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计算机系统弱电网络知识点全面总结（完整版）
来源: | 作者:海南秉胜科技 | 发布时间: 950天前 | 1106 次浏览 | 分享到:

      计算机系统弱电网络知识点全面总结（完整版）

     

    有时候我们周围没有网,我们体内有许多网络系统,如电话网络、电报网络、电视网络、计算机网络等。如神经系统、消化系统等。最典型的是计算机网络,它是计算机技术和通信技术相结合的.

    一、计算机网络概述

    1.计算机网络分类

    根据网络的功能范围:宽带网络(WAN),城市网络(MAN),本地区域网络(LAN);

    根据网络用户: 公共网络, 私人网络.

    1.2计算机网络的层次结构

    TCP/IP四层模型与OSI架构的比较:

    1.3层次设计的基本原则

    • 这些层相互独立;

    • 每个层需要足够的灵活性;

    • 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：

    • 重播器:同一本地网络的重播信号;两个端口的网络段必须具有相同的协议;5-4-3协议:在10BASE-5Ethernet中,最多四个继电器必须串联,在5段中只有三个连接主机;

    • 多端继电器:在同一本地网络中播放和放大信号的继电器;半双重操作,不能隔离冲突区或广播区。

    信道的基本概念:信道是一种单向传输信息的介质,通信电路包含一个信道和接收信道。

    1. 单个工作通信通道:只有一个方向的通信通道,没有反向反馈;

    2. 半双重通信通道:双方可以发送和接收信息,但不能同时发送和接收信息;

    3. 完全双重通信通道: 双方可以同时发送和接收.

    三、数据链路层

    3.1数据链层概览

    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。

    该层的功能包括: 物理地址 、 数据框架 、 交通控制 、 数据检索 、 复发等.

    有关数据链层的重要知识点:

    1. 数据链层为网络层提供可靠的数据传输;

    2. 基本数据单位为帧；

    3. 主要协议:Ethernet协议;

    4. 两个重要的设备名称: 网络桥和交换机.

    框架封装框架是数据链层数据的基本单元:

    透明传输透明意味着即使控制字符都存在于帧数据中,但不需要被处理。 换句话说,在控制字符之前添加了翻译字符ESC。

    3.2数据链层监测不正确

    错误检测:奇偶校正码,循环冗余校正码CRC

    1. 重复校正代码-限制:当发生两个错误时,错误不能被检测。

    2. 循环冗余核查代码:基于传输或存储的数据生成的固定位数核查代码。

    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: 由链中的MTU最低值确定。

    3.4Ethernet协议的详情

    MAC地址:每个设备都有独特的MAC地址,总共48位,由16位系统代表。

    以太网协议:一种使用广泛的本地网络技术并应用于数据链层的协议。以太网用于向邻近设备传输数据帧:

    局域网分类：

    Ethernet Ethernet IEE802.3:

    1. 以太网是第一个广泛部署的高速宽带网络

    2. 以太网数据速率快

    3. 以太网硬件便宜,网络建设便宜

    以太网帧结构：

    1. 类型:识别顶层协议(2字节)

    2. 目标地址和源地址:MAC地址(每个6字节)

    3. 数据:包含顶层协议的子集(46至1500字节)

    4. CRC:循环冗余(4字节)

    5. 以太网最短帧:以太网帧最短64字节;以太网帧最短18字节;数据最短46字节;

    MAC地址(物理地址,本地网络地址)

    1. MAC地址长度为6字节,48位;

    2. MAC地址具有独特性,每个网络适配器都与MAC地址相符;

    3. 通常使用十六阶表示,每个节点代表一个十六阶数,并由-或:连接;

    4. MAC广播地址:FF-FF-FF-FF-FF.

    四、网络层

    网络层的目的是实现两端系统间的透明数据传输,具体功能包括定位和路由选择、连接建立、维护和终止等。 数据交换技术是消息交换(主要由分组取代):使用存储传输方法,数据交换单元是消息。

    网络层中有许多协议,这些包括最重要的协定,它也是TCP/IP的核心协议,IP协议。IP协议非常简单，仅提供不可靠、不连通的传输服务。IP协议的主要功能是: 非连接数据消息传输, 数据消息路由选择和误差控制.

