UESTC计算机网络期末复习

计算机网络期末复习自己不知道或不牢固的知识点

第一章：概述

• 计算机网络：两台以上具有独立操作系统的计算机，通过某些介质链接成的相互共享软硬件资源的集合体。
• 两大功能：
  • 连通性
  • 共享
• 主机（host）=端系统（end system）
• 实体: 定义自身功能的硬/软件的集合
• 对等实体: 两台计算机上同一层所属的程序，进程或实体称为该层的对等程序、对等进程或对等实体。

第二章：应用层

• 研发网络应用程序的核心：写出能够运行在不同端系统并且通过网络彼此通信的程序。

• 套接字：应用程序编程接口API

• 应用需要的服务：

  • 可靠数据传输
  • 带宽和吞吐量
  • 定时
  • 安全

• 安全TCP：SSL库调用TCP服务接口，SSL提供安全套接字API，处于应用层

• 应用层协议：

  • HTTP
  • POP3
  • SMTP
  • IMAP
  • SSL
  • FTP
  • DNS

• HTTP是无状态协议 -> Cookie

• 条件get方法 - Web缓存使用

• why使用Web缓存：

  • 减少响应时间
  • 减少内部网络和接入链路上的通信量
  • 整体上大大降低因特网上的Web流量

• 电子邮件的三个部分：

  • 用户代理
  • 邮件服务器
  • SMTP和POP

• HTTP和SMTP的比较：

  • HTTP：拉协议，SMTP：推协议
  • HTTP将每个对象都封装在各自的HTTP响应消息中发送，SMTP将各个对象放在同一个邮件消息的多目部分发送。
  • 都有ASCII命令/应答交互，状态码

• POP3无状态 ， 保持和删除两种选择。IMAP有状态

• DNS提供的功能：

  • 主机名到IP的转换
  • 主机别名
  • 邮件服务器别名
  • 负载分配

• DNS攻击：

  • DDoS攻击
  • 重定向攻击：中间人攻击，DNS中毒攻击
  • 本机Host文件被篡改，DNS劫持，DNS污染

• CDN的提供服务的方法：

  • 深入：将CDN部署在众多的接入网络中，靠近用户。
  • 邀请做客：接入网关键位置（IXP），建造大集群，邀请ISP做客。

第三章：运输层

• 多路复用 / 多路分解：

• 如何工作：
  • ip数据报中有源ip和目的ip地址
  • UDP和TCP报文段中有源端口和目的端口地址。
• 无连接多路分解：

具有相同的目的ip地址和目的端口号的Ip数据报，指向相同的套接字。

• 面向连接的多路分解：

由于TCP中的信息更全，可以通过TCP中的信息去同时支持多个TCP套接字。（listen -> accept的这种形式，分解到不同的套接字）

• UDP不建立连接，不需要连接状态，没有拥塞控制。
• UDP 是面向报文的。发送方 UDP 对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付 IP 层。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。
• UDP：
  • 源端口
  • 目的端口
  • 长度
  • 校验和
• 伪首部：和UDP连接在一起，为了计算校验和。
• Rdt1.0：完全可靠信道上的可靠传输：
  • 简单的打包发送和接受拆包递交给上层
• Rdt2.0：具有bit错误的信道上的可靠传输：
  • 引入了NAKs和ACKs
  • 差错检测
  • 
  • 接收方收到判断，错的发Nak , 对的发Ack
  • 发送方发送完成之后等待接收方发送的结果，Nak就重发，Ack就发下一个了嗷！（停等协议）
  • 致命缺陷：
    • 接收方回复的Ack和Nak出错了，完全没办法处理嗷！！！
    • 万能解决方法：重发！！！（重发之后又会出问题啊，同一个包你不可能给两次啊！！！）
    • 解决方法：加个序号，接收方判断
• Rdt2.1：发送方处理混乱的Ack/Naks：
  • 
  • 
  • 注意：
    • 两个序号就可以满足了嗷！！！
    • 必须检查是否收到了混淆的ACK / NAK
    • 状态加倍，记住当前是0号还是1号
    • 接收方检查是否收到重复的分组（序号）
    • 接收方不知道上一个NAK / ACK是否被发送方收到
• Rdt2.2：不要NAK的协议：
  • 
• Rdt3.0：具有出错和丢失的信道：
  • 倒计时定时器（触发之后重发），解决了丢包的解决措施。
  • 
  • 也是停等，效率太低了！！！引入了流水线技术。
• GBN：累积确认！接收方如果接受到失序分组就会扔掉，反正发送方会重发的！！！如果收到失序分组，接收方会一直ACK上一个收到的序号：
  • 发送方需要维护一个窗口，接收方不需要维护窗口嗷！！！！

