计算机网络（第七版）知识点

一、网络基础与装备

1. 主机与地址

• 主机（Host）：每个主机都有唯一的 IP地址（Internet Protocol Address，互联网协议地址） 和 MAC地址（Media Access Control Address，介质访问控制地址）。
  
• IP地址（IPv4与IPv6）：
  
  
  
  • IPv4：32位，通常以点分十进制体现（如192.168.1.1），分为网络部分和主机部分。
    
  • IPv6：128位，使用冒号分隔的十六进制体现（如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334），办理IPv4地址耗尽问题。
    
  
  
• MAC地址：48位，通常以十六进制体现，用于链路层装备的唯一标识。
  

2. 网络装备

• 集线器（Hub）：最初用于毗连多个主机，通过广播方式传输数据，缺乏智能转发能力和帧缓存。
  
• 交换机（Switch）：通过 交换表（Switch Table） 存储 MAC地址 与对应接口的映射，实现数据的定向转发。采用 自学习机制（Self-learning Mechanism），能够缓存帧并向指定端口转发，提高网络效率。
  
• 路由器（Router）：在不同网络之间转发数据包，根据 路由表（Routing Table） 选择最佳路径。包含输入端口、交换结构和输出端口，处理数据包的解封装与重新封装。
  

3.数据在网络中的传输过程

（1） 同子网内的通信

• ARP表查询：主机A盼望向主机B发送数据，起首查抄主机A的ARP表，查看是否存在主机B的IP地址对应的MAC地址。
  
  
  
  • ARP表存在映射：直接使用该MAC地址封装数据帧，通过交换机发送。
    
  • ARP表无映射：主机A广播ARP请求，请求主机B的MAC地址。
    
  
  
• ARP请求广播：交换机收到ARP请求后，若其MAC地址表中无主机B的MAC地址，会将ARP请求广播到全部端口。
  
• ARP响应：主机B收到ARP请求后，向主机A发送ARP响应，包含自己的MAC地址。
  
• 更新ARP表和MAC地址表：主机A和交换机分别更新各自的ARP表和MAC地址表。
  
• 数据传输：主机A使用主机B的MAC地址封装数据帧，通过交换机发送到主机B。
  

（2） 不同子网间的通信

• 默认网关查询：主机A发现目标IP地址不在同一子网，通过ARP获取默认网关（路由器端口）的MAC地址。
  
• 数据传输到路由器：主机A将数据帧发送到默认网关的MAC地址，交换机根据MAC地址表将数据转发到路由器。
  
• 路由表查询：路由器查抄路由表，确定数据包的下一跳。
  
  
  
  • 路由表存在路径：路由器将数据包从相应端口转发。
    
  • 路由表无路径：路由器返回“路由不可达”信息。
    
  
  
• 跨子网传输：数据包经过多个路由器转发，最终到达目标子网的路由器。
  
• 目标子网内传输：目标子网的路由器将数据包发送到目标主机所在的交换机，交换机根据MAC地址表或ARP表将数据转发到目标主机。
  

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二、网络分层模型与协议

1. TCP/IP五层模型

• 应用层（Application Layer）：负责网络应用和数据处理，如 HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）、DNS（Domain Name System，域名系统）。
  
• 传输层（Transport Layer）：提供端到端的通信服务，重要协议有 TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议） 和 UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）。
  
• 网络层（Network Layer）：负责数据包的路由与转发，重要协议有 IPv4 和 IPv6。
  
• 链路层（Link Layer）：处理物理网络上的数据传输，涉及 MAC地址、ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）。
  
• 物理层（Physical Layer）：负责比特流的实际传输，通过 网线（Ethernet Cable）、光纤（Fiber Optic Cable） 等物理介质举行信号传输。
  

2. 数据封装与解封装

（1） Sender（发送端）的封装过程

• Application Layer（应用层）：
  
  
  
  • 数据从应用步调天生，封装为 Message（消息）。
    
  
  
• Transport Layer（传输层）：
  
  
  
  • 将 Message（消息） 封装为 Segment（段），添加传输层头部（如TCP/UDP头部），包含端口号等信息。
    
  
  
• Network Layer（网络层）：
  
  
  
  • 将 Segment（段） 封装为 Datagram（数据报），添加网络层头部（如IP头部），包含源IP地址和目标IP地址。
    
  
  
• Link Layer（链路层）：
  
  
  
