计算机网络数据交换笔记

㈠ 计算机网络交换技术的数据交换

数据交换的基本概念
通常将数据在通信子网中各节点间的数据传输过程称为数据交换。 （circuit switched network）
线路交换是相对于分组交换的一个概念。电路交换要求必须首先在通信双方之间建立连接通道。在连接建立成功之后，双方的通信活动才能开始。通信双方需要传递的信息都是通过已经建立好
的连接来进行传递的，而且这个连接也将一直被维持到双方的通信结束。在某次通信活动的整个过程中，这个连接将始终占用着连接建立开始时，通信系统分配给它的资源（通道、带宽、时隙、码字等等），这也体现了电路交换区别于分组交换的本质特征。
线路交换的特点是：数据传输可靠、迅速、有序，但线路利用率低、浪费严重，不适合计算机网络。 （message switched network）
是数据交换的三种方式之一，报文整个地发送，一次一跳。报文交换是分组交换的前身，是由列奥纳德·克莱因饶克于1961年提出的。
报文交换的主要特点是：存储接受到的报文，判断其目标地址以选择路由，最后，在下一跳路由空闲时，将数据转发给下一跳路由。报文交换系统现今都由分组交换或电路交换网络所承载。
报文交换采用存储-转发方式进行传送，无需事先建立线路，事后更无需拆除。它的优点是：线路利用率高、故障的影响小、可以实现多目的报文；缺点是：延迟时间长且不定、对中间节点的要求高、通信不可靠、失序等，不适合计算机网络。
报文的优点是：高效、灵活、迅速、可靠、经济，但存在如下的缺点：有一定的延迟时间、额外的开销会影响传输效率、实现技术复杂等。 （packet switched network）
分组交换是一种数位通信网络。它将资料组合成适当大小的区块，称为封包，再通过网络来传输。这个传送封包的网络是共享的，每个单位都可以独立把封包再传送出去，而且配置自己需要的资源。
封包交换的基本原则是最佳化的使用连线负载能力，最小化回应时间，以及增进通讯的健全性。
分组交换适用于计算机网络，在实际应用中有两种类型：虚电路方式和数据报方式。虚电路方式类似线路交换，只不过对信道的使用是非独占方式；数据报方式类似报文交换。

㈡ 计算机网络笔记——数据链路层

封装成帧 ：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。
接收端在收到袭弊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结束.

首部和尾部包含许多的控制信息，他们的一个重要作用： 帧定界 （确定帧的界限）。

帧同步 ：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始和终止。

1. 字符计数法

2. 字符（节）填充法庆禅乱

3. 零比特填充法

4. 违规编码法。

字节计数法 : Count字段的脆弱性（其值若有差错将导致灾难性后果）
字符填充法 : 实现上的复杂性和不兼容性
目前较普遍使用的帧同步法是 比特填充 和 违规编码法 。

差错源于噪声：

冗余编码： 在数据前面添加校验数据，和最终收到的数据比对是否有误，有误证明传输出错

板栗🌰

一段誉档晦涩的话

“可靠传输”：数据链路层发送端发送什么，接收端就收到什么。
链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。

原理： 多个校验位同时检验一个数据

构成： 检验位和数据位
检验位个数：海明不等式 2^r >= k + r + 1 计算得出（r为检验位个数，k为数据位位数）
检验位位置：2的（1-r次方）

编码： （以数据D = 101101为例）

最终传输数据（海明码）： 00 1 0 011 1 01

校验：

🌰🌰板栗+1

㈢ 【网络协议笔记】计算机之间的通信和连接方式

计算机之间的通信是通过网络进行的，网络是计算机之间的一种通信方式。
那我们要如何进行网络通信呢？
首先我们需要知道对方的IP地址，通过IP地址获取MAC地址(ARP广播)。
然后把数据通过网卡传送到对方的网络中。

如果网卡发现数据的目标MAC地址是自己，就会将数据传递给上一层进行处理。
如果网卡发现数据的目标MAC地址不是是自己，就会将数据丢掉。

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下面我们看一下具体的连接方式。

两台计算机之间最简单的连接方式就是网线直连（交叉线）。

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如果需要连接多台电脑怎么办？

第一个出现的同轴电缆的方式，是半双工通信方式。
容易冲突（冲突域），而且只要一个连接点出问题全域瘫痪。
一台设备在发送数据的时候，另一台设备只能接收数据，不能发送数据。

采用的也是半双工通信，但是比同轴电缆有个特甜：如果一台设备的连接出现问题也不会影响其他设备。

集线器和同轴电缆都是没有智商的，是个机械性的设备。
只要有设备发数据，就把数据转给其它所有已连接设备，设备越多效率越低。

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下面是集线器传输数据的动态图

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网桥连接的是同一个网段的计算机。
它可以记录左右两边的MAC地址，减少没必要的广播和传输，从而起到隔绝冲突域的作用。

