From 3c1496ef64daa0edb4a1cb32e21890cef752bae3 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: CyC2018 <1029579233@qq.com> Date: Fri, 15 Jun 2018 16:44:29 +0800 Subject: [PATCH] auto commit --- notes/计算机网络.md | 175 ++++++++++++++++++++++---------------------- 1 file changed, 87 insertions(+), 88 deletions(-) diff --git a/notes/计算机网络.md b/notes/计算机网络.md index 72ca208c..8d82d2e8 100644 --- a/notes/计算机网络.md +++ b/notes/计算机网络.md @@ -9,15 +9,17 @@ * [二、物理层](#二物理层) * [通信方式](#通信方式) * [带通调制](#带通调制) - * [信道复用技术](#信道复用技术) * [三、数据链路层](#三数据链路层) + * [基本问题](#基本问题) * [信道分类](#信道分类) - * [三个基本问题](#三个基本问题) - * [局域网](#局域网) - * [PPP 协议](#ppp-协议) + * [信道复用技术](#信道复用技术) * [CSMA/CD 协议*](#csmacd-协议) - * [MAC 层*](#mac-层) - * [扩展局域网*](#扩展局域网) + * [PPP 协议](#ppp-协议) + * [MAC 地址](#mac-地址) + * [局域网](#局域网) + * [以太网*](#以太网) + * [交换机*](#交换机) + * [虚拟局域网](#虚拟局域网) * [四、网络层*](#四网络层) * [概述](#概述) * [IP 数据报格式](#ip-数据报格式) @@ -84,23 +86,15 @@ ## 电路交换与分组交换 -

- ### 1. 电路交换 电路交换用于电话通信系统，两个用户要通信之前需要建立一条专用的物理链路，并且在整个通信过程中始终占用该链路。由于通信的过程中不可能一直在使用传输线路，因此电路交换对线路的利用率很低，往往不到 10%。 -### 2. 报文交换 +### 2. 分组交换 -报文交换用于邮局通信系统，邮局接收到一份报文之后，先存储下来，然后把相同目的地的报文一起转发到下一个目的地，这个过程就是存储转发过程。 +每个分组都有首部和尾部，包含了源地址和目的地址等控制信息，在同一个传输线路上同时传输多个分组互相不会影响，因此在同一条传输线路上允许同时传输多个分组，也就是说分组交换不需要占用传输线路。 -### 3. 分组交换 - -分组交换也使用了存储转发，但是转发的是分组而不是报文。把整块数据称为一个报文，由于一个报文可能很长，需要先进行切分，来满足分组能处理的大小。在每个切分的数据前面加上首部之后就成为了分组，首部包含了目的地址和源地址等控制信息。 - -分组交换允许在一条传输线路上传送多个主机的分组，也就是说两个用户之间的通信不需要占用端到端的线路资源。 - -相比于报文交换，由于分组比报文更小，因此分组交换的存储转发速度更加快速。 +考虑在一个邮局通信系统中，邮局收到一份邮件之后，先存储下来，然后把相同目的地的邮件一起转发到下一个目的地，这个过程就是存储转发过程，分组交换也使用了存储转发过程。 ## 时延 @@ -194,33 +188,73 @@ TCP/IP 协议族是一种沙漏形状，中间小两边大，IP 协议在其中

+# 三、数据链路层 + +## 基本问题 + +### 1. 封装成帧 + +将网络层传下来的分组添加首部和尾部，用于标记帧的开始和结束。 + +

+ +### 2. 透明传输 + +透明表示一个实际存在的事物看起来好像不存在一样。 + +帧使用首部和尾部进行定界，如果帧的数据部分含有和首部尾部相同的内容，那么帧的开始和结束位置就会被错误的判定。需要在数据部分出现首部尾部相同的内容前面插入转义字符，如果出现转义字符，那么就在转义字符前面再加个转义字符，在接收端进行处理之后可以还原出原始数据。这个过程透明传输的内容是转义字符，用户察觉不到转义字符的存在。 + +

+ +### 3. 差错检测 + +目前数据链路层广泛使用了循环冗余检验（CRC）来检查比特差错。 + +## 信道分类 + +### 1. 广播信道 + +一对多通信，一个节点发送的数据能够被广播信道上所有的节点接收到。 + +所有的节点都在同一个广播信道上发送数据，因此需要有专门的控制方法进行协调，避免发生冲突（冲突也叫碰撞）。 + +主要有两种控制方法进行协调，一个是使用信道复用技术，一是使用 CSMA/CD 协议。 + +### 2. 点对点信道 + +一对一通信。 + +因为不会发生碰撞，因此也比较简单，使用 PPP 协议进行控制。 + ## 信道复用技术 -### 1. 频分复用、时分复用 +### 1. 频分复用 -频分复用的所有用户在相同的时间占用不同的频率带宽资源。 +频分复用的所有主机在相同的时间占用不同的频率带宽资源。

