计算机网络期中复习笔记（自用）

复习大纲

–第一章 概述

• 计算机网络的组成

  

  • 网络边缘：主机和网络应用程序（又称为“端系统”）

    • 端系统中运行的程序之间的通信方式可划分为两大类：

      • 客户/服务器方式（C/S方式）

        

      • 对等方式（P2P方式）

        

    • 网络接入方式（P22~P34）

      

  • 网络核心：路由器互连、网络的网络

    • 电路交换（分为建立连接、通信、释放连接三个阶段）

    • 报文交换（PPT中没写，但是王道课程里面有）

    • 分组交换（数据首先分成多个分组，每个分组单独传送）

    • （这里会给出时延数据、报文长度、传输速率、请求处理时间等要求计算传播时长)

• 网络性能的指标（P71）

  • 带宽

    • 速率：连接到网络上的节点在信道上传输数据的速率，也称数据率或比特率、数据传输速率，单位bit/s，b/s或bps
    • 信道：表示向某一方向传送信息的通道，信道≠通信线路，一条通信线路在逻辑上对应一条发送信道和接收信道
    • 带宽指某信道所能传送的最高数据率，单位：bit/s，b/s或bps

  • 时延（P76~P79）

    • 指数据从网络或链路的一段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

  • 吞吐量：指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量

• 协议和分层体系结构

  • 服务、协议

    • 协议是通信实体之间通信所必须遵守的规则，其三要素为语法、语义、同步
    • 服务是下层为紧邻的上层提供的功能调用

  • OSI参考模型（“物联网叔会使用”）、TCP/IP模型

  

  

–第二章 应用层

• 网络应用概述

  • 应用层协议的特点：没有通用的协议，每个应用都有专门的协议

  • C/S、P2P、C/S和P2P混合结构（P11~P22）

  • P2P怎么查找资源？

    • 集中式查找：混合P2P

    • 洪泛式查找：每个peer都将查询请求转发给相邻的全部Peer

    • 分层叠加网查找

  • 进程通信

    • P2P应用既运行client进程也运行是server进程

    • 不同主机间通信的接口：Sockets

    • 进程标识：主机IP地址+进程端口号

  • 传输服务

    • 衡量指标：可靠性、实时性、吞吐量、安全性

      

    • TCP服务与UDP服务

      

• DNS(一般使用UDP，服务端口号为53)

  • DNS的功能和名字空间

    

  • DNS服务器分为根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器、本地域名服务器（P41~43）

  • 迭代查询与递归查询（简单理解一下就是迭代查询是BFS，递归查询是DFS）

  • DNS资源记录

    • RR格式：(name,TTL,class,type,value)

      • Type：
        • A:地址资源记录 name：主机域名 value：IP地址
        • NS：权威DNS服务器资源记录 name:域 value:此域的权威DNS服务器的域名
        • CNAME：标准名称资源记录 name:域名（别名） value:规范名
        • MX：邮件服务器资源记录 name:域 value:此域的邮件服务器的规范名字
      • 查询资源记录的命令：nslookup

  • DNS的消息格式：DNS包含请求(query)和应答(reply)两个消息，其消息格式相同

    

• WWW应用和HTTP

  • WWW的体系结构

    • 以C/S模式工作

    • 使用URL标识分布在整个因特网上的页面

      • 编址格式：协议名://主机:端口号/文件路径及文件名

    • 使用HTTP协议实现通过www上的各种链接获取信息

    • 使用HTML标记语言显示页面并标识超链接

    • WWW应用客户：

      • 浏览器
      • web服务器

  • 网页类型

    • 静态网页

      

    • 动态网页：如CGI脚本

      

    • 活跃网页：例如Java Applet

      

  • HTTP：操作过程、消息格式

    • 概述

      • 采用C/S模型
      • 传输层采用TCP
      • 无状态协议：服务器端不保存以前的访问记录，对于每个请求都是单独处理

    • HTTP操作过程（P69)

      

  • 持久连接与非持久连接

    • 非持久连接：每次传输对象都要重新建立TCP连接，响应时间为2×RRT+文件传输时间（HTTP1.0）

      • 采用非流水线机制

    • 持久连接：一个TCP连接可以传输多个对象（HTTP1.1）

      • 流水线机制：Client可以连续发出多个请求，而不必等待前一个请求的响应完成

  • Cookies和Proxy

    • HTTP有两类消息：请求(request),响应(response)

      • 消息格式：ASCII

      • 请求消息的格式：

        

      • HTTP方法

        

      • HTTP响应消息的格式

        

      • 状态码

        

    • Cookie：Web服务器对于访问用户的标识信息，可用于识别用户、记录用户信息和访问情况（用于保持访问应用）

      • 在HTTP响应中包含一行set-cookie头信息

      • 在HTTP请求中包含一行cookie头信息

      • Client主机中保存一个cookie文件，由浏览器管理

      • Server端的后台数据库

      • 应用包括：身份认证、购物车、个性化推荐信息、用户会话状态等

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    • 代理服务器（Proxy Server）：目的用于减轻Web服务器的负担，加快访问速度

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    • 浏览器Caching：浏览器缓存访问过的网页，进一步减少网络负载