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交换器就比网桥更牛逼了，他可以记录每一个网络节点的IP和MAC地址。
还有交换机是全双工通信，没有冲突域。
而且不会发数据发到其他设备，所以比集线器安全（不会因为抓包而拦截数据）。

但是首次发送数据时，还是会ARP广播所有设备，因为此时交换机还不知道源和目标的MAC地址。

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以上的设备必须是在同一个网段和广播域，但是不能把所有的电脑用交换连接起来。
好几亿台的电脑用过广播寻找对应IP地址的Mac地址，那这网络遭遇“广播风暴”了。

所以路由的作用就出来了，路由是隔绝广播域，如果是在不同网段之间转发数据，就直接去寻找路由。
那如何去寻找路由呢？ 是通过网关。我们在设置IP地址时，甚至的默认网关地址就是路由的地址。
(一般IP地址的最后设置成1。比如 192.168.0.1)。

主机发数据前，首先会判断目标主机的IP地址跟它是否在同一个网段。
如果在同一个网段：ARP广播，直接发送数据；
如果不在同一个网段：通过路由器转发数据。

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欢迎大家的意见和交流

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㈣ 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

㈤ 计算机网络中的三种数据交换技巧

1.直通式（Cut Through） 直通方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部哪轮的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快，这是它的优点。它的缺点是，因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢包。 2.存储转发（Store ＆ Forward） 存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的竖和协同工作。 3.碎片余缓盯隔离（Fragment Free） 这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于64字节，则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。

㈥ 计算机网络笔记——数据链路层（停等协议、GBN、SR）

流量控制：防止发送端发送和接收端接收速度不匹配造成传输错误

传输层和数据链路层均有流量控制，但是控制手法不一样

传输层：端到端，接收端向发送端发送一个窗口公告。告诉发送端目前我能接收多少
数据链路层：点到点，接收端接收不下的就不回复确认（ack），让发送端自己重传

涉及协议较多分批写

优点 ：最简单的控制协议
缺点 ：但是性能较弱,信道利用率低

控制方法 ：
发送方：发送一个帧
接收方：接收到帧后返回改帧的ack
发送方：接收到ack后发送下一个帧

差错控制 ：

注意 ：

滑动窗口协议是基于停止等待协议的优化版本
停止等待协议性能是因为需要等待ack之后才能发送下一个帧，在传送的很长时间内信道一直在等待状态
滑动窗口则利用缓冲思想，允许连续发送(未收到ack之前)多个帧，以加强信道利用

窗口 ：其实就是缓冲帧的一个容器，将处理好的帧发送到缓冲到窗口，可以发送时就可以直接发送，借此优化性能。一个帧对应一个窗口。

GBN是滑动窗口中的一种，其中 发送窗口 > 1 , 接收窗口=1 因发送错误后需要退回到最后正确连续帧位置开始重发，故而得名。

控制方法 ：
发送端：在将发送窗口内的数据连续发送
接收端：收到一个之后向接收端发送累计确认的ack
发送端：收到ack后窗口后移发送后面的数据

累计确认 ：累计确认允许接收端一段时间内发送一次ack而不是每一个帧都需要发送ack。该确认方式确认代表其前面的帧都以正确接收到
eg:发送端发送了编号 0,1,2,3,4,5 的帧，等待一段时间后（超过3的超时计时器）累计收到的ack对应 0,2 帧，则证明已经成功 0,1,2 均已经成功接收， 3 传输错误。并且哪怕 4,5 两个帧接收成功后也不会返回 4,5 的ack会一直等待从 3 开始重传

差错控制 ：

发送帧丢失、ack丢失、ack迟到 等处理方法基本和停等协议相同，不同的是采用累计确认恢复的方式，当前面的帧出错之后后面帧无论是否发送成功都要重传

优点：信道利用率高（利用窗口有增加发送端占用，并且减少ack回复次数）
缺点：累计确认使得该方法只接收正确顺序的帧，而不接受乱序的帧，错误重传浪费严重

发送窗口大小问题
窗口理论上是越多性能越好，但是窗口不能无限大，n比特编码最大只能2^(n-1)个窗口，否则会造成帧无法区分（本质就是留了一个比特区分两组帧）

SR协议可以说是GBN的plus版本，在GBN的基础上改回每一个帧都要确认的机制，解决了累计确认只接收顺序帧的弊端只需要重发错误帧。
其中 发送窗口 > 1 , 接收窗口 > 1 , 接收窗口 > 发送窗口 (建议接 收窗口 = 发送窗口 接收窗口少了溢出多了浪费).

