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计算机网络（第8版）
第一章、概述
一、计算机网络在信息时代的作用：
二、互联网概述：
三、互联网的组成：
四、计算机网络的类别：
五、计算机网络的性能：
六、计算机网络的体系结构
第二章、物理层
一、物理层的基本概念：
二、数据通信的基础知识
三、物理层下面的传输媒体
四、信道复用技术
第三章、数据链路层
一、数据链路层的几个共同的问题：
二、点对点协议PPP
三、使用广播信道的数据链路层：
四、扩展的以太网
第四章、网络层
一、网络层的几个重要概念
二、网际协议IP
三、IP层转发分组过程：
四、网际控制报文协议ICMP
五、IPV6
六、互联网的路由选择协议
第五章、运输层
一、运输层协议概述
二、用户数据报协议UDP
三、传输控制协议TCP概述
四、可靠传输的工作原理
五、TCP可靠传输的实现：
六、TCP的拥塞控制
第六章、应用层
一、域名系统DNS
二、 文件传送协议：
三、远程终端协议TELNET
四、万维网WWW
五、电子邮件
六、动态主机配置协议DHCP
计算机网络（第8版） 第一章、概述 一、计算机网络在信息时代的作用：1、三大类网络：
电信网络、有线电视网络、计算机网络。（其中，计算机网络发展最快，起到了核心作用。）
2、Internet译名：
因特网、互联网
3、互连网：
对于仅在局部范围互连起来的计算机网络。
4、互联网的两大重要基本特点：
连通性：互联网使上网用户之间不管相距多远，都可以便捷经济的交换各种信息
共享：资源共享。信息共享、软件共享、硬件共享。
二、互联网概述：1、计算机网络：
是由若干节点和连接这些节点的链路组成。网络中的节点可以是计算机、集线器、交换机或者是路由器。
2、互连网：
由多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成一个覆盖范围更大的计算机网络。互连网是网络中的网络。
3、网络：
网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。
4、internet和Internet区别：
internet（互连网）：是一个通用名次，泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。
Internet（互联网）：是一个专用名词，指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定的互连网，它是由TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。
5、ISP：互联网服务提供者（互联网服务提供商）：中国电信、中国移动、中国联通
ISP分类：主干ISP、地区ISP、本地ISP
6、互联网交换点IXP主要作用：
允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要在通过第三个网络来转发分组。
三、互联网的组成：1、互联网可以分为两大类：
边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。
2、计算机之间通信：
主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。
3、在网络边缘的端系统之间的通信方式可以分为两大类：
客户-服务器方式（C/S方式）
客户是服务请求方，服务器是服务提供方
客户程序：
（1）被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
（2）不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统
服务器程序：
（1）是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个原地或本地客户的请求。
（2）系统启动后即一直不断的运行着，被动地等待并接收来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。
（3）一班需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。
对等连接方式（P2P方式）
对等连接：不区分服务方和请求方，既能提供服务，也能请求服务。
4、互联网的核心部分：
在网络核心部分起特殊作用的是路由器。
路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组。这是网络核心部分最重要的功能。
5、分组交换采用存储转发技术。
报文：一个报文划分为几个分组后再进行传送。通常我们把要发送的整块数据称为一个报文。
分组（或者称为包）：在每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部。分组的首部也可以称为包头。
6、在讨论互联网的核心部分是，往往把单个的网络简化成一条链路。而路由器称为核心部分的节点。
7、分组交换的优点：
高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路逐段占用。
灵活：为每一个分组独立的选择最合适的转发路由
迅速：以分组作为传送单位，不先建立连接就能向其他主机发送分组。
可靠：保证可靠性的网络协议：分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。
8、分组交换的问题：
时延：分组在各路由器存储转发时需要排队。
不保证带宽
开销：各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销。
9、电报通信采用了基于存储转发原理的报文交换。
10、三种交换方式在数据传送阶段的主要特点：
电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。
报文交换：整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。
分组交换：单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻节点，存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。
四、计算机网络的类别：1、按照网络的作用范围分类：
广域网WAN：作用范围通常为几十到几千公里，因而有时也称为远程网。广域网是互联网的核心部分。
城域网MAN：作用范围一般是一个城市，可以跨越几个街区甚至整个城市。其作用距离约为5-50km。
