概述

郑振宁2024年4月11日大约 10 分钟

OSI参考模型

OSI参考模型（自下而上：物数网传会表应）每一层提供什么样的服务，以及解决什么问题需烂熟于心：

通信功能	功能/服务	协议数据单元	图
物理层	在传输介质上实现无结构比特流传输	比特流
数据链路层	实现相邻结点间数据的可靠传输。组帧。链路接入。可靠交付。差错控制。	数据帧
网络层	路由和转发	分组
传输层	寻址、报文的分组、重组、差错检测；端到端的可靠数据传输、流量控制、拥塞控制；复用与分解	数据段/报文段
会话层	-	-	-
表示层	-		-
应用层	-	报文	-

TCP/IP 参考模型

通信功能	主要协议	说明
网络接口层	不管。
网络互连层*	BGP、OSPF、RIP、IGMP	是TCP/IP的核心
传输层	TCP/UDP
应用层	HTTP、FTP、SMTP、POP3

网络概述

网络结构 100°

三个关键概念：网络边缘、接入网络、网络核心。

网络边缘：为用户提供网络应用服务。

接入网络：实现网络边缘与网络核心的连接与接入。

核心网络：实现网络边缘中主机间的数据中继与转发。

网络分类 *

按覆盖范围：个域、局域、城域、广域

按拓扑结构：星、总、环、网、树、混。 [应试]悉知拓扑结构的优缺点，以及应用场景和应用情况，比如：网状结构多应用于广域网、核心网络。

一张图说清网络拓扑

数据交换技术 100° *

数据交换网络是一个数据中继和转发的“中间网络”，这个网络不关心所传输的数据内容，只提供数据中继与交换的功能。网络的目的就是实现主机间数据传输、信息交换。

数据交换技术有3种：

电路交换
报文交换
分组交换

衍生出3种网络：

电路交换网络（最早用）
报文交换网络（最没有）
分组交换网络（最有用）（*，报文交换网络的升级版）

电路交换

原理及特点

报文交换

原理及特点

分组交换

原理及特点

网络性能 100° *

单位换算 100° *

时间单位换算

秒单位换算：ms(毫秒),μs(微秒),ns(纳秒),ps(皮秒)

1,000,000 微秒 = 1秒

数据量单位换算

数据率单位换算

速率（带宽）

比特：计算机中数据量的单位。即信息论中信息量的单位。一个比特即为二进制数字中的0或者1。

常用的数据量单位：

速率：单位时间内传输的数据量，描述网络传输数据的快慢单位：bit/s（位每秒），也叫比特率。

其他单位有bit/s 、 Mbit/s 、 Gbit/s 、 Tbit/s，

1 Tbit/s=10³ Gbit/s = 10⁶ Mbit/s = 10⁹ kbit/s =10¹² bit/s，

T = 10¹² (bit)； G = 10⁹(bit)； M = 10⁶(bit)； k = 10³(bit)。

常用的数据率单位：

数据率与数据量的计算示例：

时延

计算机中的时延：指数据从网络的一个结点到达另一个结点所需的时间，是评价网络性能的重要指标。

跳步：两结点间的直接链路，称“跳步”。
分组的每跳传输过程产生4类时延：结点处理时延、排队时延、传输时延、传播时延。

传输时延

概念：从传输该分组第一位开始，到传输完该分组最后一位为止。

公式：传输时延d_t = 分组长度 L / 链路带宽 R

设：分组长度L bit ，链路带宽 R bit/s ，则：传输时延d_t = L/R 。例如：L=3600bit R=600bit/s，d_t=3600/600=6s

传播时延

概念：信号，经过一定距离的物理链路到接收端所需的时间。

公式：传播时延d_P = 链路长度D m / 信号传播速度V m/s

==应试技巧：==注意单位换算，记住：时间=路程/速度，在计算机世界里，也遵照这这个准则。

设：两结点间的物理链路长度为D m ，链路带宽 V m/s ，则：传播时延 = D/V 。

例如：D=3000m，V=150m/s，d_p=3000/150=20s

（传播）时延带宽积

概念：时延带宽积，表示一段传输链路可容纳的数据位数。

公式：时延带宽积G = 传播时延 d_P ✖️ 带宽 R

==应试技巧：==传播时延✖️带宽。时延带宽积可以用来表示一段链路可容纳的数据位数。

G=d_p✖️R

丢包率(𝜼)

最大吞吐量 100° *

$$
Thr=min(R1,R2,...,Rn) ；其中，R1,R2,...,Rn是各链路的数据传输速率
$$

可靠数据传输 100° *

不仅限于传输层，可靠数据传输原理在整个网络体系都适用。

原理

不可靠传输的主要表现：比特差错、乱序、数据丢失。

而差错检测、确认、重传、序号、计时器是实现可靠数据传输的主要措施

差错检测：用差错编码检测数据比特。
确认：收方向发方反馈数据接收情况。
重传：发方向收方重传未正确接收的数据。
序号：保证数据按序提交。
计时器：解决数据丢失问题。