-时分复用的所有用户在不同的时间占用相同的频率带宽资源。 +### 2. 时分复用 + +时分复用的所有主机在不同的时间占用相同的频率带宽资源。

-使用这两种方式进行通信，在通信的过程中用户会一直占用一部分信道资源。但是由于计算机数据的突发性质，通信过程没必要一直占用信道资源而不让出给其它用户使用，因此这两种方式对信道的利用率都不高。 +使用频分复用和时分复用进行通信，在通信的过程中主机会一直占用一部分信道资源。但是由于计算机数据的突发性质，通信过程没必要一直占用信道资源而不让出给其它用户使用，因此这两种方式对信道的利用率都不高。 -### 2. 统计时分复用 +### 3. 统计时分复用 是对时分复用的一种改进，不固定每个用户在时分复用帧中的位置，只要有数据就集中起来组成统计时分复用帧然后发送。

-### 3. 波分复用 +### 4. 波分复用 光的频分复用。由于光的频率很高，因此习惯上用波长而不是频率来表示所使用的光载波。

-### 4. 码分复用 +### 5. 码分复用 为每个用户分配 m bit 的码片，并且所有的码片正交，对于任意两个码片 和 有 @@ -242,44 +276,23 @@ TCP/IP 协议族是一种沙漏形状，中间小两边大，IP 协议在其中

-# 三、数据链路层 +## CSMA/CD 协议* -## 信道分类 +CSMA/CD 表示载波监听多点接入 / 碰撞检测。 -- 点对点信道：一对一通信方式 -- 广播信道：一对多通信方式 +- **多点接入** ：说明这是总线型网络，许多主机以多点的方式连接到总线上。 +- **载波监听** ：每个主机都必须不停地监听信道。在发送前，如果监听到信道正在使用，就必须等待。 +- **碰撞检测** ：在发送中，如果监听到信道已有其它主机正在发送数据，就表示发生了碰撞。虽然每一个主机在发送数据之前都已经监听到信道为空闲，但是由于电磁波的传播时延的存在，还是有可能会发生碰撞。 -## 三个基本问题 +记端到端的传播时延为 τ，最先发送的站点最多经过 2τ 就可以知道是否发生了碰撞，称 2τ 为 **争用期** 。只有经过争用期之后还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。 -### 1. 封装成帧 +当发生碰撞时，站点要停止发送，等待一段时间再发送。这个时间采用 **截断二进制指数退避算法** 来确定，从离散的整数集合 {0, 1, .., (2k-1)} 中随机取出一个数，记作 r，然后取 r 倍的争用期作为重传等待时间。 -将网络层传下来的分组添加首部和尾部，用于标记帧的开始和结束。 - -

- -### 2. 透明传输 - -透明表示一个实际存在的事物看起来好像不存在一样。 - -帧使用首部和尾部进行定界，如果帧的数据部分含有和首部尾部相同的内容，那么帧的开始和结束位置就会被错误的判定。需要在数据部分出现首部尾部相同的内容前面插入转义字符，如果出现转义字符，那么就在转义字符前面再加个转义字符，在接收端进行处理之后可以还原出原始数据。这个过程透明传输的内容是转义字符，用户察觉不到转义字符的存在。 - -

- -### 3. 差错检测 - -目前数据链路层广泛使用了循环冗余检验（CRC）来检查比特差错。 - -## 局域网 - -局域网是典型的一种广播信道，主要特点是网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。 - -可以按照网络拓扑对局域网进行分类： - -

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## PPP 协议 -用于点对点信道中。互联网用户通常需要连接到某个 ISP 之后才能接入到互联网，PPP 协议是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议。 +互联网用户通常需要连接到某个 ISP 之后才能接入到互联网，PPP 协议是用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议。