控制方法 ：
发送端：将窗口内的数据连续发送
接收端：收到一个帧就将该帧缓存到窗口中并回复一个ack
接收端：接收到顺序帧后将数据提交给上层并接收窗口后移（若接收到的帧不是连续的顺序帧时接收窗口不移动）
发送端：接收到顺序帧的ack后发送窗口后移（同理发送窗口接收到的ack不连续也不移动）

差错控制 ：

发送帧丢失、ack丢失、ack迟到 三类处理方式仍然和停等协议相同，不同的是SR向上层提交的是多个连续帧，停等只提交一个帧（不连续的帧要等接收或重传完成后才会提交）

发送窗口大小问题
同GBN一样，发送窗口和接收窗口都不能无限多，且不说缓存容量问题，当两组帧同时发送时会造成无法区分，大小上限仍然是2^(n-1)个窗口（本质就是留了一个比特写组号）

窗口大小这里留一张截图，方便理解
假设窗口大小都为3（图中编号到了3是借4窗口的图，正常应编号到2,但是不妨碍理解）
左边是错误重发，第一组的0帧ack丢失了
右边是正常收发

三种协议对比：
停等协议：单线程的傻子，简单不易出错，但是效率极其低下
GBN：假的多线程(接收端太坑啦)，接收端是情种，只等待自己哪一个帧，丢弃了后来的帧
SR：多线程，接收端有收藏癖，等待集齐一套召唤神龙（提交给上层这只神龙……）

㈦ 计算机网络自学笔记:TCP

如果你在学习这门课程，仅仅为了理解网络工作原理，那么只要了解TCP是可靠传输，数据传输丢失时会重传就可以了。如果你还要参加研究生考试或者公司面试等，那么下面内容很有可能成为考查的知识点，主要的重点是序号/确认号的编码、超时定时器的设置、可靠传输和连接的管理。

1 TCP连接

TCP面向连接，在一个应用进程开始向另一个应用进程发送数据之前，这两个进程必须先相互“握手”，即它们必须相互发送某些预备报文段，以建立连接。连接的实质是双方都初始化与连接相关的发送/接收缓冲区，以及许多TCP状态变量。

这种“连接”不是一条如电话网络中端到端的电路，因为它们的状态完全保留在两个端系统中。

TCP连接提供的是全双工服务 ，应用层数据就可在从进程B流向进程A的同时，也从进程A流向进程B。

TCP连接也总是点对点的 ，即在单个发送方与单个接收方之间建立连接。

一个客户机进程向服务器进程发送数据时，客户机进程通过套接字传递数据流。

客户机操作系统中运行的 TCP软件模块首先将这些数据放到该连接的发送缓存里 ，然后会不时地从发送缓存里取出一块数据发送。

TCP可从缓存中取出并放入报文段中发送的数据量受限于最大报文段长MSS，通常由最大链路层帧长度来决定(也就是底层的通信链路决定)。 例如一个链路层帧的最大长度1500字节，除去数据报头部长度20字节，TCP报文段的头部长度20字节，MSS为1460字节。

报文段被往下传给网络层，网络层将其封装在网络层IP数据报中。然后这些数据报被发送到网络中。

当TCP在另一端接收到一个报文段后，该报文段的数据就被放人该连接的接收缓存中。应用程序从接收缓存中读取数据流(注意是应用程序来读，不是操作系统推送)。

TCP连接的每一端都有各自的发送缓存和接收缓存。

因此TCP连接的组成包括:主机上的缓存、控制变量和与一个进程连接的套接字变量名，以及另一台主机上的一套缓存、控制变量和与一个进程连接的套接字。

在这两台主机之间的路由器、交换机中，没有为该连接分配任何缓存和控制变量。

2报文段结构

TCP报文段由首部字段和一个数据字段组成。数据字段包含有应用层数据。

由于MSS限制了报文段数据字段的最大长度。当TCP发送一个大文件时，TCP通常是将文件划分成长度为MSS的若干块。

TCP报文段的结构。

首部包括源端口号和目的端口号，它用于多路复用/多路分解来自或送至上层应用的数据。另外，TCP首部也包括校验和字段。报文段首部还包含下列字段:

32比特的序号字段和32比特的确认号字段。这些字段被TCP发送方和接收方用来实现可靠数据传输服务。

16比特的接收窗口字段，该字段用于流量控制。该字段用于指示接收方能够接受的字节数量。

4比特的首部长度字段,该字段指示以32比特的字为单位的TCP首部长度。一般TCP首部的长度就是20字节。

可选与变长的选项字段,该字段用于当发送方与接收方协商最大报文段长度，或在高速网络环境下用作窗口调节因子时使用。

标志字段ACK比特用于指示确认字段中的ACK值的有效性，即该报文段包括一个对已被成功接收报文段的确认。 SYN和FIN比特用于连接建立和拆除。 PSH、URG和紧急指针字段通常没有使用。