  • 将 Datagram（数据报） 封装为 Frame（帧），添加链路层头部（如以太网头部），包含源MAC地址和目标MAC地址。
    
  
  
• Physical Layer（物理层）：
  
  
  
  • 将 Frame（帧） 转换为 Bitstream（比特流），通过物理介质（如网线、光纤）传输。
    
  
  

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（2） Switch（交换机）的处理过程

• Physical Layer（物理层）：
  
  
  
  • 接收 Bitstream（比特流），将其转换为 Frame（帧）。
    
  
  
• Link Layer（链路层）：
  
  
  
  • 从 Frame（帧） 中提取目标 MAC Address（MAC地址），查询 Switch Table（交换表），决定从哪个端口转发。
    
  
  
• Physical Layer（物理层）：
  
  
  
  • 将 Frame（帧） 重新封装为 Bitstream（比特流），通过物理介质发送到 Router（路由器）。
    
  
  

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（3） Router（路由器）的处理过程

• Physical Layer（物理层）：
  
  
  
  • 接收 Bitstream（比特流），将其转换为 Frame（帧）。
    
  
  
• Link Layer（链路层）：
  
  
  
  • 解封装 Frame（帧），提取 Datagram（数据报）。
    
  
  
• Network Layer（网络层）：
  
  
  
  • 从 Datagram（数据报） 中提取目标 IP Address（IP地址），查询 Router Table（路由表），决定从哪个端口转发。
    
  
  
• Link Layer（链路层）：
  
  
  
  • 将 Datagram（数据报） 重新封装为 Frame（帧），添加新的链路层头部（如新的MAC地址）。
    
  
  
• Physical Layer（物理层）：
  
  
  
  • 将 Frame（帧） 转换为 Bitstream（比特流），通过物理介质发送到下一个 Router（路由器） 或 Switch（交换机）。
    
  
  

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（4） Receiver（目标端）的解封装过程

• Physical Layer（物理层）：
  
  
  
  • 接收 Bitstream（比特流），将其转换为 Frame（帧）。
    
  
  
• Link Layer（链路层）：
  
  
  
  • 解封装 Frame（帧），提取 Datagram（数据报）。
    
  
  
• Network Layer（网络层）：
  
  
  
  • 解封装 Datagram（数据报），提取 Segment（段）。
    
  
  
• Transport Layer（传输层）：
  
  
  
  • 解封装 Segment（段），提取 Message（消息）。
    
  
  
• Application Layer（应用层）：
  
  
  
  • 将 Message（消息） 传递给目标应用步调。
    
  
  

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三、数据链路层（Link Layer）

1. 以太网交换与ARP

• 以太网交换（Ethernet Switching）：
  
  
  
  • 集线器（Hub）：广播数据，存在广播风暴和辩论问题。
    
  • 交换机（Switch）：使用 交换表（Switch Table） 根据 MAC地址 定向转发数据（通过ARP表），提拔网络效率。
    
  
  
• 地址解析协议（ARP）：
  
  
  
  • 将 IP地址 转换为 MAC地址。
    
  • ARP表（ARP Table）：存储 IP地址 与 MAC地址 的映射关系。
    
  • ARP请求（ARP Request）：广播请求目标 MAC地址。
    
  • ARP应答（ARP Reply）：目标主机响应并提供 MAC地址，交换机更新 交换表。
    
  
  

2. 错误检测与纠正

• 错误检测码（Error Detection Code，EDC）：
  
  
  
  • 奇偶校验（Parity Check）：包括奇校验和偶校验，通过增加一位校验位使1的个数符合要求。
    
  • 校验和（Checksum）：对数据举行求和，检测传输错误。
    
  • 循环冗余校验（CRC，Cyclic Redundancy Check）：使用多项式除法天生校验码，检测复杂错误。必要发送方与接收方互相约定一个数G，先获取这个数G的位数，然后这个位数减去一个位数就是CRC的位数r，所以G的位数是r+1，最后必要保证的点是数据D乘2的r次方再加上r位的CRC（这里加法不进位，所以就是异或操纵）得到的结果除G得能够被整除，就说明这个frame没有破坏。
    
  
  

3. 媒体访问控制协议

• 多路访问协议（Media Access Protocol）：
  
  
  
  • 分信道多路复用（Channel Partitioning）：
    
    
    
