计算机网络知识,计算机网络基础与应用

[计算机网络之一] 网络基础知识

??协议就是计算机与计算机之间通过网络实现通信时事先达成的一种 “约定”。这种 “约定” 使那些由不同的厂商、不同的 CPU 以及不同的操作系统组成的计算机之间，只要遵循相同的协议就能够实现通信。

??TCP/IP、AppleTalk（仅限苹果计算机使用）、SNA（IBM）、DECnet（DEC）、IPX/SPX（Novell）

??分组交换是指将大数据分割为一个个叫做包的较小单位进行传输的方法。

?? ISO （International Organization for Stardards，国际标准化组织）制定了国际标准 OSI （Open System Interconnection，开放系统互联参考模型），但是没有得到普及，反而是随 Apanet 而生的 TCP/IP 协议在大学研究机构和计算机行业的推动下成为实际的业界标准。

??每个分层都接收由它下一层所提供的特定服务，并且负责为自己的上一层提供特定服务。上下层之间进行交互所遵循的约定叫做 “接口” ，同一层之间交互所遵循的约定叫做 “协议” 。

??协议分层参考了计算机软件中的模块化开发。

??单播、广播、多播、任播。

??一个地址必须明确地表示一个主体对象，在同一个通信网络中不允许有两个相同地址的通信主体存在。

??有层次性的地址方便高效地找到通讯目标（eg: 快递地址国家、省市区）

??MAC地址有唯一性但没有层次性。

??以太网、无线、帧中继、ATM、FDDI、ISDN。

??NIC（Network Interface Card，网络接口卡），计算机必须有网卡才能接入网络。

??物理层面上延长网络的设备。将电缆传递过来的光电信号经过波形调整和放大之后传递给另一个电缆。

集线器 ：提供多个端口的中继器。

??数据链路层面连接两个网络的设备。 不同网络可能采用了不同的数据链路，数据传输的速率可能完全不一样 ，网桥会缓存一个网段传输到另一个网段的数据帧，再重新生成信号作为全新的帧转发给另一个网段（这里我理解不同数据链路帧的格式不一样，所以网桥需要缓存数据并转换位另一个数据链路中的帧格式）。

??网桥的其他作用：

① 根据数据帧中的 FCS 检查数据帧是否已损坏，是则不转发；

② 自学习MAC设备来自哪些网络，并记录在地址转发表中（地址转发表记录硬件地址与网络的映射关系）；

③ 过滤功能控制网络流量。

交换集线器 ：每个端口都相当于一个网桥。

??网络层面上连接两个网络、并对分组报文进行转发的设备。

应用场景：广域网加速器、特殊应用访问加速、防火墙。

??将传输层到应用层的数据进行转发和翻译的设备。

代理服务器 ：控制流量和出于安全考虑，客户端和服务端无需在网络上直接通信，而是从传输层到应用层对数据和访问进行各种控制和处理。

??研发基于分组交换技术的 ARPANET，取代容灾性差的中央集中式网络。

??单个网络无法解决所有通信问题，开始研究网络互连技术，出现了 TCP/IP，并首先被 BSD UNIX 采用，随之被广泛使用变得流程，所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信。

??围绕大型计算机中心建设计算机网络，即 NSFNET（国家科学基金网），它是一个三级网络，分为主干网、地区网和校园网。这种三级计算机网络覆盖了全美主要的大学和研究所，并成为互联网中的主要组成部分。

??NSFNET 逐渐被商用的互联网主干网替代，政府机构不再负责互联网的运营。用户接入互联网需要通过 ISP（Internet Service Provider：互联网服务提供商）。

?? IXP（Internet eXchange Point）互联网交换点 的作用是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络（如上图中的主干 ISP）来转发分组。

??所有的互联网标准都是以 RFC 的形式在互联网上发表的，但并非所有的 RFC 文档都是互联网标准。

??制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段

（1）互联网草案

（2）建议标准

（3）互联网标准

??由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的额，用来进行通信和资源共享。

??由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分视为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

