计算机网络基础知识

发布网友 发布时间：2022-04-21 07:29

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懂视网 时间：2022-04-18 07:22

so, 我4月24号就开始复习计算机网络，断断续续复习了3天吧。

ISP: Internet Service Provider 因特网服务提供商

Eg: 中国电信、中国联通和中国移动

路由器是一种专用计算机。路由器实现分组交换(packet switching)的关键构件。其任务是转发收到的分组。

网络分类

OSI，TCP/IP，五层协议的体系结构，以及各层协议

OSI分层 （7层）：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

TCP/IP分层（4层）：网络接口层、 网际层、运输层、 应用层。

五层协议 （5层）：物理层、数据链路层、网络层、运输层、 应用层。

结合OSI和TCP/IP产生了一个五层结构，分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。Internet就是采用的TCP/IP协议

每一层的作用如下：

频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽。

时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

点对点信道的数据链路层的协议数据单元－－帧

数据链路层的三个基本问题:

1. 封装成帧：给一段数据的前后分别添加首部和尾部，构成帧

2. 透明传输

3. 差错检测：循环冗余检验CRC差错检测技术

帧的数据部分长度上限－－最大传送单元MTU(Maximum Transfer Unit)

CRC是一种检错方法，FCS是添加在数据后面的冗余码。

PPP协议：用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议。

PPP帧的格式：75页

适配器(网卡)：负责把帧发送到局域网 及 从局域网接收帧

适配器接收和发送各种帧不使用计算机的CPU，适配器上面装有处理器和存储器(包括RAM和ROM)

广播通信方式：当一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据。

CSMA/CD协议：一个站不可能同时边发送和接收(但必须边发送边监听信道)

发送的不确定性：每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。这一小段时间是不确定的，它取决于另一个发送数据的站到本站的距离。

争用期（碰撞窗口）：以太网的端到端往返时间2i

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。这时，就可以放心把这一帧数据顺利发送完毕。

以太网的争用期确定为51.2us

以太网规定了一个最短帧长64字节，即512bit。如果发送的数据非常少，那么必须加入一些填充字节，使帧长不小于64字节。

以太网在发送数据时，如果在争用期(共发送了64字节)没有发生碰撞，那么后续发送的数据就一定不会发生冲突。
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。

如果在争用期内检测出发生了碰撞，那么还要再推迟一段时间再把这个暂时保留的帧和重传一次。

适配器有过滤功能：从网络每收到一个MAC帧就先用硬件检查MAC帧中的目的地址。如果是发往本站的帧则收下，否则就将此帧丢弃。

"发往本站的帧"包括以下三种帧：

硬件地址(或称为物理地址/MAC地址)。
在生产适配器时，这种6字节的MAC地址已被固化在适配器的ROM中。

MAC帧的格式：92页

集线器：使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议。一个集线器有许多接口。

数据链路层扩展以太网要使用网桥(bridge)。网桥工作在数据链路层，根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。

网桥依靠转发表来转发帧。转发表也叫做路由目录 or 转发数据库。　95页

透明网桥(transparent bridge)：目前使用得最多。不用人工配置转发表，网桥就能工作。是一种即插即用设备。

网桥通过自学习算法(self-learning)处理收到的帧(逐步建立起转发表)，并且按照转发表把帧转发出去。　　98－重要

以太网交换机实际上是一个多接口的网桥。

交换机最大优点：每个接口到主机的带宽是10Mb/s。对于拥有N对接口的交换机的总容量为N*10Mb/s.

以太网帧格式：102页

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，这些网段有共同的需求。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工作站属于哪一个局域网。

A类地址网络号：126个，即2^7-2=126;

减2的原因：IP地址中全0表示"本网络"。网络号为127（0111 1111）保留作为本地软件环回测试(loopback test)本主机的进程之间的通信之用。

A类地址主机号占3字节，因此每一个A类网络中的最大主机数是2^24－2；
减2的原因：全0的主机号字段表示该IP地址是"本主机"所连接到的单个网络地址；
（一主机的IP地址为5.6.7.8，则该主机所在的网络地址是5.0.0.0）
而全1表示"所有的"，因此全1的主机号字段表示该网络上的所有主机。

路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。即路由器的每一个接口都有一个不同网络号的IP地址。　121页

ARP是地址解析协议，简单语言解释一下工作原理。

1、首先，每个主机都会在自己的ARP缓冲区中建立一个ARP列表，以表示IP地址和MAC地址之间的对应关系。

2、当源主机要发送数据时，首先检查ARP列表中是否有目的主机的IP地址。如果有，就在ARP高速缓存中查出对应的硬件地址，再把这个硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网把该MAC帧发往此硬件地址。

如果没有，就向本网段的所有主机发送ARP数据包，该数据包包括的内容有：源主机IP地址，源主机MAC地址，目的主机的IP地址。

3、当本网络的所有主机收到该ARP数据包时，首先检查数据包中的IP地址是否是自己的IP地址，如果不是，则忽略该数据包，如果是，则首先从数据包中取出源主机的IP和MAC地址写入到ARP列表中，如果已经存在，则覆盖，然后将自己的MAC地址写入ARP响应包中，告诉源主机自己是它想要找的MAC地址。

4、源主机收到ARP响应包后。将目的主机的IP和MAC地址写入ARP列表，并利用此信息发送数据。如果源主机一直没有收到ARP响应数据包，表示ARP查询失败。

广播发送ARP请求，单播发送ARP响应。

IP地址与子网掩码相与&得到主机号

网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）
ICMP报文的种类有两种，即ICMP差错报文和ICMP询问报文

ICMP询问报文：

PING：用来测试两个主机之间的连通性。

ping是应用层直接使用网络层ICMP的一个例子。它没有通过运输层的TCP或UDP

RIP与OSPF

虚拟专用网

对于这些仅在机构内部使用的计算机就可以由本机构自行分配其IP地址。这就是说，让这些计算机使用仅在本机构有效的IP地址（称为本地地址），而不需要向因特网的管理机构申请全球唯一的IP地址（称为全球地址）。这样就可以大大节约宝贵的全球IP地址资源。

专用地址(private address)：只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。即专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。

在因特网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。

专用地址：