计算机网络期中复习笔记（自用）

复习大纲

--第一章概述

计算机网络的组成

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##### 网络边缘：主机和网络应用程序（又称为"端系统"）

* 端系统中运行的程序之间的通信方式可划分为两大类：

  * 客户/服务器方式（C/S方式）

    ![image-20250417233955379](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/92124a2e5f324b17c4942231b61e250e.png)
  * 对等方式（P2P方式）

    ![image-20250417234012018](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/3665e13f17dce12cf7923cad3722ecdf.png)
* 网络接入方式（P22\~P34）

  ![image-20250417234403139](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/6b5a8f2c4c4f35ff6f1d09526caaa75e.png)

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##### 网络核心：路由器互连、网络的网络

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  ###### 电路交换（分为建立连接、通信、释放连接三个阶段）

*

  ###### 报文交换（PPT中没写，但是王道课程里面有）

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  ###### 分组交换（数据首先分成多个分组，每个分组单独传送）

* ![image-20250417234959673](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/fcc25b476815d5328bad101a5ca9f486.png)**（这里会给出时延数据、报文长度、传输速率、请求处理时间等要求计算传播时长)**

网络性能的指标（P71）

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##### 带宽

* **速率：连接到网络上的节点在信道上传输数据的速率，也称数据率或比特率、数据传输速率，单位bit/s，b/s或bps**
* **信道：表示向某一方向传送信息的通道，信道≠通信线路，一条通信线路在逻辑上对应一条发送信道和接收信道**
* **带宽指某信道所能传送的最高数据率，单位：bit/s，b/s或bps**

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##### 时延（P76\~P79）

* **指数据从网络或链路的一段传送到另一端所需的时间。**
* **总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延**

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##### 吞吐量：指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量

协议和分层体系结构

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##### 服务、协议

* **协议是通信实体之间通信所必须遵守的规则，其三要素为语法、语义、同步**
* **服务是下层为紧邻的上层提供的功能调用**

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##### OSI参考模型（"物联网叔会使用"）、TCP/IP模型

--第二章应用层

网络应用概述

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##### 应用层协议的特点：没有通用的协议，每个应用都有专门的协议

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##### C/S、P2P、C/S和P2P混合结构（P11\~P22）

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##### P2P怎么查找资源？

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  ###### 集中式查找：混合P2P

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  ###### 洪泛式查找：每个peer都将查询请求转发给相邻的全部Peer

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  ###### 分层叠加网查找

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##### 进程通信

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  ###### P2P应用既运行client进程也运行是server进程

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  ###### 不同主机间通信的接口：Sockets

*

  ###### 进程标识：主机IP地址+进程端口号

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##### 传输服务

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  ###### 衡量指标：可靠性、实时性、吞吐量、安全性

  ![image-20250418192156596](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/bc5a0bc24f557076d20dd770cc07f358.png)
*

  ###### TCP服务与UDP服务

  ![外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传](https://img-home.csdnimg.cn/images/20230724024159.png)

DNS(一般使用UDP，服务端口号为53)

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###### DNS的功能和名字空间

![image-20250418192416976](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/6beb9d0b30f7249f2caaffade5f02dc4.png)

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###### DNS服务器分为根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器、本地域名服务器（P41\~43）

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###### 迭代查询与递归查询（简单理解一下就是迭代查询是BFS，递归查询是DFS）

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###### DNS资源记录

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  ###### RR格式：(name,TTL,class,type,value)

  * Type：
    * A:地址资源记录 name：主机域名 value：IP地址
    * NS：权威DNS服务器资源记录 name:域 value:此域的权威DNS服务器的域名
    * CNAME：标准名称资源记录 name:域名（别名） value:规范名
    * MX：邮件服务器资源记录 name:域 value:此域的邮件服务器的规范名字
  * 查询资源记录的命令：`nslookup`

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###### DNS的消息格式：DNS包含请求(query)和应答(reply)两个消息，其消息格式相同

![image-20250418212925512](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/7e44b2d4083e85a8542c7e3e25e4e6f9.png)

WWW应用和HTTP

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##### WWW的体系结构

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  ###### 以C/S模式工作

*

  ###### 使用URL标识分布在整个因特网上的页面

  * 编址格式：协议名://主机:端口号/文件路径及文件名
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  ###### 使用HTTP协议实现通过www上的各种链接获取信息

