计算机网络秘籍Word文档下载推荐.docx
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（3）通用性。
平台无关性。
（4）实用性。
低数据开销。
计算机网络硬件与软件：
计算机网络的硬件包括三大组成部分：
1）端节点系统设备：
计算机网络的端节点是指那些构成计算机资源子网的节点。
端节点硬件系统包括三个组成部分：
计算机、网卡和调制解调器。
2）转接节点系统设备：
转接节点是指那些构成计算机通信子网的节点。
转接节点系统设备是计算机网络硬件系统中的基础设备，是构成通信子网的基础。
包括中继器、网桥、集线器、网关、路由器、交换机、通信处理机等。
3）通信链路：
通信链路即传输介质，包括有线介质和无限介质。
有线介质有同轴电缆、双
绞线、光纤。
无线介质有无线电波、卫星、微波、红外线等。
中继器：
在物理层中实现透明的二进制比特复制，以补偿信号衰减。
桥接器：
也叫网桥。
在不同或相同的局域网（LAN）之间存储和转发帧，提供链路层上的协议转换。
路由器：
在不同的网络之间存储和转发分组，提供网络层上的协议转换。
协议转换器：
也叫网关。
专门用于高层协议转换的网间连接器。
用于传输层及传输层以上。
集线器（HUB）是一种改变网络的拓扑结构形状的装置。
交换机采用交换技术来增加数据的输入输出总和和安装介质的带宽。
计算机网络软件有网络操作系统、交换和路由软件以及网络应用软件三大类。
通信子网：
功能：
在一条物理传输媒体上，实现数据链路实体之间透明地传输各种数据的比特流。
服务：
物理层是为链路层提供服务的。
包括：
物理连接的建立、维持与释放；
物理服务数据单元的传输；
物理层管理；
数据编码。
传输模式：
串行和并行传输
并行传输指可以同时传输一组比特，每个比特使用单独的一条线路（导线）；
串行传输只使用一条线路，逐个地传送所有的比特。
异步和同步传输
异步传输指比特被划分成小组独立传送。
发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。
同步传输的比特分组要大得多。
它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。
单工、双工和全双工通信
1）单工通信：
通信只在一个方向上进行。
2）半双工通信：
这样的设备可以发送和接收，但必须轮流进行。
3）全双工通信：
这样的设备可以同时进行发送和接收。
共享介质访问协议：
ALOHA协议
时隙Aloha协议
载波侦听多路访问CSMA
减少冲突的方法之一是降低站点在前一个帧传送完毕时发送的概率。
冲突检测
提高成功率的另一个方法是减少冲突持续的时间。
二进指数退避算法
令牌环、时隙环、令牌总线
编码方法包括：
直接编码、差分编码和冗余编码。
数据链路层
链路：
所谓链路就是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换节点。
数据链路：
把两个相邻节点通信时，实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
链路与数据链路的差别：
链路是物理链路，而数据链路是逻辑链路；
采用复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路；
链路不可靠（受电磁干扰可能出现差错），而数据链路是可靠的（出现差错后可纠正）；
链路连接的生存期是节点开机到节点关机时止，而数据链路连接的生存期是从通信开始到通信结束时止。
数据链路层的功能：
数据链路层最重要的功能就是通过一些数据链路层协议（即链路控制规程）的作用，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。
具体内容包括；
链路管理、帧同步、流量控制、差错控制、区分数据和控制信息、透明传输、寻址等。
一个链路层协议可能提供的服务如下：
1．成帧和链路访问服务
2．可靠传送服务
3．流量控制服务
4．错误检测服务
5．纠正错误服务
6．半双工与全双工选择服务
链路层对网络层的服务可概括地分为三种类型：
1．无确认的无连接服务
2．有确认的无连接服务
3．有确认的面向连接服务
数据链路层成帧的方法
所谓成帧就是规定帧的大小、格式和首尾标志。
1．面向字符的帧格式：
面向字符的帧的成帧方法有字符计数法和字符填充的首尾标识法。