停-等协议

停-等协议是最简单的ARQ自动重传协议。

信道利用率

说明：

T_D：发送数据的时延；
T_A ：发送ACK的时延；
RTT：收发往返时间；

滑动窗口协议
- GBN协议
- SR协议

收发双方都要维护一个窗口，其中W_T为发方窗口，W_R为收方窗口。

GBN协议（接收窗口=1）

无差错情况：

即，GBN协议模型：

发方窗口取值：1 ＜ W_T ≤ 2ⁿ-1, n是分组序号的比特数量

收方窗口取值： W_R = 1 GBN协议，的收方窗口取值仅可为1

GBN采用的是累计确认方式，判断收方正确接收多少个数据分组。ACK_n代表收方正确接收序号n及之前数据分组。比如：

发方接收到ACK₄ ,代表收方正确接收序号4及之前的数据分组。

SR协议（接收窗口＞1）

发方窗口取值：1 ＜ W_T ≤ 2ⁿ-1, n是分组序号的比特数量
收方窗口取值：1＜W_R≤W_T

信道利用率 100° **

信道利用率：发方利用信道发送数据的时间 / 总时间。

设：发方窗口：W_s ；发方发送报文的时间（传输时延）: t_Seg；收方发送ACK的时间：t_ACK

则：信道利用率公式：U_Sender =W_s + t_Seg / t_Seg + t_ACK +RTT

结论：信道利用率与发送窗口大小有关。即W_s 足够大，可使 W_s + t_Seg ≥ t_Seg + t_ACK +RTT ，此时信道利用率100%。

信道利用率-例题

解题思路：信道利用率公式；滑动窗口协议的窗口大小与序列号空间存在约束关系：W_S +W_R ≤ 2^k。

网络应用

DNS域名系统 100° **

将域名解析为IP地址，因为用户总是记不住IP地址，所以需要域名系统来完成这个任务。我能记住www.baidu.com，但记不住112.34.113.2。

使用host解析域名：

host www.baidu.com

域名分类

根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器、中间域名服务器

域名服务器

一个服务器所负责管辖的范围称为区（zone）。每个区会设置相应的权威域名服务器，用以保存域名与ip的映射关系。

任何一台主机在进行网络地址配置时，都会配置默认域名服务器。

**根域名服务器（a_{m）：**最重要、数量极其有限，每个根域名服务器知道所有顶级域名服务器的域名和IP地址，在因特网是有13个不同IP地址的根域名服务器，从a}m，比如a.rootservers.net b.rootservers.net ··· m.rootservers.net。

**顶级域名服务器：**管理在该顶级域名服务器注册的所有二级域名。

**权威域名服务器：**负责一个区的域名服务器，保存该区中的所有主机的域名到IP地址的映射。任何一个拥有域名的主机，其域名与IP的映射关系都存储在网络的权威域名服务器上。

中间域名服务器：

域名解析

迭代解析
递归解析

Cookie：小型文本文件。由Web服务器生成，发给浏览器。并存储在用户本地的数据。Web应用引入Cookie机制，是为了跟踪用户行为。关于Cookie技术参看这篇。

Cookie用途（1904卷简答：Cookie的用途）

使用Cookie ID 统计网站的实际访问人数
使用Cookie限制某些特定用户访问
使用Cookie存储用户的行为及偏好
使用Cookie记录登录账户的信息
使用Cookie实现购物车功能

HTTP 100° *

非持久连接：每一次请求都要重新建立连接。
持久连接：
1. 非流水式：接到请求响应后，才能发出下一个请求。
2. 流水式：无需等待请求响应即可连续依次发送请求。

电子邮件 100° *

电子邮件系统结构：主要包括邮件服务器、简单邮件传输协议（SMTP）、用户代理、邮件读取协议。

邮件服务器：发送和接收邮件，是电子邮件体系结构的核心。
邮件传输协议（SMTP25）：实现邮件服务器间发送邮件的应用层协议。
用户代理：为用户提供使用电子邮件的接口，典型的有：Outlook、Apple Mail、Fox Mail
邮件读取协议：POP3、IMAP、HTTP

MIME

MIME定义了将非7位ASCII码内容转换为7位ASCII码的编码规则。

FTP 100° *

文件传输协议（FTP）可实现两主机间文件互传。

带外控制：控制命令与数据分离，即使用两条TCP连接分别传输控制命令与数据。

FTP与端口21建立持久连接，用于传输控制命令。

FTP与端口20建立非持久连接，用于传输数据。

P2P

Socket

Socket API 常用详解

基于TPC(2010)

基于UDP(2104)

套接字类型

流式套接字 —— TCP
数据报式套接字 —— UDP
原始套接字