    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. 基本数据单元是IP数据报告;

    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）。

    1. 重要设备:路由器。

    路由器相关协议

    4.1IP协议细节

    IP网络协议是互联网网络层的核心协议。虚拟互联网网络的出现:虚拟计算机网络的复杂性,物理设备使用IP协议,保护物理网络之间的差异;当网络中的主机使用IP协议连接时,无需关注网络细节，这构成了一个虚拟网络。

    IP协议将复杂的实网转换为虚拟相互连接的网络,并解决了虚拟网络数据传输路径问题。

    其中，版本指IP协议的版本,占4位，例如,IPv4和IPv6;第一部分的长度表示IP的第一部部长,占4位，最大位数15;总长度表示IP数据报告的总长度,占16位，最大位数65535;TTL指网络中的IP数据消息的寿命,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。

    4.2IP协议的传输过程

    4.3IP地址的子网划分

    A类(8个网络号码+24个主机号码)、B类(16个网络号码+16个主机号码)和C类(24个网络号码+8个主机号码)可以用于识别网络中的主机或路由器。

    4.4网络地址转换NAT技术

    它在多个主机上通过公共IP访问在私人网络上访问互联网,减少了IP地址的消耗,但增加了网络通信的复杂性。

    NAT 工作原理：

    内部网络的IP数据报告,将IP地址转换为NAT服务器拥有的合法公共IP地址,并将转换关系记录在NAT转换表中;

    从公共互联网返回的IP数据报告检索基于目标IP地址的NAT转换表,并使用检索的内部私人IP地址代替目标IP地址,然后将IP数据报告发送到内部网络。

    4.5ARP协议和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是瞬时的,并且一个ARP表是自动创建的,不需要系统管理员配置它。

    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详细的ICMP协议

    互联网控制消息协议(英语:Internet Control Message Protocol,ICMP)可以报告错误或异常,而ICMP消息包含在IP数据消息中。

    ICMP协议的应用:

    • Ping应用:网络故障检测;

    • Traceroute应用程序: 可以检测网络中的IP数据消息传递的路径.

    4.7网络层路由器概览

    路由算法的要求: 正确完整, 计算上尽可能简单, 适应网络的变化, 稳定和公平.

    自主系统:指管理机构下的网络设备组,AS内部网络自治管理,提供一个或多个外部入口,自主系统的内部路由协议是内部 Gateway协议.RIP、OSPF等;自主系统的外部路由协议是外部 Gateway协议,如BGP。

    静态路由: 人工配置, 高度困难和复杂;

    动态路由：

    1. LS:对所有邻近路由器的信息的快速收敛;全球路由器选择算法,每个路由器计算路由时间,必须构造整个网络拓扑;从源到网络目标端的最短路径是通过Dickstra算法获得的;Dickstra算法

    2. 距离向量路径选择算法DV: 向所有邻近路径发送的信息的收敛速度慢,有一个返回路径;其基础是贝尔曼-福德方程(B-F方程)。

    4.8内部网络交换路由协议RIP协议

    路由器信息协议RIP(Routing Information Protocol)是一个基于远程向量的路由选择算法,一个较小的AS(自主系统),适用于小网络;RIP声明,它包含UDP数据报告。

    RIP协议特性：

    1. 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）；

    2. RIP的成本由源路由器和目标子网之间定义;

    3. RIP仅限于网络直径不超过15个跳跃;

    4. 与邻居交换所有信息,一次30人(广播)。

    4.9内部网关协议OSPF协议

    开放最短路径优先协议 OSPF(Open Shortest Path First)【网络层】，基于链状态的路径选择算法(即Dykstra算法),较大规模的AS ，适合大型网络，直接封装在IP数据消息传输中.

