计算机网络dv算法原理

A. 计算机网络自学笔记：选路算法

网络层必须确定从发送方到接收方分组所经过的路径。选路就是在网络中的路由瞎物器里的给某个数据报确定好路径(即路由)。

一 台主机通常直接与一台路由器相连接，该路由器即为该主机的默认路由器，又称为该主机的默认网关。 每当某主机向外部网络发送一个分组时，该分组都被传送给它的默认网关。

如果将源主机的默认网关称为源路由器,把目的主机的默认网关称为目的路由器。为一个分组从源主机到目的主机选路的问题于 是可归结为从源路由器到目的路由器的选路问题。

选路算法的目标很简单:给定一组路由器以及连接路由器的链路，选路算法要找到一条从源路由器到目的路由器的最好路径，通常一条好路径是指具有最低费用的路径。

图 G=(N，E)是一个 N 个节点和 E 条边的集合，其中每条边是来自 N 的一对节点。在网 络选路的环境中，节点表示路由器，这是做出分组转发决定的节点，连接节点的边表示路由 器之间的物理链路。

一条边有一个值表示它的费用。通常一条边的费用可反映出对应链路的物理长度、链路速度或与该链路相关的费用。

对于 E 中的任一条边(xy)可以用 c(xy )表示节点 x 和 y 间边的费用。一般考虑的都是无向 图，因此边(xy)与边(y x)是相同的并且开销相等。节点 y 也被称为节点 x 的邻居。

在图中为各条边指派了费用后，选路算法的目标自然是找出从源到目的间的最低费用路径。图 G=(N，E)中的一条路径(Path)是一个节点的序列，使得每一对以(x1,x2)， (x2,x3)，…，是 E 中的边。路径的费用是沿着路径所有边费用的总和。

从广义上来说，我们对 选路算法分类的一种方法就是根据该算法是全局性还是分布式来区分的。

.全局选路算法： 用完整的、全局性的网络信息来计算从源到目的之间的最低费用路径。

实际上， 具有全局状态信息裂歼的算法常被称作链路状态 LS 算法， 因为该算法必须知道网络中每条链路的费用。

.分布式选路算法： 以迭代的、分布式的方式计算出最低费用路径。通过迭代计算并与相邻节点交换信息，逐渐计算出到达某目的节点或一组目的节点的最低费用路径。

DV 算法是分布式选路算法， 因为每个节点维护到网络中的所有其他节点的费用(距离)估计的矢量。

选路算法的第二种广义分类方法是根据算法是静态的还是动态的来分类。

一： 链路状态选路算法 LS

在链路状态算法中，通过让每个节点向所有其他路由器广播链路状态分组， 每个链路状态分组包含它所连接的链路的特征和费用， 从而网络中每个节点都建立了关于整个网络的拓扑。

Dijkstra 算法计算从源节点到网络中所有其他节点的最低费用路径.

Dijkstra 算法是磨源液迭代算法，经算法的第 k 次迭代后，可知道到 k 个目的节点的最低费用路径。

定义下列记号:

D(V)随着算法进行本次迭代，从源节点到目的节点的最低费用路径的费用。

P(v)从源节点到目的节点 v 沿着当前最低费用路径的前一节点(，的邻居)。

N`节点子集；如果从源节点到目的节点 v 的最低费用路径已找到，那么 v 在 N`中。

Dijkstra 全局选路算法由一个初始化步骤和循环组成。循环执行的次数与网络中的节点个数相同。在结束时，算法会计算出从源节点 u 到网络中每个其他节点的最短路径。

考虑图中的网络，计算从 u 到所有可能目的地的最低费用路径。

.在初始化阶段 ，从 u 到与其直接相连的邻居 v、x、w 的当前已知最低费用路径分别初始化为 2，1 和 5。到 y 与 z 的费用被设为无穷大，因为它们不直接与 u 连接。

.在第一次迭代时， 需要检查那些还未加到集合 N`中的节点，找出在前一次迭代结束时具有最低费用的节点。那个节点是 x 其费用是 1，因此 x 被加到集合 N`中。然后更新所有节点的 D(v)，产生下表中第 2 行(步骤)所示的结果。到 v 的路径费用未变。经过节点 x 到 w 的 路径的费用被确定为 4。因此沿从 u 开始的最短路径到 w 的前一个节点被设为 x。类似地， 到 y 经过 x 的费用被计算为 2，且该表项也被更新。

.在第二次迭代时 ，节点 v 与 y 被发现具有最低费用路径 2。任意选择将 y 加到集合 N` 中，使得 N’中含有 u、x 和 y。通过更新，产生如表中第 3 行所示的结果。

.以此类推…

当 LS 算法结束时，对于每个节点都得到从源节点沿着它的最低费用路径的前继节点， 对于每个前继节点，又有它的前继节点，按照此方式可以构建从源节点到所有目的节点的完 整路径。

根据从 u 出发的最短路径，可以构建一个节点(如节点 u)的转发表。

二 距离矢量选路算法 DV

LS 算法是一种使用全局信息的算法，而距离矢量算法是一种迭代的、异步的和分布式的算法。

Bellman-Ford 方程：

设 dx(y)是从节点 x 到节点 y 的最低费用路径的费用，则有  dx(y) = min {c(x,v) + dv(y) }

PS： 方程中的 min，是指取遍 x 的所有邻居。

Bellman-Ford 方程含义相当直观，意思是从 x 节点出发到 y 的最低费用路径肯定经过 x 的某个邻居，而且 x 到这个邻居的费用加上这个邻居到达目的节点 y 费用之和在所有路径 中其总费用是最小的。 实际上，从 x 到 v 遍历之后，如果取从 v 到 y 的最低费用路径，该路 径费用将是 c(x,v)+ dv(y)。因此必须从遍历某些邻居 v 开始，从 x 到 y 的最低费用是对所有邻 居的 c(x,v)+dv(y)的最小值。

在该 DV 算法中，当节点 x 看到它的直接相连的链路费用变化，或从某个邻居接收到一 个距离矢量的更新时，就根据 Bellman-Ford 方程更新其距离矢量表。