•序号和确认号

TCP报文段首部两个最重要的字段是序号字段和确认号字段。

TCP把数据看成一个无结构的但是有序的字节流。TCP序号是建立在传送的字节流之上，而不是建立在传送的报文段的序列之上。

一个报文段的序号是该报文段首字节在字节流中的编号。

例如，假设主机A上的一个进程想通过一条TCP连接向主机B上的一个进程发送一个数据流。主机A中的TCP将对数据流中的每一个字节进行编号。假定数据流由一个包含4500字节的文件组成(可以理解为应用程序调用send函数传递过来的数据长度)，MSS为1000字节(链路层一次能够传输的字节数)，如果主机决定数据流的首字节编号是7。TCP模块将为该数据流构建5个报文段(也就是分5个IP数据报)。第一个报文段的序号被赋为7;第二个报文段的序号被赋为1007,第三个报文段的序号被赋为2007，以此类推。前面4个报文段的长度是1000，最后一个是500。

确认号要比序号难理解一些。前面讲过，TCP是全双工的，因此主机A在向主机B发送数据的同时，也可能接收来自主机B的数据。从主机B到达的每个报文段中的序号字段包含了从B流向A的数据的起始位置。 因此主机B填充进报文段的确认号是主机B期望从主机A收到的下一报文段首字节的序号。

假设主机B已收到了来自主机A编号为7-1006的所有字节，同时假设它要发送一个报文段给主机A。主机B等待主机A的数据流中字节1007及后续所有字节。所以，主机B会在它发往主机A的报文段的确认号字段中填上1007。

再举一个例子，假设主机B已收到一个来自主机A的包含字节7-1006的报文段，以及另一个包含字节2007-3006的报文段。由于某种原因，主机A还没有收到字节1007-2006的报文段。

在这个例子中，主机A为了重组主机B的数据流，仍在等待字节1007。因此，A在收到包含字节2007-3006的报文段时，将会又一次在确认号字段中包含1007。 因为TCP只确认数据流中至第一个丢失报文段之前的字节数据，所以TCP被称为是采用累积确认。

TCP的实现有两个基本的选择:

1接收方立即丢弃失序报文段;

2接收方保留失序的字节，并等待缺少的字节以填补该间隔。

一条TCP连接的双方均可随机地选择初始序号。 这样做可以减少将那些仍在网络中的来自两台主机之间先前连接的报文段，误认为是新建连接所产生的有效报文段的可能性。

•例子telnet

Telnet由是一个用于远程登录的应用层协议。它运行在TCP之上，被设计成可在任意一对主机之间工作。

假设主机A发起一个与主机B的Telnet会话。因为是主机A发起该会话，因此主机A被标记为客户机，主机B被标记为服务器。用户键入的每个字符(在客户机端)都会被发送至远程主机。远程主机收到后会复制一个相同的字符发回客户机，并显示在Telnet用户的屏幕上。这种“回显”用于确保由用户发送的字符已经被远程主机收到并处理。因此，在从用户击键到字符显示在用户屏幕上之间的这段时间内，每个字符在网络中传输了两次。

现在假设用户输入了一个字符“C”，假设客户机和服务器的起始序号分别是42和79。前面讲过，一个报文段的序号就是该报文段数据字段首字节的序号。因此，客户机发送的第一个报文段的序号为42，服务器发送的第一个报文段的序号为79。前面讲过，确认号就是主机期待的数据的下一个字节序号。在TCP连接建立后但没有发送任何数据之前，客户机等待字节79，而服务器等待字节42。

如图所示，共发了3个报文段。第一个报文段是由客户机发往服务器，其数据字段里包含一字节的字符“C”的ASCII码，其序号字段里是42。另外，由于客户机还没有接收到来自服务器的任何数据，因此该报文段中的确认号字段里是79。

第二个报文段是由服务器发往客户机。它有两个目的:第一个目的是为服务器所收到的数据提供确认。服务器通过在确认号字段中填入43，告诉客户机它已经成功地收到字节42及以前的所有字节，现在正等待着字节43的出现。第二个目的是回显字符“C”。因此，在第二个报文段的数据字段里填入的是字符“C”的ASCII码，第二个报文段的序号为79，它是该TCP连接上从服务器到客户机的数据流的起始序号，也是服务器要发送的第一个字节的数据。

这里客户机到服务器的数据的确认被装载在一个服务器到客户机的数据的报文段中，这种确认被称为是捎带确认.