① 电路交换的起源

② 电路交换的特点

??在使用信道时，信道两端的两个用户始终占用端到端的通信资源，线路上真正传送数据的时间比例很小，传输效率很低。

③ 电路交换的步骤

?? 建立连接 （占用通信资源）→ 通话 （一直占用通信资源）→ 释放连接 （归还通信资源）

??电报通信采用基于存储转发原理的报文交换，整个报文被发送到相邻结点，存储下来，再转发到下一个结点。

① 分组交换的特点

??把一个完整的报文划分为一个个分组，每个分组传送到相邻结点后，存在下来查找转发表，在转发到下一个结点。

② 分组交换的优缺点

优点：每个分组可以经过不同的路由，使得有更好的可靠性，也能充分利用网络性能。

缺点：分组控制信息有一定开销，路由器存储转发时需要排队导致产生时延，无法确保通信时端到端所需的宽带。

① 广域网 WAN（Wide Area Network） 广域网的作用范围通常为几十到几千公里，是互联网的核心，其任务是通过长距离运送主机锁发送的数据。连接广域网各结点交换机的链路一般都是高速链路，具有较大的通信量。

② 城域网 MAN（Metropolotan Area Network） 城域网的作用范围一般是一个城市，作用距离约为 5 ~ 50 km。可以为一个或几个单位所用欧，也可以是一种公用设置，用来将多个局域网进行互联。目前很多城域网采用的是以太网技术。

③ 局域网 LAN（Local Area Network） 局域网一般用微型计算机或工作站通过高速通信链路相连（速率通常在 10 Mbit/s 以上），但地理上则局限在较小的范围（如 1 km 左右）。在局域网发展的初期，一个学校或工厂往往只拥有有个局域网，但现在局域网已非常广泛地使用，学校或企业大都拥有多个互连的局域网（这样的网络常称为 校园网 或 企业网 ）。

④ 个人局域网 PAN（Personal Area Network） 个人局域网就是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络，因此也常称为 无线个人局域网 WPAN（Wireless PAN） ，其范围很小，大约在 10 m 左右。

① 公用网（pulic network） 电信公司出资建造的大型网络。

② 专用网（private network） 某个部门为满足本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的人提供服务，例如，军队、铁路、银行、电力等系统均有本系统的专用网。

?? 接入网（Access Network） ，又称为本地接入网或居民接入网。

??数据的传输速率，也称为数据率或比特率，单位为 bit/s（比特每秒）（或 b/s，有时也写为 bps，即 bit per second）。

??1 kbit/s = 1 × 103 bit/s，1 Mbit/s = 1 × 10^6 bit/s，1 Gbit/s = 1 × 10^9 bit/s，1 Tbit/s = 1 × 10^12 bit/s

??吞吐量表示在单位时间内通过某个网络的实际的数据量，单位同速率带宽。

??时延是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间，网络时延由几个部分组成：

?????????????? 网络总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

[误区] 光纤的传播速率实际上比铜线要慢，但是光纤的带宽却比普通的双绞线要快，这是因为光信号的抗干扰性强，并且可以通过波分复用的信道复用技术，达到一路光纤传输多路信号的效果。

??时延带宽积表示信道中可以容纳多少比特。

??在计算机网络中，往返时间 RTT（Round-Trip Time）是一个重要的性能指标，因为在许多情况下，互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。

??使用卫星通信时，发送时延很短，主要消耗在来回传播时延上，即往返时间相对较长。

??利用率有信道利用率和网络利用率两种。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率为零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

??D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，U 表示利用率，则

??U = 1 - D0/D，变形一下，有

??信道利用率不是越高越好，因为信道利用率增大时，网络时延也会增加，因为排队时延增大。所以当 U 趋于 1 时，D 会趋于无限大，所以 信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延 。

??费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护。

① 语法，即数据与控制信息的结构或格式；

② 语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；

③ 同步，即时间实现顺序的详细说明。

① 各层独立；

② 灵活性好；

③ 结构上可分割开；

④ 易于实现和维护；

⑤ 能促进标准化工作。

?? 计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构。

实体 ：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议 ：协议是水平的，控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

服务 ：服务是垂直的，下层通过接口向上层提供服务。

服务访问点 ：SAP（Service Access Point），同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方。

计算机网络知识

计算机网络 课程的特点是计算机技术与通信技术的结合,从事计算机网络课程教学的教师应具备计算机网络建设、管理和研究的背景。下面是我整理的一些关于计算机网络入门知识的相关资料，供你参考。

计算机网络知识大全

一、计算机网络基础

对“计算机网络”这个概念的理解和定义，随着计算机网络本身的发展，人们提出了各种不同的观点。

早期的计算机系统是高度集中的，所有的设备安装在单独的大房间中，后来出现了批处理和分时系统，分时系统所连接的多个终端必须紧接着主计算机。50年代中后期，许多系统都将地理上分散的多个终端通过通信线路连接到一台中心计算机上，这样就出现了第一代计算机网络。

第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。典型应用是由一台计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机定票系统。