    OSPF协议优点：

    1. 安全；

    2. 支持多个相同的成本路径;

    3. 支持成本测量的差异化;

    4. 支持单播和多播线路;

    5. 分层路由。

    RIP和OSPF的比较(路由算法决定其特性):

    4.10外部门户协议的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。

    网络层仅通过网络地址发送数据包从源到目的地,而传输层负责可靠地传输数据到相应的端口。

    有关网络层的重点：

    1. 传输层负责分层顶层数据,提供端到端、可靠或不可靠的传输以及端到端误差控制和流量控制问题;

    2. 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）；

    3. 重要设备：网关。

    5.1详细的UDP协议

    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是一个非连接协议;

    • UDP 不能 保证 可靠 的 数据 提供 ;

    • UDP是面向消息传输的;

    • UDP没有交通堵塞控制;

    • UDP的第一笔开支非常小。

    UDP数据报结构：

    标题:8B,四字/2B [源端口 | 目的地端口 | UDP长度 | 校正和] 数据字段:应用数据

    5.2TCP协议细节

    TCP(Transmission Control Protocol)是计算机网络中的一种非常复杂的协议。

    TCP协议的功能：

    1. 应用程序层报告被划分并重新组织;

    2. 实现应用程序层的重用和分解;

    3. 实现端到端流程控制;

    4. 拥塞控制；

    5. 传输层寻址；

    6. 检测收到的报告中的错误(第一部分和数据部分被检查是否有错误);

    7. 实现了过程间可靠的数据传输控制.

    TCP协议的特点：

    • TCP是一个面向连接的协议;

    • TCP是一个面向节点的协议;

    • TCP连接有两个端,即点到点通信;

    • TCP提供可靠的传输服务;

    • TCP协议提供完全双重通信(只提供一个到一个TCP连接);

    5.2.1TCP报告结构:

    最大报告段长度: 报告段内包含的应用程序层数据的最大长度.

    TCP首部：

    • 序列字段: TCP的序列为每个应用数据层的每个节点编码

    • 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节的第一个部长级是20B,最大长度为60个字符,但长度必须是4B的整数乘数

    TCP标记的作用：

    5.3可靠传输的基本原则

    基本原理：

    • 数据传输中可能出现不可靠的传输渠道:错误、故障、重传输、损失

    • 基于不可靠渠道实现可靠数据传输的措施:

    错误检测:使用编码实现数据包传输过程中的位错检测确认:接收方向发送者反馈接收状态再发送:发送者再发送没有正确接收的数据序列:确保数据在订单计时器中提交:解决数据丢失问题;

    停止等待协议:它是最可靠的传输协议,但是它对频道的实用性很低。

    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协议可靠传输

    基于连续的ARQ协议,在某些情况下,重新传输并不十分有效,将复制成功收到的文本部分。

    5.3.2TCP协议的交通管制

    流量控制:为了确保发送器不会发送太快,TCP协议使用滑动窗口实现流量控制。

    5.4TCP协议的拥堵控制

    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：

    1. 拥挤窗口从1个索引增长;

    2. 在达到阈值时,输入“避免拥挤”并变为+1增长;

    3. 【超时】，阈值变为当前cwnd的一半（不能<2）；

    4. 然后从[开始缓慢], 拥挤窗口从1指数增长.

    快重传和快恢复：

    1. 发送者在一行中接收三个冗余的ACK并执行“快速重传输”而不等待计时器过时;

    2. 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连接的三个手(重要)

    TCP使用三个握手指令:

    记者: 你为什么要三次握手?

    1. 第一个握手:客户端发送请求,服务器知道客户端可以发送;

    2. 第二次握手:服务器发送确认,当客户端知道服务器可以发送和接收时;

    3. 第三个握手: 客户端发送确认, 服务器知道客户端可以接收.