第三个报文段是从客户机发往服务器的。它的唯一目的是确认已从服务器收到的数据。

3往返时延的估计与超时

TCP如同前面所讲的rdt协议一样，采用超时/重传机制来处理报文段的丢失问题。最重要的一个问题就是超时间隔长度的设置。显然，超时间隔必须大于TCP连接的往返时延RTT，即从一个报文段发出到收到其确认时。否则会造成不必要的重传。

•估计往返时延

TCP估计发送方与接收方之间的往返时延是通过采集报文段的样本RTT来实现的，就是从某报文段被发出到对该报文段的确认被收到之间的时间长度。

也就是说TCP为一个已发送的但目前尚未被确认的报文段估计sampleRTT，从而产生一个接近每个RTT的采样值。但是，TCP不会为重传的报文段计算RTT。

为了估计一个典型的RTT，采取了某种对RTT取平均值的办法。TCP据下列公式来更新

EstimatedRTT=(1-)*EstimatedRTT+*SampleRTT

即估计RTT的新值是由以前估计的RTT值与sampleRTT新值加权组合而成的。

参考值是a=0.125，因此是一个加权平均值。显然这个加权平均对最新样本赋予的权值

要大于对老样本赋予的权值。因为越新的样本能更好地反映出网络当前的拥塞情况。从统计学观点来讲，这种平均被称为指数加权移动平均

除了估算RTT外，还需要测量RTT的变化，RTT偏差的程度，因为直接使用平均值设置计时器会有问题(太灵敏)。

DevRTT=(1-β)*DevRTT+β*|SampleRTT-EstimatedRTT|

RTT偏差也使用了指数加权移动平均。B取值0.25.

•设置和管理重传超时间隔

假设已经得到了估计RTT值和RTT偏差值，那么TCP超时间隔应该用什么值呢?TCP将超时间隔设置成大于等于估计RTT值和4倍的RTT偏差值,否则将造成不必要的重传。但是超时间隔也不应该比估计RTT值大太多，否则当报文段丢失时，TCP不能很快地重传该报文段，从而将给上层应用带来很大的数据传输时延。因此，要求将超时间隔设为估计RTT值加上一定余量。当估计RTT值波动较大时，这个余最应该大些;当波动比较小时，这个余量应该小些。因此使用4倍的偏差值来设置重传时间。

TimeoutInterval=EstimatedRTT+4*DevRTT

4可信数据传输

因特网的网络层服务是不可靠的。IP不保证数据报的交付，不保证数据报的按序交付，也不保证数据报中数据的完整性。

TCP在IP不可靠的尽力而为服务基础上建立了一种可靠数据传输服务。

TCP提供可靠数据传输的方法涉及前面学过的许多原理。

TCP采用流水线协议、累计确认。

TCP推荐的定时器管理过程使用单一的重传定时器，即使有多个已发送但还未被确认的报文段也一样。重传由超时和多个ACK触发。

在TCP发送方有3种与发送和重传有关的主要事件:从上层应用程序接收数据，定时器超时和收到确认ACK。

从上层应用程序接收数据。一旦这个事件发生，TCP就从应用程序接收数据，将数据封装在一个报文段中，并将该报文段交给IP。注意到每一个报文段都包含一个序号，这个序号就是该报文段第一个数据字节的字节流编号。如果定时器还没有计时，则当报文段被传给IP时，TCP就启动一个该定时器。

第二个事件是超时。TCP通过重传引起超时的报文段来响应超时事件。然后TCP重启定时器。

第三个事件是一个来自接收方的确认报文段(ACK)。当该事件发生时，TCP将ACK的值y与变量SendBase(发送窗口的基地址)进行比较。TCP状态变量SendBase是最早未被确认的字节的序号。就是指接收方已正确按序接收到数据的最后一个字节的序号。TCP采用累积确认，所以y确认了字节编号在y之前的所有字节都已经收到。如果Y>SendBase,则该ACK是在确认一个或多个先前未被确认的报文段。因此发送方更新其SendBase变量，相当于发送窗口向前移动。

另外，如果当前有未被确认的报文段，TCP还要重新启动定时器。

快速重传

超时触发重传存在的另一个问题是超时周期可能相对较长。当一个报文段丢失时，这种长超时周期迫使发送方等待很长时间才重传丢失的分组，因而增加了端到端时延。所以通常发送方可在超时事件发生之前通过观察冗余ACK来检测丢包情况。

冗余ACK就是接收方再次确认某个报文段的ACK，而发送方先前已经收到对该报文段的确认。

当TCP接收方收到一个序号比所期望的序号大的报文段时，它认为检测到了数据流中的一个间隔，即有报文段丢失。这个间隔可能是由于在网络中报文段丢失或重新排序造成的。因为TCP使用累计确认，所以接收方不向发送方发回否定确认，而是对最后一个正确接收报文段进行重复确认(即产生一个冗余ACK)