局域网LAN：作用范围很小，一般在1km左右。
个人区域网PAN：就是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络，范围很小，一般在10m左右。
2、按照网络的使用者分类：
公用网
专用网
3、用来把用户接入到互联网的网络：
接入网AN（本地接入网或居民接入网）：实际上是本地ISP所拥有的网络，它既不是互联网的核心部分，也不是互联网的边缘部分。
五、计算机网络的性能：1、性能指标：
速率：一般指的是数据传送速率，又称为数据率或者比特率。单位bit/s
带宽：本来指某个信号具有的频带宽度（这种意义的带宽单位为赫兹（千赫、兆赫、吉赫）），在计算机网络中用来表示网络中某通道传送数据的能力（这种意义的带宽戴维是bit/s）。
吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量
时延：指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。有时也称为延迟或迟延
发送时延：是主机或路由器发送数据帧所需要的时间
传播时延：是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定时间进行处理
排队时延：分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。
$$ 总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延 $$
时延带宽积：
$$ 时延带宽积 = 传播时延 * 带宽 $$
往返时间RTT
利用率：
信道利用率：某信道百分之几的时间是被利用的
网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值
2、非性能特征：
费用
质量
标准化
可靠性
可扩展性和可升级性
易于管理和维护
六、计算机网络的体系结构1、网络协议的三个要素：
语法、语义、同步
2、五层协议的体系结构：
物理层->数据链路层->网络层->运输层->应用层
应用层：是最高层。
任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
定义的是应用进程间通信和交互的规则。
应用层协议：DNS域名系统、支持万维网的HTTP协议、支持电子邮件的SMTP协议
运输层：向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务
两种协议：传输控制协议TCP协议、用户数据报协议UDP
网络层：为分组交换网上的不同主机提供通信服务
数据链路层：
物理层：
第二章、物理层 一、物理层的基本概念：1、物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性：
机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压和范围
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义
过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
二、数据通信的基础知识1、一个通信系统可以分为三大部分：
源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）
2、通信的目的是传送消息。
话音、文字、图像、视频等都是消息。
数据是运送消息的实体。
信号则是数据的电气或电磁表现
模拟信号（连续信号）
数字信号（离散信号）：代表不同离散数值的基本波形就称为码元
3、信道：
一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体
一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
三种基本方式：
单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信。
无线电广播、有线电广播、电视广播
双向交替通信（半双工通信）：通信双方都可以发送信息、但不能双方同时发生（当然不能同时接收）
双向同时通信（全双工通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息。
4、调制：
基带调制：仅仅对基带信号的波形进行交换，使他能够与信道特性相适应。
这种基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号，把这种过程称为编码。
带通调制：使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号，而使用载波的调制称为带通调制。
5、常用的编码方式：
不归零制：正点平代表1，负电平代表0
归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0
曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1.也可以反过来定义。
差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1.
6、基本的带通调制方法：
调幅（AM）：载波的振幅随基带数字信号而变化。
调频（FM）：载波的频率随基带数字信号而变化。
调相（PM）：载波的初始相位随基带数字信号而变化。
7、码间串扰：
在接收端收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限。
8、奈氏准则：
在带宽为 W (Hz) 的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是 2W (码元/秒)。传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
9、信噪比：
信号的平均功率和噪声的平均功率之比。记为：S/N。度量单位：分贝（dB）
$$ 信噪比（dB）=10 log10(S/N)（dB） $$
例如：当S/N=10时，信噪比为10dB，而当S/N=1000时，信噪比为30dB.
10、香农公式：
信道的极限信息传输速率C：
$$ C = W log2(1+S/N) (bit/s) $$
香农公式表明：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。
三、物理层下面的传输媒体1、传输媒体可以分为两大类：导引型传输媒体和非导引型传输媒体
四、信道复用技术1、波分复用：光的频分复用