三 LS 与 DV 选路算法的比较

DV 和 LS 算法采用不同的方法来解决计算选路问题。

在 DV 算法中，每个节点仅与它的直接相连邻居交换信息，但它为它的邻居提供了从其 自己到网络中(它所知道的)所有其他节点的最低费用估计。

在 LS 算法中，每个节点(经广播)与所有其他节点交换信息，但它仅告诉它们与它直接 相连链路的费用。

·报文复杂性：

LS 算法要求每个节点都知道网络中每条链路的费用，需要发送 O(nE)个消息。

DV 算法要求在每次迭代时，在两个直接相连邻居之间交换报文，算法收敛所需的时间 依赖于许多因素。当链路费用改变时，DV 算法仅当在会导致该节点的最低费用路径发生改 变时，才传播已改变的链路费用。

·收效速度：

DV算法收敛较慢，且在收敛时会遇到选路环路。DV算法还会遭受到计数到无穷的问题。

•健壮性：  在 LS 算法中，如果一台路由器发生故障、或受到破坏，路由器会向其连接的链路广播 不正确费用，导致整个网络的错误。

在 Dv 算法下， 每次迭代时，其中一个节点的计算结果会传递给它的邻居，然后在下次迭代时再间接地传递给邻居的邻居。在这种情况下，DV 算法中一个不正确的计算结果也会扩散到整个网络。

四.层次选路

两个原因导致层次的选路策略：

•规模： 随着路由器数目增长，选路信息的计算、存储及通信的开销逐渐增高。

•管理自治： 一般来说，一个单位都会要求按自己的意愿运行路由器(如运行其选择的某 种选路算法)，或对外部隐藏其内部网络的细节。

层次的选路策略是通过将路由器划分成自治系统 AS 来实施的。

每个 AS 由一组通常在相同管理控制下的路由器组成(例如由相同的 ISP 运营或属于相同 的公司网络)。在相同的 AS 内的路由器都全部运行同样的选路算法。

在一个自治系统内运行的选路算法叫做自治系统内部选路协议。 在一个 AS 边缘的一台 或多台路由器，来负责向本 AS 之外的目的地转发分组，这些路由器被称为网关路由器

在各 AS 之间，AS 运行相同的自治系统间选路协议。

B. 计算机网络原理

计算机网络原理按广义定义一个计算机网络组成包括传输介质和通信设备。 ... 有它调用完成用户所调用的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样，对用户是透明的。

一个比较通用的定义是：利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。

ISBN:7040196492

书名:计算机网络原理

出版时间:2006年6月1日

出版社:高等学校教材

开本:16开

《计算机网络原理》是一本采用全新体系结构的计算机网络基础教材。全书共分为3篇，分别从3个角度观察计算机网络，理解计算机网络的工作原理：

第1篇是在平面上观察计算机网络，把计算机网络看做由节点、链路和协议三个元素组成的系统，并介绍了链路和节点上的基本通信技术；

第2篇是立体地观察计算机网络，认识计算机网络体系结构，介绍了ISO/OSI参考模型和IEEE 802、TCP/IP两种计算机网络主流体系结构；

第3篇介绍计算机网络应用程序的C/S工作模式和基于C/S模式的计算机网络应用程序的开发方法。这3篇将计算机网络的基本原理分解成相对独立的3个层次。

每完成一个层次内容的学习，对计算机网络工作原理的认识就会上升到一个新的高度，并最后归结到计算机网络应用层的实现上来。

C. 网络摄像头和电脑通信原理

网络摄像头视频信号传输原理有三大类：模拟信号传输原理、数字信号传输原理和综合无线电传输原理。
1、模拟信号传输。属于短距离传输方式。就是将摄像头采集到的视频信号直接通过线缆进行传输，模拟信号是随时间变化的正玄波信号，其传输过程受导线的截面和线间电容影响，会随着传输距离的越长，信号衰减越厉害，通常只能在千米级范围内应用。
2、数字信号传输。属于长距离方式。就是将摄像头采集到的视频信号(图像信号)，经过量化、采集、编码而形成视频数字编码，区别于模拟信号是数字信号是不随时间变化的脉冲编码(视频数字编码)。其特点是抗干扰性强，由于数字信号不随时间变化(数字化编码)，传输、存储都变得简单和高效。可以用于计算机网络传输，距离不受限制。
3、综合无线电传输。是指模拟信号可以用无线电波为载体，不用导线直接从一个空间传输到所有空间或另一个空间。数字信号也是如此，可以使用无线电波为载体，将数字信号，从一个空间传输到所有空间或专门的空间。他们的传输距离视无线电波功率大小和频率高低而定。

D. 计算机网络基本原理是什么

本尺早散教程操作环境：windows7系统、Dell G3电脑。
计算机网络工作原理是将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递。
计算机网络向用户提供的最重要的功能有两个，即连通性和共享。
计算机网络的功能
数据通信
数据通信是计算机网络的最主要睁橘的功能之一。数据通信是依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息的一种通信方式和通信业务。它可实现计算机和计算机、计算机和终端以及终端与终端之间的数据信息传递，是继电报、电话业务之后的第三种最大陵氏的通信业务。数据通信中传递的信息均以二进制数据形式来表现，数据通信的另一个特点是总是与远程信息处理相联系，是包括科学计算、过程控制、信息检索等内容的广义的信息处理。
资源共享
资源共享是人们建立计算机网络的主要目的之一。计算机资源包括硬件资源、软件资源和数据资源。硬件资源的共享可以提高设备的利用率，避免设备的重复投资，如利用计算机网络建立网络打印机；软件资源和数据资源的共享可以充分利用已有的信息资源，减少软件开发过程中的劳动，避免大型数据库的重复建设。
集中管理
计算机网络技术的发展和应用，已使得现代的办公手段、经营管理等发生了变化。目前，已经有了许多管理信息系统、办公自动化系统等，通过这些系统可以实现日常工作的集中管理，提高工作效率，增加经济效益。
实现分布式处理
网络技术的发展，使得分布式计算成为可能。对于大型的课题，可以分为许许多多小题目，由不同的计算机分别完成，然后再集中起来，解决问题。
负荷均衡
负荷均衡是指工作被均匀的分配给网络上的各台计算机系统。网络控制中心负责分配和检测，当某台计算机负荷过重时，系统会自动转移负荷到较轻的计算机系统去处理。
由此可见，计算机网络可以大大扩展计算机系统的功能，扩大其应用范围，提高可靠性，为用户提供方便，同时也减少了费用，提高了性能价格比。

