計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件

第一章概述

網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)把主機(jī)連接起來(lái)，而互聯(lián)網(wǎng)是把多種不同的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，因此互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。

ISP

互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商ISP可以從互聯(lián)網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)獲得許多IP地址，同時(shí)擁有通信線路以及

路由器等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，個(gè)人或機(jī)構(gòu)向ISP繳納一定的費(fèi)用就可以接入互聯(lián)網(wǎng)。

目前的互聯(lián)網(wǎng)是一種多層次ISP結(jié)構(gòu)，ISP根據(jù)覆蓋面積的大小分為主干ISP、地區(qū)ISP

和本地ISP。

互聯(lián)網(wǎng)交換點(diǎn)IXP允許兩個(gè)ISP直接相連而不用經(jīng)過(guò)第三個(gè)ISP。

互聯(lián)網(wǎng)的組成

邊緣部分：所有連接在互我網(wǎng)上的主機(jī)，用戶可以直接使用；

核心部分：由大量的網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成，為邊緣部分的主機(jī)提供服務(wù)。

主機(jī)之間的通信方式

I.客戶-服務(wù)器（C/S）:客戶即是服務(wù)請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方。

2.對(duì)等（P2P）不區(qū)分客戶和服務(wù)器。

三種交換方式

1.電路交換

電路交換用于電話通信系統(tǒng)，兩個(gè)用戶要通信之前需要建立一條號(hào)用的物理鏈路，并且在整

個(gè)通信過(guò)程中始終占用該旌路。由于通信的過(guò)程中不可能?直在使用傳輸線路，因此電路交

換對(duì)線路的利用率很低，往往不到10%.

2.報(bào)文交換

報(bào)文交換用于郵局通信系統(tǒng)，郵局接收到一份報(bào)文之后，先存儲(chǔ)下來(lái)，然后把相同目的地的

報(bào)文一起轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)目的地，這個(gè)過(guò)程就是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。

3.分組交換

分組交換也使用了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，但是轉(zhuǎn)發(fā)的是分組而不是報(bào)文。把整塊數(shù)據(jù)稱為一個(gè)報(bào)文，由

于?個(gè)報(bào)文可能很長(zhǎng)，需要先進(jìn)行切分，來(lái)滿足分組能處理的大小。在每個(gè)切分的數(shù)據(jù)前面

加上首部之后就成為了分組，首部包含了目的地址和源地址等控制信息。

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)允許在一條傳輸線路上傳送多個(gè)主機(jī)的分組，因此不需要占用端到端的線路資源。

相比于報(bào)文交換，由于分組比報(bào)文更小，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的速度也就更快。

時(shí)延

總時(shí)延=發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延

1.發(fā)送時(shí)延主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間。

2.傳播時(shí)延電磁波在信道中傳播?定的距離需要花費(fèi)的時(shí)間，電磁波傳播速度接近光速。

3.處理時(shí)延主機(jī)或路由器收到分組時(shí)進(jìn)行處理所需要的時(shí)間.

4.排隊(duì)時(shí)延分組在路由器的輸入隊(duì)列和輸出隊(duì)列中排隊(duì)等待時(shí)間，取決于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前通信量。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)*

I.七層協(xié)議

I.表示層：信息的語(yǔ)法語(yǔ)義以及它們的關(guān)聯(lián)，如加密解密、轉(zhuǎn)換翻譯、壓縮解壓縮：

2.會(huì)話層：不同機(jī)器上的用戶之間建立及管理會(huì)話。

2.五層協(xié)議

1.應(yīng)用層：為特定應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，例如HTTP、DNS等。數(shù)據(jù)單位為報(bào)文.