• SR：
  • 接收方可以缓冲报文，最后按序交给上层。发送者只重发没有收到确认的分组。
  • 发送方和接收方都需要维护窗口嗷！（每个没有确认的报文都要有一个定时器嗷！！！）
  • 
  • 窗口移动到下一个未被确认的序号交付给上层之后，就可以移动窗口往后到未交付的序号，不过在这之前的报文也要接受并回复Ack嗷！！！
  • 
  • 窗口小于或等于序号空间大小的一半
• TCP：
  • 
  • 
  • 累积ACK，ACK中表示的是期望从另外一边收到的下一个字节的序号。
  • 失序的数据段如何处理是交给编程人员来实现的嗷！！！（可以丢弃，也可以SR）
  • RTT估计：指数加权移动平均
  • 
  • 
  • 超时时间间隔 = 估计的RTT + 安全余量（变化剧烈程度）
  • 
  • TCP可靠数据传输：
    • 流水线技术处理报文段
    • 累积确认
    • TCP使用单个重发定时器
    • 触发重发：
      • 累积确认
      • 超时事件
  • 重发场景：
    • 丢失ACK
    • 过早的超时设置
    • 累积ACK的情况（ACK是索要的下一个序号的报文的序号，我发了多个ACK，肯定是从前往后的，离我最近缺啥我就要啥。所以假如我要了前面的又要了后面的，那么我前面的一定收到了呀！！！）
  • 和上面的SN的一个本质区别，就是TCP的ACK表示“索要的意思”，SN中的ACK表示“收到”的意思。
  • 三个额外的ACK启动快速重传（总共对于一个报文的四个ACK）
• TCP拥塞控制：
  • 慢启动：CongWin = 1 MSS，以2的指数方式增加速率，达到ssthresh或者丢包事件发生。
  • 
  • 加性增，乘性减
  • 

第四章：网络层

• 主要功能：

  • 转发
  • 路由

• 数据报 - 无连接 ， 虚电路 - 链接

• 路由器在数据报网络中不需要维护端到端的连接状态，就没连接这个概念

• 最长前缀匹配

• 输入端口功能：

  • 物理层：比特接收
  • 数据链路层：解封装进行分析
  • 分布式交换：完成输入端口处理，排队

• 交换结构：

  • 内存
  • 总线
  • 纵横式

• 线头阻塞（Head-of-the-Line (HOL) blocking）: 在队列前面的被阻塞的数据报会阻止队列中的其他数据报被转发。

• 头有多长？TCP/IP：

  • TCP有20个字节，IP有20个字节，加起来40个字节。承载量为1500个字节，减去40个字节，有效报文长度最多1460
  • 
  • 
  • 思考：如果是UDP呢？

  

• IP分片：A , B , C类地址和特殊的IP地址段

• 子网划分：

  • 

• CIDR：

  • 无非类域间路由
  • 层次寻址 - 路由聚合
  • 
  • 
  • 这里有个问题，为啥分类ip不行呢？？？

• DHCP：

  • 应用层协议
  • 被动打开UDP端口67，等待报文
  • 客户从68发送DHCP发送报文
  • 更新租用期时间：0.5T和0.875T，租期过了一半，就要请求报文DHCPREQUEST来更新租用期。DHCP不同意的话，必须重新申请嗷！！！
  • DHCP还可以分配：
    • 网关地址
    • IP地址或域名
    • 子网掩码（相当于把子网信息都告诉主机了）