E. 什么是链路状态路由算法,和DV算法

链路状态算法（也称最短路径算法）发送路由信息到互联网上所有的结点，然而对于每个路由器，仅发送它的路由表中描述了其自身链路状态的那一部分。距离向量算法（也称为Bellman-Ford算法）则要求每个路由器发送其路由表全部或部分信息，但仅迹告发送到邻近结点上。从本质上来说，链路状态算法将少量更新信息发送至网络各处，而距离向量算法发送大量更新信息至邻接路由器。 ——由于链路状态算法收敛更快，因此它在一定程度上比距离向量算法更不易产生路由循环。但另一方面，链路状态算帆手法要求比距离向量算法有更强的CPU能力和更多的内存空间，因此链路状态算法将会在实现姿轿明时显得更昂贵一些。除了这些区别，两种算法在大多数环境下都能很好地运行。

F. 《计算机网络-自顶向下方法》第四章-网络层 要点

网络层的作用：实现主机到主机的通信服务，将分组从一台发送主机移动到一台接收主机。

1、转发涉及分组在单一的路由器中从一条入链路到一条出链路的传送。
2、路由选择涉及一个网络的所有路由器，它们经路由选择协议共同交互，以决定分组从源到目的地结点所采用的路径。计算这些路径的算法称为路由选择算法。

每台路由器都有一张转发表，路由器通过检查到达分组首部字段的值来转发分组，然后使用该值在该路由器的转发表中索引查找。路由选择算法决定了插入路由器转发表中的值。

路由选择算法可能是集中式的，或者是分布式的。但在这两种情况下，都是路由器接收路由选择协议报文，该信息被用于配置其转发表。

网络层也能在两台主机之间提供无连接服务或连接服务。同在运输层的面向连接服务和无连接服务类似，连接服务需要握手步骤，无连接服务不需要握手。但它们之间也有差异：
1、 在网络层中，这些服务是由网络层向运输层提供的主机到主机的服务。在运输层中，这些服务则是运输层向应用层提供的进程到进程的服务。
2、 在网络层提供无连接服务的计算机网络称为数据报网络；在网络层提供连接服务的计算机网络称为虚电路网络。
3、 在运输层实现面向连接的服务与在网络层实现连接服务是根本不同的。运输层面向连接服务是在位于网络边缘的端系统中实现的；网络层连接服务除了在端系统中，也在位于网络核心的路由器中实现。（原因很简单：端系统和路由器都有网络层）

虚电路网络和数据报网络是计算机网络的两种基本类型。在作出转发决定时，它们使用了非常不同的信息。

IP地址有32比特，如果路由器转发表采用“蛮力实现”将对每个可能的目的地址有一个表项。因为有超过40亿个可能的地址，这种选择完全不可能（即使用二分查找也十分慢）。
我们转发表的表项可以设计为几个表项，每个表项匹配一定范围的目的地址，比如有四个表项

（你可能也会考虑到，IP地址有32比特，如果每个路由器设计为只有2个表项，那么也只需要有32个路由器就可以唯一确定这40亿个地址中的一个。）

最长前缀匹配规则，是在转发表中寻找最长的匹配项，并向与最长前缀匹配相关联的链路接口转发分组。这种规则是为了与因特网的编址规则相适应。

1、输入端口
“使用转发表查找输出端口”是输入端口最重要的操作（当然还有其他一些操作）。输入端口执行完这些所需的操作后，就把该分组发送进入交换结构。如果来自其他输入端口的分组当前正在使用交换结构，一个分组可能会在进入交换结构时被暂时阻塞，在输入端口处排队，并等待稍后被及时调度以通过交换结构。
2、交换结构
交换结构的三种实现方式

3、输出端口
分组调度程序 处理在输出端口中排队的分组
4、路由选择处理器

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IP协议版本4，简称为IPv4；IP协议版本6，简称为IPv6。

如上图所示，网络层有三个主要的组件
1、IP协议
2、路由选择协议
3、ICMP协议 (Internet Control Message Protocol, 因特网控制报文协议)

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不是所有链路层协议都能承载相同长度的网络层分组。有的协议能承载大数据报，而有的协议只能承载小分组。例如，以太网帧能够承载不超过1500字节的数据，而某些广域网链路的帧可承载不超过576字节的数据。

一个链路层帧能承载的最大数据量叫做最大传送单元(Maximun Transmission Unit, MTU)

所以链路层协议的MTU严格限制着IP数据报的长度。这也还不是主要的问题，问题在于发送方与目的地路径上的每段链路可能使用不同的链路层协议，且每种协议可能具有不同的MTU。

举个例子：假定从某条链路收到一个IP数据报，通过检查转发表确定出链路，并且该出链路的MTU比该IP数据报的长度要小。那么如何将这个过大的IP分组压缩进链路层帧的有效载荷字段呢？

解决办法是，将IP数据报中的数据分片成两个或更多个较小的IP数据报，用单独的链路层帧封装这些较小的IP数据报；然后向输出链路上发送这些帧。每个这些较小的数据报都被称为片(fragment)。

路由器完成分片任务。同时，为了使得网络内核保持简单，IPv4设计者把数据报的重组工作放到端系统中，而非放到网络路由器中。

前提：一个4000字节的数据报(20字节IP首部加上3980字节IP有效载荷)到达一台路由器，且必须被转发到一条MTU为1500字节的链路上。假定初始数据报贴上的标识号为777。

这意味着初始数据报中3980字节数据必须被分配到3个独立的片(其中的每个片也是一个IP数据报)

IP分片：

IP地址有32比特，分为网络号和主机号。
IP地址的网络部分（即网络号）被限制为长度为8、16或24比特，这是一种称为分类编址的编址方案。具有8、16和24比特子网地址的子网分别被称为A、B和C类网络。

但是它在支持数量迅速增加的具有小规模或中等规模子网的组织方面出现了问题。一个C类(/24)子网仅能容纳多大2^8 - 2 = 254台主机(2^8 = 256, 其中的两个地址预留用于特殊用途)，这对许多组织来说太小了。然而一个B类(/16)子网可支持多达65534台主机，又太大了。这导致B类地址空间的迅速损耗以及所分配的地址空间的利用率低。

广播地址255.255.255.255。当一台主机发出一个目的地址为255.255.255.255的数据报时，该报文会交付给同一个网络中的所有主机。

某组织一旦获得了一块地址，它就可以为本组织内的主机与路由器接口逐个分配IP地址。既可手工配置IP地址，也可以使用动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP)自动配置。DHCP还允许一台主机得知其他信息，如它的子网掩码、它的第一跳路由器地址(常称为默认网关)与它的本地DNS服务器的地址。