如果TCP发送方接收到对相同报文段的3个冗余ACK.它就认为跟在这个已被确认过3次的报文段之后的报文段已经丢失。一旦收到3个冗余ACK，TCP就执行快速重传 ，

即在该报文段的定时器过期之前重传丢失的报文段。

5流量控制

前面讲过，一条TCP连接双方的主机都为该连接设置了接收缓存。当该TCP连接收到正确、按序的字节后，它就将数据放入接收缓存。相关联的应用进程会从该缓存中读取数据，但没必要数据刚一到达就立即读取。事实上，接收方应用也许正忙于其他任务，甚至要过很长时间后才去读取该数据。如果应用程序读取数据时相当缓慢，而发送方发送数据太多、太快，会很容易使这个连接的接收缓存溢出。

TCP为应用程序提供了流量控制服务以消除发送方导致接收方缓存溢出的可能性。因此，可以说 流量控制是一个速度匹配服务，即发送方的发送速率与接收方应用程序的读速率相匹配。

前面提到过，TCP发送方也可能因为IP网络的拥塞而被限制，这种形式的发送方的控制被称为拥塞控制(congestioncontrol)。

TCP通过让接收方维护一个称为接收窗口的变量来提供流量控制。接收窗口用于告诉发送方，该接收方还有多少可用的缓存空间。因为TCP是全双工通信，在连接两端的发送方都各自维护一个接收窗口变量。 主机把当前的空闲接收缓存大小值放入它发给对方主机的报文段接收窗口字段中，通知对方它在该连接的缓存中还有多少可用空间。

6 TCP连接管理

客户机中的TCP会用以下方式与服务器建立一条TCP连接:

第一步: 客户机端首先向服务器发送一个SNY比特被置为1报文段。该报文段中不包含应用层数据，这个特殊报文段被称为SYN报文段。另外，客户机会选择一个起始序号，并将其放置到报文段的序号字段中。为了避免某些安全性攻击，这里一般随机选择序号。

第二步: 一旦包含TCP报文段的用户数据报到达服务器主机，服务器会从该数据报中提取出TCPSYN报文段，为该TCP连接分配TCP缓存和控制变量，并向客户机TCP发送允许连接的报文段。这个允许连接的报文段还是不包含应用层数据。但是，在报文段的首部却包含3个重要的信息。

首先，SYN比特被置为1。其次，该 TCP报文段首部的确认号字段被置为客户端序号+1最后，服务器选择自己的初始序号，并将其放置到TCP报文段首部的序号字段中。 这个允许连接的报文段实际上表明了:“我收到了你要求建立连接的、带有初始序号的分组。我同意建立该连接，我自己的初始序号是XX”。这个同意连接的报文段通常被称为SYN+ACK报文段。

第三步: 在收到SYN+ACK报文段后，客户机也要给该连接分配缓存和控制变量。客户机主机还会向服务器发送另外一个报文段，这个报文段对服务器允许连接的报文段进行了确认。因为连接已经建立了，所以该ACK比特被置为1，称为ACK报文段，可以携带数据。

一旦以上3步完成，客户机和服务器就可以相互发送含有数据的报文段了。

为了建立连接，在两台主机之间发送了3个分组，这种连接建立过程通常被称为 三次握手(SNY、SYN+ACK、ACK，ACK报文段可以携带数据) 。这个过程发生在客户机connect()服务器，服务器accept()客户连接的阶段。

假设客户机应用程序决定要关闭该连接。(注意，服务器也能选择关闭该连接)客户机发送一个FIN比特被置为1的TCP报文段，并进人FINWAIT1状态。

当处在FINWAIT1状态时，客户机TCP等待一个来自服务器的带有ACK确认信息的TCP报文段。当它收到该报文段时，客户机TCP进入FINWAIT2状态。

当处在FINWAIT2状态时，客户机等待来自服务器的FIN比特被置为1的另一个报文段，

收到该报文段后，客户机TCP对服务器的报文段进行ACK确认，并进入TIME_WAIT状态。TIME_WAIT状态使得TCP客户机重传最终确认报文，以防该ACK丢失。在TIME_WAIT状态中所消耗的时间是与具体实现有关的，一般是30秒或更多时间。

经过等待后，连接正式关闭，客户机端所有与连接有关的资源将被释放。 因此TCP连接的关闭需要客户端和服务器端互相交换连接关闭的FIN、ACK置位报文段。

㈧ 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。

㈨ 计算机网络总结:计算机网络重点知识总结

《计算机网络》课程总结

目录

一、 对老师的印象

二、 对计算机网络的认识

三、 计算机网络实践课程的学习历程与收获

四、灶悉丛 计算机网络笔记整理

五、 总结

对老师的印象

一、 整体印象

对于老师的印象应该追溯到上个学期，上个学期选了短学期的课《数据结构课程设计》，当时选择这门课的时候并没有考虑自己是否对它了解

只是为了单纯的凑学分。但是通过第一节课的了解，感觉天都塌了下来。这个课的基础是C 语言和《数据结构》，这两门课我其实都没有学过，我感觉老师说的真的很对，没有学过这些就可以退掉这门课，我们果断退掉了这门课。当时对老师的印象就是很严格，要求很高，后来我们想想其实是对课程本身的一种恐惧感。