1）字符计数法
这种方法很简单，帧头用一个字符来表示帧的大小——帧的字符数，接收方通过统计包括帧头字符在内的字符个数，确定帧的边界。
2）字符填充的首尾标识法
这种方法以特定的字符序列为控制字段，用8位ASCII码定义帧头和帧尾的标识符，分别记为数据链路正文头和数据链路正文尾。
2．面向位的帧格式
面向位的帧的成帧方法有位填充的首尾标识法和物理层编码违例法。
1）位填充的首尾标识法
这种方法与字符填充的首尾标识法的思想基本相同，也是以特定的字符序列为控制字段，不同的是这里帧的首尾标志都是用一个固定的8位二进制序列01111110。
帧的数据单位是二进制位，不是字符。
2）物理层编码违例法
这是一种与物理层的传输编码相关联的成帧方法，直接利用传输编码成帧，根据码型即可区分帧的起始位置。
常用校验编码方法：
1.奇偶校验
2.汉明码校验
3.循环冗余码校验
简单链路层传输协议：
1.无限单工协议
2.无噪声单工-停等协议
3.有噪声单工协议
ARQ自动重传协议
ARQ意思是自动请求重发。
即发方在发下一个帧之前等待一个肯定确认。
ARQ的具体实现又可分为多种方式：
等待式ARQ
等待式ARQ是指发送方发出一帧数据后，即等待接收方的确认。
要解决丢帧之后的系统恢复和防止重复帧问题。
连续式ARQ
在发完一个数据帧之后，不是停下来等待应答，而是继续发送下一个数据帧。
故称之为连续式ARQ。
根据出错后重发机制的不同，连续式ARQ又分为退N步ARQ和选择重传ARQ两种。
1、退回N步ARQ
退N步ARQ的原理如下：
当第一个帧发出后，不等待其应答信号的到达便立即发出第二个、第三个一直到第N个帧。
当发送方收到要重发的信号后，重发前面的那些帧。
2、选择重传ARQ
在退N步ARQ基础上，当一个帧有错时，设法只重发有错的这一帧，其余（N-1）个正确帧被接收方存储起来，不再需要发送方随有错的帧一并重发。
滑动窗口协议
在发送方设置一个发送窗口，只有帧的序号落在发送窗口所包含的序号之间的帧才被允许不等应答返回就可发送。
并称这些帧落在窗口内。
同时也规定一个接收窗口。
只有当接收的帧号落在接收窗口内时才允许将该帧收下，否则将其丢弃。
接收方每正确接收一个数据帧，就向网络层上交一个帧，接收窗口后移一帧，增加一个准备接收的新的帧号。
并向发送方发回一个确认帧，发方接收到确认帧后，移动发送窗口，发送新的数据帧。
也就是说，只有接收窗口，先进行移动，发送窗口才可能移动。
发送窗口WT的大小和接收窗口WR的大小可以相等，也可以不等。
但接收窗口不能大于发送窗口，滑动窗口协议是等待式传输协议，发方连续发完发送窗口的数据帧后，必须等待应答的到来，或定时时间到，才能再发送随后的帧（重复帧或新帧）。
滑动窗口协议既用于差错控制，也用于进行流量控制，因为发送窗口限制了发端的发送速率。
高级链路控制规程HDLC定义了三种类型的站、两种链路配置和三种数据传输方式。
三种类型的站是：
主站、从站和复合站。
主站是负责控制链路操作的节点；
从站是受主站控制的节点；
复合站是具有主站和从站双重功能的节点。
两种链路配置是：
非平衡设置和平衡设置。
三种数据传输方式是正常响应式、异常响应式和异步平衡式。
HDLC是面向位的链路协议，显然使用同步传输。
其所有传输都是以帧为单位。
HDLC帧具有固定的格式，由三部分组成：
首部、负载信息部和尾部。
首尾各占24位，中间信息字节数可变。
HDLC的操作涉及三个阶段：
初始化、数据传送和拆链。
在TCP/IP协议族中，链路层主要有三个目的：
（1）为IP模块发送和接收IP数据报；
（2）为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答；
（3）为RARP发送RARP请求和接收RARP应答。
TCP/IP支持多种不同的链路层协议。
串行线路互联网协议SLIP
SLIP的帧格式
SLIP帧是一种封装IP数据报的简单帧，它就是在IP报文的头和尾分别加上END（0xc0）。
点对点协议PPP
PPP的帧格式
PPP数据帧的格式看上去很像ISO的HDLC标准。
每一帧都以标志字符0x7e开始和结束。
紧接着是一个地址字节，值始终是0xff，然后是一个值为0x03的控制字节。
接下来是协议字段，类似于以太网中类型字段的功能。
CRC字段（或FCS，帧检验序列）是一个循环冗余检验码，以检测数据帧中的错误。
环回接口
所谓环回接口，就是允许运行在同一台主机上的客户程序和服务器程序通过TCP/IP进行通信的接口。