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  ###### 使用HTML标记语言显示页面并标识超链接

*

  ###### WWW应用客户：

  * 浏览器
  * web服务器

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##### 网页类型

* 静态网页

  ![image-20250418213754368](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/ffac43f1e21538983b1061283e6f9169.png)
* 动态网页：如CGI脚本

  ![image-20250418213804894](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/ec8281293381d6d37f7623a96a1285e4.png)
* 活跃网页：例如Java Applet

  ![image-20250418213817858](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/bd9373b4be8b9e4ab8bfeb8649eb5d40.png)

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##### HTTP：操作过程、消息格式

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  ###### 概述

  * 采用C/S模型
  * 传输层采用TCP
  * 无状态协议：服务器端不保存以前的访问记录，对于每个请求都是单独处理
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  ###### HTTP操作过程（P69)

  ![image-20250418214031605](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/7850498298e4f9f2ee534337b10a5a92.png)

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##### 持久连接与非持久连接

* 非持久连接：每次传输对象都要重新建立TCP连接，响应时间为2×RRT+文件传输时间（HTTP1.0）

  * 采用非流水线机制
* 持久连接：一个TCP连接可以传输多个对象（HTTP1.1）

  * 流水线机制：Client可以连续发出多个请求，而不必等待前一个请求的响应完成

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##### Cookies和Proxy

* HTTP有两类消息：请求(request),响应(response)

  * 消息格式：ASCII

  * 请求消息的格式：

    ![image-20250418214634781](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/b97fd57c0b7a1a024422cb22aa4909df.png)
  * HTTP方法

    ![image-20250418214709591](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/45b9a7b9c8473429b2b0b33ad296a1de.png)
  * HTTP响应消息的格式

    ![image-20250418214734408](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/454c46f693d09e75ac78827d6b9a037a.png)
  * 状态码

    ![image-20250418214800663](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/fe2fa03453723aedc249fe39249c692f.png)
*

  ###### Cookie：Web服务器对于访问用户的标识信息，可用于识别用户、记录用户信息和访问情况（用于保持访问应用）

  * 在HTTP响应中包含一行set-cookie头信息

  * 在HTTP请求中包含一行cookie头信息

  * Client主机中保存一个cookie文件，由浏览器管理

  * Server端的后台数据库

  * 应用包括：身份认证、购物车、个性化推荐信息、用户会话状态等

  * ![image-20250418215234524](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/7dab2158588e5b84591cf44f243aebae.png)

*

  ###### 代理服务器（Proxy Server）：目的用于减轻Web服务器的负担，加快访问速度

  * ![image-20250418215345766](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/520726648606597f4c132be25c839c8f.png)
*

  ###### 浏览器Caching：浏览器缓存访问过的网页，进一步减少网络负载

  * 缓存更新：条件GET（P87）

Email应用

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##### 电子邮件系统的构成：用户代理(UA)、邮件服务器(mail servers)、邮件传输协议:SMTP、邮件访问协议:IMAP，POP3

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  ###### 邮件服务器采用C/S模式

* ![image-20250418220018573](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/d00c39c53c7c26cf4f5dbc16e9dc6483.png)

* ![image-20250418215957482](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/92a7c85dfb576fd193bad6dba6bdb782.png)

*

  ###### SMTP采用C/S模式，传输层协议使用TCP，server端口号为25

  * 直接传输：邮件直接从发信人的服务器传输到收信人的服务器，而不从中间服务器转发
  * 命令/响应方式交互
  * ![image-20250418220350568](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/2d71892254c506f92e2940a0911145a1.png)
*

  ###### 邮件访问协议：POP3(端口号：110)和IMAP(端口号：143)

  * ![image-20250418220550692](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/8937b3fb74a31a775aa2f7de9448810e.png)
  * ![image-20250418220611547](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/8972fab5f2d1e79e54b0e3d947075b78.png)
*

  ###### 邮件格式：多媒体扩展

  * SMTP不能传送可执行文件或其他的二进制对象，限于传送7为ASCII码，会拒接超过一定长度的邮件
  * 通过因特网邮件扩充(MIME)
  * ![image-20250418220821724](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/6d84e24fff44b0535978903b9cc04cec.png)
  * ![image-20250418220846376](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/8797eca14a0a1a5ee0f48a4aae3868c8.png)