2.運(yùn)輸層：提供的是進(jìn)程間的通用數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。由于應(yīng)用層協(xié)議很多，定義通用的運(yùn)輸層

協(xié)議就可以支持不斷增多的應(yīng)用層協(xié)議。運(yùn)輸層包括兩種協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP,提供

面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)單位為報(bào)文段；用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP,提供無(wú)連接、

盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)單位為用戶數(shù)據(jù)報(bào)。

3.網(wǎng)絡(luò)層：為主機(jī)之間提供服務(wù)，而不是像運(yùn)輸層協(xié)議那樣是為主:機(jī)中的進(jìn)程提供服務(wù)。網(wǎng)

絡(luò)層把運(yùn)輸層產(chǎn)生的報(bào)文段或者用戶數(shù)據(jù)報(bào)封裝成分組來(lái)進(jìn)行傳輸。

4.數(shù)據(jù)鏈路層：網(wǎng)絡(luò)層針對(duì)的還是主機(jī)之間，而主機(jī)之間可以有很多鏈路，鏈路層協(xié)議就是

為相鄰結(jié)點(diǎn)之間提供服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡(luò)層傳來(lái)的分組封裝成幀。

5.物理層：考慮的是怎樣在傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的傳輸媒體。物理層

的作用是盡可能屏版?zhèn)鬏斆襟w和通信手段的差異，使物理層上的數(shù)據(jù)鏈路層感覺不到這再差

異。

3.數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程

在向卜的過(guò)程中，需要添加下層協(xié)議所需要的首部或者尾部，而在向上的過(guò)程中不斷拆開首

部和尾部。

路由器只有下面三層協(xié)議，因?yàn)槁酚善魑挥诰W(wǎng)絡(luò)核心中，不需要為進(jìn)程或者應(yīng)用程序提供服

務(wù)，因此也就不需要運(yùn)輸層和應(yīng)用層。

4.TCP/IP體系結(jié)構(gòu)

它只有四層，相當(dāng)于五層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層和物理層合并為網(wǎng)絡(luò)接口層。

現(xiàn)在的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)不嚴(yán)格遵循OSI分層概念，應(yīng)用層可能會(huì)直接使用IP層或者網(wǎng)

絡(luò)接口層。

TCP/IP協(xié)議族是一種沙漏形狀，中間小兩邊大，IP協(xié)議在其中占用舉足輕重的地位。

第二章物理層

通信方式

單工通信；半雙工通信；全雙工通信。

帶通調(diào)制

模擬信號(hào)是連續(xù)的信號(hào)，數(shù)字信號(hào)是離?散的信號(hào)。帶通調(diào)制把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。

信道復(fù)用技術(shù)

1.頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用（F/T）

頻分復(fù)用的所有用戶在相同的時(shí)間占用不同的頻率帶寬資源

時(shí)分復(fù)用的所有用戶在不同的時(shí)間占用相同的頻率帶寬資源。

使用這兩種方式進(jìn)行通信，在通信的過(guò)程中用戶會(huì)一直占用一部分信道資源。這兩種方式

對(duì)信道的利用率都不高。

2.波分復(fù)用（W）

光的頻分復(fù)用。由于光的頻率很高，因此習(xí)慣上用波長(zhǎng)而不是頻率來(lái)表示所使用的光載波。

3.碼分復(fù)用（C）

為每個(gè)用戶分配mbit的碼片，并且所有的碼片正交，對(duì)于任意兩個(gè)碼片S和T有

S-f=0

在擁有該碼片的用戶發(fā)送比特1時(shí)就發(fā)送該碼片，發(fā)送比特0時(shí)就發(fā)送該碼片的反碼

在計(jì)算時(shí)將0（X）11011記作（-1-1-1+1+1-1+1+1）,可以得到

-S-S=l-S-S>=—1其中卜為s的反碼。

當(dāng)接收端使用碼片S對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算時(shí),結(jié)果為0的是其它用戶發(fā)送的數(shù)據(jù),

