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计算机网络

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卓小兔 发表于 2021-1-3 11:57:31 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
1 盘算机网络

1.1 盘算机网络简介



  • 盘算机网络:是一个将分散的、具有独建功能的盘算机系统(如安卓,iOS,windows,macOS),通过通信设备(如路由器)线路毗连起来,由功能完善的软件实现资源共享和信息通报的系统。盘算机网络是互连(相互联通)的、自治(无主从关系)的盘算机聚集。
  • 功能:数据通信、资源共享、分布式处理惩罚(多台盘算机各自负担同一工作任务的差别部分)、提高可靠性、负载均衡等。
  • 组成:硬件、软件、协议。
  • 工作方式:1.边沿部分(用户可以直接使用,包罗C/S方式和P2P方式);2.焦点部分(为边沿部分服务)。
  • 功能组成:通信子网(实现数据通信);资源子网.实现资源共享/数据处理惩罚。(传输层是接口)

  • 分类:1.按分布范围,广域网WAN(交换技能),城域网MAN,局域网WAN(广播技能),个人区域网PAN;2.按使用者分,公用网(移动、电信、联通等),专用网(队伍,政府等);3.按交换技能分,电路交换,报文交换,分组交换;4.按拓扑布局分,总线型,星型,环形,网状型(通常用于广域网,如因特网);5.按传输技能分,广播式网络(共享公共信息通道),点对点网络(使用分组存储转发和路由选择机制)。
  • 局域网(Local Area Network):简称LAN,是指在某一区域内由多台盘算机互联成的盘算机组,使用广播信道。
    特点1;覆盖的地理范围较小,只在一个相对独立的局部范围内联,如一座或会集的修建群内。
    特点2:使用专门铺设的传输介质(双绞线、同轴电缆)举行联网,数据传输速率高(10Mb/s~10Gb/s)。
    特点3:通信延迟时间短,误码率低,可靠性较高。
  • 以太网(Ethernet)指的是由Xerox公司创建并由Xerox、Intel和DEC公司团结开发的基带总线局域网规范,是当今现有局域网采取的最通用的通信协议尺度。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及辩说检测)技能,是应用最广泛的局域网技能,IEEE 802.3:IEEE 802委员会802.3工作组制定的第一个IEEE的以太网尺度。以太网提供无毗连、不可靠的服务,以太网只实现无不对吸收,不实现可靠传输。
  • IEEE 802.11是无线局域网通用的尺度,它是由IEEE所界说的无线网络通信的尺度,无线局域网覆盖范围达几千米,不是WIFI哦。
1.2 有关指标



  • 速率数据率或称数据传输率比特率,单元时间传输的比特位数 b/s。
  • 带宽,盘算机网络中,带宽用来表现网络的通信线路传送数据的本领,通常是指单元时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率,大概说网络设备所支持的最高速度。单元是“比特每秒”,b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s。
  • 吞吐量表现在单元时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。单元b/s,kb/s,Mb/s等,受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
  • 时延,指数据(报文/分组/比特流)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延,单元是s。

  • 时延带宽积 = 传播时延 x 带宽,又称为以比特为单元的链路长度,某段链路的最大比特容量。
  • 往返时延RTT:从发送方发送数据开始,到发送方收到吸收方简直认(吸收方收到数据后立刻发送确认),总共履历的时延,包罗往返传输时延和末了处理惩罚时延。
  • 使用率,信道使用率(有数据通过期间/[有+无]数据通过期间),网络使用率(言道使用率加权均匀值)。
1.2 分层



  • 实体>>协议>>接口>>服务,上层的PDU作为下层的PDU。

  • 分层的原则:各层之间相互独立,每层只实现一种相对独立的功能;每层之间界面自然清晰,易于明确,相互交换尽大概少;布局上可分割开。每层都采取最符合的技能来实现;保持下层对上层的独立性,上层单向使用下层提供的服务。
  • 分层布局:是为了管理盘算机网络复杂的大问题,7层OSI参考模子(ISO提出的法定尺度,理论乐成,市场失败),4层TCP/IP参考模子(事实尺度)。
2 OSI参考模子