• NAT：

  • 增加了安全性嗷！
  • 替换每个外出分组的源IP和端口号为NAT的IP地址和新端口号，NAT转换表中要进行记录

• ICMP(Internet Control Message Protocol)：

  • 用于差错报告，请求/应答
  • ICMP同属于网络层
  • 位于IP之上，ICMP消息是装载在IP分组里的

• IPv6：

  • IPv6的首部40个字节，不允许分片嗷！！！IPv6地址128个比特，还是按照8个，8个来划分的，共16个（8个比特）。按16个来划分，就8个（8421，然后一组四个十六进制数）
  • 零压缩表示法
  • 不同：没有校验和，选项允许但是不是首部的一部分，增加消息提示。
  • 过渡：双栈 ， 隧道

• 路由和选路：

  • 路由决定了端到端的路径

  • 算法分类：

    • 全局路由算法（LS 链路状态路由算法）
    • 分布式路由算法（DV 距离向量路由算法）

  • LS：

    • Dijkstra最低费用路径算法：

      • 链路状态广播
      • 迭代

    • 

    • 

    • 

    • 上面这个自己做一遍嗷！！！

    • 

    • 上面这个东西是用来合并同类项的嗷！！！

    • 可能产生振荡

  • DV：

    • 分布式算法，从邻居获得信息，无更多信息交换就停止嗷，自行停止。
    • 
    • 
    • 多次重复从邻居接收更新距离向量
    • 好消息迅速传播，坏消息传播很慢。

    

    • 毒性逆转！！！

  • 例题：

  

  

  

  

• 域内选路：

  • AS（自治系统），一个AS中运行相同的路由协议。网关路由器，和去其他自治系统内的路由器直接相连的路由器。
  • 域内路由选择：
    • RIP：
      • 距离向量算法
      • 距离衡量：跳数
      • 每30秒，响应报文在邻居间交换距离向量
    • OSPF：
      • 链路状态算法
      • Router广播OSPF通告，通告里为每个邻居路由器设置一个表项。通告会散布到整个自治系统。（洪泛）
      • 防止恶意入侵，允许多个相同开销的链路。
  • 层次OSPF：
    • 本地区域，主干区域。只在区域内发送链路状态通告。
    • 每个节点有详细的区域拓扑。
    • 主干路由器：限于主干区域内运行OSPF路由协议。

• 域间选路（BGP）：

  • BGP：
    • 为每个AS提供了一种手段
    • 相邻AS获取子网可达信息
    • 允许子网通告它的存在
    • 获取子网可达信息，并且在所有路由器传播这些可达性信息。
  • 热土豆选路：
    • 自私的
    • 送到最近的一个路由器中
  • BGP补充：
    • 通告前缀的时候，包含了BGP属性
    • 前缀 + 属性 = 路由
    • 两个重要属性：
      • AS-PATH：包含了的前缀的通告已经通告过的那些AS
      • NEXT-HP：指出到达下一个AS的具体AS间边界路由器。
    • 选择方式：
      • 本地偏好值
      • 最短AS-PATH的路由
      • NEXT-HOP热土豆路由
      • 其他标准
    • 报文交换使用TCP
    • BGP的特点是BGP是一种AS的外部路由协议，主要负责本自治区域和其他自治区域的可达信息交换。
    • 性能：
      • AS内集中在性能上
      • AS间集中在策略上，策略可能比性能更加重要

• SDN：

  • 应用软件可以参与对于网络的控制管理，满足上层业务需求，自动化业务部署，简化网络运维。
  • 应用方向：
    • 数据中心
    • 广域网
    • 无线，安全等
  • SDN就类似于网络操作系统
  • 数据平面和控制平面分离
  • 控制平面位于数据平面交换机的外部，可编程网络。
  • 组件：
    • 网络控制应用的接口层
    • 负责维护网络状态一致视图的状态管理层
    • 通信层
  • OpenFlow 交换机基于流进行转发。同时，传统的控制层面从转发设备中剥离出来，“迁移”到集中控制器上