      • 缓存更新：条件GET（P87）

• Email应用

  • 电子邮件系统的构成：用户代理(UA)、邮件服务器(mail servers)、邮件传输协议:SMTP、邮件访问协议:IMAP，POP3

    • 邮件服务器采用C/S模式

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    • SMTP采用C/S模式，传输层协议使用TCP，server端口号为25

      • 直接传输：邮件直接从发信人的服务器传输到收信人的服务器，而不从中间服务器转发
      • 命令/响应方式交互
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    • 邮件访问协议：POP3(端口号：110)和IMAP(端口号：143)

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    • 邮件格式：多媒体扩展

      • SMTP不能传送可执行文件或其他的二进制对象，限于传送7为ASCII码，会拒接超过一定长度的邮件
      • 通过因特网邮件扩充(MIME)
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• FTP:文件传输协议

  • 用于和远程主机之间上传/下载文件
  • C/S模式
  • 传输协议使用TCP
  • FTP两个连接
    • 控制连接
      • FTP client 与 FTP server（端口21）建立控制连接
      • 进行身份验证
      • 传输命令和响应
      • 持久连接：在访问期间，控制连接一直存在
    • 数据连接
      • 需要传输数据时建立数据连接
      • 数据传输结束后，连接关闭

• 远程登录协议：Telent

  • 远程登录：从一台计算机通过网络登录到远程另一台计算机上进行操作

  • Telent特性：

    • C/S模型
    • 基于TCP，server端口号：23
    • 通用、双向、基于8位字符的通信协议

  • NVT：网络仿真终端

    • 标准的数据格式
    • 实现异构设备的互联

–第三章 传输层：实现端到端的可靠通信

• 传输层的功能及服务

  • 进程-进程的逻辑通信

  • 复用与解复用

    • 多路复用：多个应用进程的消息在同一个网络接口上传输
    • 进程标识：16位端口号
    • 复用：源端传输层在应用层消息之前加上源端口号和目的端口号
    • 解复用：目的端传输层根据端口号确定目的进程

  • 端口号

    • 熟知端口（常用端口）
      • 服务器进程使用
      • 开放、固定值
      • 值一般是0~1023
    • 短暂端口
      • 客户进程使用
      • 由操作系统分配，值不固定
      • 值一般是49152~65535

  • 两种服务：TCP与UDP

    • TCP：可靠、按顺序交付
      • 建立连接
      • 流量控制
      • 拥塞控制
    • UDP：不可靠、无序交付

  • 传输层不提供时延保障和带宽保障

• 可靠数据传输的原理

  • 提供可靠传输服务的层次：传输层和数据链路层

  • 可靠传输代表：数据不会丢失、重复、失序（P18~P50）

  • 

• 无连接传输协议：UDP

  • 简单高效的传输层协议

  • 提供“尽力而为”的服务

    • UDP数据报可能丢失
    • 接受的顺序可能与发送顺序不一致

  • 无连接协议

    • 在发送数据之前，发送端和接收端没有握手
    • 每个UDP数据报都是独立的，与其他的数据报无关

  • 相比IP：增强了多路复用/多路分解

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  • 数据格式

    

  • 

    

  • 伪报头：只用于校验和的计算，不发送

• 面向连接的传输协议：TCP

  • 面向连接、全双工数据传输、端到端传输
  • 连接管理：三次握手建立连接，四步释放连接
  • 动态滑动窗口：发送窗口不超过对端通知的接收窗口值
  • 采用ARQ协议，流水线方式工作，流量控制，拥塞控制，可靠、按序的字节流传输
  • TCP不能保证上层消息的边界
  • TCP的报文段
    • 发送序号与接收序号
    • 控制字段
  • 可靠数据传输：序号管理
  • 流量控制：防止发送方发送过快导致接收方缓存溢出造成数据丢失
    • 基本方法：接收方反馈，限制发送方的发送数据量
  • RTT估值=α×RTT估值的历史值+（1-α）×RTT的测量值
  • 传输效率问题：
    • Nagle算法：一次尽量发送较大的数据量
    • Clark算法：只有在较大缓存时，才发送窗口更新通知

• 拥塞控制的主要原理

  • 拥塞即网络边缘主机发送到网络中的负载超出了网络的承载能力

  • 特征包括：时延增大（数据包在缓存中排队）、数据包丢失（路由器缓存溢出）

  • ​

  • 拥塞控制是全局问题，涉及全网所有的路由器和主机

    • 流量控制是局部问题，仅限于发送方和接收方之间

  • 拥塞控制

    • 开环方法

      

    • 闭环方法

      

    • TCP拥塞控制方法

      

      • 细节发送端限制发送速率，发送速率近似为cwnd/RTT 字节/秒
      • cwnd动态变化，取决于网络拥塞情况
      • 发送端感知拥塞
        • 当定时器超时或收到3个重复ACK时，即认为有数据丢失
        • 发送端随即降低发送速率（降低cwnd）
      • 三个机制：慢启动、AIMD、根据拥塞情况调整策略

    • 慢启动：启动速率很低，按照指数级增加发送速率直至发现数据丢失（或者达到预先设定的阈值）

    • 拥塞窗口达到阈值后，进入拥塞避免（CA）阶段

      

    • 出现数据丢失的情况：MD

      

    • 快速重传机制