    • 时分多路复用（TDMA，Time Division Multiple Access）：将时间分别为时隙，分配给不同装备。
      
    • 频分多路复用（FDMA，Frequency Division Multiple Access）：将频谱分别为不同频段。
      
    • 码分多路复用（CDMA，Code Division Multiple Access）：通过不同码序列区分信号。
      
    
    
  • 随机接入协议（Random Access Protocols）：
    
    
    
    • ALOHA：
      
      
      
      • 纯ALOHA（Pure ALOHA）：装备随机发送数据，辩论率高。
        
      • 时隙ALOHA（Slotted ALOHA）：时间分别为时隙，减少辩论概率。
        
      
      
    • 载波监听多路访问（CSMA，Carrier Sense Multiple Access）：
      
      
      
      • CSMA/CD（CSMA with Collision Detection，带辩论检测的CSMA）：检测到辩论后立即停止发送并重试。
        
      
      
    
    
  • 轮替协议（Taking Turns Protocols）：
    
    
    
    • 轮询协议（Polling Protocol）：主节点轮询各个从节点，控制发送权限。
      
    • 令牌传递协议（Token Passing Protocol）：持有令牌的节点可发送数据，发送后将令牌传给下一个节点。
      
    
    
  
  

4. 最大传输单元（MTU）

• MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元）：链路层能传输的最大帧巨细，超出需举行 分片（Fragmentation）。
  
• 分片（Fragmentation）：
  
  
  
  • 标识（Identification）：唯一标识同一原始数据报的全部分片。
    
  • 标记（Flags）：
    
    
    
    • 第一个标记位：保留，通常为0。
      
    • 第二个标记位：不分片（DF，Don't Fragment），1体现不答应分片。
      
    • 第三个标记位：更多分片（MF，More Fragments），1体现后续另有分片。
      
    
    
  • 片偏移（Fragment Offset）：指示当前分片在原始数据报中的位置，以8字节为单位。
    
  
  

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四、网络层（Network Layer）

1. IP协议

IPv4：数据报格式：

• 版本（Version）：IPv4为4。
  
• 首部长度（IHL，Internet Header Length）：通常为20字节。
  
• 服务范例（TOS，Type of Service）：指示服务质量需求。
  
• 总长度（Total Length）：整个数据报的长度。
  
• 标识（Identification）、标记（Flags）、片偏移（Fragment Offset）：用于数据报分片与重组。
  
• 生存时间（TTL，Time To Live）：每经过一个路由器减1，减至0时丢弃并发送 ICMP超时消息（ICMP Time Exceeded Message）。
  
• 协议（Protocol）：指示上层协议，如TCP或UDP。
  
• 头部校验和（Header Checksum）：校验头部数据。
  
• 源IP地址和目标IP地址。
  

IPv6：数据报格式：

• 版本（Version）：IPv6为6。
  
• 流标签（Flow Label）：标识数据流的优先级。
  
• 负载长度（Payload Length）：数据部分的长度。
  
• 下一个头部（Next Header）：指示传输层协议。
  
• 跳数限定（Hop Limit）：类似TTL，每经过一个路由器减1。
  
• 源地址和目标地址：128位。
  
• 特点：
  
  
  
  • 无校验和。
    
  • 不支持分片，取消了选项字段。
    
  • 需通过 隧道（Tunnel） 技术与 IPv4 互通。
    
  
  

2. 路由与转发

• 转发（Forwarding）：由 路由器（Router） 根据 路由表（Routing Table） 将数据从一个接口转发到另一个接口。
  
• 路由（Routing）：由 控制面板（Control Plane） 通过 路由算法（Routing Algorithm） 决定数据报路径并构建路由表。
  

3. 路由算法与协议

• 路由算法：
  
  
  
  • 链路状态算法（Link State Algorithm）：
    
    
    
    • 比方 Dijkstra算法。
      
    • 每个路由器通过 链路状态通告（LSA） 向整个网络广播自己的链路状态信息（如毗连的邻人和链路成本）。每个路由器网络全部LSA，构建全局网络拓扑图（链路状态数据库）。每台路由器各自使用 最短路径算法（如Dijkstra算法）计算到其他网络的最短路径。当某个router的链路状态发生变化的时候，该router立即广播LSA。
      
    
    
  • 距离矢量算法（Distance Vector Algorithm）：
    
    
    
    • 每个路由器维护 距离矢量表（Distance Vector Table），记录到其他网络的距离和下一跳路由器。
      
    • 定期向邻人路由器发送信息，更新路由表。
      
    • 毒性逆转（Poison Reverse）：办理计数到无穷（Counting to Infinity） 问题（但不能根除），通过将路由信息设为无穷大来隔离错误路由。
      