由于DHCP具有能将主机连接进一个网络相关方面的自动能力，它又被称为即插即用协议。

DHCP是客户-服务器协议。客户通常是新达到的主机，它要活的包括自身使用的IP地址在内的网络配置信息。在最简单的场合下，每个子网将具有一台DHCP服务器。如果在某子网中没有服务器，则需要一个DHCP中继代理(通常是一台路由器)，这个代理知道用于该网络的DHCP服务器的地址。

DHCP协议工作的4个步骤：

网络地址转换(Network Address Translation, NAT)

ICMP通常被认为是IP的一部分，但从体系结构上将它是位于IP之上的，因为ICMP报文是承载在IP分组中的。即ICMP报文是作为IP有效载荷承载的，就像TCP与UDP报文段作为IP有效载荷被承载那样。

众所周知的ping程序发送一个ICMP类型8编码0的报文到指定主机。看到该回显请求，目的主机发回一个类型0编码0的ICMP回显回答。大多数TCP/IP实现直接在操作系统中支持ping服务器，即该服务器不是一个进程。

新型IPv6系统可做成向后兼容，即能发送、路由和接收IPv4数据报，要使得已部署的IPv4系统能够处理IPv6数据报，最直接的方式是采用一种双栈方法。

1、链路状态(Link State, LS)算法：属于全局式路由选择算法，这种算法必须知道网络中每条链路的费用。费用可理解为链路的物理长度、链路速度，或与该链路相关的金融上的费用。链路状态算法采用的是Dijkstra算法。

2、距离向量(Distance-Vector, DV)算法：属于迭代的、异步的和分布式的路由选择算法。
“迭代的”，是因为此过程一直要持续到邻居之间无更多信息要交换为止。
“异步的”，是因为它不要求所有结点相互之间步伐一致地操作。
“分布式的”，是因为每个结点都要从一个或多个直接相连邻居接收某些信息，执行计算，然后将其计算结果分发给邻居。
DV算法的方程：

其中，dx(y)表示从结点x到结点y的最低费用路径的费用，c(x, v)是结点x到结点v的费用，结点v指的是所有x的相连结点，所以x的所有相连结点都会用minv方程计算。

（N是结点（路由器）的集合，E是边（链路）的集合）

为了减少公共因特网的路由选择计算的复杂性以及方便企业管理网络，我们将路由器组织进自治系统。

在相同AS中的路由器全都运行同样的路由选择算法，且拥有彼此的信息。在一个自治系统内运行的路由选择算法叫做自治系统内部路由选择协议。

当然，将AS彼此互联是必需的，因此在一个AS内的一台或多台路由器将有另外的任务，即负责向在本AS之外的目的地转发分组。这些路由器被称为网关路由器。

分为自治系统内部的路由选择和自治系统间的路由选择

1、因特网中自治系统内部的路由选择：路由选择信息协议(Routing Information Protocol, RIP)
2、因特网中自治系统内部的路由选择：开放最短路优先(Open Shortest Path First, OSPF)
3、自治系统间的路由选择：边界网关协议(Broder Gateway Protocol, BGP)

为什么要使用不同的AS间和AS内部路由选择协议？

实现广播的方法
1、无控制洪泛。该方法要求源结点向它的所有邻居发送分组的副本。当某结点接收了一个广播分组时，它复制该分组并向它的所有邻居（除了从其接收该分组的那个邻居）转发之。
致命缺点： 广播风暴 ，如果图具有圈，那么每个广播分组的一个或多个分组副本将无休止地循环。
2、受控洪泛。用于避免广播风暴，关键在于正确选择何时洪泛分组，何时不洪泛分组。受控洪泛有两种方法：序号控制洪泛、反向路径转发(Reverse Path Forwarding, RPF)
3、生成树广播。虽然序号控制洪泛和RPF能避免广播风暴，但是它们不能完全避免冗余广播分组的传输。

多播：将分组从一个或多个发送方交付到一组接收方

每台主机有一个唯一的IP单播地址，该单播地址完全独立于它所参与的多播组的地址。

因特网网络层多播由两个互补组件组成：因特网组管理协议(Internet Group Management Protocol, IGMP)和多播路由选择协议

IGMP只有三种报文类型：membership_query报文，membership_report报文，leave_group报文。

与ICMP类似，IGMP报文也是承载在一个IP数据报中。

因特网中使用的多播路由选择
1、距离向量多播路由选择协议
2、协议无关的多播路由选择协议

G. 第四章 网络层

1.转发。当一个分组到达路由器的一条输入链路时，路由器必须将该分组移动到适当的输出链路。

2.路由选择。当分组从发送方流向接收方时，网络层必须决定这些分组所采用的路由或路径。

3.每台路由器都有一张转发表，链路层交换机基于链路层字段中的值做转发决定，路由器则是基于网络层的字段

4.连接建立

1.确保交付

2.具有延时上界的确保交付

3.对于分组流：（1）有序分组交付（2）确保最小带宽（3）确保最大时延抖动（4）安全性服务

4.因特网提供的是尽力而为服务（best-effort service）

5.两个重要的ATM服务模型：（1）恒定比特率ATM网络服务CBR（2）可用比特率ATM网络服务ABR

1.仅在网络层提供连接服务的计算机网络称为虚电路VC网络；仅在网络层提供无连接服务的计算机网络逗老称为数据报网络。

1.每个数据报都带有VC标识

2.网络的路由器必须为进行中的连接维持连接状态信息

3.虚电路中有3个明显的不同阶段：（1）虚电路建立（2）数据传送（3）虚电路拆除

4.相比与运输层的连接（只有两个端系统知情，路由器完全不知道），虚电路的连接，沿两个端系统之间路径上的路由器都要参与虚电路的建立，且每台路由器都完全知道经过它的所有虚电路。

