导图社区 计算机网络思维导图（天勤）
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计算机组成原理
IMX6UL(A7)
考试学情分析系统
计算机网络
计算机网络体系结构
概述
定义：计算机网络就是一些互连的、自治的计算机系统集合
计算机网络的组成
物理组成
硬件、软件、协议
工作方式组成
边缘部分、核心部分
功能组成
通信子网、资料子网
计算机网络分类
按使用者分类
公用网、专用网
按分布范围分类
广域网（WAN）：作用范围几十到几千公里
城域网（MAN）：作用距离约 5 ~ 50公里
局域网（LAN）：局限在较小范围（1公里左右）
个人域网（PAN）：大约在 10米左右
按拓扑结构分类
星形、总线形、环形、网状形网络
按传输技术分类
广播式网络、点对点网络
按数据交换技术分类
电路交换、报文交换、分组交换
性能指标
速率
速率指的是数据的传送速率，单位是 bit/s
带宽
表示单位时间内网络中的某信道所能通过的 “最高数据率”
吞吐率
表示在单位时间内通过某个网络的数据量
时延
发送时延：数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间
传播时延：电磁波在信道上传播一定距离所消耗的时间
处理时延：主机或路由器处理分组所消耗的时间
排队时延：长短取决于网络中当时的通信量
时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 x 带宽
往返时延 RTT
利用率
概念
协议
协议是一种规则，并且是控制两个对等实体进行通信的规则，是水平的
组成部分：语义、语法、时序（同步）
服务
下层为上层提供的功能调用。协议是水平的，而服务是垂直的
分类
面向连接与面向无连接
可靠与不可靠
接口
接口又称为服务访问点，从物理层开始，每层向上层提供接口。即没有接口就不能提供服务
分层结构
分层的必要性
OSI 的七层协议
TCP/IP 的四层协议
五层协议
物理层
主要任务
确定与传输媒体的接口有关的一些特性
传输方式的转换
特性
机械特性：指明接口的形状、尺寸和排列等
电气特性：指明电压范围
功能特性：接口部件的信号线的用途
过程特性：指明各个可能事件出现的顺序
数据通信
三大部分
源系统
传输系统
目的系统
通信模式
单向通信（单工）：只有一个方向的通信没有反向的交互
常用术语
信号
数字信号（离散）：解调器（模拟 —> 数字）
模拟信号（连续）：调解器（数字 —> 模拟）
码元
信源、信道及信宿
双向交替通信（半双工）：双方不能同时发送和接收
双向同时通信（全双工）：双方可同时发送和接收
调制（数据 —> 模拟信号）
基带调制：使用载波进行调制
带通调制：调幅、调频、调相
编码（数据 —> 数字信号）
不归零制
归零制
曼切斯特编码
差分曼切斯特编码
信道的极限容量
奈式准则
香农公式
物理层下的传输媒体
导引型
双绞线
同轴电缆
光纤
非导引型：短波通信、微波
信道复用技术
频分复用（FDM）
时分复用（TDM）
统计时分复用（STDM）
波分复用（WDM）
码分复用（CDM）
物理层设备
中继器：放大数字信号
集线器：不能隔离冲突域
数据链路层
功能
链路管理：负责数据链路的建立等
帧同步：使接收方区分出帧的起始与终止
差错控制：使接收方知道收到的数据为正确数据
透明传输：字节/字符填充
组帧
字符计数法：记录帧包中的字节数
字节填充的首位界符法：SOH、EOT
比特填充的首尾标志法：每遇到连续的五个1，就填充一个0
物理编码违例法：采用违法标志
差错控制
纠错编码：汉明码（海明码）
检错编码
循环冗余码
奇偶校验码：信息码后加一位校验码，检测1的个数
可靠传输机制
滑动窗口机制：只有在接收窗口滑动时，发送窗口才有可能向前滑动
停止—等待协议：发送方每发送一帧都要等待接收方的应答信号才能发送下一帧
后退 N 帧（GBN）协议：连续发送若干个帧，按序接收，等待接收方确认帧
选择重传（SR）协议：连续发送若干个帧，无序接收，无确认帧
介质访问控制
信道划分介质访问控制（静态）：物理层的信道复用技术
随机访问介质访问控制（动态）
ALOHA 协议
纯 ALOHA 协议：直接发送数据，若没收到确认信息，则等待重发
时分 ALOHA 协议：将时间划分成若干等长，按时发送
CSMA 协议
1—坚持：闲时发送，忙则继续监听
p—坚持：闲时以概率 p发送，以概率 (1-p) 延长一段时间，并继续监听
非坚持：闲时发送，忙则延长一段随机时间继续监听
CSMA/CD 协议
工作流程：先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发
争用期：以太网端到端的往返时延
碰撞解决：采用二进指数退避算法