@@ -292,65 +305,51 @@ TCP/IP 协议族是一种沙漏形状，中间小两边大，IP 协议在其中

-## CSMA/CD 协议* +## MAC 地址 -用于广播信道中。在广播信道上，同一时间只能允许一台计算机发送数据。 +MAC 地址是链路层地址，长度为 6 字节（48 位），用于唯一标识网络适配器（网卡）。一台主机拥有多少个适配器就有多少个 MAC 地址。例如笔记本电脑普遍存在无线网络适配器和有线网络适配器，因此就有两个 MAC 地址。 -CSMA/CD 表示载波监听多点接入 / 碰撞检测。 +## 局域网 -- **多点接入** ：说明这是总线型网络，许多计算机以多点的方式连接到总线上。 -- **载波监听** ：每个站都必须不停地监听信道。在发送前，如果监听到信道正在使用，就必须等待。 -- **碰撞检测** ：在发送中，如果监听到信道已有其它站正在发送数据，就表示发生了碰撞。虽然每一个站在发送数据之前都已经监听到信道为空闲，但是由于电磁波的传播时延的存在，还是有可能会发生碰撞。 +局域网是典型的一种广播信道，主要特点是网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。 -记端到端的传播时延为 τ，最先发送的站点最多经过 2τ 就可以知道是否发生了碰撞，称 2τ 为 **争用期** 。只有经过争用期之后还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。 +主要有以太网、令牌环网、FDDI 和 ATM 等局域网技术，目前以太网占领着现有的有线局域网市场。 -当发生碰撞时，站点要停止发送，等待一段时间再发送。这个时间采用 **截断二进制指数退避算法** 来确定，从离散的整数集合 {0, 1, .., (2k-1)} 中随机取出一个数，记作 r，然后取 r 倍的争用期作为重传等待时间。 +可以按照网络拓扑对局域网进行分类： -

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-## MAC 层* +## 以太网* -MAC 地址是 6 字节（48 位）的地址，用于唯一标识网络适配器（网卡），一台主机拥有多少个适配器就有多少个 MAC 地址，例如笔记本电脑普遍存在无线网络适配器和有线网络适配器，因此就有两个 MAC 地址。 +以太网是一种星型拓扑结构局域网。 -

+早期使用集线器进行连接，它是一种物理层设备，作用于比特而不是帧，当一个比特到达接口时，集线器重新生成这个比特，并将其能量强度放大，从而扩大网络的传输距离。之后再将这个比特向其它所有接口。特别是，如果集线器同时收到同时从两个不同接口的帧，那么就发生了碰撞。 -在 MAC 帧中： +目前以太网使用交换机替代了集线器，它不会发生碰撞，能根据 MAC 地址进行存储转发。 + +以太网帧： - **类型** ：标记上层使用的协议； - **数据** ：长度在 46-1500 之间，如果太小则需要填充； - **FCS** ：帧检验序列，使用的是 CRC 检验方法； - **前同步码** ：只是为了计算 FCS 临时加入的，计算结束之后会丢弃。 -## 扩展局域网* +

-### 1. 在物理层进行扩展 - -使用集线器进行扩展。 - -集线器的主要功能是对接收到的信号进行放大，以扩大网络的传输距离。 - -集线器不能根据 MAC 地址进行转发，而是以广播的方式发送数据帧。 - -集线器是一种共享式的传输设备，意味着同一时刻只能传输一组数据帧。 - -

- -### 2. 在链路层进行扩展 - -最开始使用的是网桥，它收到一个帧时，根据帧的 MAC 地址，查找网桥中的地址表，确定帧转发的接口。 - -网桥不是共享式设备，因此性能比集线器这种共享式设备更高。 - -交换机的问世很快就淘汰了网桥，它实质上是一个多接口网桥，而网桥是两接口。交换机的每个接口都能直接与一个主机或者另一个交换机相连，并且一般都工作在全双工方式。 +## 交换机* 交换机具有自学习能力，学习的是交换表的内容。交换表中存储着 MAC 地址到接口的映射。下图中，交换机有 4 个接口，主机 A 向主机 B 发送数据帧时，交换机把主机 A 到接口 1 的映射写入交换表中。为了发送数据帧到 B，先查交换表，此时没有主机 B 的表项，那么主机 A 就发送广播帧，主机 C 和主机 D 会丢弃该帧。主机 B 收下之后，查找交换表得到主机 A 映射的接口为 1，就发送数据帧到接口 1，同时交换机添加主机 B 到接口 3 的映射。

-### 3. 虚拟局域网 +它是一种即插即用急用的设备，不需要网络管理员干预。 + +## 虚拟局域网 虚拟局域网可以建立与物理位置无关的逻辑组，只有在同一个虚拟局域网中的成员才会收到链路层广播信息，例如下图中 (A1, A2, A3, A4) 属于一个虚拟局域网，A1 发送的广播会被 A2、A3、A4 收到，而其它站点收不到。 +使用 VLAN 干线连接来建立虚拟局域网，每台交换机上的一个特殊端口被设置为干线端口，以互连 VLAN 交换机。IEEE 定义了一种扩展的以太网帧格式——802.1Q，用于跨 VLAN 干线的帧，它在标准以太网帧上加进了 4 字节首部 VLAN 标签，用于表示该帧属于哪一个虚拟局域网。 +

# 四、网络层*