5.信令报文/信令协议

1.路由器用目的地址的前缀与转发表中的表项进行匹配

2.转发表能够在任何时刻被修改

1.因特网服务模型使服务保证最少

1.路由器的四个组成部分：（1）输入端口，物理接口（2）交换结构（3）输出端口（4）路由选择处理器

1.经内存交换，吞吐量小于B/2，B为内存单位时间读写分组数

2.经总线交换，吞吐量为1

3.经互联网络交换，如纵横交换，克服总线带宽限制

1.输出端口排队，需要的缓存空间为 ，C为链路容量，N为TCP流。

2.输出端口排队就需要分组调度程序，用于挑选一个来发送，提供了服务质量保证。

3.缓存填满前就丢弃一个分组，以便向发送方提供一个拥塞信号。主动队列管理

1.线路前部阻塞，即本身是可以发送的，但前一个阻塞了。

1.网络范围的路由选择控制平面因此是分布式的

1.路由选择协议2.IP协议3.ICMP协议

1.首部检验和只检验首部，而TCP/UDP检验和是对整个报文段进行的。

1.一个链路层帧能承载的最大数据量叫做最大传送单元MTU。

2.标识、标志山没升和片偏移字段。最后一个片的标志比特被设为0，其他的标志比特被设为1

1.点分十进制法

2.子网，如223.1.1.0/24，/24称为子网掩码

3.因特网的地址分配策略被称为无类别域间路由选择CIDR，对于子网可以写作a,b,c,d/x

4.分类编址，A类（/8）、B类（/16）、C类（/24）

5.广播地址，全为1

ICANN

1.动态主机配置协议DHCP，即插即用协议。每个子网都有DHCP服务器。DHCP可以返回子网掩码、第一跳路由地址（默认网关）以及本地DNS服务器地址

2.DHCP客户-服务器交互四个步骤：（1）DHCP服务器发现，目的IP为广播，封装在UDP里（2）DHCP服务器提供，目的IP为广播，返回给用户推荐的地址、网络掩码以及IP地址租用期（3）DHCP请求（4）DHCP ACK

1.NAT转换表，端口号和IP地址转换

2.NAT是有争议的。如修改端口号，路由器应当处理第三层分察伏组，NAT违反了端到端原则，可以直接用IPv6

3.存在NAT之外的客户端要访问NAT之内的服务器存在问题。

为某些请求的公共端口号请求一个NAT映射，位于（专用IP地址，专用端口号）和（公共IP地址，公共端口号）之间

也可以使用外部服务器中继的方式解决

1.ICMP最典型的用途是差错报告。被主机和路由器用来彼此沟通网络层的信息。ICMP报文是承载在IP分组中的

2.Traceroute程序是由ICMP报文实现的。

3.源主机将一系列普通IP数据报发送到目的地，每个都携带了一个不可达的UDP端口号和UDP报文段，并设置第一个数据报的TTL为1，第二个为2...；当第n个数据报到达第n个路由器时，则返回第n台路由器的名字与IP地址.目的主机向源地主发送一个不可达的ICMP报文来结束发送UDP报文

流标签：给属于特殊流的分组加上标签

跳限制：每经过一个路由器跳限制减1

1.双栈al-stack，会发生IPv4到IPv6转换过程中信息的丢失

2.建隧道tunneling（一种双栈方法）可以解决，将IPv6数据报封装进IPv4的数据中，等到接收端的IPv6接收到之后再从数据中取出来

1.全局式路由选择算法，常被称作链路状态算法LS/分散式路由选择算法，距离向量算法DV

2.也可以分为静态路由算法和动态路由算法

3.分为负载敏感和负载迟钝

1.网络拓扑和所有链路费用都是已知的。

2.Dijkstra算法和prim算法

3.Dijkstra算法时迭代算法，经过k次迭代，可知到k个结点的最低费用路径。

    D（v）:到算法的本次迭代，从源结点到目的结点v的最低费用路径的费用

    p（v）:从源到v沿着当前最低费用路径的前一结点

    N‘：结点子集；如果从源到v的最低费用路径已经确定，则v在N'中

复杂度为 ,但可以优化到 ，有可能发生振荡（如果费用等于承载的负荷）

1.每个结点都要从一个或多个直接相连邻居接收某些信息，执行结算，然后将其结果分发给邻居。

2.DV算法是一个迭代的、异步的和分布式的算法

3.

4.如果x的距离向量更新了就向每个邻居发送其更新后的距离向量。

当其中一个路径变大时可能要迭代很多次才能全部更新一致（先更新在发送消息）

如果z通过y到达x,则z将告诉y，它到x的距离是无穷大

1.报文复杂性。LS算法要求发送O(NE)个报文，DV算法只要给邻居发送

2.收敛速度。LS算法O（N^2），DV算法很慢，还会遇到无穷计数问题

3.健壮性。LS算法是分离的，DV算法会将不正确的结点计算值扩散到整个网络。

1.自治系统AS。在相同的AS中的路由器全部运行相同的路由算法，且拥有彼此的信息

2.连接不同的AS的路由器叫网关路由器。

3.当一个AS连有多个AS时，该AS需要知道多个AS的目的地并把信息告诉该AS中的每个路由器。

4.如果多个网关都可达则选择费用最小的（热薯仔法）

1.内部网关协议

2.路由选择信息协议RIP和开放最短路优先OSPF

3.在RIP中，路由选择更新信息在邻居之间通过使用一种RIP响应报文来交换

4.路由选择表

5.每隔30s，路由器会根据收到的通告更新转发表

6.如果过了180s没有收到邻居的报文，则可以认为该邻居将不再是可达的了。此时该路由器修改转发表并告知可达的邻居。也可以通过RIP请求报文，请求其邻居到指定目的地的费用（在UDP上使用端口520互相发送RIP报文）。

7.RIP在UNIX中是被当作应用层进程来实现的。

1.OSPF的核心就是一个使用洪泛链路状态信息的链路状态协议和一个Dijkstra最低费用路径算法。

2.OSPF的优点：（1）安全（2）多条相同费用的路径（3）对单播或多播路由选择的综合支持（4）支持在单个路由选择域内的层次结构

边界网关协议

1.BGP为每个AS提供一下工作的手段：（1）从相邻AS处获得子网可达性信息。（2）向本AS内部的所有路由器传播这些可达性信息（3）基于可达性信息和AS策略，决定到达子网的路由

1.半永久TCP连接来交换路由选择信息，对于每条连接的两台路由器称为BGP对等方，整个连接称为BGP会话，包括外部会话和内部会话

2.在BGP中目的地不是主机而是CIDR化的前缀

3.当一台路由器得知一个新前缀时，它为该前缀在其转发表中创建一个项

1.一个自治系统由全局唯一的自治系统号所标识

2.当一台路由器通过BGP会话通告一个前缀时，它在前缀中包括一些BGP属性。带有属性的前缀称为一条路由。两个较为重要的属性是AS-PATH（前缀通告已经通过的AS）和NEXT-HOP