CSMA/CA 协议
主要应用于无线局域网中
碰撞避免：预约信道，ack帧
轮询访问介质访问控制（动态）
局域网
局域网基本概念
以太网
总线拓扑结构、IEEE 802.3标准
以太网的 MAC 帧：DIX Ethernet V2标准
传输媒介：T—双绞线、F—光纤
使用网卡实现以太网上的协议，所以网卡实现了物理层和数据链路层的功能
无线局域网：使用 CSMA/CA协议
令牌环网的工作原理
广域网
广域网与局域网的区别
PPP
PPP的帧格式
PPP协议应满足的需求
PPP的工作状态
HDLC 协议
数据链路层设备
网桥
网桥的基本概念及工作原理
透明网桥：按自学习算法填写转发表（不选最佳路由）
源选径网桥：选最佳路由
交换机：多端口网桥
应用层
网络应用模型
客户/服务器模型
描述进程之间的服务与被服务关系
P2P模型
进程之间的关系是对等的
DNS系统（域名系统）
层次域名空间
域名服务器
解析器
域名解析过程
迭代查询
递归查询
FTP
FTP的工作原理
使用 TCP可靠的传输服务
使用客户/服务器模型
控制链接为 21号端口，数据链接为20号端口
控制连接与数据连接
控制连接
传输控制命令和响应
数据连接
用于实际的文件内容传输
电子邮件
电子邮件的组成结构
邮件格式
sky@zju.edu.cn
WWW
WWW的概念和组成结构
万维网
大规模的、联机式的信息储存所
组成结构
使用统一资源定位符（URL），来标WWW上各种文档
HTTP
HTTP的操作过程
HTTP的报文结构
传输层
传输层提供的服务
提供应用进程间的逻辑通信
差错检测
提供无连接（UDP）或面向连接服务（TCP）
复用和分用
传输层寻址与端口
端口基本概念
端口号
UDP
UDP基本概念
UDP数据报的组成
数据字段
首部字段（8B）
源端口
目的端口
长度
校验和
UDP校验
TCP
TCP报文格式
连接管理
三次握手建立
四次握手释放
TCP可靠传输
TCP数据编号与确定
TCP的重传机制
TCP流量管理
让发送方的发送速率不要太快，让接受发能来得及接收
方法
利用滑动窗口机制
TCP拥塞控制
使网络可以承受现有的网络负荷
慢开始
当cwnd<ssthresh时，每收到一个报文段的确认cwnd+1
拥塞避免
当cwnd>ssthresh时，每经过一个往返延迟cwnd+1
快重传
当收到三个连续重复的ACK，直接重传对方期待的报文
快恢复
当收到三个冗余的ACK，令ssthesh=cwnd=cwnd/2
网络层
网络层功能
异构网络互连
”尽最大努力交付“的含义
路由与转发
路由选择
分组转发
拥塞控制
路由算法
静态路由选择策略
优点：简单和开销小缺点：不能及时适应网络状态的变化
动态路由选择策略
内部网关协议
链路状态路由算法
RIP 算法
距离向量路由算法
OSPF 算法
外部网关协议
BGP算法
IPv4
IPv4 分组
首部 4B
IPv4 地址
IPv4 的地址分类
A类
范围：1~126
B类
范围：127~191
C类
范围：192~223
D类
组播地址
E类
试验地址
六种特殊地址
直接广播地址
主机号全部为 1
受限广播地址
IP地址：255.255.255.255
这个网络上的这个主机
IP地址：0.0.0.0
这个网络上的特定主机
网络号全部为 0
环回地址
IP地址：127.x.y.z
网络地址
主机号全为 0
NAT（网络地址转换）
目的：实现专用网络地址和公用网络地址之间的相互转换
子网划分与子网掩码
子网划分
原因
IP地址空间利用率有时很低
给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大而使网络性能变差
两极的 IP地址不够灵活
基本思路
从主机号借用若干个比特作为子网号
而主机号就相应减少了若干个比特，网络号不变
子网掩码
无分类编址 CIDR
目的：为了解决 IP地址耗尽而提出的一种措施
使用各种长度的”网络前缀“来取代网络号和子网号
方法：”斜线记法“，IP地址/网络前缀占用的位数
ARP（地址解析协议）
目的：将 IP地址转换成物理地址（MAC地址）
注意点：ARP请求分组是广播，响应分组是普通的单播
四种典型情况
DHCP（动态主机配置协议）
作用：给主机动态的分配 IP地址
注意点：DHCP是应用层协议，DHCP报文使用UDP传输
ICMP（网际控制报文协议）
差错报告报文
询问报文
IPv6
特点
首部 8B
IPv6 格式
IP组播
在发送者和每一接收者之间实现点对多连接
使用 UPD协议，使用 D类地址
移动IP
移动节点以固定的网络 IP地址实现跨越不同网段的漫游功能
组成
移动节点、本地代理、外部代理
网络层设备
路由器的组成和功能
任务：连接不同的网络转发分组
结构划分
路由表和路由转发