终端：一台计算机的外部设备包括CRT控制器和键盘，无GPU内存。

随着远程终端的增多，在主机前增加了前端机FEP当时，人们把计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理或近一步达到资源共享的系统”，但这样的通信系统己具备了通信的雏形。

第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，为用户提供服务，兴起于60年代后期，典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPAnet。

主机之间不是直接用线路相连，而是接口报文处理机IMP转接后互联的。IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务，构成了通信子网。通信子网互联的主机负责运行程序，提供资源共享，组成了资源子网。

两个主机间通信时对传送信息内容的理解，信息表示形式以及各种情况下的应答信号都必须遵守一个共同的约定，称为协议。

在ARPA网中，将协议按功能分成了若干层次，如何分层，以及各层中具体采用的协议的总和，称为网络体系结构，体系结构是个抽象的概念，其具体实现是通过特定的硬件和软件来完成的。

70年代至80年代中第二代网络得到迅猛的发展。

第二代网络以通信子网为中心。这个时期，网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”，形成了计算机网络的基本概念。

第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式和标准化的网络。

IS0在1984年颁布了0SI/RM，该模型分为七个层次，也称为0SI七层模型，公认为新一代计算机网络体系结构的基础。为普及局域网奠定了基础。(^60090922a^1)

70年代后，由于大规模集成电路出现，局域网由于投资少，方便灵活而得到了广泛的应用和迅猛的发展，与广域网相比有共性，如分层的体系结构，又有不同的特性，如局域网为节省费用而不采用存储转发的方式，而是由单个的广播信道来连结网上计算机。

第四代计算机网络从80年代末开始，局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术，多媒体，智能网络，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。

计算机网络：将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通信设备和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统。

从定义中看出涉及到三个方面的问题：

(1)至少两台计算机互联。

(2)通信设备与线路介质。

(3)网络软件，通信协议和NOS

二、计算机网络的分类

用于计算机网络分类的标准很多，如拓扑结构，应用协议等。但是这些标准只能反映网络某方面的特征，最能反映网络技术本质特征的分类标准是分布距离，按分布距离分为LAN，MAN，WAN，Internet。

1.局域网

几米——10公里。小型机，微机大量推广后发展起来的，配置容易，速率高，4Mbps～2GbpS。 位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层。

2.都市网

10公里——100公里。对一个城市的LAN互联，采用IEEE802.6标准，50Kbps～l00Kbps，位于一座城市中。

3.广域网

也称为远程网，几百公里——几千公里。发展较早，租用专线，通过IMP和线路连接起来，构成网状结构，解决循径问题，速率为9.6Kbps～45Mbps 如：邮电部的CHINANET，CHINAPAC，和CHINADDN网。

4.互联网

并不是一种具体的网络技术，它是将不同的物理网络技术按某种协议统一起来的一种高层技术。

三、局域网的特征

局域网分布范围小，投资少，配置简单等，具有如下特征：

(1)传输速率高：一般为1Mbps--20Mbps，光纤高速网可达100Mbps，1000MbpS

(2)支持传输介质种类多。

(3)通信处理一般由网卡完成。

(4)传输质量好，误码率低。

(5)有规则的拓扑结构。

四、局域网的组成

局域网一般由服务器、工作站、网卡和传输介质四部分组成。

1.服务器

运行网络0S，提供硬盘、文件数据及打印机共享等服务功能，是网络控制的核心。

从应用来说较高配置的普通486以上的兼容机都可以用于文件服务器，但从提高网络的整体性能，尤其是从网络的系统稳定性来说，还是选用专用服务器为宜。

目前常见的NOS主要有Netware，Unix和Windows NT三种。

(1)Netware：

流行版本V3.12，V4.11，V5.0，对硬件要求低，应用环境与DOS相似，技术完善，可靠，支持多种工作站和协议，适于局域网操作系统，作为文件服务器，打印服务器性能好。

(2)Unix：

一种典型的32位多用户的NOS，主要应用于超级小型机，大型机上，目前常用版本有Unix SUR4.0。支持网络文件系统服务，提供数据等应用，功能强大，不易掌握，命令复杂，由ATT和SCO公司推出。