    建立连接(三个手):

    首先:客户端向服务器发送连接请求,建立连接请求控制器(SYN=1),代表传输的消息段的第一个数据节点的序列数为x,此序列数表示整个消息段的序列(seq=x);客户端输入SYN_SEND(同步发送状态);

    其次:服务器发送了确认消息,确认同意建立新的连接(SYN=1),确认序列字段有效(ACK=1),服务器告诉客户端消息段序列是y(seq=y),指示服务器已收到一个与客户端序列编号x的消息段,准备以客户端序列数x+1(ack_seq=x+1)接收消息段;服务器从LISTEN输入SYN_RCVD(同步接收状态);

    第三:客户端确认与服务器相同的连接。 确认序列字段有效(ACK=1),此消息的客户端序列为x+1(seq=x+1),客户端期望接受服务器的序列为y+1(ack_seq=y+1);当客户端发送一个 ack时,客户端进入ESTABLISHED 状态;当服务收到客户发送的ack后，也输入了STABLISHED状态;第三方可以携带数据;

    5.6四波TCP连接(重要)

    释放连接(四手)

    首先:客户端向服务器发送释放连接消息,发送最终数据已经完成,要求释放连接(FIN=1),第一个数据节点的序列是x(seq=x);客户端状态由STABLISHED输入到 FIN_WAIT_1(终止等待1状态);

    第二:服务器向客户端发送确认,确认该字段的有效性(ACK=1),服务器传输的数据序列是y(seq=y),服务器期望接收客户端数据序列为x+1(ack_seq=x+1);服务器状态由STABLISHED输入到CLOSE_WAIT(关闭等待);客户端接收ACK节,从Fin_WAIT_1输入Fin_WAIT_2;

    第三:服务器向客户端发送释放连接消息,要求释放连接(FIN=1),确认该字段的有效性(ACK=1),指示服务器预期接收客户端数据序列为x+1(ack_seq=x+1);指示服务器发送的第一个字符序列为y+1(seq=y+1);服务器状态由CLOSE_WAIT输入到LAST_ACK(最后确认状态);

    第四:客户向服务器发送确认,确认该字段的有效性(ACK=1),客户端发送的数据序列为x+1(seq=x+1),指示客户端预期接收服务器数据序列是y+1+1(ack_seq=y+1+1);客户端状态由 FIN_WAIT_2输入 TIME_WAIT,等待2MSL时间，输入CLOSED状态;服务器接收了最后的ACK,由LAST_ACK关闭;

    为什么等2MSL?

    1. 最后 的 声明 没有 得到 证实 ;

    2. 确保发送方的ACK到达接收方;

    3. 2如未在MSL期间收到,接收器将重新出现;

    4. 确保当前连接的所有消息已经过期。

    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。 应用层集中:

    1. 数据传输的基本单元是信息;

    2. 主要协议包括FTP(文件传输协议),Telnet(远程登录协议),DNS(域名分析协议),SMTP(邮件传输协议),POP3(邮政协定),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.在主机上找到主机文件,

    • 【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。

    1. IP—>DNS服务—>便于记忆的域名

    2. 域名由点、字母和数字组成,分为高级域名(com,cn,net,gov,org),第二级域名(baidu,taobao,qq,alibaba)和第三级域名(ww)(12-2-0852)。

    6.2 DHCP协议细节

    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。

    6.3HTTP协议的详情

    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:是一个可靠的数据传输协议,在浏览器向服务器发送消息之前,先建立TCP连接，HTTP使用TCP连接方法(HTTP本身没有连接)。

    HTTP请求报告方法:

    1. GET:要求指定页面信息,并返回实体主体;

    2. POST:向指定资源提交数据处理请求;

    3. 删除:要求服务器删除指定的页面;

    4. 头部:请求读取URL标识符信息的第一部分,只返回消息的头部;

    5. 开关:要求有关某些选项的资料;

    6. PUT:在指定的URL下存储文件。

    6.3.1HTTP工作结构

    6.3.2HTTPS协议的详情

    HTTPS(Secure)是一个带有443号端口的安全HTTP协议。基于HTTP协议,它通过SSL或TLS提供数据加密、认证和数据完整性保护。

   
  
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