結(jié)果為1的是用戶發(fā)送的比特1,結(jié)果為-1的是用戶發(fā)送的比特0o

碼分復(fù)用需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量為原先的m倍。

第三章數(shù)據(jù)鏈路層

三個(gè)基本問(wèn)題

1.封裝成幀將網(wǎng)絡(luò)層傳下來(lái)的分組添加首部和尾部，用于標(biāo)記幀的開始和結(jié)束。

2.透明傳輸

3.差錯(cuò)檢測(cè)目前數(shù)據(jù)鏈路層廣泛使用了循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）來(lái)檢查比特差錯(cuò)。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道-PPP協(xié)議

互聯(lián)網(wǎng)用戶通常需要連接到某個(gè)ISP之后才能接入到互聯(lián)網(wǎng)，PPP協(xié)議就是用戶計(jì)算機(jī)和

ISP進(jìn)行通信時(shí)所使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。

在PPP的幀中，F(xiàn)字段為幀的定界符，A和C暫時(shí)沒(méi)有意義。FCS是使用CRC的檢驗(yàn)

序列。信息部分的長(zhǎng)度不超過(guò)1500。

廣播信道?CSMA/CD協(xié)議*

在廣播信道上，同一時(shí)間只能允許一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)、

CSMA/CD表示載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)。

多點(diǎn)接入：說(shuō)明這是總線型網(wǎng)絡(luò)，許多計(jì)算機(jī)以多點(diǎn)的方式連接到總線上。

載波監(jiān)聽：每個(gè)站都必須K停地檢聽信道。在發(fā)送前，如果檢聽信道正在使用，就必須等待。

碰撞檢測(cè)：在發(fā)送中，如果檢聽信道己有其它站正在發(fā)送數(shù)據(jù)，就表示發(fā)生了碰撞。

爭(zhēng)用期2T

記端到端的傳播時(shí)延為，，最先發(fā)送的站點(diǎn)最多經(jīng)過(guò)2T就可以知道是否發(fā)生了碰撞，稱

2T為爭(zhēng)用期。只有經(jīng)過(guò)爭(zhēng)用期之后還沒(méi)有檢測(cè)到碰撞，才能肯定這次發(fā)送不會(huì)發(fā)生碰撞。

當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，站點(diǎn)要停止發(fā)送，等待一段時(shí)間再發(fā)送。

集線器

從表面上看，使用集線器的局域網(wǎng)在物理上是?個(gè)星型網(wǎng)。但是集線器使用電子器件來(lái)模擬

實(shí)際纜線的工作，邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，整個(gè)系統(tǒng)仍像一個(gè)傳統(tǒng)以太網(wǎng)那樣運(yùn)行。

MAC層

MAC地址是6字節(jié)（48位）的地址，用于唯一表示網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)卡），一臺(tái)主機(jī)擁有

多少個(gè)適配器就有多少個(gè)MAC地址，例如筆記本電腦普遍存在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)適配器和有線網(wǎng)

絡(luò)適配器。

MAC幀用類型字段來(lái)標(biāo)記上層使用什么協(xié)議；數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度在46-1500之間，如果太小

則需要填充；FCS為幀檢驗(yàn)序列，使用的是CRC檢驗(yàn)方法；前面插入的前同步碼只是為

了計(jì)算FCS臨時(shí)加入的，計(jì)算結(jié)束之后會(huì)丟棄。

虛擬局域網(wǎng)可建立與物理位置無(wú)關(guān)邏輯組，只有同一個(gè)虛擬局域網(wǎng)中成員才會(huì)收到廣播信息

第四章網(wǎng)絡(luò)層*

網(wǎng)際協(xié)議IP概述

網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡(jiǎn)單靈活的、無(wú)連接的、盡最大努力交互的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。使用IP協(xié)議,

可以把異構(gòu)的物理網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，使得在網(wǎng)絡(luò)層看起來(lái)好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

與IP協(xié)議配套使用的還有三個(gè)協(xié)議：

地址解析協(xié)議ARP、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP、網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP

IP數(shù)據(jù)報(bào)格式

版本：有4（IPv4）和6（IPv6）兩個(gè)值；

首部長(zhǎng)度：占4位，因此最大值為15。值為1表示的是1個(gè)32位字的長(zhǎng)度，也就是4

字節(jié)。因?yàn)槭撞抗潭ㄩL(zhǎng)度為20字節(jié)，因此該值最小為5。如果可選部分的長(zhǎng)度不是4字

節(jié)的整數(shù)倍?，就用尾部的填充部分來(lái)填充。

區(qū)分服務(wù)：用來(lái)獲得更好的服務(wù)，?般情況下不使用用.