(3)Windows NT Server 4.0：

一种面向分布式图形应用程序的完整平台系统，界面与Win95相似，易于安装和管理，且集成了Internet网络管理工具，前景广阔。

服务器分为文件服务器，打印服务器，数据库服务器，在Internet网上，还有Web，FTP，E-mail等服务器。

网络0S朝着能支持多种通信协议，多种网卡和工作站的方向发展。

2.工作站

可以有自己的0S，独立工作;通过运行工作站网络软件，访问Server共享资源，常见有DOS工作站，Windows 95工作站。

3.网卡

将工作站式服务器连到网络上，实现资源共享和相互通信，数据转换和电信号匹配。

网卡(NTC)的分类：

(1)速率：10Mbps，100Mbps

(2)总线类型：ISA/PCI

(3)传输介质接口：

单口：BNC(细缆)或RJ-45(双绞线)。(^60090922b^2)

4.传输介质

目前常用的传输介质有双绞线，同轴电缆，光纤等。

(1)双绞线(TP)：

将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低干扰，每对相互扭绕而成。分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。局域网中UTP分为3类，4类，5类和超5类四种。

以AMP公司为例：

3类：10Mbps，皮薄，皮上注“cat3”，箱上注“3类”，305米/箱，400元/箱。

4类：网络中用的不多。

5类：(超5类)100Mbps，10Mbps，皮厚，匝密，皮上注“cat5”，箱上注5类，305米/箱，600—700元/箱(每段100米，接4个中继器，最大500米)。

接线顺序：

正常： 白桔 桔 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕

(对应) 1 2 3 4 5 6 7 8

集联： 白绿 绿 白桔 棕 白棕 桔 白蓝 蓝

(对应) 1 2 3 4 5 6 7 8

STP：内部与UTP相同，外包铝箔，Apple，IBM公司网络产品要求使用STP双绞线，速率高，价格贵。

(2)同轴电缆：

由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成，两导体间用绝缘材料隔开。

按直径分为粗缆和细缆。

粗缆：传输距离长，性能高但成本高，使用于大型局域网干线，连接时两端需终接器。

A.粗缆与外部收发器相连。

B.收发器与网卡之间用AUI电缆相连。

C.网卡必须有AUI接口：每段500米，100个用户，4个中继器可达2500米，收发器之间最小2.5米，收发器电缆最大50米。

细缆：传输距离短，相对便宜，用T型头，与BNC网卡相连，两端安50欧终端电阻。

每段185米，4个中继器，最大925米，每段30个用户，T型头之间最小0.5米。 按传输频带分为基带和宽带传输。

基带：数字信号，信号占整个信道，同一时间内能传送一种信号。

宽带：传送的'是不同频率的信号。

(3)光纤：

应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。分为单模光纤和多模光纤。绝缘保密性好。

单模光纤：由激光作光源，仅有一条光通路，传输距离长，2公里以上。

多模光纤：由二极管发光，低速短距离，2公里以内。

五、局域网的几种工作模式

1.专用服务器结构(Server-Baseb)

又称为“工作站/文件服务器”结构，由若干台微机工作站与一台或多台文件服务器通过通信线路连接起来组成工作站存取服务器文件，共享存储设备。

文件服务器自然以共享磁盘文件为主要目的。 对于一般的数据传递来说已经够用了，但是当数据库系统和其他复杂而被不断增加的用户使用的应用系统到来的时候，服务器已经不能承担这样的任务了，因为随着用户的增多，为每个用户服务的程序也增多，每个程序都是独立运行的大文件，给用户感觉极慢，因此产生了客户机/服务器模式。

2.客户机/服务器模式(client/server)

其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取，称为服务器，而将其他的应用处理工作分散到网络中其他微机上去做，构成分布式的处理系统，服务器控制管理数据的能力己由文件管理方式上升为数据库管理方式，因此，C/S由的服务器也称为数据库服务器，注重于数据定义及存取安全后备及还原，并发控制及事务管理，执行诸如选择检索和索引排序等数据库管理功能，它有足够的能力做到把通过其处理后用户所需的那一部分数据而不是整个文件通过网络传送到客户机去，减轻了网络的传输负荷。C/S结构是数据库技术的发展和普遍应用与局域网技术发展相结合的结果。

3.对等式网络(Peer-to-Peer)

在拓扑结构上与专用Server与C/S相同。在对等式网络结构中，没有专用服务器 每一个工作站既可以起客户机作用也可以起服务器作用。

计算机网络知识点

一、计算机网络概述

1.1 计算机网络的分类

按照网络的作用范围：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）；

按照网络使用者：公用网络、专用网络。

1.2 计算机网络的层次结构

TCP/IP四层模型与OSI体系结构对比：

1.3 层次结构设计的基本原则

各层之间是相互独立的；

每一层需要有足够的灵活性；

各层之间完全解耦。

1.4 计算机网络的性能指标

速率：bps=bit/s 时延：发送时延、传播时延、排队时延、处理时延 往返时间RTT：数据报文在端到端通信中的来回一次的时间。

二、物理层

物理层的作用：连接不同的物理设备，传输比特流。该层为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。

物理层设备：

中继器【Repeater，也叫放大器】：同一局域网的再生信号；两端口的网段必须同一协议；5-4-3规程：10BASE-5以太网中，最多串联4个中继器，5段中只能有3个连接主机；