它通常与一个特殊的IP地址相联系。
最大传输单元MTU
以太网和令牌总线网对数据帧的长度都有一个限制，其最大值分别是1500和1492字节。
链路层的这个特性称作MTU，即最大传输单元。
不同类型的网络大多数都有一个上限。
如果IP数据报长度比链路层的MTU还大，那么IP层就需要进行分片，使每一片都小于MTU。
X.25实际上是DTE与PSN之间接口的一组协议，X.25协议组包括三个层次，即物理层、数据链路层和分组层，分别定义了三个级别上的接口。
X.25的分组级相当于OSI参考模型中的第三层，即网络层，主要功能是向主机提供多信道的虚电路服务。
帧中继的帧结构
网络层的作用：
网络层是通过一组路由器及其内驻软件将多个物理网络连接成单一的、无缝的虚拟网络，这些分散在不同地点的网络可以是同构的，也可以是异构的。
目的是实现两个端系统之间的数据透明传送。
网络层必须完成三大任务：
（1）路径选择
（2）数据交换（3）呼叫建立
网络层可以提供的两类不同类型的服务：
（1）面向连接的服务
（2）无连接服务
网络层的功能：
1.提供网络地址
2.建立网络连接
3.网络服务数据单元（NSDU）的传输
4.服务质量参数的选取与维持
5.出错通知
6.排序
7.流量控制
8.复位
9.加速数据传送
10.释放连接
虚电路（VirtualCircuitVC）
虚电路操作方式
固定虚电路号：
在每个节点上都保存一张虚电路表，表中各项记录了一个打开的虚电路的信息，包括虚电路号、前一个节点、下一个节点等信息，这些信息是在虚电路建立过程中被确定的。
“动态”的虚电路号：
是指各节点对同一条虚电路，根据本节点的实际情况给予可能不同的编号，与之对应的各节点的虚电路表也是在呼叫请求过程中建立的。
虚电路服务是网络层向传输层提供的一种使所有分组按顺序到达目的端系统的可靠的数据传送方式。
进行数据交换的两个端系统之间存在着一条为它们服务的虚电路。
虚拟电路服务过程通常包括三个步骤：
（1）VC建立
（2）数据传输
（3）VC拆除
数据报
当端系统要发迭一个报文时，将报文拆成若干个带有序号和地址信息的数据报，依次发给网络节点。
IP编址
在TCP/IP协议栈中，编址由互联网协议IP规定。
IP标准规定每台主机分配一个32位二进制数作为该主机的互联网协议地址，常简写为IPv4地址或互联网地址。
互联网地址（IPv4地址）是一个分配给每一个连入互联网内的一台主机，IP地址标识机器到网络的连接，而不是机器自身，这二者有重要的区别。
IP地址由4组8位数组成，总共32位。
IP地址只能由网络信息中心NIC分配，但是如果一个网络不与TCP/IP相连，也能决定自己的编号。
IP地址使用的十进制表示法称为点分四元表示法。
IP地址层次
每个32位IP地址被分割成两部分：
前缀和后缀，这样的两级层次结构设计使寻找路径很方便，特别适合于层次路由寻径。
地址前缀部分确定了计算机从属的物理网络，后缀部分确定了该网络上的一台计算机。
IP地址分类
IP地址空间划分为五类：
A、B、C、D、E，其中A、B、C是三个基本类。
每类有不同长度的前缀和后缀。
A类地址
IPv4设计A类地址的目的是支持巨型网络，因为巨型网络很少，因此开发了这种结构可使主机地址数很大，A类网络的数量被严格限制。
A类网络地址的范围从1.0.0.0到126.0.0.0。
B类地址
设计B类地址的目的是支持中到大型的网络。
B类网络地址范围从128.1.0.0到191.254.0.0。
C类地址
C类地址用于支持大量的小型网络。
C类网络地址范围从192.0.1.0至223.255.254.0。
D类地址
D类地址用于在IP网络中的组播，又称为多目广播。
D类组播地址机制仅有有限的用处。
一个组播地址是一个唯一的网络地址。
它能指导报文到达预定义的IP地址组。
D类地址空间的范围从224.0.0.0到239.255.255.254。
E类地址
E类地址虽被定义但却为IETF所保留作研究之用。
因此Internet上没有可用的E类地址。
E类地址的前4位恒为1，因此有效的地址范围从240.0.0.0至255.255.255.255
特殊IP地址
除了给每台计算机分配一个地址外，IP定义了一套特殊地址格式，用于表示整个网络或一组计算机称为保留地址。
即特殊地址从不分配给主机。
下面给出每个特殊地址格式的语法和语义。
1．网络地址
IP保留主机地址为0的地址，并用它来表示一个网络。