    
    
  
  
• 路由协议：
  
  
  
  • 内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP）：
    
    
    
    • RIP（Routing Information Protocol，路由信息协议）：基于距离矢量算法，每30秒向邻人路由器广播传递advertisement（这个advertisement中包含了这个router到其他subnet的hops信息，就是每一行列举了一个subnet以及这个router到这个subnet必要经历的hops，每个通告最多包含25个subnet的信息，通告报文是通过UDP协议来传送），每台router都会根据自己的routing table和收到的advertisement来重新构建自己的路由表
      
    • OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）：基于链路状态算法，构建全局拓扑图并计算最短路径。
      
    
    
  • 外部网关协议（Exterior Gateway Protocol，EGP）：
    
    
    
    • BGP（Border Gateway Protocol，界限网关协议）：用于 自治系统（Autonomous System，AS） 之间的路由，界限路由器（Border Router）：通过eBGP从外部AS学习路由信息。通过iBGP将路由信息传播给AS内部的其他路由器。内部路由器（Internal Router）：通过iBGP从界限路由器接收外部路由信息。根据路由策略和路径属性选择最佳路径。
      
    
    
  
  

4. 地址解析与转换

• 地址解析协议（ARP）：将 IP地址 转换为 MAC地址。
  
• 网络地址转换（NAT，Network Address Translation）：
  
  
  
  • 将私有 IP地址（LAN Side Address，局域网侧地址） 转换为公有 IP地址（WAN Side Address，广域网侧地址），办理 IPv4地址短缺 问题。
    
  • NAT转换表（NAT Translation Table）：记录私有IP地址与端口到公有IP地址与端口的映射。
    
  • NAT Traversal：外部请求访问内部网络的办理方案：
    
    
    
    • 转发外部请求到特定的内部私有IP地址。
      
    • 使用 UPnP（Universal Plug and Play，通用即插即用） 自动设置端口映射规则。
      
    
    
  
  

5. ICMP协议

• ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）：
  
  
  
  • 网络不可达消息：通知发送方目标网络或主机不可达。
    
  • TTL超时消息：数据包高出TTL限定时发送超时通知。
    
  • 常用工具：
    
    
    
    • Ping：发送ICMP请求测试连通性。
      
    • Traceroute：使用ICMP逐跳显示路由路径。
      
    
    
  
  

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五、传输层（Transport Layer）

1. TCP与UDP

• TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）：
  
  
  
  • 面向毗连（Connection-oriented）：必要创建毗连后传输数据。
    
  • 可靠传输：通过 确认应答（ACK，Acknowledgement） 和 重传机制 保证数据可靠到达。
    
  • 流量控制（Flow Control）：使用 窗口机制（Window Mechanism） 控制发送速率，防止接收端缓存溢出。
    
  • 拥塞控制（Congestion Control）：通过 慢启动（Slow Start）、拥塞制止（Congestion Avoidance） 等算法动态调整发送速率。
    
  • 三次握手（Three-way Handshake）：创建毗连的过程。
    
  • 四次挥手（Four-way Handshake）：断开毗连的过程。
    
  
  

• UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）：
  
  
  
  • 无毗连（Connectionless）：无需创建毗连，直接发送数据。
    
  • 不保证可靠性：不保证数据包的顺序和完整性，适用于实时应用。
    
  
  

2. 可靠数据传输协议

可靠数据传输协议（Reliable Data Transfer, RDT）下的停止等待协议（Stop-and-Wait）是RDT的一种简朴实现，以下是rdt1.0到rdt3.0的进化
版本办理的问题新增机制特点rdt1.0无无抱负信道，无错误检测和重传机制。rdt2.0比特错误校验和、ACK、NAK检测比特错误，支持重传。rdt2.1ACK/NAK错误序列号办理ACK/NAK错误问题。rdt2.2简化协议去掉NAK，仅使用ACK简化设计，隐式体现是否必要重传。rdt3.0丢包超时重传办理丢包问题，实现真正的可靠传输。 rdt3.0

• 发送方：
  
  
  • 发送数据包并启动定时器。
    
  • 接收到 ACK（Acknowledgement，确认应答） 后，停止定时器并发送下一个数据包。
    
  • 假如定时器超时，重传数据包。
    
  
  