集线器：同一局域网的再生、放大信号（多端口的中继器）；半双工，不能隔离冲突域也不能隔离广播域。

信道的基本概念：信道是往一个方向传输信息的媒体，一条通信电路包含一个发送信道和一个接受信道。

单工通信信道：只能一个方向通信，没有反方向反馈的信道；

半双工通信信道：双方都可以发送和接受信息，但不能同时发送也不能同时接收；

全双工通信信道：双方都可以同时发送和接收。

三、数据链路层

3.1 数据链路层概述

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。

该层的作用包括： 物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发 等。

有关数据链路层的重要知识点：

数据链路层为网络层提供可靠的数据传输；

基本数据单位为帧；

主要的协议：以太网协议；

两个重要设备名称：网桥和交换机。

封装成帧：“帧”是 数据链路层 数据的基本单位：

透明传输：“透明”是指即使控制字符在帧数据中，但是要当做不存在去处理。即在控制字符前加上转义字符ESC。

3.2 数据链路层的差错监测

差错检测：奇偶校验码、循环冗余校验码CRC

奇偶校验码–局限性：当出错两位时，检测不到错误。

循环冗余检验码：根据传输或保存的数据而产生固定位数校验码。

3.3 最大传输单元MTU

最大传输单元MTU(Maximum Transmission Unit)，数据链路层的数据帧不是无限大的，数据帧长度受MTU限制.

路径MTU：由链路中MTU的最小值决定。

3.4 以太网协议详解

MAC地址：每一个设备都拥有唯一的MAC地址，共48位，使用十六进制表示。

以太网协议：是一种使用广泛的局域网技术，是一种应用于数据链路层的协议，使用以太网可以完成相邻设备的数据帧传输：

局域网分类：

Ethernet以太网IEEE802.3：

以太网第一个广泛部署的高速局域网

以太网数据速率快

以太网硬件价格便宜，网络造价成本低

以太网帧结构：

类型：标识上层协议（2字节）

目的地址和源地址：MAC地址（每个6字节）

数据：封装的上层协议的分组（46~1500字节）

CRC：循环冗余码（4字节）

以太网最短帧：以太网帧最短64字节；以太网帧除了数据部分18字节；数据最短46字节；

MAC地址（物理地址、局域网地址）

MAC地址长度为6字节，48位；

MAC地址具有唯一性，每个网络适配器对应一个MAC地址；

通常采用十六进制表示法，每个字节表示一个十六进制数，用 - 或 : 连接起来；

MAC广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

四、网络层

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。数据交换技术是报文交换（基本上被分组所替代）：采用储存转发方式，数据交换单位是报文。

网络层中涉及众多的协议，其中包括最重要的协议，也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。

与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。具体的协议我们会在接下来的部分进行总结，有关网络层的重点为：

1、网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能；

2、基本数据单位为IP数据报；

3、包含的主要协议：

IP协议（Internet Protocol，因特网互联协议）;

ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）;

ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）;

RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）。

4、重要的设备：路由器。

路由器相关协议

4.1 IP协议详解

IP网际协议是 Internet 网络层最核心的协议。虚拟互联网络的产生：实际的计算机网络错综复杂；物理设备通过使用IP协议，屏蔽了物理网络之间的差异；当网络中主机使用IP协议连接时，无需关注网络细节，于是形成了虚拟网络。

IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互联的网络；并且解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题。

其中，版本指IP协议的版本，占4位，如IPv4和IPv6；首部位长度表示IP首部长度，占4位，最大数值位15；总长度表示IP数据报总长度，占16位，最大数值位65535；TTL表示IP数据报文在网络中的寿命，占8位；协议表明IP数据所携带的具体数据是什么协议的，如TCP、UDP。

4.2 IP协议的转发流程

4.3 IP地址的子网划分

A类（8网络号+24主机号）、B类（16网络号+16主机号）、C类（24网络号+8主机号）可以用于标识网络中的主机或路由器，D类地址作为组广播地址，E类是地址保留。