地址128.211.0.0表示一个分配了B类前缀128.211网络。
2．直接广播地址
IP为每个物理网络定义了一个直接广播地址。
在网络前缀后面增加一个所有位全1的后缀便形成了网络的直接广播地址。
3．有限广播地址
有限广播这一术语指在一个本地物理网的一次广播；
可不太严格地说这一广播被限于一个“单一线路”。
有限广播用于一台尚不知道网络号，但已由计算机启动的系统。
IP保留所有位都是1的地址来表示有限广播。
4．本机地址
IP保留全0的地址指本计算机。
5．回送地址
IP定义一个回送地址用于测试网络应用程序。
在生成一个网络应用程序后，程序员经常使用回送测试来进行预调试。
要实现一个回送测试，程序员必须有两个打算通过网络进行通信的应用程序。
IP保留A类网络前缀127供回送时使用。
子网
一个被子网化的IP地址实际包含三部分：
网络号、子网号和主机号。
子网和主机地址是由原先IP地址的主机地址部分分割成两部分得到的。
实际上，是把主机地址的一部分拿走用于识别子网号。
子网由伪IP地址，也称为子网掩码标识。
子网掩码是可用点-十进制数格式表示的32位二进制数，掩码告诉网络中的端系统（包括路由器和其他主机）IP地址的多少位用于识别网络和子网。
这些位被称为扩展的网络前缀。
剩下的位标识子网内的主机，掩码中用于标识网络号的位置为1，主机位置为0。
例如：
用户要对一个C类地址193.168.125.0进行划分子网。
这个地址是基地址，这也是Internet用于计算路由的地址。
用户需要把这一地址切分成6个子网，那么至少需要8位主机地址中的3位用来建造6个唯一的扩展网络前缀。
这些地址是001、010、011、100、101和110。
最后一个8位位组被分成：
3位加到网络号中形成扩展的网络前缀，剩下的5位用于识别主机。
无类型域间选路（CIDR）是一个防止Internet路由表膨胀的方法，也称它为超网。
超网化就是把一块连续的C类地址空间模拟成一个单一的更大一些的地址空间。
CIDR的基本观点是采用连续分配多个IP地址的方式，使其能够将路由表中的多个表项概括成更少的数目，强化路由汇聚。
要将多个地址概括成少量地址，必须满足以下三种特性：
1）这些IP地址必须具有相同的高位地址。
2）路由表和选路算法必须扩展成根据32bitIP地址和32bit掩码共同做出选路决策。
3）必须扩展选路协议使其除了32bit地址外，还要有32bit掩码。
“无类型”的意思是现在的选路决策是基于整个32bitIP地址的掩码操作，而不管其IP地址是A类、B类或是C类，都没有什么区别。
广播是将数据报发送到网络中的所有主机（通常是本地相连的网络），而多播是将数据报发送到网络的一个主机组。
广播和多播仅应用于UDP。
Internet组管理协议IGMP
IGMP是支持主机和路由器进行多播的Internet组管理协议，也被当作IP层的一部分。
路由算法的目的就是找出源节点到目的节点的最佳路径。
路由表：
路由器通过使用路由表来指明路径。
下一站转发：
路由器不必保存到达所有可能目的地的完整信息。
而只需包含为使分组最终到达目的地所应发送的下一站的信息。
源地址独立性：
路由器的下一站转发与分组的源地址无关，也与它走过的路径无关，而只与分组的目的地址有关。
层次地址与路由的关系：
存储下一站信息的表称为路由表，转发一个分组到下一站的过程称为路由。
目的地址可分为网络地址和主机地址两部分。
使用层次地址的一部分来转发包有两个重要的实际意义。
第一，路由表可用索引建立而不用搜索列表，从而减少了转发包所需的计算时间。
第二，整个路由表可用目的交换机而不用目的计算机来表示，从而大大缩小了路由表的规模。
默认路由的使用:
在大型广域网的图中则会出现大量的重复项,用一个项来代替路由表中许多具有相同下一站值的项。
内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。
IGP用于自治系统内部，而EGP用于自治系统之间。
设计路由算法时要考虑诸多技术要素：
1.路由算法所基于的性能指标，是选择最短路由，还是选择最优路由；
2.通信子网是采用虚电路还是数据报方式；
3.是采用分布式路由算法还是采用集中式路由算法；
4.要考虑关于网络拓扑，流量和延迟等网络信息的来源；
5.是采用动态路由选择策略，还是选择静态路由选择策略。
路由算法分类
静态路由算法：
路由器只在启动时计算和设置路由，此后路由不再改变或者路由改变很慢。