• 接收方：
  
  
  • 接收数据包并查抄序列号。
    
  • 假如数据包正确且序列号匹配，发送ACK。
    
  • 假如数据包重复，丢弃并重新发送上一个ACK。
    
  
  
• 协议对比：
  
  
  
  • 停止等待协议（Stop-and-Wait Protocol）：每个分组到达后才发送ACK，效率较低。
    
  • 流水线协议（Pipeline Protocol）：分组到达即发送ACK，允许多个分组在传输中，提高效率。
    
    
    
    • GBN（Go-Back-N）：假如到达的分组不是期待的顺序的分组，也还是会发送ACK，但是是前一个分组的ACK，假如到达的分组是期待的分组的ACK，则发这个分组的ACK，代表之前的分组都到达了。
      
    • SR（Selective Repeat）：假如到达的分组不是期待的顺序的分组，也会发这个分组的ACK（并缓存它），GBN中的丢失分组的重传靠前一个分组的ACK，SR中丢失分组的重传靠该分组的定时器超时。
      
    
    
  
  

 GBN和SR的对比
特性Go-Back-N (GBN)Selective Repeat (SR)窗口巨细发送窗口巨细为 NN。发送窗口和接收窗口巨细均为 NN。乱序数据包处理接收方丢弃乱序数据包。接收方缓存乱序数据包。重传机制超时后重传全部未确认的数据包。超时后只重传丢失的数据包。ACK机制累积ACK，发送近来按序接收的数据包的ACK。单独ACK，为每个接收的数据包发送ACK。实现复杂度简朴。复杂，必要为每个数据包维护定时器和缓存。带宽使用率较低，因为可能重传大量数据包。较高，因为只重传丢失的数据包。适用场景得当错误率较低的网络环境。得当错误率较高的网络环境。 3. TCP毗连管理

唯一确定TCP毗连：通过 套接字（Socket，四元组：源IP地址、目标IP地址、源端口、目标端口） 唯一标识一个TCP毗连。
三次握手（Three-way Handshake）：

• SYN：客户端发送带有随机序列号的SYN标记位报文段。
  
• SYN-ACK：服务器响应，带有自己的序列号和确认号。
  
• ACK：客户端发送确认报文，毗连创建。
  

四次挥手（Four-way Handshake）：

• 客户端发送带FIN标记位的报文段，体现关闭毗连。
  
• 服务器确认并发送ACK。
  
• 服务器发送带FIN标记位的报文段。之后服务器端就先关闭了毗连。
  
• 客户端确认并关闭毗连。
  

4. TCP流量控制与拥塞控制

• 流量控制（Flow Control）：
  
  
  
  • 接收窗口（Receive Window）：接收方通知发送方可接收的字节数，防止发送过快导致接收端缓存溢出。
    
  • 接收方： rcvbuffer>=lastbytercvd（进入缓存）-lastbyteread（出缓存）
    
  • 发送方：rcvwindow>=lastbytesent（进入缓存）-lastbyteacked（出缓存）
    
  
  
• 拥塞控制（Congestion Control）：
  
  
  
  • 拥塞窗口（Congestion Window，CongWin）：控制发送速率。
    
  • 慢启动（Slow Start）：CongWin初始为1个最大报文段（MSS），这个阶段每经历一次RTT，每收到一个ACK，CongWin巨细就乘2，呈指数增长。
    
  • 拥塞制止（Congestion Avoidance）：CongWin高出阈值（Threshold）后，线性增长（每经历一次RTT，CongWin+1MSS）。
    
  • 快速重传（Fast Retransmit）：收到一连三个重复ACK时，立即重传丢失的报文段，并调整CongWin。Threhold设置为当前Congwin的二分之一，Congwin设置为Threhold+3，进入CA阶段。
    
  • 超时重传（Timeout Retransmission）：定时器超时时，CongWin重置为1MSS，重新进入慢启动阶段。
    
  
  

5. 超时间隔（Timeout Interval）

• 计算公式：
  
  
  
  • EstimatedRTT = (1 - α) × EstimatedRTT + α × SampleRTT，α = 0.125（1/8）。
    
  • DevRTT = (1 - β) × DevRTT + β × |SampleRTT - EstimatedRTT|，β = 0.25（1/4）。
    
  • Timeout Interval = EstimatedRTT + 4 × DevRTT。
    
  
  