3.当一台网关路由器接收到一台路由通告时，它使用其输入策略来决定是否接收或过滤该路由，是否设置某种属性

1.BGP顺序调用下列消除规则，直到留下一条路由。

    （1）路由被指派一个本地偏好值作为它们的属性之一

    （2）在余下的路由中，具有最短AS-PATH的路由将被选择

    （3）选择具有最靠近NEXT-HOP路由器的路由

    （4）使用BGP标识符来选择路由

（1）OPEN（2）UPDATE（3）KEEPLIVE（4）NOTIFICATION

X不会告诉B，X能经过C到达Y，因此B也不会经过X转发目的地为C或Y的流量

对于提供商网络，比如B知道A能到W，B就会告诉X经过BA能到W，但B不会告诉C，A能到W，防止X走CA到W

H. 计算机网络原理

计算机网络工作原理是：将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递。

计算机网络向用户提供的最重要的功能有两个，即连通性和共享。计算机联网后，各计算机可以通过网络互为后备，一旦某台计算机发生故障，则由别处的计算机代为处理，还可以在网络的一些结点上设置一定的备用设备。

计算机网络作用

数据通信是计算机网络最基本的功能。它用来快速传送计算机与终端、计算机与计算机之间的各种信息，包括文字信件、新闻消息、咨询信息、图片资料、报纸版面等。

利用这一特点，可实现将分散在各个地区的单位或部门用计算机网络联系起来，进行统一的调配、控制和管理。使用计算机网络不仅可以使用自身的硬件资源，也可共享网络上的资源。

I. 计算机网络工作原理是什么

关于计算机网络的定义。

广义的观点：计算机技术与通信技术相结合，实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统；资源共享的观点：以能够相互共享资源的方式连接起来，并且各自具有独立功能的计算机系统的集合；对用户透明的观点：存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它来调用完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的，实际上这种观点描述的是一个分布式系统。
1、支撑计算机网络的有两大技术原理：
1）计算机（广义上的计算机） 2）通信技术（包括接入和输出技术）
前者的存在使得用户有了强大的数据录入、处理、输出能力，后者使得信息的远程即时交换和共享成为可能。
2． 计算机网络的拓朴结构。
答：计算机网络采用拓朴学的研究方法，将网络中的设备定义为结点，把两个设备之间的连接线路定义为链路。计算机网络也是由一组结点和链路组成的的几何图形，这就是拓朴结构。
分类：按信道类型分，分为点---点线路通信子网和广播信道的通信子网。采用点——点连线的通信子网的基本结构有四类：星状、环状、树状和网状；广播信道通子网有总线状、环状和无线状。
3． 计算机网络的体系结构
答：将计算机网络的层次结构模型和分层协议的集合定义为计算机网络体系结构。
4．计算机网络的协议三要素
答：三要素是：1，语法：关于诸如数据格式及信号电平等的规定；2，语义：关于协议动作和差错处理等控制信息；3，定时：包含速率匹配和排序等。
5．OSI七层协议体系结构和各级的主要作用
答：七层指：由低到高，依次是物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。
6．TCP/IP协议体系结构
答：TCP/IP是一个协议系列，目前已饮食了100多个协议，用于将各种计算机和数据通信设备组成计算机网络。
TCP/IP协议具有如下特点：1，协议标准具有开放性，其独立于特定的计算机硬件与操作系统，可以免费使用；2，统一分配网络地址，使得整个TCP/IP设备在网络中都具有惟一的IP地址。
分层：应用层（SMTP, DNS, NFS, FTP, Telnet, Others）、传输层（TCP,UDP）、互联层（IP，ICMP, ARP, RARP）、主机——网络层(Ethernet, ARPANET, PDN ,Others)。
传输控制协议TCP：定义了两台计算机之间进行可靠数据传输所交换的数据和确认信息的格式，以及计算机为了确保数据的正确到达而采取的措施。
7、计算机通信常用原理

虚电路可分为永久虚电路和交换虚电路。
X.25协议描述了主机（DTE）与分组交换网（PSN）之间的接口标准。
X.25的分组级相当于OSI参考模型中的网络层，主要功能是向主机提供多信道的虚电路服务。
帧中继的层次结构中只有物理层和链路层，采用光纤作为传输介质。
帧中继的常见应用：1，局域网的互联，2，语音传输，3，文件传输。
ATM（异步传输模式），ATM的信元具有固定的长度，53个字节，5个自己是信头，48个字节是信息段。
ATM网络环境由两部分组成：ATM网络和ATM终端用户。
局域网L3交换技术：Fast IP技术，Net Flow技术
广域网L3交换技术：Tag Switching
虚拟局域网：是通过路由和交换设备在网络的物理拓扑结构基础上建立的逻辑网络。
虚拟局域网的交换技术：端口交换、帧交换、元交换。
虚拟局域网的划分方法：按交换端口号、按MAC地址、按第三层协议。
VPN（虚拟专用网），特点：1，安全保障，2，服务质量保证，3，可扩充性和灵活性，4，可管理性。
VPN的安全技术：隧道技术、加解密技术、密钥管理技术、使用者与设备身份认证技术。
网络管理基本功能：故障管理、计费管理、配置管理、性能管理、安全管理。
SNMP（简单网络管理协议），CMIS/CMIP（公共管理信息服务和公共管理信息协议）。

J. 计算机网络知识点

一、计算机网络概述

1.1 计算机网络的分类

按照网络的作用范围：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）；

按照网络使用者：公用网络、专用网络。

1.2 计算机网络的层次结构

TCP/IP四层模型与OSI体系结构对比：

1.3 层次结构设计的基本原则

各层之间是相互独立的；

每一层需要有足够的灵活性；

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：

中继器【Repeater，也叫放大器】：同一局域网的再生信号；两端口的网段必须同一协议；5-4-3规程：10BASE-5以太网中，最多串联4个中继器，5段中只能有3个连接主机；