總長(zhǎng)度：包括首部長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度。

標(biāo)識(shí)：在數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)從而發(fā)生分片的情況，相同數(shù)據(jù)報(bào)的不同分片具有相同的標(biāo)取符。

片偏移：和標(biāo)識(shí)符一起，用于發(fā)生分片的情況。片偏移的單位為8字節(jié)。

生存時(shí)間：TTL,它的存在為了防止無(wú)法交付的數(shù)據(jù)報(bào)在互聯(lián)網(wǎng)中不斷兜圈子。以路由器

跳數(shù)為單位，當(dāng)TTL為0時(shí)就丟棄數(shù)據(jù)報(bào)。

協(xié)議：指出攜帶的數(shù)據(jù)應(yīng)該上交給哪個(gè)協(xié)議進(jìn)行處理，例如ICMP、TCP、UDP等。

首部檢驗(yàn)和：因?yàn)閿?shù)據(jù)報(bào)每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，都要重新計(jì)算檢驗(yàn)和，因此檢驗(yàn)和不包含數(shù)據(jù)

部分可以減少計(jì)算的工作量。

IP地址編址經(jīng)歷了三個(gè)歷史階段：

1.分類的IP地址由兩部分組成網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)，不同類別具有固定不同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度

2.劃分子網(wǎng)外部網(wǎng)絡(luò)看不到子網(wǎng)的存在。要使用子網(wǎng)，必須配置子網(wǎng)掩碼。

3.無(wú)分類編址CIDR（構(gòu)成超網(wǎng)）

使用網(wǎng)絡(luò)前綴和主機(jī)號(hào)來(lái)對(duì)IP地址進(jìn)行編碼，網(wǎng)絡(luò)前綴的長(zhǎng)度可以根據(jù)需要變化。

CIDR的記法上采用在IP地址后面加上網(wǎng)絡(luò)前綴長(zhǎng)度的方法，例如/20表示

前20位為網(wǎng)絡(luò)前綴。

CIDR的地址掩碼可以繼續(xù)稱為子網(wǎng)掩碼，子網(wǎng)掩碼首1長(zhǎng)度為網(wǎng)絡(luò)前綴的長(zhǎng)度。

把這種通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)前綴來(lái)減少路由表項(xiàng)的方式稱為路由聚合，也稱為構(gòu)成超網(wǎng)。

在路由表中每個(gè)項(xiàng)FI由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和“下一跳地址”組成，在查找時(shí)可能會(huì)得到不止一個(gè)

匹配結(jié)果，應(yīng)當(dāng)采用最長(zhǎng)前綴匹配。

IP地址和MAC地址

網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的通信，而鏈路層實(shí)現(xiàn)具體每段鏈路之間的通信。因此在通信過(guò)程中，

IP數(shù)據(jù)報(bào)的源地址和日的地址始終不變，而MAC地加隨著鏈路的改變而改變。

地址解析協(xié)議ARP實(shí)現(xiàn)由IP地址得到MAC地址。

每個(gè)主機(jī)都有一個(gè)ARP高速緩存，存放映射表。如果一個(gè)IP地址到MAC地址的映射

不在該表中，主機(jī)通過(guò)廣播的方式發(fā)送ARP請(qǐng)求分組，匹配IP地址的主機(jī)會(huì)發(fā)送ARP

響應(yīng)分組告知MAC地址。

路由器的結(jié)構(gòu)