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六、应用层（Application Layer）

1. 应用层架构

• 客户端-服务器模型（Client-Server Model）：
  
  
  
  • 服务器（Server）：在特定端口上监听，等待客户端请求。
    
  • 客户端（Client）：发送请求并接收服务器响应。
    
  
  
• 对等网络模型（Peer-to-Peer Model）：
  
  
  
  • 每个节点既能作为客户端，也能作为服务器，节点之间可以直接通信，无需中心服务器。
    
  
  

2. HTTP协议

HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议）：

• 请求与响应：客户端发送HTTP请求，服务器返反响应。
  
• 毗连管理：
  
  
  
  • 非一连毗连（Non-Persistent Connection）：
    
    
    
    • 串行非一连毗连（Serial Non-Persistent Connection）：一次只创建一个TCP毗连，传输完后关闭，每个请求必要一个RTT。
      
    • 并行非一连毗连（Parallel Non-Persistent Connection）：允许多个并行毗连，提高传输效率。
      
    
    
  • 一连毗连（Persistent Connection）：
    
    
    
    • 一个TCP毗连可传输多个HTTP请求，减少毗连创建次数。
      
    • 管道化（Pipelining）：允许多个请求在一个毗连中并行发送，提高效率。
      
    
    
  
  

Web缓存（Web Cache / Proxy Server）：

• 署理服务器（Proxy Server）：缓存近来请求的对象，减少重复访问，提高响应速度。
  

3. 域名系统（DNS）

• DNS（Domain Name System，域名系统）：
  
  
  
  • 功能：将域名转换为对应的IP地址。
    
  • 传输层协议：UDP
    
  • 服务器范例：
    
    
    
    • 根DNS服务器（Root DNS Server）：顶层，负责全局域名解析。
      
    • 顶级域DNS服务器（Top-Level Domain DNS Server）：负责特定顶级域，如 .com。
      
    • 权威DNS服务器（Authoritative DNS Server）：负责具体域名的解析。
      
    • 本地DNS服务器（Local DNS Server）：由ISP或企业维护，负责递归或迭代查询。
      
    
    
  • 查询范例：
    
    
    
    • 递归查询（Recursive Query）：
      
      
      
      • 由本地DNS服务器完玉成部查询工作，客户端等待最终结果。
        
      • 特点：对客户端更高效，但本地DNS服务器负担较重。
        
      • 适用场景：客户端通常使用递归查询。
        
      
      
    • 迭代查询（Iterative Query）：
      
      
      
      • 本地DNS服务器提供查询线索，客户端逐步查询。
        
      • 特点：本地DNS服务器负担较轻，但客户端效率较低。
        
      • 适用场景：DNS服务器之间通常使用迭代查询。
        
      
      
    
    
  
  

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七、网络性能与延迟

1. 网络延迟

• 节点处理时延（Node Processing Delay）：路由器处理数据包所需时间。
  
• 列队时延（Queuing Delay）：数据包在队列中等待传输的时间。
  
• 传输时延（Transmission Delay）：数据包通过链路传输所需时间，计算公式：L（数据包巨细）/ 带宽。
  
• 传播时延（Propagation Delay）：信号在链路上传播所需时间，计算公式：链路长度 / 信号传播速度。
  
• 总节点时延（Total Node Delay）：上述四种时延之和。
  

2. 吞吐量与带宽

• 带宽（Bandwidth，带宽）：链路的传输能力，物理属性，通常以比特每秒（bps）体现。
  
• 吞吐量（Throughput，吞吐量）：实际传输的数据量，受带宽、延迟和网络状态影响，计算公式：乐成传输的数据量 / 传输时间。
  
• 区别：带宽是理论上的传输能力，而吞吐量是实际的传输速度。
  

3. RTT（Round-Trip Time，来回时间）

• 定义：从发送一个数据包到接收到其确认所需的时间。
  
• 影响因素：网络延迟、路由器处理时延、传输时延等。
  

4. 毗连创建与HTTP传输

• 串行非一连毗连（Serial Non-Persistent Connection）：
  
  
  
  • 每次创建一个TCP毗连，传输完后关闭。
    
  • 总RTT数目：资源数 × 2 × RTT。
    
  
  
• 并行非一连毗连（Parallel Non-Persistent Connection）：
  
  
  
  • 允许多个并行TCP毗连，同时传输多个对象。
    
  • 总RTT数目：约为资源数 / 并行毗连数 × RTT。
    
  
  