集线器：同一局域网的再生、放大信号（多端口的中继器）；半双工，不能隔离冲突域也不能隔离广播域。

信道的基本概念：信道是往一个方向传输信息的媒体，一条通信电路包含一个发送信道和一个接受信道。

单工通信信道：只能一个方向通信，没有反方向反馈的信道；

半双工通信信道：双方都可以发送和接受信息，但不能同时发送也不能同时接收；

全双工通信信道：双方都可以同时发送和接收。

三、数据链路层

3.1 数据链路层概述

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。

该层的作用包括： 物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发 等。

有关数据链路层的重要知识点：

数据链路层为网络层提供可靠的数据传输；

基本数据单位为帧；

主要的协议：以太网协议；

两个重要设备名称：网桥和交换机。

封装成帧：“帧”是 数据链路层 数据的基本单位：

透明传输：“透明”是指即使控制字符在帧数据中，但是要当做不存在去处理。即在控制字符前加上转义字符ESC。

3.2 数据链路层的差错监测

差错检测：奇偶校验码、循环冗余校验码CRC

奇偶校验码–局限性：当出错两位时，检测不到错误。

循环冗余检验码：根据传输或保存的数据而产生固定位数校验码。

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：由链路中MTU的最小值决定。

3.4 以太网协议详解

MAC地址：每一个设备都拥有唯一的MAC地址，共48位，使用十六进制表示。

以太网协议：是一种使用广泛的局域网技术，是一种应用于数据链路层的协议，使用以太网可以完成相邻设备的数据帧传输：

局域网分类：

Ethernet以太网IEEE802.3：

以太网第一个广泛部署的高速局域网

以太网数据速率快

以太网硬件价格便宜，网络造价成本低

以太网帧结构：

类型：标识上层协议（2字节）

目的地址和源地址：MAC地址（每个6字节）

数据：封装的上层协议的分组（46~1500字节）

CRC：循环冗余码（4字节）

以太网最短帧：以太网帧最短64字节；以太网帧除了数据部分18字节；数据最短46字节；

MAC地址（物理地址、局域网地址）

MAC地址长度为6字节，48位；

MAC地址具有唯一性，每个网络适配器对应一个MAC地址；

通常采用十六进制表示法，每个字节表示一个十六进制数，用 - 或 : 连接起来；

MAC广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

四、网络层

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。数据交换技术是报文交换（基本上被分组所替代）：采用储存转发方式，数据交换单位是报文。

网络层中涉及众多的协议，其中包括最重要的协议，也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。

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、基本数据单位为IP数据报；

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）。

4、重要的设备：路由器。

路由器相关协议

4.1 IP协议详解

IP网际协议是 Internet 网络层最核心的协议。虚拟互联网络的产生：实际的计算机网络错综复杂；物理设备通过使用IP协议，屏蔽了物理网络之间的差异；当网络中主机使用IP协议连接时，无需关注网络细节，于是形成了虚拟网络。

IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互联的网络；并且解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题。

其中，版本指IP协议的版本，占4位，如IPv4和IPv6；首部位长度表示IP首部长度，占4位，最大数值位15；总长度表示IP数据报总长度，占16位，最大数值位65535；TTL表示IP数据报文在网络中的寿命，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。

4.2 IP协议的转发流程

4.3 IP地址的子网划分

A类（8网络号+24主机号）、B类（16网络号+16主机号）、C类（24网络号+8主机号）可以用于标识网络中的主机或路由器，D类地址作为组广播地址，E类是地址保留。

4.4 网络地址转换NAT技术

用于多个主机通过一个公有IP访问访问互联网的私有网络中，减缓了IP地址的消耗，但是增加了网络通信的复杂度。

NAT 工作原理：

从内网出去的IP数据报，将其IP地址替换为NAT服务器拥有的合法的公共IP地址，并将替换关系记录到NAT转换表中；

从公共互联网返回的IP数据报，依据其目的的IP地址检索NAT转换表，并利用检索到的内部私有IP地址替换目的IP地址，然后将IP数据报转发到内部网络。

4.5 ARP协议与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 是即插即用的，一个ARP表是自动建立的，不需要系统管理员来配置。

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 ICMP协议详解

网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol），可以报告错误信息或者异常情况，ICMP报文封装在IP数据报当中。

ICMP协议的应用：

Ping应用：网络故障的排查；

Traceroute应用：可以探测IP数据报在网络中走过的路径。

4.7网络层的路由概述

关于路由算法的要求：正确的完整的、在计算上应该尽可能是简单的、可以适应网络中的变化、稳定的公平的。

自治系统AS： 指处于一个管理机构下的网络设备群，AS内部网络自治管理，对外提供一个或多个出入口，其中自治系统内部的路由协议为内部网关协议，如RIP、OSPF等；自治系统外部的路由协议为外部网关协议，如BGP。

静态路由： 人工配置，难度和复杂度高；

动态路由：

链路状态路由选择算法LS：向所有隔壁路由发送信息收敛快；全局式路由选择算法，每个路由器计算路由时，需构建整个网络拓扑图；利用Dijkstra算法求源端到目的端网络的最短路径；Dijkstra(迪杰斯特拉)算法

距离-向量路由选择算法DV：向所有隔壁路由发送信息收敛慢、会存在回路；基础是Bellman-Ford方程（简称B-F方程）；

4.8 内部网关路由协议之RIP协议

路由信息协议 RIP(Routing Information Protocol)【应用层】，基于距离-向量的路由选择算法，较小的AS（自治系统），适合小型网络；RIP报文，封装进UDP数据报。

RIP协议特性：

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）；

RIP的费用定义在源路由器和目的子网之间；

RIP被限制的网络直径不超过15跳；

和隔壁交换所有的信息，30主动一次（广播）。

4.9 内部网关路由协议之OSPF协议

开放最短路径优先协议 OSPF(Open Shortest Path First)【网络层】，基于链路状态的路由选择算法（即Dijkstra算法），较大规模的AS ，适合大型网络，直接封装在IP数据报传输。

OSPF协议优点：

安全；

支持多条相同费用路径；

支持区别化费用度量；

支持单播路由和多播路由；

分层路由。

RIP与OSPF的对比（路由算法决定其性质）：

4.10外部网关路由协议之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。

网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。

有关网络层的重点：

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以及端到端的差错控制和流量控制问题；

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）；

重要设备：网关。

5.1 UDP协议详解

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是无连接协议；

UDP不能保证可靠的交付数据；

UDP是面向报文传输的；

UDP没有拥塞控制；

UDP首部开销很小。

UDP数据报结构：

首部:8B，四字段/2B【源端口 | 目的端口 | UDP长度 | 校验和】 数据字段：应用数据

5.2 TCP协议详解

TCP(Transmission Control Protocol: 传输控制协议)，是计算机网络中非常复杂的一个协议。

TCP协议的功能：

对应用层报文进行分段和重组；

面向应用层实现复用与分解；

实现端到端的流量控制；

拥塞控制；

传输层寻址；

对收到的报文进行差错检测（首部和数据部分都检错）；

实现进程间的端到端可靠数据传输控制。

TCP协议的特点：

TCP是面向连接的协议；

TCP是面向字节流的协议；

TCP的一个连接有两端，即点对点通信；

TCP提供可靠的传输服务；

TCP协议提供全双工通信（每条TCP连接只能一对一）；

5.2.1 TCP报文段结构：

最大报文段长度：报文段中封装的应用层数据的最大长度。

TCP首部：

序号字段：TCP的序号是对每个应用层数据的每个字节进行编号

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段的首部长度最短是20B ，最长为60字节。但是长度必须为4B的整数倍