FTP:文件传输协议

用于和远程主机之间上传/下载文件
C/S模式
传输协议使用TCP
FTP两个连接
- 控制连接
  - FTP client 与 FTP server（端口21）建立控制连接
  - 进行身份验证
  - 传输命令和响应
  - 持久连接：在访问期间，控制连接一直存在
- 数据连接
  - 需要传输数据时建立数据连接
  - 数据传输结束后，连接关闭

远程登录协议：Telent

远程登录：从一台计算机通过网络登录到远程另一台计算机上进行操作
Telent特性：
- C/S模型
- 基于TCP，server端口号：23
- 通用、双向、基于8位字符的通信协议
NVT：网络仿真终端
- 标准的数据格式
- 实现异构设备的互联

--第三章传输层：实现端到端的可靠通信

传输层的功能及服务

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##### 进程-进程的逻辑通信

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##### 复用与解复用

* 多路复用：多个应用进程的消息在同一个网络接口上传输
* 进程标识：16位端口号
* 复用：源端传输层在应用层消息之前加上源端口号和目的端口号
* 解复用：目的端传输层根据端口号确定目的进程

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##### 端口号

* 熟知端口（常用端口）
  * 服务器进程使用
  * 开放、固定值
  * 值一般是0\~1023
* 短暂端口
  * 客户进程使用
  * 由操作系统分配，值不固定
  * 值一般是49152\~65535

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##### 两种服务：TCP与UDP

* TCP：可靠、按顺序交付
  * 建立连接
  * 流量控制
  * 拥塞控制
* UDP：不可靠、无序交付

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##### 传输层不提供时延保障和带宽保障

可靠数据传输的原理

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##### 提供可靠传输服务的层次：传输层和数据链路层

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##### 可靠传输代表：数据不会丢失、重复、失序（P18\~P50）

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##### ![image-20250419190749175](https://i-blog.csdnimg.cn/img_convert/23a760696ce2968bcf41cc4f14bfd168.png)

无连接传输协议：UDP

简单高效的传输层协议
提供"尽力而为"的服务
- UDP数据报可能丢失
- 接受的顺序可能与发送顺序不一致
无连接协议
- 在发送数据之前，发送端和接收端没有握手
- 每个UDP数据报都是独立的，与其他的数据报无关
相比IP：增强了多路复用/多路分解
数据格式
伪报头：只用于校验和的计算，不发送

面向连接的传输协议：TCP

面向连接、全双工数据传输、端到端传输
连接管理：三次握手建立连接，四步释放连接
动态滑动窗口：发送窗口不超过对端通知的接收窗口值
采用ARQ协议，流水线方式工作，流量控制，拥塞控制，可靠、按序的字节流传输
TCP不能保证上层消息的边界
TCP的报文段
- 发送序号与接收序号
- 控制字段
可靠数据传输：序号管理
流量控制：防止发送方发送过快导致接收方缓存溢出造成数据丢失
- 基本方法：接收方反馈，限制发送方的发送数据量
RTT估值=α×RTT估值的历史值+（1-α）×RTT的测量值
传输效率问题：
- Nagle算法：一次尽量发送较大的数据量
- Clark算法：只有在较大缓存时，才发送窗口更新通知

拥塞控制的主要原理

拥塞即网络边缘主机发送到网络中的负载超出了网络的承载能力
特征包括：时延增大（数据包在缓存中排队）、数据包丢失（路由器缓存溢出）
拥塞控制是全局问题，涉及全网所有的路由器和主机
- 流量控制是局部问题，仅限于发送方和接收方之间
拥塞控制
- 开环方法
- 闭环方法
- TCP拥塞控制方法
  - 细节发送端限制发送速率，发送速率近似为cwnd/RTT 字节/秒
  - cwnd动态变化，取决于网络拥塞情况
  - 发送端感知拥塞
    - 当定时器超时或收到3个重复ACK时，即认为有数据丢失
    - 发送端随即降低发送速率（降低cwnd）
  - 三个机制：慢启动、AIMD、根据拥塞情况调整策略
- 慢启动：启动速率很低，按照指数级增加发送速率直至发现数据丢失（或者达到预先设定的阈值）
- 拥塞窗口达到阈值后，进入拥塞避免（CA）阶段
- 出现数据丢失的情况：MD
- 快速重传机制