• 一连毗连（Persistent Connection）：
  
  
  
  • 一个TCP毗连传输多个请求，减少毗连创建次数。
    
  • 无管道化（Non-Pipelining）：每个请求依次发送，总RTT数目：1 + 资源数 × RTT。
    
  • 管道化（Pipelining）：多个请求在一个RTT内并行发送，总RTT数目：2 × RTT。
    
  
  

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八、网络核心技术

1. 交换方式

• 电路交换（Circuit Switching）：
  
  
  
  • 在通信前创建固定的信道，毗连期间独占带宽。
    
  • 适用于电话网络，创建毗连后传输稳固，但资源使用率较低。
    
  
  
• 分组交换（Packet Switching）：
  
  
  
  • 链路带宽共享，数据被分为分组（Packet），按需在交换机中转发。
    
  • 适用于互联网，机动高效，但可能存在延迟和拥塞问题。
    
  
  

2. 路由器内部结构

• 输入端口（Input Ports）：
  
  
  • 接收来自物理层的比特流。
    
  • 根据链路层协议解封装为 数据报（Datagram）。
    
  • 根据数据报中的 IP地址 查找符合的输出端口，并缓存数据报。
    
  
  
• 交换结构（Switching Fabric）：
  
  
  
  • 基于内存（Via Memory）：数据通过总线传输到内存，再从内存传输到输出端口，效率较低。
    
  • 基于总线（Via Bus）：直接通过总线在输入和输出端口之间传输，受限于总线带宽。
    
  • 交织开关（Crossbar）：支持并发转发多个数据报，克服总线带脱期定。
    
  
  
• 输出端口（Output Ports）：
  
  
  • 缓存来自交换结构的数据报。
    
  • 根据链路层协议封装为 帧（Frame）。
    
  • 转换为比特流畅过物理层传输。
    
  
  
• 速度匹配问题：
  
  
  
  • 输入端口与输出端口速度不匹配可能导致缓存溢出和数据丢失。
    
  
  

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九、网络服务模型与毗连范例

1. 网络层服务模型

• 尽力而为（Best Effort）：
  
  
  
  • 不保证带宽、顺序、不丢包、不延迟。
    
  • 无拥塞反馈机制。
    
  
  
• 恒定比特率（CBR，Constant Bit Rate）：
  
  
  
  • 保证恒定的带宽、无丢包、无乱序、无延迟。
    
  • 不存在拥塞问题。
    
  
  

2. 毗连范例

• 网络层毗连：在两个主机之间创建毗连。
  
• 传输层毗连：在两个进程（Processes）之间创建毗连。
  

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十、其他重要概念

1. DHCP协议

• DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机设置协议）：
  
  
  
  • 功能：动态分配IP地址，支持固定分配和暂时分配。
    
  • 工作流程：
    
    
    • Discover：主机发送 DHCP Discover 报文，源IP地址为0.0.0.0，目标地址为广播地址255.255.255.255，包含事务ID。
      
    • Offer：DHCP服务器复兴 DHCP Offer 报文，推荐IP地址及租用时间。
      
    • Request：主机发送 DHCP Request 报文，确认选择的IP地址。
      
    • ACK：服务器发送 DHCP ACK 报文，确认IP地址分配。
      
    
    
  • 传输层协议：使用 UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）。
    
  
  

2. 网络适配器

• 网络适配器（Network Adapter / NIC，Network Interface Card，网络接口卡）：
  
  
  
  • 实现链路层功能，将数据报封装为帧举行传输。
    
  • 每个适配器有唯一的 MAC地址（48位）。
    
  • 一个装备拥有多个网络适配器时，拥有多个 MAC地址。
    
  
  

3. 网络地址与子网分别

• IP地址分别：
  
  
  
  • 类间地址（Classful Addressing）：
    
    
    
    • A类：网络部分8位，主机部分24位。
      
    • B类：网络部分16位，主机部分16位。
      
    • C类：网络部分24位，主机部分8位。
      
    
    
  • CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类域间路由）：
    
    
    
    • 答应任意位数的网络前缀，通过斜杠体现（如192.168.1.0/24）。
      
    
    
  • 子网掩码（Subnet Mask）：
    
    
    
    • 用1体现网络位，0体现主机位。
      
    • 通过与运算获取子网号。
      
    • 子网号（Subnet Number）：将IP地址与子网掩码举行与运算得到。
      
    
    
  
  

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