4.4 网络地址转换NAT技术

用于多个主机通过一个公有IP访问访问互联网的私有网络中，减缓了IP地址的消耗，但是增加了网络通信的复杂度。

NAT 工作原理：

从内网出去的IP数据报，将其IP地址替换为NAT服务器拥有的合法的公共IP地址，并将替换关系记录到NAT转换表中；

从公共互联网返回的IP数据报，依据其目的的IP地址检索NAT转换表，并利用检索到的内部私有IP地址替换目的IP地址，然后将IP数据报转发到内部网络。

4.5 ARP协议与RARP协议

地址解析协议 ARP（Address Resolution Protocol）：为网卡（网络适配器）的IP地址到对应的硬件地址提供动态映射。可以把网络层32位地址转化为数据链路层MAC48位地址。

ARP 是即插即用的，一个ARP表是自动建立的，不需要系统管理员来配置。

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)协议指逆地址解析协议，可以把数据链路层MAC48位地址转化为网络层32位地址。

4.6 ICMP协议详解

网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol），可以报告错误信息或者异常情况，ICMP报文封装在IP数据报当中。

ICMP协议的应用：

Ping应用：网络故障的排查；

Traceroute应用：可以探测IP数据报在网络中走过的路径。

4.7网络层的路由概述

关于路由算法的要求：正确的完整的、在计算上应该尽可能是简单的、可以适应网络中的变化、稳定的公平的。

自治系统AS： 指处于一个管理机构下的网络设备群，AS内部网络自治管理，对外提供一个或多个出入口，其中自治系统内部的路由协议为内部网关协议，如RIP、OSPF等；自治系统外部的路由协议为外部网关协议，如BGP。

静态路由： 人工配置，难度和复杂度高；

动态路由：

链路状态路由选择算法LS：向所有隔壁路由发送信息收敛快；全局式路由选择算法，每个路由器计算路由时，需构建整个网络拓扑图；利用Dijkstra算法求源端到目的端网络的最短路径；Dijkstra(迪杰斯特拉)算法

距离-向量路由选择算法DV：向所有隔壁路由发送信息收敛慢、会存在回路；基础是Bellman-Ford方程（简称B-F方程）；

4.8 内部网关路由协议之RIP协议

路由信息协议 RIP(Routing Information Protocol)【应用层】，基于距离-向量的路由选择算法，较小的AS（自治系统），适合小型网络；RIP报文，封装进UDP数据报。

RIP协议特性：

RIP在度量路径时采用的是跳数（每个路由器维护自身到其他每个路由器的距离记录）；

RIP的费用定义在源路由器和目的子网之间；

RIP被限制的网络直径不超过15跳；

和隔壁交换所有的信息，30主动一次（广播）。

4.9 内部网关路由协议之OSPF协议

开放最短路径优先协议 OSPF(Open Shortest Path First)【网络层】，基于链路状态的路由选择算法（即Dijkstra算法），较大规模的AS ，适合大型网络，直接封装在IP数据报传输。

OSPF协议优点：

安全；

支持多条相同费用路径；

支持区别化费用度量；

支持单播路由和多播路由；

分层路由。

RIP与OSPF的对比（路由算法决定其性质）：

4.10外部网关路由协议之BGP协议

BGP（Border Gateway Protocol）边际网关协议【应用层】：是运行在AS之间的一种协议,寻找一条好路由：首次交换全部信息，以后只交换变化的部分,BGP封装进TCP报文段.

