 消除了传统 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，使用网络前缀和主机号来对 IP 地址进行编码，网络前缀的长度可以根据需要变化。

    IP 地址 ::= {< 网络前缀号 >, < 主机号 >}

    CIDR 的记法上采用在 IP 地址后面加上网络前缀长度的方法，例如 128.14.35.7/20 表示前 20 位为网络前缀。

    CIDR 的地址掩码可以继续称为子网掩码，子网掩码首 1 长度为网络前缀的长度

地址解析协议 ARP

网络层实现主机之间的通信，而链路层实现具体每段链路之间的通信。因此在通信过程中，IP 数据报的源地址和目的地址始终不变，而 MAC 地址随着链路的改变而改变。

ARP 实现由 IP 地址得到 MAC 地址

网际控制报文协议 ICMP

ICMP 是为了更有效地转发 IP 数据报和提高交付成功的机会。它封装在 IP 数据报中，但是不属于高层协议。

虚拟专用网 VPN

由于 IP 地址的紧缺，一个机构能申请到的 IP 地址数往往远小于本机构所拥有的主机数。并且一个机构并不需要把所有的主机接入到外部的互联网中，机构内的计算机可以使用仅在本机构有效的 IP 地址（专用地址）。

有三个专用地址块：

  • 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
  • 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
  • 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

网络地址转换 NAT

专用网内部的主机使用本地 IP 地址又想和互联网上的主机通信时，可以使用 NAT 来将本地 IP 转换为全球 IP。

在以前，NAT 将本地 IP 和全球 IP 一一对应，这种方式下拥有 n 个全球 IP 地址的专用网内最多只可以同时有 n 台主机接入互联网。为了更有效地利用全球 IP 地址，现在常用的 NAT 转换表把传输层的端口号也用上了，使得多个专用网内部的主机共用一个全球 IP 地址。使用端口号的 NAT 也叫做网络地址与端口转换 NAPT。

UDP 和 TCP 的特点

  • 用户数据报协议 UDP（User Datagram Protocol）是无连（对于应用程序传下来的报文不合并也不拆分，只是添加的交互通信。
  • 传输控制协议 TCP（Transmission Control Protocol）是面制，提供全双工通信，面向字节流（把应用层传下来的报文块），每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。


首部字段只有 8 个字节，包括源端口、目的端口、长度、检验和。12 字节的伪首部是为了计算检验和临时添加的。

TCP的三次握手

假设 A 为客户端，B 为服务器端。

  • 首先 B 处于 LISTEN（监听）状态，等待客户的连接请求。
  • A 向 B 发送连接请求报文，SYN=1，ACK=0，选择一个初始的序号 x。
  • B 收到连接请求报文，如果同意建立连接，则向 A 发送连接确认报文，SYN=1，ACK=1，确认号为 x+1，同时
    也选择一个初始的序号 y。
  • A 收到 B 的连接确认报文后，还要向 B 发出确认，确认号为 y+1，序号为 x+1。
  • B 收到 A 的确认后，连接建立。

通俗的说法:

  • a告诉b想要连接SYN = 1，我的位置是seq = x
  • b回复a收到你的SYN = 1了，给你ACK=1，我的位置是 seq = y，我希望收到ack = x+1
  • a回复b收到你的ACK = 1了，我的位置是seq = x+1，我希望收到ack = y+1
三次握手的原因

第三次握手是为了防止失效的连接请求到达服务器，让服务器错误打开连接。

客户端发送的连接请求如果在网络中滞留，那么就会隔很长一段时间才能收到服务器端发回的连接确认。客户端等待一个超时重传时间之后，就会重新请求连接。但是这个滞留的连接请求最后还是会到达服务器，如果不进行三次握手，那么服务器就会打开两个连接。如果有第三次握手，客户端会忽略服务器之后发送的对滞留连接请求的连接确认，不进行第三次握手，因此就不会再次打开连接。

TCP的四次挥手

以下描述不讨论序号和确认号，因为
为 1。

  • A 发送连接释放报文，FIN=1。
  • B 收到之后发出确认，此时 TC
  • 当 B 不再需要连接时，发送连
  • A 收到后发出确认，进入 TIME
  • B 收到 A 的确认后释放连接

通俗描述：

  • a告诉b我要关闭连接了
  • b回复说我等一等就关，你别给我发了
  • 等到b不需要连接后告诉a，我要关了，你确认下
  • a回复b确认关闭，然后a就等2MSL后就关闭
  • b收到a的确认后关闭
四次挥手的原因

客户端发送了 FIN 连接释放报文之后，服务器收到了这个报文，就进入了 CLOSE-WAIT 状态。这个状态是为了让服务器端发送还未传送完毕的数据，传送完毕之后，服务器会发送 FIN 连接释放报文。

TIME_WAIT
客户端接收到服务器端的 FIN 报文后进入此状态，此时并不是直接进入 CLOSED 状态，还需要等待一个时间计时器设置的时间 2MSL。这么做有两个理由：

  • 确保最后一个确认报文能够到达。如果 B 没收到 A 发送来的确认报文，那么就会重新发送连接释放请求报文，A 等待一段时间就是为了处理这种情况的发生。
  • 等待一段时间是为了让本连接持续时间内所产生的所有报文都从网络中消失，使得下一个新的连接不会出现旧的连接请求报文。

