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计算机网络——学习笔记

©Yang-datong

2023-07-11 11:59

ChatGPT: 我想让你当一名计算机网络老师。我将提供一些计算机网络专业概念，你的工作是用易

于理解的术语解释它们。这可能包括提供解决问题的分步说明，演示各种视觉效果技术或建议在线资源以

供进一步研究。下面我将会向你提出我的问题，你准备好了吗？

- ‘let’s think step by step‘

- ‘Let’s work this out in a step by step way to be sure we have the right answer‘

第 1 章概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1 速率相关性能指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 时延相关指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 分层结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.4 OSI 模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.5 TCP/IP 模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.6 五层参考模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

第 2 章物理层 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.1 基本概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2 数据通信 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3 数据编码 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.4 调制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.5 编码和调制的区别 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.6 物理层传输介质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.6.1 导向性传输介质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.6.2 非导向性传输介质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.7 物理层设备 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.7.1 中继器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.7.2 集线器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

第 3 章数据链接层 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1 基本概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2 链路层编址 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2.1 MAC 地址 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.2.2 ARP 网络协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3 组帧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.3.1 透明传输 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.3.2 组帧的四种方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.4 差错控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.4.1 奇偶检验码 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.4.2 循环冗余码 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.4.3 海明码 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.5 数据帧的传输控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.5.1 停止等待协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.5.2 后退 N 帧协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.5.3 选择重传协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.6

介质访问控制

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.6.1

信道划分——介质访问控制

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.6.2

随机访问——介质访问控制

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.6.3 轮询访问——介质访问控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.7 局域网 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.7.1 局域网的网络拓扑结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.7.2 局域网的分类 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.8 以太网 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.8.1 无连接和不可靠特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.8.2 以太网 Mac 帧 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.9 无线局域网 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.9.1 WPA Wi-Fi 加密协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.10 广域网 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.10.1 点对点连接协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.10.2 HDLC 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.11 链接层设备 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.11.1 Tor 网络中的网桥 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.11.2 交换机 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.11.3 冲突域和广播域 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

第 4 章网络层 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.1 基本概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2 数据交换方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2.1 分组交换传输方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.3 路由算法和路由协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.3.1 RIP 协议和距离向量算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4.3.2 OSPF 协议和链路状态算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.3.3 BGP 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.3.4 RIP、OSPF、BGP 协议比较 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.4 IP 地址 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.4.1 IPv4 地址分类 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.4.2 网络地址转换 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.4.3 子网掩码 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.4.4 IPv6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.4.5 IPv6 对 IPv4 兼容策略 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.5 ICMP 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.6 IP 多播 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.6.1 IGMP 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4.7 移动 IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.8

网络层设备

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.8.1

路由器

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

第 5 章传输层 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5.1 基本概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5.2 传输层两个协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5.3 端口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.4 UDP 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.5 TCP 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.5.1 三次握手 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.5.2 四次挥手 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

5.5.3 序号 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5.5.4 重传 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5.5.5 流量控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5.5.6 计时器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

5.5.7 拥塞控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

5.6 SYN 洪泛攻击 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

第 6 章应用层 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6.1 基本概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

6.2 网络应用模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

6.3 DNS 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

6.4 FTP，TFTP 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6.4.1 SSH 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

6.5 电子邮件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

6.5.1 SMTP 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.5.2 MIME 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

6.5.3 POP3，IMAP 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.5.4 基于万维网的电子邮件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

6.6 万维网 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

6.7 HTTP 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

6.8 HTTPS 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

6.9 WebSocket 协议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

第 7 章番外篇 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

7.1 网络传播介质 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

7.2 Base64 编码 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

插图

1 时延和利用率的关系图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 OSI 分层结构模型图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3 OSI 模型（左）与 TCP/IP 模型（右）对应关系图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4 五层参考模型图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5 两种基本的数据传输图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

6 双绞线类别图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

7 RJ-11 和 RJ-45 模型图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

8 同轴电缆线模型图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

10 星型拓扑图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

11 总线型拓扑图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

12 环型拓扑图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

13 树型拓扑图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

14 以太网 Mac 帧结构图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

15 HTTP 请求与响应报文结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

表格

1 时延类别模块表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 计算机网络分层表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 计算机网络分层模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4 五层参考模型分层表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

5 数据通信的三种基本通信方式表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

6 数据通信的两种基本的数据传输方式表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

7 信道上传送的信号种类表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

8 同轴电缆与双绞线对比表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

9 光纤、同轴电缆、双绞线对比表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

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