從功能上可以劃分為兩大部分：路由選擇和分組轉(zhuǎn)發(fā)。

分組轉(zhuǎn)發(fā)部分由三部分組成：交換結(jié)構(gòu)、一組輸入端口和一組輸出端口。

交換機(jī)與路由器的區(qū)別

I.交換機(jī)工作于數(shù)據(jù)鏈路層，能識(shí)別MAC地址，根據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)鏈路層數(shù)據(jù)幀。具

有自學(xué)機(jī)制來(lái)維護(hù)IP地址與MAC地址的映射。

2.路由器位于網(wǎng)絡(luò)層，能識(shí)別IP地址并根據(jù)IP地址轉(zhuǎn)發(fā)分組。維護(hù)著路由表，根據(jù)路由

表選擇最佳路線。

路由器分組轉(zhuǎn)發(fā)流程

從數(shù)據(jù)報(bào)的首部提取目的主機(jī)的IP地址D,得到目的網(wǎng)絡(luò)地址No（路由表項(xiàng)是網(wǎng)絡(luò)號(hào)而

不是IP地址，這樣做大大減少了路由表?xiàng)l目數(shù)量）

若N就是與此路由器直接相連的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，則進(jìn)行直接交付；

若路由表中有目的地址為D的特定主機(jī)路由，則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給表中所指明的下跳路由

器；

若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)N的路由，則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一跳路由器；

若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；

報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯(cuò)。

路由選擇協(xié)議

互聯(lián)網(wǎng)使用的路由選擇協(xié)議都是自適應(yīng)的，能隨著網(wǎng)絡(luò)通信量和拓?fù)渥兓赃m應(yīng)地進(jìn)行調(diào)

整?；ヂ?lián)網(wǎng)可以劃分為許多較小的自治系統(tǒng)AS,一個(gè)AS可以使用一種和別的AS不同

的路由選擇協(xié)議。

可以把路由選擇協(xié)議劃分為兩大類：

內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP,在自治系統(tǒng)內(nèi)部使用，如RIP和OSPF.

外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP,在自治系統(tǒng)之間使用，如BGPo

1.內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP

RIP是一種分布式的基于距.離向量的路由選擇協(xié)議。距離是指跳數(shù)，直接相連的路由器跳數(shù)

為1,跳數(shù)最多為15,超過(guò)15表示不可達(dá)。

RIP按固定的時(shí)間間隔僅和相鄰路由器交換自己的路由表，經(jīng)過(guò)若干次交換之后，所有路由

器最終會(huì)知道到達(dá)本自治系統(tǒng)中任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最短距離和下一跳路由器地址。

距離向量算法：

對(duì)地址為X的相鄰路由器發(fā)來(lái)的RIP報(bào)文，先修改報(bào)文中的所有項(xiàng)目，把下一跳字段中

的地址改為X,并把所有的距離字段加1；

對(duì)修改后的RIP報(bào)文中的每一個(gè)項(xiàng)目，進(jìn)行以下步驟：

若原來(lái)的路由表中沒(méi)有目的網(wǎng)絡(luò)N,則把該項(xiàng)目添加到路由表中；

否則：若下一跳路由器地址是X,則把收到的項(xiàng)FI替換原來(lái)路由表中的項(xiàng)目；否則：若收

到的項(xiàng)目中的距離d小于路由表中的距離，則進(jìn)行更新（例如原始路由表項(xiàng)為Net2,5,P,

新表項(xiàng)為Net2,4.X,則更新）；否則什么也不做。

若3分鐘還沒(méi)有收到相令;路由器的更新路由表，則把該相鄰路由器標(biāo)為不可達(dá)，即把距離

置為16o

RIP協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，開銷小，但是RIP能使用的最大距離為15,限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。并且

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，要經(jīng)過(guò)比較長(zhǎng)的時(shí)間才能將此消息傳送到所有路由器。