二、二次印象

老师真是太敬业啦，其实从老师进教室的那一刻就看出老师挺着肚子，有了宝宝。当时就想，老师都这样了为什么还要来上课，很是佩服老师的敬业精神。而且以前陆大严格的影响全都被老师的讲课的内容所掩盖，我没有上过老师的课，但第一次上老师的就感觉老师教的很好，其实大学里好多老师的学历很高，但有些老师真的不会讲课，至少让大部分同学感觉他讲的不好。但是我感觉老师在讲课方面很有自己的想法。

三、对同学的态度

在《计算机网络课程设计》的实验课上，老师给我们操作演示，为每一个学生悉心指导，我觉得老师真的很亲民，对于网络的搭建，老师给我们演示了web 服务的构建，DNS 服务器和FTP 的设置，以及最终的客户端设置，很少有老师这样耐心指导。最后老师收作业的方式也是很好，避免了有的同学投机，我觉得很不错。

对计算机网络的认识

一、定义

计算机网络，是指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的计算机系统。

二、发展历程

1. 第一代计算机网络

其实计算机的发展速度远超过人们的想象，在20世纪50年代，人们利用通信线路，将多台终端设备连接到一台计算机上，构成“主机-终端”系统，这里的终端不能够单独进行数据处理，仅能完成简单的输入输出，所有数据处理和通信处理任务均由计算机主机完成。现在的终端指的就是一台独立的计算机，不仅可以输入输出，还可以处理数据。其实这个时期并不算是真正的计算机网络，应该称为伪计算机网络。

2. 第二代计算机网络

到了上个世纪60年代，独立的终端有了处理数据的能力，例如美国的

ARPAnet 网络。第二代计算机网络主要用于传输和交换信息，因为没有成熟的操作系统，资源共享不高。

3. 第三代计算机网络

70年代，出现了许多协议，比如TCP/IP协议。其主要特征就是所有的计算机遵守同一种网络协议，突出资源共享（硬件、软件和数据）。

4. 第四代计算机网络

90年代开始，微电子技术、大规模集成电路技术、光通技术和计算机技术不断发展，为计算机网络技术的发展提供了有力的支持。信息综合化和传输高速化是第四代计算机网络的特点。

三、网络传输媒体

网络传输媒体也称，传输介质或传输媒介。就好像一条条水管，所有的自来水从自来水厂到家里，都要经过水管，水管相当于一种媒介。分为有线传输和无线传输。在传输过程中要尽可能保证信号的真实性，所以对于有线传输的材质等要求比较高。

四、网络拓扑

由于在大二时没有学《网络技术基础》，所以这个学期同时学《网络技术基础》和《计算机网络》，前一门课是后一门课的基础，在学习网络拓扑机构的时候，了解到其实总体分为，星型和总线型，对于这个为了更好的理解拓扑结构，我们搭建了一个小型的网络。可以实现三个实验室，每个实验室中的计算机可以相互通信，不同实验室中计算机不可以通信，其实可以形成了树型结构。以下是我利用思科的一个软件做的一个网络拓扑结构：

计算机网络课程设计的学习过程与收隐樱获

一、小组的建立

1. 一开5个人，对于实验任务一直不太理解，只知道要配置三个服务器，分别是DNS 服务器配置、FTP 配置、WEB 服务器配置，一个客户端的配置。在还有一周的时间就要叫作业的时候，我们重新组队，进行认真分析。

2. 实验内容对于实验的能容，每个配置都讲了很多，比较详细。但最让人不能理解的就是必须在Windows server 2003系统下进行操作，这就带来了一个问题，只能在实验室做，其实我们的能力有限，在实验室的两节课根本不够。我们通过学习老师的操作过程，大致了解了配置方法，但是并没有真正理解最后的内在关系。我们在周一晚课时，去实验室进行实验。在操作的过程中，我们不断遇到各种问题，我们通过网络查资料，翻看老师的课件和实验例子，不断的改进，后来我突然明白了他们的内在联系。

3. 具体的原理：首先要配置web 和ftp ，在设置IP 地址时要选择自身计算机的IP 地址，web 需要建立一个网站首页，其实就是一个简单的html 文件。ftp 可以传输文件，所以要在设置ftp 的电脑上新建一个路径，按照老师的要求将小组作业存放在这个路径下。此时可以通过访问web 和ftp 的IP 进行网页的浏览和作业的检查。但是IP 地址不方便记忆，所以要通过DNS 服务器为每个IP