五、传输层

第一个端到端，即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。

传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。在这一层，信息传送的协议数据单元称为段或报文。

网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。

有关网络层的重点：

传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题；

包含的主要协议：TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）；

重要设备：网关。

5.1 UDP协议详解

UDP(User Datagram Protocol: 用户数据报协议)，是一个非常简单的协议。

UDP协议的特点：

UDP是无连接协议；

UDP不能保证可靠的交付数据；

UDP是面向报文传输的；

UDP没有拥塞控制；

UDP首部开销很小。

UDP数据报结构：

首部:8B，四字段/2B【源端口 | 目的端口 | UDP长度 | 校验和】 数据字段：应用数据

5.2 TCP协议详解

TCP(Transmission Control Protocol: 传输控制协议)，是计算机网络中非常复杂的一个协议。

TCP协议的功能：

对应用层报文进行分段和重组；

面向应用层实现复用与分解；

实现端到端的流量控制；

拥塞控制；

传输层寻址；

对收到的报文进行差错检测（首部和数据部分都检错）；

实现进程间的端到端可靠数据传输控制。

TCP协议的特点：

TCP是面向连接的协议；

TCP是面向字节流的协议；

TCP的一个连接有两端，即点对点通信；

TCP提供可靠的传输服务；

TCP协议提供全双工通信（每条TCP连接只能一对一）；

5.2.1 TCP报文段结构：

最大报文段长度：报文段中封装的应用层数据的最大长度。

TCP首部：

序号字段：TCP的序号是对每个应用层数据的每个字节进行编号

确认序号字段：期望从对方接收数据的字节序号，即该序号对应的字节尚未收到。用ack_seq标识；

TCP段的首部长度最短是20B ，最长为60字节。但是长度必须为4B的整数倍

TCP标记的作用：

5.3 可靠传输的基本原理

基本原理：

不可靠传输信道在数据传输中可能发生的情况：比特差错、乱序、重传、丢失

基于不可靠信道实现可靠数据传输采取的措施：

差错检测：利用编码实现数据包传输过程中的比特差错检测 确认：接收方向发送方反馈接收状态 重传：发送方重新发送接收方没有正确接收的数据 序号：确保数据按序提交 计时器：解决数据丢失问题；

停止等待协议：是最简单的可靠传输协议，但是该协议对信道的利用率不高。

连续ARQ(Automatic Repeat reQuest：自动重传请求)协议：滑动窗口+累计确认，大幅提高了信道的利用率。

5.3.1TCP协议的可靠传输

基于连续ARQ协议，在某些情况下，重传的效率并不高，会重复传输部分已经成功接收的字节。

5.3.2 TCP协议的流量控制

流量控制：让发送方发送速率不要太快，TCP协议使用滑动窗口实现流量控制。

5.4 TCP协议的拥塞控制

拥塞控制与流量控制的区别：流量控制考虑点对点的通信量的控制，而拥塞控制考虑整个网络，是全局性的考虑。拥塞控制的方法：慢启动算法+拥塞避免算法。

慢开始和拥塞避免：

【慢开始】拥塞窗口从1指数增长；

到达阈值时进入【拥塞避免】，变成+1增长；

【超时】，阈值变为当前cwnd的一半（不能2）；

再从【慢开始】，拥塞窗口从1指数增长。

快重传和快恢复：

发送方连续收到3个冗余ACK，执行【快重传】，不必等计时器超时；

执行【快恢复】，阈值变为当前cwnd的一半（不能2），并从此新的ssthresh点进入【拥塞避免】。

5.5 TCP连接的三次握手（重要）

TCP三次握手使用指令：

面试常客：为什么需要三次握手？

第一次握手：客户发送请求，此时服务器知道客户能发；

第二次握手：服务器发送确认，此时客户知道服务器能发能收；

第三次握手：客户发送确认，此时服务器知道客户能收。

建立连接（三次握手）：

第一次： 客户向服务器发送连接请求段，建立连接请求控制段（SYN=1），表示传输的报文段的第一个数据字节的序列号是x，此序列号代表整个报文段的序号（seq=x）；客户端进入 SYN_SEND （同步发送状态）；

第二次： 服务器发回确认报文段，同意建立新连接的确认段（SYN=1），确认序号字段有效（ACK=1），服务器告诉客户端报文段序号是y（seq=y），表示服务器已经收到客户端序号为x的报文段，准备接受客户端序列号为x+1的报文段（ack_seq=x+1）；服务器由LISTEN进入SYN_RCVD （同步收到状态）;

第三次： 客户对服务器的同一连接进行确认.确认序号字段有效(ACK=1),客户此次的报文段的序列号是x+1(seq=x+1),客户期望接受服务器序列号为y+1的报文段(ack_seq=y+1);当客户发送ack时，客户端进入ESTABLISHED 状态;当服务收到客户发送的ack后，也进入ESTABLISHED状态;第三次握手可携带数据;

5.6 TCP连接的四次挥手（重要）

释放连接（四次挥手）

第一次： 客户向服务器发送释放连接报文段，发送端数据发送完毕，请求释放连接（FIN=1），传输的第一个数据字节的序号是x（seq=x）；客户端状态由ESTABLISHED进入FIN_WAIT_1（终止等待1状态）；

第二次： 服务器向客户发送确认段，确认字号段有效（ACK=1），服务器传输的数据序号是y（seq=y），服务器期望接收客户数据序号为x+1（ack_seq=x+1）;服务器状态由ESTABLISHED进入CLOSE_WAIT（关闭等待）；客户端收到ACK段后，由FIN_WAIT_1进入FIN_WAIT_2；