2.內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF

開放最短路徑優(yōu)先OSPF不受某一家廠商控制，而是公開發(fā)表的；使用最短路徑算法SPF。

OSPF具有以下特點(diǎn)：

向本自治系統(tǒng)中的所有路由器發(fā)送信息，這種方法是洪泛法。

發(fā)送的信息就是與相鄰路由器的鏈路狀態(tài)，鏈路狀態(tài)包括與哪些路由器相連以及鏈路的度量,

度量用費(fèi)用、距離、時(shí)延、帶寬等來(lái)表示。

只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，路由器力會(huì)發(fā)送信息。所有路由器都具有全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，

并且是一致的。相比RIP,OSPF的更新過(guò)程收斂的很快。

3.外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP

AS之間的路由選擇很困難，主要是互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模很大。并且各個(gè)AS內(nèi)部使用不同的路由

選擇協(xié)議，就無(wú)法準(zhǔn)確定義路徑的度顯。并且AS之間的路由選擇必須考慮有關(guān)的策略，

比如有些AS不愿意讓其它AS經(jīng)過(guò)。

BGP只能尋找一條比較好的路由，而不是最佳路由。它采用路徑向量路由選擇協(xié)議。

每個(gè)AS都必須配置BGP發(fā)言人，通過(guò)在兩個(gè)相鄰BGP發(fā)言人之間建立TCP連接來(lái)交

換路由信息。

網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP更有效地轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報(bào)和提高交付成功的機(jī)會(huì)。它封裝在1P數(shù)

據(jù)報(bào)中，但是不屬于高層協(xié)議。

ICMP報(bào)文分為差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文和詢問(wèn)報(bào)文。

分組網(wǎng)間探測(cè)PING是ICMP的一個(gè)重要應(yīng)用，主要用來(lái)測(cè)試兩臺(tái)主機(jī)之間的連通性。

P1NG的過(guò)程：

PING同一個(gè)網(wǎng)段的主機(jī)，查找目的主機(jī)的MAC地址，然后直接交付。如果無(wú)法查找到

MAC地址，就要進(jìn)行一次ARP請(qǐng)求。

PING不同網(wǎng)段的主機(jī)，就發(fā)送給網(wǎng)關(guān)讓其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。同樣要發(fā)送給網(wǎng)關(guān)也需要通過(guò)杳找網(wǎng)

關(guān)的MAC地址，根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

IP多播在一對(duì)多的通信中，多播不需要將分組復(fù):制多份，從而大大節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。

虛擬專用網(wǎng)VPN使用公用的互聯(lián)網(wǎng)作為本機(jī)構(gòu)各專用網(wǎng)之間的通信載體

一個(gè)機(jī)構(gòu)并不需要把所有的主機(jī)接入到外部的互聯(lián)網(wǎng)中，機(jī)構(gòu)內(nèi)的計(jì)算機(jī)可以使用僅在本機(jī)

構(gòu)有效的IP地址（專用地址）。有三個(gè)專用地址塊：~55

-55-55

專用指機(jī)構(gòu)內(nèi)的主機(jī)只與本機(jī)構(gòu)內(nèi)的其它主機(jī)通信；虛擬指它有經(jīng)過(guò)公用的互聯(lián)網(wǎng)。

第五章運(yùn)輸層*

網(wǎng)絡(luò)層只把分組發(fā)送到目的主機(jī)，但是真正通信的并不是主機(jī)而是主機(jī)中的進(jìn)程。

運(yùn)輸層提供了應(yīng)用進(jìn)程間的邏輯通信。運(yùn)輸層向高層用戶屏蔽了卜面網(wǎng)絡(luò)層的核心細(xì)節(jié)，使

應(yīng)用程序看見的好像在兩個(gè)運(yùn)輸層實(shí)體之間有一條端到端的邏輯通信信道。

UDP和TCP的特點(diǎn)

用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議UDP傳輸控制協(xié)議TCP

UDP是無(wú)連接的，盡最大可能交付，沒(méi)有擁塞控制，面向報(bào)文（對(duì)于應(yīng)用程序傳下來(lái)的報(bào)

文不合并也不拆分，只是添加UDP首部）。

TCP是面向連接的，提供可靠交付，有流量控制，擁塞控制，提供全雙工通信，面向字節(jié)