设

置域名。DNS 设置域名是从后往前设置的，依次是新建域，新建区域，新建主机，例如 ，这样就可以通过域名进行访问。最后就是客户端，其实这个是最简单的，只需要将首选DNS 服务器的IP 地址改成配置DNS 服务器的那台计算机的IP 地址就可以啦，这样就可以在任何一台电脑上访问web 和ftp 。

4. 收获：最大的收获就是一定要去做，亲自动手去做才能发现问题。实践去做才能有所收获，在最后成功的那一刻，会有一种成就感。这种成就感是无法被任何其他事情所代替，困难问题是有，但这不是一个奋斗的年纪吗？

计算机网络笔记整理

总结

一、认识

对于计算机的认识是在小学开始，但从小学到大学基本上没有什么深刻的认识改变。只是特别浅层次的认识，比如可以用计算机打字，可以上网查资料，可以玩游戏，可以看视频，可以听歌等等。随着计算机的快速发展，网络的搭建使计算机的价值得到了最大的体现。计算机网络到底怎么连接计算机的，到底是什么组成了那个看不见的网络。

二、收获

1. 首先我知道计算机网络的分类组成，知道局域网，城域网，广域网是什么意思。知道学校其实就是一个局域网，我们每天都会用到的172.18.20.5无线网其实就是局域网。

2. 知道计算机之间是通过传输媒体完成传输，有形媒介和无形媒介，知道双绞线是什么，我们宿舍里用的网线就是双绞线，里面有八根线，每两根在一起。

3. 计算机的数据在传输过程中其实要经过一个复杂的程序，从一个用户到另一个用户，数据分别要经过应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，最终的物理层。

4. 所有的资源共享得益于遵照相同的协议，例如TCP/IP协议，不同的层次之间也会有一个标准的协议进行传输。

5．了解IP 地址的组成，网络号，主机号，A 类、B 类、C 类。路由器IP 地址的配置，网络传输过程中的加密等问题。

㈩ 计算机网络之数据交换（电路交换，报文交换，分组交换）

如何实现数据通过网络核心从源主机到达目的主机？

就要经过网络核心进行数据交换，数据不断从一个网络交换到另一个网络，直到到达目的主机。所以网络核心解决的基本问题就是数据交换。

数据交换主要有三种：

最典型电路交换网络：电话网络

电路交换的三个阶段：

电路交换网络如何共享中继线？
通过多路复用技术，电路交换可以共用中继线

报文：源（应用）发送信息整体。比如要发送一个文件，那么这个文件的信息就是要发送的报文。

分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包
分组交换需要报文的拆分与重组
分组交换相对于报文交换会产生额外开销，因为i要进行数据的拆分和重组

分组交换:统计多路复用
统计多路复用就是，按顺序接受来自多个主机的分组，并且按接受的顺序的发送，并不进行区分，对路由器来说，所有的分组都是等价的，所以分组交换是公用发送信道的。

不同的分组序列顺序是不确定的，按需求共享，谁发送的分组多且快，那么自然占用的就高。

报文交换与分组交换均采用存储-转发交换方式
区别是：

首先从发送速率上来说，报文交换就比较简单，易于分析

对上面的例子来说：
报文交换每次都是交换完整的报文
报文长度为M bits，链路带宽为R bps，每次传输报文需要M/R秒
所以报文要从源主机到目的主机，就需要三次传输延迟

另一方面，路由器至少需要一个报文长度M那么大的缓存

我们再来分析分组交换的过程
分组交换:报文被拆分为多个分组，分组长度为L bits，每个分组传输时延为L/R秒
例:M=7.5 Mbits，L=1500bits，M=5000L，R = 1.5 Mbps。

下面我们来分析分组转发的具体过程：

第一个分组到达第一个路由器所需要的时间，是一个L/R

有趣的在于，在第二个分组到达第一个路由器的时候，第一个分组已经从第一个路由器发到了第二个路由器，这样效率显然提高了，分组交换不同报文交换，可以充分利用链路同时传播的能力

所以分组交换发送完一个报文段，只需要

时间远比报文交换要小
我们再考虑进行分组交换时，路由器的理论最小需要的缓存就是一个分组的大小，因此所需要的缓存也小，发送速率也快，所以计算机网络采用的是分组交换的数据交换方式。

分组交换的报文交付时间的计算公式：

分组交换允许更多用户同时使用网络！——网络资源充分共享

分组交换绝对优于电路交换？
也并不是绝对的，分组交换同时也会产生很多问题，由于是共享的，而且分组数量一多，就会发生拥塞和分组丢失，造成巨大的分组延迟

分组交换适用于突发数据传输网络

电路交换适用于提供电路级性能保障?