2.1 OSI模子每一层功能



  • 应用层:(1)确定进程之间的通信性质;(2)提供应用步调所需的信息交换和远程操纵;(3)作为应用步调的用户署理,完成信息交换所必须的功能。协议比方:FTP、HTTP、SNMP。
  • 表现层:处理惩罚两个系统之间的数据交换格式,包管一方系统应用层发出的信息,另一方应用层可以读出效果,包罗加密息争密,压缩和规复。
  • 会话层:创建毗连并在毗连上有序地传输数据,(1)创建和维持两个节点之间的通信;(2)保持会话同步;(3)通信工作方式的选择(如:全双工、半双工);(4)管理通信是否中断以及终端时从那里重新发送。协议比方:RPC、SQL、SAP、ADSP、ASP。
  • 传输层:(1)提供端到端的可靠毗连;(2)在发送端把消息分成若干个分组,在吸收端再把消息举行重组规复;(3)对服务的质量提出要求,而且还可以举行流量控制。
  • 网络层:(1)将IP所在转换成物理所在;(2)创建节点间的毗连而且举行维护;(3)选择符合的路径举行传输,并将数据无误的传输至目标端。协议比方:IP、IPX、RIP。
  • 数据链路层:(1)决定访问网络介质的方式;(2)创建以及拆除数据链路;(3)将数据形成帧格式;(4)可靠毗连传输;别的数据帧中包罗:MAC所在、控制码、数据及校验码等信息。
    协议比方:802.2、802.3ATM、HDLC、FRAME RELAY。
  • 物理层: 将数据转换为电子信号,使用物理传输介质(比方:网线、双绞线、集线器、网卡等)为数据链路层提供物理毗连,进而传送比特流。
2.2 OSI工作流程



  • 提出信息传输请求,在发送端应用层把需要传输的信息整合成数据流;
  • 对数据流举行编码,加密和压缩并加上头部信息送入会话层;
  • 会话层对数据举行查抄和校验,并规定发送的方式,添加会话层的头部信息,之后将数据传入到传输层中;
  • 接着进入传输层举行报文分组,每个分组添加头部信息后,再送入网络层中;
  • 网络层在报文头部添加源、目标IP所在,以及要颠末的路径信息,形成IP包(IP数据报),将数据传送至数据链路层;
  • MAC帧的数据部分装上IP数据包,根据源、目标MAC所在和帧头,将MAC帧发往物理层;
  • 物理层将MAC帧转化为二进制,添加头部信息通过网线发送至吸收端;
2.3 其他



  • 网络层的主要任务是把分组从源端传到目标端,为分组交换网上的差别主机提供通信服务。网络层传输单元是数据报
  • 数据链路层负责通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报。
  • 分组是IP包切割下来的一部分。每个分组携带源和目标所在。
  • 路由器根据分组的目标所在转发分组:基于路由协议/算法构建转发表;检索转发表;每个分组独立选路。路由器的路由表/转发表一般包罗:目标网络IP所在、子网掩码、下一跳IP所在、接口。路由算法包罗:静态(非自适应)路由算法和动态(自适应)路由算法。
    结点:主机、路由器。
    链路:网络中两个结点之间的物理通道,链路的传输介质主要有双绞线、光纤和微波。分为有线链路、无线链路。
    数据链路:网络中两个结点之间的逻辑通道,把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路。桢:链路层的协议数据单元,封装网络层数据报。
  • 数据链路层在物理层提供服务的根本上向网络层提供服务,其最根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。其主要作用是增强物理层传输原始比特流的功能,将物理层提供的大概堕落的物理毗连改造成为逻辑上无不对的数据链路,使之对网络层体现为一条无不对的链路。
  • 封装成帧就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部,这样就构成了一个帧。吸收端在收到物理层上交的比特流后,就能根据首部和尾部的标记,从收到的比特流中识别帧的开始和竣事。
    首部和尾部包罗许多的控制信息,他们的一个重要作用:帧定界(确定帧的边界)。