流（把應(yīng)用層傳下來(lái)的報(bào)文看成字節(jié)流，把字節(jié)流組織成大小不等的數(shù)據(jù)塊）

UDP首部格式首部字段只有8個(gè)字節(jié)，包括源端口、弓的端口、長(zhǎng)度、檢驗(yàn)和。12字節(jié)

的偽首部是為了計(jì)算檢驗(yàn)和而臨時(shí)添加的。

TCP首部格式

序號(hào)：用于對(duì)字節(jié)流進(jìn)行編號(hào)，例如序號(hào)為301,表示第一個(gè)字節(jié)的編號(hào)為301,如果攜

帶的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為100字節(jié)，那么下一個(gè)報(bào)文段的序號(hào)應(yīng)為401o

確認(rèn)號(hào)：期望收到的下一個(gè)報(bào)文段的序號(hào)。例如B正確收到A發(fā)送來(lái)的一個(gè)報(bào)文段，序

號(hào)為501,攜帶的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為200字節(jié)，因此B期望下一個(gè)報(bào)文段的序號(hào)為701,B發(fā)

送給A的確認(rèn)報(bào)文段中確認(rèn)號(hào)就為70k

數(shù)據(jù)偏移：指的是數(shù)據(jù)部分距離報(bào)文段起始處的偏移量，實(shí)際I：指的是首部的長(zhǎng)度。

確認(rèn)ACK：當(dāng)ACK=I時(shí)確認(rèn)號(hào)字段有效，否則無(wú)效。TCP規(guī)定，在連接建立后所育傳

送的報(bào)文段都必須把ACK置1。

同步SYN：在連接建立時(shí)用來(lái)同步序號(hào)。當(dāng)SYN=I,ACK=0時(shí)表示這是一個(gè)連接請(qǐng)求報(bào)

文段。若對(duì)方同意建立連接，則響應(yīng)報(bào)文中SYN=LACK=lo

終止FIN：用來(lái)釋放一個(gè)連接，當(dāng)FIN=I時(shí)，表示此報(bào)文段的發(fā)送方的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，

并要求釋放運(yùn)輸連接。

窗口：窗口值作為接收方讓發(fā)送方設(shè)置其發(fā)送窗口的依據(jù)。之所以要有這個(gè)限制，是因?yàn)?/p>

接收方的數(shù)據(jù)緩存空間是有限的。

TCP的三次握手假設(shè)A為客戶端，B為服務(wù)器端。

首先B處于LISTEN（監(jiān)聽）狀態(tài)，等待客戶的連接請(qǐng)求。

A向B發(fā)送連接請(qǐng)求報(bào)文段，SYN=1,ACK=0,選擇一個(gè)初始的序號(hào)X。

B收到連接請(qǐng)求報(bào)文段，如果同意建立連接，則向A發(fā)送連接確認(rèn)報(bào)文段，SYN=1,ACK=1,

確認(rèn)號(hào)為x+1,同時(shí)也選擇一個(gè)初始的序號(hào)y。

A收到B的連接確認(rèn)報(bào)文段后，還要向B發(fā)出確認(rèn)，確認(rèn)號(hào)為y+1,序號(hào)為x+lo

B收到A的確認(rèn)后，連接建立。

TCP滑動(dòng)窗口

窗口是緩存的一部分，用來(lái)暫時(shí)存放字節(jié)流。發(fā)送方和接收方各有一個(gè)窗口，接收方通過(guò)

TCP報(bào)文段中的窗口字段告訴發(fā)送方自己的窗口大小，發(fā)送方根據(jù)這個(gè)值和其它信息設(shè)置

自己的窗口大小。

接收窗口只會(huì)對(duì)窗口內(nèi)最后一個(gè)按序到達(dá)的字節(jié)進(jìn)行確認(rèn)

TCP可靠傳輸

TCP使用超時(shí)重傳來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠傳輸：如果一個(gè)已經(jīng)發(fā)送的報(bào)文段在超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到確