第五章：链路层

• 链路层概述：

  • 节点
  • 链路
  • 数据帧

• 封装成帧，链路接入。（数据报增加了头部和尾部的信息），数据帧头部使用MAC地址来标识源目的MAC地址

• 链路层提供的服务：

  • 流量控制
  • 差错检查
  • 错误纠正
  • 半双工与全双工

• 链路层是在网卡上实现的（网络适配器）

• 差错检测和纠错技术：

  • 差错检测并非100%可靠

  • 三种技术：

    • 奇偶校验：

      • 使得数据中为1的个数为奇数/偶数，总共传输d+1位。
      • 可以查出任意奇数个错误，但是不能发现偶数个错误。

    • 二维奇偶校验：

      • 可以检测并且纠正单个比特错误
      • 可以检测出来但是不能纠正任意两个比特的错误。
      • Internet校验和特点：
        • 开销小
        • 检测能力弱
        • 适用于运输层
        • 使用专用的软件实现

    • CRC（循环冗余检测）：

      • 多项式编码，确定生成多项式，最高位为1
      • 例子：

      

      

      

      • 能够检查小于r+1为的任何错误，任何奇数个错误。

• 广播链路的信道共享技术：

  • 多路访问协议（多址访问协议）

• 三类类型：

  • 信道划分协议：

    • TDMA , FDMA , CDMA

  • 随机访问协议：

    • ALOHA：

      • 纯ALOHA:

      

      

      • 时隙ALOHA:
        

  • 轮流协议

• CSMA：

  • 发前监听

• CSMA/CD：

  • 载波监听 + 冲突检测

• 二进制指数回退：

  • {0,1,2,….${2^{n-1}}$}中随机选择一个k值，并且和10取较小的值，以此来回退！！！

• 轮流协议：

  • 轮询协议
  • 令牌传递协议

• LAN：

  • 拓扑结构：
    • 星型结构
    • 总线结构
    • 环型结构
    • 树型结构
    • 网状结构

• 局域网体系结构：

  • 逻辑链路控制子层
  • 介质访问控制子层
  • 物理层

• 链路层寻址和ARP

  • 网络层地址：IP地址
  • 链路层地址：MAC地址

• MAC长度为6个字节（48个比特），是永久的。

• 局域网地址：

  • IEEE负责前三个字节，后面三个字节厂家分配。
  • 平面结构：MAC地址（不变），层次结构：IP地址（会改变）

• 节点标识方式：

  • 应用层的主机名（域名）
  • 网络层的IP地址
  • 链路层的MAC地址

• 地址转换：

  • 主机名 -> IP地址 -> MAC地址
  • DNS：主机名 -> IP
  • ARP地址解析协议：IP -> MAC

• ARP只为在同一个LAN上的节点解析IP地址，不同的LAN都有ARP！！！

• ARP表：<IP address ; MAC address ; TTL>

• ARP已经比较熟练了，这里不写了，去看慕课上的题目，慕课上的那个题目我觉得出的很不错嗷！！！

• MAC子层主要功能：

  • 数据封装：
    • 帧同步，帧定界
    • 地址确定
    • 错误检测机制
  • 媒体访问管理：
    • 媒体分配（避免冲突）
    • 冲突解决（冲突处理）

• 帧结构：

• 数据字长为46到1500字节

• 链路层交换机：

  • 即插即用和自学习，交换机不需要手工配置。
  • 支持多节点同时传输。

• 交换机的交换方式：

  • 存储转发（差错检测，转发时延较大）
  • 快速分组（又称直通交换，没有差错检测，转发时延较小）

• 三层交换机：

  • 二层交换机 + 路由器
  • 一次路由，多次交换

• 路由器 vs 交换机：

  • 路由器：网络层设备
  • 交换机：链路层设备
  • 两者都有转发表嗷！！！
  • 路由器：路由学习算法计算转发表，ip地址转发
  • 交换机：洪泛，自学习来学习转发表，MAC地址转发