3 TCP/IP参考模子




  • 应用层:此中包罗有相当多的协议,主要将传输的信息处理惩罚并产生应用数据,送至传输层。
    包罗的协议:SMTP、FTP、DNS、SNMP、TELNET、NFS、RPC、TFTP。
  • 传输层:此中包罗两个协议TCP(可靠)、UDP(不可靠),其主要功能创建发送端和吸收端之间的通信毗连。包罗的协议:TCP、UDP。
  • 网络层:首先形成IP包,然后并将IP包发送至吸收端。包罗的协议:IMCP、ARP、RARP。
  • 在TCP/IP协议中把OSI的应用层、表现层、会话层只有应用层被保存了下来,别的,把数据链路层和物理层归并成网络访问层。此中,二者的网络层功能相似,此中传输层中TCP/IP中特有的两种协议TCP、UDP,分别具有面向毗连和面向无毗连的性质。
  • 面向毗连分为三个阶段,第一是创建毗连,在此阶段,发出一个创建毗连的请求。只有在毗连乐成创建之后,才气开始数据传输,这是第二阶段。接着,当数据传输完毕,必须释放毗连。而面向无毗连没有这么多阶段,它直接举行数据传输。
  • 由于OSI的体系较为复杂,设盘算为抱负,不方便盘算机通信的实现,因此OSI模子使用并不多,未被广泛使用。TCP/IP体系因为其架构简单,操纵方便,易于使用,因而被广泛使用。
4 报文简介和重要协议

4.1 IP报文



  • IP以包的形式传输数据,每一个包都独立传输,大概通过差别的路径,大概出现序次颠倒,大概重复,IP不追踪传输路径,因而没有任何机制来举行重新分列,传输性能不可靠。
  • IP包就是数据报,可长达65536Byte,数据报的长度范围20—65536Bytes。IP包罗有两个部分:报文头和数据,此中报文头的长度范围20—60Bytes。以下是IP报文的示意图:

  • 版本:IP协议的版本号。
  • 报文头(首部)长度:4bit 报文头字节数=报文头长度值×4 且 其一般设置为5。
  • 服务范例:网络中QoS参数;3bit的优先权子字段;4bit的TOS分别为最小时延D、最大吞吐量T、最高可靠性R、最小费用C;未用位为1bit的0值。
  • 总长度:指的是IP报文的总长度,IP包总长度以字节为单元,包罗首部和数据的长度,且长度最大为65536Byte,包罗报头的长度和数据部分的长度。
  • 标识字段、标记字段、偏移字段控制报文的分段以及重组。标识字段确定原始报文的分段,在发送端和吸收端一起来识别报文的分段。标记字段中有DF、MF。DF赋为0或1代表是否分片;MF=0为数据报的最后一片,MF=1为数据报的中间片。对于偏移字段,其值表现分段在原始报文中的相对位置。其以8Byte为单元举行盘算。
  • 生存周期:设置了数据报可颠末的最多路由器的数,一旦颠末一个路由器其值就会减1,直至减为0被扬弃。
  • 协议:即IP报文携带的数据使用的是哪种协议,以便吸收端的IP层知道将数据报上交到哪个进程。此中1代表协议ICMP;2代表协议IGMP;6代表协议TCP;17代表协议UDP。
  • 首部校验和:盘算IP头部的校验和,查抄IP报头的完整性。
  • 源IP所在:IP数据报发送端的IP所在。
  • 目标IP所在:IP数据报吸收端的IP所在。
4.2 UDP协议