2、码分复用：是另一种共享信道的方法。
码分多址（CDMA）：码分复用信道为多个不同地址的用户所共享
码片序列：在CDMA中，每一个比特时间在划分为m个短的间隔。
使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的 m bit码片序列
码片序列的正交关系：向量 S 和 T 的规格化内积等于0
任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。
一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是-1。
1、数据链路层使用的信道：点对点信道、广播信道
一、数据链路层的几个共同的问题：1、链路：
就是从一个节点到相邻节点的一段物理路线（有线或无线），而中间没有任何其他的交换节点。
2、数据链路：
在一条线路上传输数据时，除了物理线路外，还有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。把这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。
3、帧：点对点信道的数据链路层的协议数据单元。
4、IP数据报（简称：数据报、分组或包）：网络层协议数据单元。
5、三大基本问题：
封装成帧、透明传输和差错检测
6、封装成帧：
在一段数据前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界（确定帧的界限）
最大传送单元MTU：所能传送帧的数据部分长度
帧定界可以使用帧定界符：
控制字符SOH放在一帧的最前面，表示帧的首部开始
控制字符EOT放在帧的结束
7、透明传输：
不管从键盘上输入什么字符都可以放在这样的帧中传输过去。
透明：某一个实际存在的事物开起来却好像不存在一样
字节填充（或字符填充）：为了解决透明传输问题，就必须设法使数据中可能出现的控制字符“SOH”和“EOT”在接收端不被解释为控制字符，具体方法：发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”
8、差错检测：
比特差错：比特在传输过程中可能会产生差错：1可能会变成0，而0可能会变成1。
误码率BER：在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率。
循环冗余检验CRC：(这是一种检错方法)
在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。 CRC 运算在每组 M 后面再添加供差错检测用的 n 位冗余码，然后构成一个帧发送出去。一共发送 (k + n) 位。帧检验序列：
1，用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算，这相当于在 M 后面添加 n个0。2，得到的(k+n)位的数除以事先选定好的长度为(n+1)位的除数P,得出商是Q，余数是R，余数R比除数P少1位,即R是n位。 3，将余数 R 作为冗余码拼接在数据 M 后面，一起发送出去。
在接收端对收到的每一帧经过CRC检验后，有两种情况：
（1）若得出的余数R=0，则判定这个帧并没有差错，就接受
（2）若余数不等于0，则判定这个帧有差错（但无法确定究竟是哪一位或哪几位出现了差错），就丢弃。
可靠传输：数据链路层的发送端发送什么，在接收端就收到什么。
传输差错可以分为两大类：
（1）比特差错。
（2）没有出现比特差错，但却出现了帧丢失、帧重复、帧失序
二、点对点协议PPP1、字节填充：
当PPP使用异步传输时，他把转义符定义为0x7D（01111101）并使用字节填充。
填充方法：
（1）把信息字段中出现的每一个0x7E字节转变成为2字节序列（0x7D，0x5E）
（2）若信息字段中出现一个0x7D的字节（即出现了和转义字符一样的比特组合），则把0x7D转变成2字节序列（0x7D，0x5D）。
（3）若信息字段中出现ASCII码的控制字符（即数值小于0x20的字符），则在该字符前面要加入一个0x7D字节，同时将该字符的编码加以改变。
2、零比特填充：
在发送端，先扫描整个信息字段（通常用硬件实现，也可以用软件）。只要发现有5个连续1就立即填入一个0.因此经过这种零比特填充后的数据，就可以保证在信息字段中不会出现6个连续1.
1、局域网特点：
网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。
2、局域网的优点：
（1）具有广播功能，从一个站点可很方便的访问全网。局域网上的主机可以共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。
（2）便于系统的扩展和逐渐的演变，各设备的位置可以灵活调整和改变。
（3）提高了系统的可靠性、可用性、生存性。
3、共享信道方法：
（1）静态划分信道：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用
（2）动态媒体接入控制（多点接入）：
随机接入：所有的用户可随机的发送信息
受控接入：用户不能随机的发送信息而必须服从一定的控制。
4、适配器（网卡）：
计算机与外界局域网的连接是通过适配器
5、CSMA/CD协议要点：
多点接入：说明这是总线型网络。许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。协议实质就是：“载波监听”和“碰撞测试”
载波监听：即“边发送边监听”。不管在想要发送数据之前，还是在发送数据之中，每个站都必须不停地检测信道。
碰撞检测：适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况。电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞（或冲突）。
在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收（但必须边发送边监听信道），因此必须时双向交替通信（半双工通信）。
6、集线器：
以太网采用星形拓扑，在星形的中心则增加了一种可靠性非常高的设备，叫做集线器。
集线器本身必须非常可靠。现在的堆叠式集线器由4-8个集线器堆叠起来使用。
7、集线器的特点：
（1）使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各站共享逻辑上的总线，使用的还是CSMA/CD协议，并且在同一时刻至多只允许一个站发送数据。
（2）一个集线器有许多端口。
（3）集线器工作在物理层，每个端口仅仅简单的转发比特，不进行碰撞检测。