• VLAN

第六章：套接字编程

• 字节：运输和存储信息的最小单位。各种数据类型都是由字节构成的。

• 主机字节序：不同类型的及其处理数据的时候，会按照特定的字节排序顺序读取存储器。

• 字节序：

  • 大端：高位数据放在低地址，低位数据放在高地址
  • 小端：高位数据放在高地址，低位数据放在低地址
  • 小端唯唯诺诺，大端重拳出击！！！

• 字节序变换函数：

  • htons
  • ntohs
  • htonl
  • ntohl

• 对齐：结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，编译器会填充字节。

• POSIX：Portable Operating System Interface of UNIX

• 系统调用：操作系统内核提供的一系列具备预定功能的多内核函数。

• TCP/IP：

  • 需要指明端口号和IP地址
  • 协议族：PF_INET
  • 地址组：AF_INET

• 套接字类型：

  • SOCKET_DGRAM：UDP，双向不可靠数据报文
  • SOCKET_STREAM：TCP，双向可靠数据流
  • SOCKET_RAW：低于传输层的低级协议或物理网络提供的套接字类型，可以访问内部网络接口。

• 

• 地址转换函数（IPv4）：

  • inet_aton(const char *cp , struct in_addr *inp)
  • char *inet_ntoa(struct in_addr in)

• IPv4和IPv6都能处理：

  • int inet_pton(int family , const char *src , void *dst)
  • const char *inet_ntop(int family , const void *src , char *dst , size_t cnt)

• 

• 核心函数：

  • int socket(int family , int type , int protocol);
  • int bind(int sockfd , const struct sockaddr *myaddr , socklen_t addrlen);
    • Client必须直到Server的地址，因此Server要显示bind（这个bind是人为确认）
    • 客户端可以不bind , 系统会自动bind（这个bind由系统进行，不必明确嗷！！！）
  • INADDR_ANY(0)与多接口：
    • 
  • int listen(int sockfd , int backlog);
    • 
    • backlog控制以完成连接的队列长度
  • int accept(int sockfd , (struct sockaddr *)&client_addr , socklen_t *addrlen);
  • int connect(int sockfd , const struct sockaddr servaddr , socklen_t addrlen);
  • 注意上面的accept和connect哈，那个addrlen，一个是指针，一个是数字。
  • int send(int sockfd , const void * data , int data_len , unsigned int flags);（TCP发送数据）
  • int sendto(int sockfd , const void * data , int data_len , unsigned int flags , struct sockaddr *remaddr , int remaddr_len);（UDP发送数据）
  • int recv(int sockfd , void *buf , int buf_len , unsigned int flags);（TCP接收数据）
  • int sendto(int sockfd , void *buf , int buf_len , unsigned int flags , struct sockaddr *from , int fromlen);（UDP接收数据）
  • int close(int sockfd);

• 特别注意：connect失效后，不能再次调用connect进行连接，必须close() , socket() , connect()重连。

• 代码模块儿：

  • 服务端：

    • socket套接字创建：

    int listenfd , connfd;
    socklen_t clilen;
    struct sockaddr_in cliaddr;
    struct sockaddr_in servaddr;
    
    listenfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    • bind模块儿：

    struct sockaddr_in addr;
    
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    addr.sin_port = htons(port);
    
    if(bind(fd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr)) == -1){
        /*错误处理*/
    };

    • 整体代码：

    int listenfd , connfd;
    socklen_t clilen ;
    struct sockeraddr_in cliaddr,servaddr;
    int port = 1234;
    
    listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(port);
    
    //如果这里是要求输入的话
    //servaddr.sin_port = htons(atoi(port));
    
    bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));
    
    listen(listenfd,BACKLOG);
    
    connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr *)&cliaddr,&clilen);

  • I/O模型以及复用设计：

  • I/O模型：

    • 同步：
      • 阻塞
        • 例如recvfrom()，有数据到来才会返回
      • 非阻塞：
        • 让出CPU
      • 多路复用：
        • 避免PCU空转，使用poll / epoll代理，同时观察许多流的I/O时间。空闲阻塞，当有I/O时间，就从阻塞态中醒来。
      • 信号驱动：
        • 注册信号，当有信号到来的时候调用信号回调函数处理
    • 异步：
      • 异步
        • 异步IO则在数据复制完成的时候才发送信号通知注册的信号处理函数。
      • 行李自己下来搬和行李直接送到你家门口的区别嗷！！！