  • UDP仅仅是提供端对端的根本功能,并没有任何的序列大概重新排序的功能。当UDP发现错误时,由IMCP来通知用户。UDP只包罗校验和,不包罗标识温顺序号。

  • 源端口所在:数据发送端的端标语;
  • 目标端口所在:数据吸收端的端标语;
  • 总长度:UDP报文的长度,即报头长度加数据的长度;
  • 校验和:查验数据报中是否有错,有错直接扬弃。
  • UDP的特点是:无毗连、面向报文、不可靠、无拥塞控制、支持一对一,一对多,多对一的交互通信,首部短。
4.3 TCP协议



  • TCP是一个可靠的端到端协议,而且在传输前必须首先创建毗连。由于TCP下的IP层是不可靠的,因此TCP必须要采取步调才气使得双方的通信变得可靠。在发送端,TCP将长传输的分别为更小的数据单元中,而且将包封装成段,每个段都包罗重新分列的顺序号和ID编号以及滑动窗口中窗口的巨细。在吸收端,TCP基于每个收到段的顺序编号对传输举行重新排序。TCP的特点:面向毗连、点对点、按序分列、传输可靠。
  • TCP包罗以下任务和功能:
    (1)确保IP数据报的乐成通报;
    (2)对步调发送的大块数据举行分段和重组;
    (3)确保正确排序及按顺序通报分段的数据;
    (4)通过就算校验和,举行传输数据的完整性查抄;
    (5)根据数据是否继承乐成发送肯定消息;
    (6)必须使用可靠的、基于会话的数据传输步调;

  • 源端口所在:数据发送端的端标语;
  • 目标端口所在:数据吸收端的端标语;
  • 顺序编号:TCP面向字节流,在传送中的字节流中每一个字节都是按照顺序编号。
  • 确认编号:渴望收到对方下一个报文段的第一个数据字节编号。
    数据偏移:指的是报文头的长度,偏移字节数=数据偏移值×4,一般为20字节。
  • urg:当urg=1时,数据优先级最高,不按照原来队列顺序发送,优先告急发送。
  • ack:ack=1确认字段有意义
  • psh:发送方立刻把缓冲区的数据发送出去,不消等收集到足够的数据;吸收方的上层应用步调直接读取数据。
  • rst:rst=1标识出现严重不对,需要重新创建毗连。
  • syn:syn和ack组合发送创建毗连请求和应答,syn=1&&ack=0表现创建毗连请求;syn=1&&syn=1表现同意创建毗连
  • fin:fin=1是表现数据发送完成,进而释放毗连。
  • 窗口:发送报文段的一方的吸收窗口,窗口值告诉对方。从本文段首部简直认号算起,吸收方现在允许对方发送的数据量。
  • 校验和:用于查验报头和数据的正确性。
  • 告急指针:当urg=1时,告急指针才有意义,表现告急数据的字节数。
4.4 IPv4所在



  • IP所在:全世界唯一的32位/4字节标识符,标识路由器主机的接口。IP所在::={,}
  • 分类的IP所在:

  • 子网分别和子网掩码:可由IP所在和子网掩码求出网络所在。

  • 网络所在转换NAT(Network Address Translation):在专用网毗连到因特网的路由器上安装NAT软件,安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器,它至少有一个有效的外部全球IP所在。
4.5 IPv6所在



  • 32位的IPv4所在空间根本上已经分配殆尽了,IPv6由此而生。IPv6和IPv4的区别总结如下图,B表现字节:

  • IPv6所在的表现形式:
  • 一般形式:冒号十六进制记法,如4BF5:0000:0000:0000:BASF:039A:BE9A:2170
    压缩形式:4BF5:0:0:0:BASF:039A:BE9A:2170
    零压缩:一连串一连的O可以被一对冒号取代,4BF5::BASF:039A:BE9A:2170

来源:https://blog.csdn.net/qq_41724123/article/details/111972192
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