TCP拥塞控制

TCP 主要通过四个算法来进行拥塞控制：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。

  1. 慢开始与拥塞避免

发送的最初执行慢开始，令 cwnd = 1，发送方只能发送 1 个报文段；当收到确认后，将 cwnd 加倍，因此之后发送方能够发送的报文段数量为：2、4、8 …

注意到慢开始每个轮次都将 cwnd 加倍，这样会让 cwnd 增长速度非常快，从而使得发送方发送的速度增长速度过快，网络拥塞的可能性也就更高。设置一个慢开始门限 ssthresh，当 cwnd >= ssthresh 时，进入拥塞避免，每个轮次只将 cwnd 加 1。

如果出现了超时，则令 ssthresh = cwnd / 2，然后重新执行慢开始。

  1. 快重传与快恢复

在接收方，要求每次接收到报文段都应该对最后一个已收到的有序报文段进行确认。例如已经接收到 M1 和 M2，此时收到 M4，应当发送对 M2 的确认。

在发送方，如果收到三个重复确认，那么可以知道下一个报文段丢失，此时执行快重传，立即重传下一个报文段。例如收到三个 M2，则 M3 丢失，立即重传 M3。

在这种情况下，只是丢失个别报文段，而不是网络拥塞。因此执行快恢复，令 ssthresh = cwnd / 2 ，cwnd =ssthresh，注意到此时直接进入拥塞避免。

慢开始和快恢复的快慢指的是 cwnd 的设定值，而不是 cwnd 的增长速率。慢开始 cwnd 设定为 1，而快恢复 cwnd ,设定为 ssthresh。

域名解析协议 DNS

DNS 是一个分布式数据库，提供了主机名和 IP 地址之间相互转换的服务。这里的分布式数据库是指，每个站点只保留它自己的那部分数据。

域名具有层次结构，从上到下依次为：根域名、顶级域名、二级域名

DNS 可以使用 UDP 或者 TCP 进行传输，使用的端口号都为 53

文件传输协议 FTP

FTP 使用 TCP 进行连接，它需要两个连接来传送一个文件：

  • 控制连接：服务器打开端口号 21 等待客户端的连接，客户端主动建立连接后，使用这个连接将客户端的命令传送给服务器，并传回服务器的应答。
  • 数据连接：用来传送一个文件数据

动态主机配置协议 DHCP

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 提供了即插即用的连网方式，用户不再需要手动配置 IP 地址等信息。

DHCP 配置的内容不仅是 IP 地址，还包括子网掩码、网关 IP 地址。

远程登录协议 TELNET

TELNET 用于登录到远程主机上，并且远程主机上的输出也会返回。

TELNET 可以适应许多计算机和操作系统的差异，例如不同操作系统系统的换行符定义

电子邮件协议

一个电子邮件系统由三部分组成：用户***、邮件服务器以及邮件协议。

邮件协议包含发送协议和读取协议，发送协议常用 SMTP，读取协议常用 POP3 和 IMAP。

  • POP3

POP3 的特点是只要用户从服务器上读取了邮件，就把该邮件删除。

  • IMAP

IMAP 协议中客户端和服务器上的邮件保持同步，如果不手动删除邮件，那么服务器上的邮件也不会被删除。IMAP这种做法可以让用户随时随地去访问服务器上的邮件

常用端口

协议数据单元(Protocol Data Unit )

  • 物理层的 PDU是数据位（bit），
  • 数据链路层的 PDU是数据帧（frame），
  • 网络层的PDU是数据包（packet），
  • 传输层的 PDU是数据段（segment），
  • 其他更高层次的PDU是报文（message）。

各层的主要操作

  • 数据链路层：差错控制、封装成帧、透明传输
  • 网络层：网络互连、路由选择、通过寻址建立节点间连接
  • 传输层：流量控制、拥塞控制

数据链路层一般都提供3种基本服务

数据链路层一般都提供3种基本服务，即无确认的无连接服务、有确认的无连接服务、有确认 的面向连接的服务。

  • 无确认的无连接服务 无确认的无连接服务是源机器向目的机器发送独立的帧，而目的机器对收到的帧不作确认。
    如果由于线路上的噪声而造成帧丢失，数据链路层不作努力去恢复它，恢复工作留给上层去完成。
    这类服务适用于误码率很低的情况，也适用于像语音之类的实时传输，实时传输情况下有时数据延误比数据损坏影响更严重。
    大多数局域网在数据链路层都使用无确认的无连接服务。
  • 有确认的无连接服务 这种服务仍然不建立连接，但是所发送的每一帧都进行单独确认。
    以这种方式，发送方就会知道帧是否正确地到达。如果在某个确定的时间间隔内，帧没有到达，就必须重新发此帧。
  • 有确认的面向连接的服务 采用这种服务，源机器和目的机器在传递任何数据之前，先建立一条连接。
    在这条连接上所发送的每一帧都被编上号，数据链路层保证所发送的每一帧都确实已收到。
    而且，它保证每帧只收到一次，所有的帧都是按正确顺序收到的。面向连接的服务为网络进程间提供了可靠地传送比特流的服务。