动态路由算法：
路由器在启动时只建立一个初始路由，当网络变化时随时更新，发生路由循环或是路由振动时，路由也会随之发生改变。
动态路由也称自适应路由。
静态路由选择策略
静态路由选择策略不用测量也无须利用网络信息，这种策略按某种固定规则进行路由选择，其中还可分为泛射路由选择、固定路由选择和随机路由选择三种算法。
动态路由选择策略
节点的路由选择要依靠网络当前的状态信息来决定的策略称动态路由选择策略，这种策略能较好地适应网络流量、拓扑结构的变化，有利于改善网络的性能。
独立路由选择、集中路由选择和分布路由选择是三种常用的动态路由选择策略。
全局路由和分散路由
根据算法是全局的，还是分散的。
又将动态路由算法分为全局路由算法和分散的路由算法。
典型动态路由算法
1）Dijkstra算法
Dijkstra算法（这个算法以发明者E.Dijkstra命名）把网络看成一张图。
该算法从图中一个源点出发，计算沿最短路径到图中其他各点的距离，在计算最短路径的过程中构造下一站路由表。
对每个路由表都必须用算法计算一次。
2）距离矢量算法
距离矢量算法是最著名的分布式路由计算算法。
路由器周期性地通过网络向邻机发送路由信息，每条信息包括（目的地，距离）值对。
当信息从邻机N到达包交换机时，路由器就检查信息中的每一项，如果邻机到某目的地有比原来更短的路径，就更新路由表。
算法会周期性地把自己的路由表拷贝传给与其直接相连的网络邻居。
每一个接收者加上一个距离向量，或它自己的距离“值”到表上，并把它转发给它的直接邻居。
这个过程在所有直接相连的路由器之间进行。
这样一步一步做下去，最后每一个路由器都得到了其他路由器的信息，最终形成一个网络“距离”的积累视图。
3）链路-状态路由
链接状态路由，也可称为最短路径优先或SPF路由。
象距离-向量算法一样，SPF算法也能适应硬件故障的情况。
而且SPF是所有计算同时进行，在链接状态改变之后，所有路由器都收到该状态信息，每个交换机都开始计算自己的路由表。
SPF通过和网络中的其他路由器交换链路-状态通告（LSA）来形成和维护网络路由器的全部信息。
LSA交换由网络中的事件驱动，而不是周期性地进行。
4）分级路由
将路由器分成自制系统在AS内部，路由器运行同一个路由算法，本AS的路由器相互拥有彼此的信息，这个在AS内部运行的路由算法称作Inter-AS路由协议（即内部路由协议IGP）。
当然，这些AS之间还必须能够相互连接，这样，在每个AS之内就有一个或多个路由器除完成内部路由运算以外，还要承担额外的将一些数据包送到本AS之外的目的地的任务，在AS内具有这种功能的路由器称为网关路由器。
为了使网关路由器能够将一个数据包从一个AS路由到另外一个AS（这中间可能经过很多个AS），网关路由器必须知道怎样在AS之间进行路由。
网关路由器用来实现在各个AS之间寻路的路由算法叫Intra-AS路由协议（即外部路由协议EGP）。
路由收敛
是指一旦网络拓扑或形状发生变化，网络中所有的路由器必须得到对网络拓扑新的认识，最后所有路由器重新获得一致的过程。
收敛时间
网络中的所有路由器几乎不可能同时检测到拓扑变化。
实际上，根据所使用的路由协议的不同以及其他一些因素，需要相当长的一段延时之后，才能使网络中的所有路由器对新拓扑结构达成一致的看法。
这个延时称为收敛时间。
路由协议的路由计算效率依赖于下面因素：
1）协议是否为每个目的地计算、存储多条路由。
2）路由更新开始的方式。
3）计算路由距离或费用的度量标准。
路由选择算法是通过路由协议来实现的，前者是后者的核心，后者是前者的载体。
路由协议
路由器上有一个进程称为路由守护程序，它运行选路协议，并与其相邻的一些路由器进行通信。
路由信息协议RIP
RIP是一个简单的开放的距离-向量路由协议，它是专门为小型简单网络而设计的内部网关协议（IGP）。
RIP报文采用面向无连接的数据报方式传输，所以RIP报文包含在UDP数据报中。
RIP路由表
每个路由表项包括以下各域：
1）目的IP地址域
2）度量标准域
3）下一跳IP地址域
4）路由变化标志域
5）路由计时器域
RIP操作机制
1）初始化
2）接收到请求
3）接收到响应
4）定期选路更新
5）触发更新
RIP工作原理：
1）计算距离向量
2）更新路由表
1）初始化表更新
2）标识无效路由
3
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