（4）集线器采用了专门的芯片，进行自适应串音回波抵消。
8、以太网的信道利用率：
以太网单程端到端时延t与帧的发送时间T之比
$$ a=t/T $$
极限信道利用率：
$$ Smax=T/（T+t）=1/（1+a） $$
9、硬件地址：
又称mac地址或物理地址
固化在适配器的ROM中的地址
四、扩展的以太网1、碰撞域（冲突域）：
在任一时刻，在每一个碰撞域中只能有一个站在发送数据
2、网桥：
拓展以太网最初人们使用的是网桥。
1990年问世了交换式集线器，淘汰了网桥。
交换式集线器常称为以太网交换机或第二层交换机，工作在数据链路层。
第四章、网络层 一、网络层的几个重要概念1、虚电路服务、数据报服务：
虚电路服务：所有的数据都在此虚电路上传送
数据报服务：数据传送的路径是不确定的
虚电路服务和数据报服务的对比：
对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用每个分组都有终点的完整地址，即IP地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责，也可以由用户主机负责由用户主机负责 二、网际协议IP1、与协议IP配套使用的有：
地址解析协议ARP
网际控制报文协议ICMP
网际组管理协议IGMP
2、中间设备：
将网络互相连接起来要使用一些中间设备
物理层使用：转发器
数据链路层使用：网桥或桥接器
网络层使用：路由器
在网络层以上使用的设备：网关
3、直接交付和间接交付：
4、IP地址
IP地址就是给连接到互联网上的每一台主机的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32位标识符。
分类的IP地址：
A类（n=8）、B类（n=16）和C类（n=24）都属于单播地址
一般不指派的特殊IP地址：
网络号主机号源地址使用目的地址使用代表的意思00可以不可在本网络上的本主机（见 6.6 节 DHCP 协议）0X可以不可在本网络上主机号为 X 的主机全 1全 1不可可以只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）Y全 1不可可以对网络号为 Y 的网络上的所有主机进行广播127非全 0 或全 1 的任何数可以可以用于本地软件环回测试5、无分类编址CIDR（无分类域间路由选择）
网络前缀：用来指明网络
CIDR记法：IP 地址 ::= { , }
CIDR采用斜线记法或称为CIDR记法，即在IP地址后面加上斜线“/”，斜线后面就是网络前缀所占的位数。
CIDR表示的一个IP地址128.14.35.7/20，二进制IP地址的前20位就是网络前缀（相当于原来的网络号），剩下后面12位是主机号128.14.35.7/20=10000000 00001110 00100011 00000111前20位：10000000 00001110 0010 是网络前缀后12位：0011 00000111 是主机号地址块：CIDR把网络前缀都相同的所有连续的IP地址组成一个“CIDR”地址块
128.14.35.7/20=10000000 00001110 00100011 00000111最小地址：10000000 00001110 00100000 00000000 = 128.14.32.0最大地址：10000000 00001110 00100011 11111111 = 128.14.47.255地址掩码（32位）：由一连串1和接着一连串0组成，而1的个数就是网络前缀的长度。
'/20'地址块的地址掩码：11111111 11111111 11110000 00000000 用CIDR记法表示为：255.255.240.0/20常用的CIDR地址块：
网络前缀长度点分十进制包含的地址数相当于包含分类的网络数/13255.248.0.0512 K8 个 B 类或 2048 个 C 类/14255.252.0.0256 K4 个 B 类或 1024 个 C 类/15255.254.0.0128 K2 个 B 类或 512 个 C 类/16255.255.0.064 K1 个 B 类或 256 个 C 类/17255.255.128.032 K128 个 C 类/18255.255.192.016 K64 个 C 类/19255.255.224.08 K32 个 C 类/20255.255.240.04 K16 个 C 类/21255.255.248.02 K8 个 C 类/22255.255.252.01 K4 个 C 类/23255.255.254.05122 个 C 类/24255.255.255.02561 个 C 类/25255.255.255.1281281/2 个 C 类/26255.255.255.192641/4 个 C 类/27255.255.255.224321/8 个 C 类CIDR地址中三个特殊地址块：
（1）n=32 都是前缀，没有主机号，这个特殊的地址块用于主机路由。
（2）n=31 只有两个IP地址，其主机号分别为0或1 这个地址块用于点对点链路
（3）n=0 同时IP地址全是 0 即 0.0.0.0/0 这个地址块用于默认路由
6、IP地址的特点：
（1）每一个IP地址都是由网络前缀和主机号两部分组成。
（2）实际上IP地址是标志一台主机（或路由器）和一条链路的接口。
（3）转发器或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络。
（4）在 IP 地址中，所有分配到网络前缀的网络都是平等的。
7、IP地址和MAC地址
MAC地址是数据链路层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址
使用IP地址的IP数据报一旦交给数据链路层，就被封装成MAC帧。MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是MAC地址，这两个都要写在MAC帧的首部中。
三、IP层转发分组过程：1、基于终点的转发：
P141例4-2
2、最长前缀匹配：
P142例4-3
四、网际控制报文协议ICMP1、ICMP报文的种类：
几种常用的ICMP报文类型：
ICMP 报文种类类型的值ICMP报文的类型差错报告报文3终点不可达差错报告报文11时间超过差错报告报文12参数问题差错报告报文5改变路由 (Redirect)询问报文8 或 0回送 (Echo) 请求或回答询问报文13 或 14时间戳 (Timestamp) 请求或回答 五、IPV61、IPV6变化：
1.更大的地址空间。 将地址从 IPv4 的 32 位 增大到了 128 位。
2.扩展的地址层次结构。可以划分为