第三次： 服务器向客户发送释放连接报文段，请求释放连接（FIN=1），确认字号段有效（ACK=1），表示服务器期望接收客户数据序号为x+1（ack_seq=x+1）;表示自己传输的第一个字节序号是y+1（seq=y+1）；服务器状态由CLOSE_WAIT 进入 LAST_ACK （最后确认状态）；

第四次： 客户向服务器发送确认段，确认字号段有效（ACK=1），表示客户传输的数据序号是x+1（seq=x+1），表示客户期望接收服务器数据序号为y+1+1（ack_seq=y+1+1）；客户端状态由FIN_WAIT_2进入TIME_WAIT，等待2MSL时间，进入CLOSED状态；服务器在收到最后一次ACK后，由LAST_ACK进入CLOSED；

为什么需要等待2MSL?

最后一个报文没有确认；

确保发送方的ACK可以到达接收方；

2MSL时间内没有收到，则接收方会重发；

确保当前连接的所有报文都已经过期。

六、应用层

为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。应用层重点：

数据传输基本单位为报文；

包含的主要协议：FTP（文件传送协议）、Telnet（远程登录协议）、DNS（域名解析协议）、SMTP（邮件传送协议），POP3协议（邮局协议），HTTP协议（Hyper Text Transfer Protocol）。

6.1 DNS详解

DNS（Domain Name System:域名系统）【C/S，UDP，端口53】：解决IP地址复杂难以记忆的问题,存储并完成自己所管辖范围内主机的 域名 到 IP 地址的映射。

域名解析的顺序：

【1】浏览器缓存，

【2】找本机的hosts文件，

【3】路由缓存，

【4】找DNS服务器（本地域名、顶级域名、根域名）-迭代解析、递归查询。

IP—DNS服务—便于记忆的域名

域名由点、字母和数字组成，分为顶级域（com，cn，net，gov，org）、二级域（baidu,taobao,qq,alibaba）、三级域（www）(12-2-0852)

6.2 DHCP协议详解

DHCP（Dynamic Configuration Protocol:动态主机设置协议）：是一个局域网协议，是应用UDP协议的应用层协议。作用：为临时接入局域网的用户自动分配IP地址。

6.3 HTTP协议详解

文件传输协议（FTP）：控制连接（端口21）：传输控制信息（连接、传输请求），以7位ASCII码的格式。整个会话期间一直打开。

HTTP（HyperText Transfer Protocol:超文本传输协议）【TCP，端口80】：是可靠的数据传输协议，浏览器向服务器发收报文前，先建立TCP连接，HTTP使用TCP连接方式（HTTP自身无连接）。

HTTP请求报文方式：

GET：请求指定的页面信息，并返回实体主体；

POST：向指定资源提交数据进行处理请求；

DELETE：请求服务器删除指定的页面；

HEAD：请求读取URL标识的信息的首部，只返回报文头；

OPETION：请求一些选项的信息；

PUT：在指明的URL下存储一个文档。

6.3.1 HTTP工作的结构

6.3.2 HTTPS协议详解

HTTPS(Secure)是安全的HTTP协议，端口号443。基于HTTP协议，通过SSL或TLS提供加密处理数据、验证对方身份以及数据完整性保护

原文地址：

计算机网络基础重要知识点

计算机网络基础重要知识点，第一章概述的知识点包含章节导引,第一节计算机网络的定义与作用,第二节计算机网络技术的发展,第三节计算机网络的分类与主要性能指标,第四节计算机网络的体系结构,。参考模型的七层结构很重要，要理解如下：

从最底层到最高层：物理层，内数据链路容层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层.

物理层：在通信系统间建立物理链接，实现原始位流的传输。工作在该层的设备有 中继器 集线器 网卡 数据的传输单位 是 比特流.

数据链路层：实现物理网络中的系统标识，具有组帧功能，在共赏传输介质的网络中，还提供访问控制功能，提供数据的无错传输。 工作在层的设备有 交换机

网桥。 传输单位 是帧。

网络层：对整个互联网络中的系统进行统一的标识，具有分段和重组功能还具有寻址的功能，实现拥塞控制功能。

传输层： 实现主机间进程到进程的数据通信。 数据传输的单位是 段。

会话层：组织和同步不同主机上各种进程间的通信。

表示层：为应用进程间传送的数据提供表示的方法即确定数据在计算机中编码方式。

应用层： 是（唯一）直接给网络应用进程提供服务。