TCP标记的作用：

5.3 可靠传输的基本原理

基本原理：

不可靠传输信道在数据传输中可能发生的情况：比特差错、乱序、重传、丢失

基于不可靠信道实现可靠数据传输采取的措施：

差错检测：利用编码实现数据包传输过程中的比特差错检测 确认：接收方向发送方反馈接收状态 重传：发送方重新发送接收方没有正确接收的数据 序号：确保数据按序提交 计时器：解决数据丢失问题；

停止等待协议：是最简单的可靠传输协议，但是该协议对信道的利用率不高。

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协议的可靠传输

基于连续ARQ协议，在某些情况下，重传的效率并不高，会重复传输部分已经成功接收的字节。

5.3.2 TCP协议的流量控制

流量控制：让发送方发送速率不要太快，TCP协议使用滑动窗口实现流量控制。

5.4 TCP协议的拥塞控制

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：

【慢开始】拥塞窗口从1指数增长；

到达阈值时进入【拥塞避免】，变成+1增长；

【超时】，阈值变为当前cwnd的一半（不能<2）；

再从【慢开始】，拥塞窗口从1指数增长。

快重传和快恢复：

发送方连续收到3个冗余ACK，执行【快重传】，不必等计时器超时；

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连接的三次握手（重要）

TCP三次握手使用指令：

面试常客：为什么需要三次握手？

第一次握手：客户发送请求，此时服务器知道客户能发；

第二次握手：服务器发送确认，此时客户知道服务器能发能收；

第三次握手：客户发送确认，此时服务器知道客户能收。

建立连接（三次握手）：

第一次： 客户向服务器发送连接请求段，建立连接请求控制段（SYN=1），表示传输的报文段的第一个数据字节的序列号是x，此序列号代表整个报文段的序号（seq=x）；客户端进入 SYN_SEND （同步发送状态）；

第二次： 服务器发回确认报文段，同意建立新连接的确认段（SYN=1），确认序号字段有效（ACK=1），服务器告诉客户端报文段序号是y（seq=y），表示服务器已经收到客户端序号为x的报文段，准备接受客户端序列号为x+1的报文段（ack_seq=x+1）；服务器由LISTEN进入SYN_RCVD （同步收到状态）;

第三次： 客户对服务器的同一连接进行确认.确认序号字段有效(ACK=1),客户此次的报文段的序列号是x+1(seq=x+1),客户期望接受服务器序列号为y+1的报文段(ack_seq=y+1);当客户发送ack时，客户端进入ESTABLISHED 状态;当服务收到客户发送的ack后，也进入ESTABLISHED状态;第三次握手可携带数据;

5.6 TCP连接的四次挥手（重要）

释放连接（四次挥手）

第一次： 客户向服务器发送释放连接报文段，发送端数据发送完毕，请求释放连接（FIN=1），传输的第一个数据字节的序号是x（seq=x）；客户端状态由ESTABLISHED进入FIN_WAIT_1（终止等待1状态）；

第二次： 服务器向客户发送确认段，确认字号段有效（ACK=1），服务器传输的数据序号是y（seq=y），服务器期望接收客户数据序号为x+1（ack_seq=x+1）;服务器状态由ESTABLISHED进入CLOSE_WAIT（关闭等待）；客户端收到ACK段后，由FIN_WAIT_1进入FIN_WAIT_2；

第三次： 服务器向客户发送释放连接报文段，请求释放连接（FIN=1），确认字号段有效（ACK=1），表示服务器期望接收客户数据序号为x+1（ack_seq=x+1）;表示自己传输的第一个字节序号是y+1（seq=y+1）；服务器状态由CLOSE_WAIT 进入 LAST_ACK （最后确认状态）；

第四次： 客户向服务器发送确认段，确认字号段有效（ACK=1），表示客户传输的数据序号是x+1（seq=x+1），表示客户期望接收服务器数据序号为y+1+1（ack_seq=y+1+1）；客户端状态由FIN_WAIT_2进入TIME_WAIT，等待2MSL时间，进入CLOSED状态；服务器在收到最后一次ACK后，由LAST_ACK进入CLOSED；

为什么需要等待2MSL?

最后一个报文没有确认；

确保发送方的ACK可以到达接收方；

2MSL时间内没有收到，则接收方会重发；

确保当前连接的所有报文都已经过期。

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。应用层重点：

数据传输基本单位为报文；

包含的主要协议：FTP（文件传送协议）、Telnet（远程登录协议）、DNS（域名解析协议）、SMTP（邮件传送协议），POP3协议（邮局协议），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】找本机的hosts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。

IP—>DNS服务—>便于记忆的域名

域名由点、字母和数字组成，分为顶级域（com，cn，net，gov，org）、二级域（,taobao,qq,alibaba）、三级域（www）(12-2-0852)

6.2 DHCP协议详解

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。

6.3 HTTP协议详解

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】：是可靠的数据传输协议，浏览器向服务器发收报文前，先建立TCP连接，HTTP使用TCP连接方式（HTTP自身无连接）。

HTTP请求报文方式：

GET：请求指定的页面信息，并返回实体主体；

POST：向指定资源提交数据进行处理请求；

DELETE：请求服务器删除指定的页面；

HEAD：请求读取URL标识的信息的首部，只返回报文头；

OPETION：请求一些选项的信息；

PUT：在指明的URL下存储一个文档。

6.3.1 HTTP工作的结构

6.3.2 HTTPS协议详解

HTTPS(Secure)是安全的HTTP协议，端口号443。基于HTTP协议，通过SSL或TLS提供加密处理数据、验证对方身份以及数据完整性保护

原文地址：https://blog.csdn.net/Royalic/article/details/119985591