認(rèn)，那么就重傳這個(gè)報(bào)文段。

一個(gè)報(bào)文段從發(fā)送再到接收到確認(rèn)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間稱為往返時(shí)間RTT,加權(quán)平均往返時(shí)間

RTTs計(jì)算如下：

超時(shí)時(shí)間RTO應(yīng)該略大于RRTs,TCP使用的超時(shí)時(shí)間計(jì)算如下：

其中RTTd為偏差，它與新的RRT和RRTs有關(guān)。

TCP流量控制

流量控制是為了控制發(fā)送方發(fā)送速率，保證接收方來(lái)得及接收。

接收方發(fā)送的確認(rèn)報(bào)文中的窗口字段可以用來(lái)控制發(fā)送方窗口大小，從而影響發(fā)送方的發(fā)送

速率。例如將窗口字段設(shè)置為0,則發(fā)送方不能發(fā)送數(shù)據(jù)。

TCP擁塞控制

如果網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞，分組將會(huì)丟失，此時(shí)發(fā)送方會(huì)繼續(xù)重傳，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞程度更高。

因此當(dāng)出現(xiàn)擁塞時(shí)，應(yīng)當(dāng)控制發(fā)送方的速率。這一點(diǎn)和流量控制很像，但是出發(fā)點(diǎn)不同。流

量控制是為了讓接收方能來(lái)得及接受，而擁塞控制是為了降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度。

TCP主要通過(guò)四種算法來(lái)進(jìn)行擁塞控制：慢開始、擁塞避免、快重傳、快恢復(fù)。發(fā)送方需

要維護(hù)有一個(gè)叫做擁塞窗口(cwnd)的狀態(tài)變晟。注意擁塞窗口與發(fā)送方窗口的區(qū)別，擁

塞窗口只是一個(gè)狀態(tài)變量，實(shí)際決定發(fā)送方能發(fā)送多少數(shù)據(jù)的是發(fā)送方窗口。

為了便于討論，做如下假設(shè)：

接收方有足夠大的接收緩存，因此不會(huì)發(fā)生流量控制；

雖然TCP的窗口基于字節(jié)，但是這里設(shè)窗口的大小單位為報(bào)文段。

慢開始與擁塞避免

發(fā)送的最初執(zhí)行慢開始，令cwnd=l,發(fā)送方只能發(fā)送1個(gè)報(bào)文段；當(dāng)收到確認(rèn)后，將cwnd

加倍，因此之后發(fā)送方能常發(fā)送的報(bào)文段為：2、4、8...

注意到慢開始每個(gè)輪次都將cwnd加倍，這樣會(huì)讓cwnd增長(zhǎng)速度非?？?，從而使得發(fā)送

方發(fā)送的速度增長(zhǎng)速度過(guò)快，網(wǎng)絡(luò)擁塞的可能也就更高°設(shè)置一個(gè)慢開始門限ssthresh,當(dāng)

cwnd>=ssthresh時(shí),進(jìn)入擁塞避免，每個(gè)輪次只將cwnd加1。

如果出現(xiàn)了超時(shí)，則令ssthresh=cwnd/2,然后重新執(zhí)行慢開始。

快重傳與快恢復(fù)

在接收方，要求每次接收到報(bào)文段都應(yīng)該發(fā)送對(duì)已收到有序報(bào)文段的確認(rèn)，例如已經(jīng)接收到

Ml和M2,此時(shí)收到M4,應(yīng)當(dāng)發(fā)送對(duì)M2的確認(rèn)。

在發(fā)送方，如果收到三個(gè)重復(fù)確認(rèn)，那么可以確認(rèn)下一個(gè)報(bào)文段丟失，例如收到三個(gè)M2,

則M3丟失。此時(shí)執(zhí)行快重傳，立即重傳下一個(gè)報(bào)文段，

在這種情況下，只是丟失人別報(bào)文段，而不是網(wǎng)絡(luò)擁塞，因此執(zhí)行快恢復(fù)，令