第一章概述三網：電信網、有線電視網、計算機網計算機網絡向用戶提供的最重要的功能有兩個：連通性、共享網絡有若干結點和連接這些結點的鏈路組成因特網發(fā)展的幾個重要時間點：1969年美國國防部創(chuàng)建第一個分組交換網ARPANET，最初它只是一個單個的分組交換網，不是一個互聯的網絡；1983年TCP/IP協(xié)議成為ARPANET的標準協(xié)議，人們把這一年作為因特網的誕生時間internet是個通用名詞，泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡，網絡之間的通信協(xié)議可以是任意的；Internet是個專有名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡互聯而成的特定網絡，它采用TCP/IP協(xié)議族作為通信規(guī)則，它的前身是ARPANET因特網的三級結構：主干網、地區(qū)網、校園網（企業(yè)網）所有的因特網標準都是以RFC文檔的形式在因特網上發(fā)表的。Requestforcomments：請求評論從工作方式上可將因特網劃分為兩大塊：邊緣部分、核心部分計算機通信：主機A的某個進程和主機B的另一個進程進行通信在網絡邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式可分為兩大類：客戶服務器方式（C/S方式）、對等方式（P2P方式）客戶和服務器都是指通信中所涉及的兩個應用進程。客戶是服務請求方，服務器是服務提供方。對等連接是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務請求方還是服務提供方；其工作方式成為P2P文件件共享“交換”就是按照某種方式動態(tài)的分配傳輸線路的資源；必須經過“建立連接（占用通信資源）→通話（一直占用通信資源）→釋放連接（歸還通信資源）”三個步驟的交換方式稱為電路交換，其特點是在通話的全部時間內，通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源分組交換采用存儲轉發(fā)技術。把要發(fā)送的整塊的數據稱為報文。分組是在因特網中傳送的數據單元三種交換方式在數據傳送階段的主要特點：電路交換——整個報文的比特流連續(xù)地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送報文交換——整個報文先傳送到相鄰結點，全部存儲下來后查找轉發(fā)表，轉發(fā)到下一結點分組交換——單個分組傳送到相鄰結點，存儲下來后查找轉發(fā)表，轉發(fā)到下一結點廣域網WAN城域網MAN局域網LAN個人區(qū)域網PAN接入網AN：用來把用戶接入到因特網的網絡速率：連接在計算機網絡上的主機在數字信道上傳送數據的速率，也稱數據率或比特率；帶寬：在單位時間內從網絡的某一點到另一點所能通過的“最高數據率”，單位：b/s；吞吐量：在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量；時延：數據從網絡的一端傳送到另一端的時間；發(fā)送時延：主機或路由器發(fā)送數據幀所需要的時間，也叫傳輸時間；傳播時延：電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間；處理時延：主機或路由器在處理分組時所花費的時間；排隊時延，其長短取決于網絡當時的通信量；總時延等于以上四種時延的總和時延帶寬積=傳播時延×帶寬往返時間RTT：從發(fā)送方發(fā)送數據開始，到發(fā)送方接到來自接收方的確認總共經歷的時間利用率有信道利用率和網絡利用率；信道或網絡利用率過高會產生非常大的時延開放式系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM（opensysteminterconnectionreferencemodel），簡稱OSI為進行網絡中的數據交換而建立的規(guī)則、標準或約定稱為網絡協(xié)議；主要由以下三個要素組成：語法：即數據與控制信息的結構或格式；語義：即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應；同步：即事件實現順序的詳細說明分層的好處：各層之間是獨立的；靈活型好；結構上可分割；易于實現和維護；能促進標準化工作計算機的體系結構是這個計算機網絡及其構建所應完成的功能的精確定義。體系結構是抽象的，而現實是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件OSI的七層協(xié)議體系結構（由下到上）：物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、會話層、表示層、應用層；TCP/IP的體系結構：網絡接口層、網際層IP、運輸層、應用層；五層協(xié)議的體系結構：物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、應用層應用層直接為用戶的應用進程提供服務；運輸層負責向兩個主機中進程之間的通信提供服務，運輸層主要使用的兩種協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP——無連接的，數據傳輸的單位是報文段，能提供可靠的交付；用戶數據報協(xié)議UDP——無連接的，數據傳輸單位是用戶數據報，不保證提供可靠的交付，只能提供“盡最大努力交付”；網絡層為分組交換網上的不同主機提供通信服務；數據鏈路層將網絡層交下來的IP數據報組裝成幀，在兩個相鄰結點間的鏈路上“透明”地傳送幀中的數據；透明：某一個實際存在的事物看起來好像不存在一樣；物理層的任務是透明地傳送比特流；在研究開放系統(tǒng)中的信息交換時，用實體這一名詞表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程；協(xié)議是控制兩個或多個對等實體進行通信的規(guī)則的集合；在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提夠服務。要實現本層的協(xié)議，還需要使用下一層所提供的服務；協(xié)議和服務的區(qū)別：首先，協(xié)議的實現保證了能夠向上一層提供服務。使用本層服務的實體只能看見服務而無法看見下面的協(xié)議，下面的協(xié)議對上面的實體是透明的；其次，協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)則。但服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間接口提供的。只有那些能夠被高一層實體“看得見”的功能才能稱之為服務。上層使用下層所提供的服務必須通過與下層交換一些命令，這些命令在OSI中稱為服務原語；在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實體進行交互（即交換信息）的地方，稱為服務訪問點SAP；OSI把層與層之間交換的數據單位稱為服務數據單元SDU；OSI把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協(xié)議數據單元PDU第二章物理層通信的目的是傳送消息；數據是運送消息的實體；信號則是數據的電氣或電磁的表現；模擬信號（連續(xù)信號）——代表消息的參數的取值是連續(xù)的；數字信號（離散信號）——代表消息的參數的取值是離散的；在使用時間域的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的基本波形就稱為碼元信道一般用來表示向某一個方向傳送信息的媒體；單向通信，又稱單工通信，即只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互；雙向交替通信，又稱半雙工通信，即通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送，也不能同時接受；雙向同時通信，又稱全雙工通信，即通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息來至信源的信號稱為基帶信號；調制可分為兩大類：基帶調制、帶通調制；最基本的帶網絡層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數據報服務；網絡層不提供服務質量的承諾與IP協(xié)議配套使用的有四個協(xié)議：1、地址解析協(xié)議ARP；2、逆地址解析協(xié)議RARP；3、網際控制報文協(xié)議ICMP；4、網際組管理協(xié)議IGMP虛擬互聯網絡也就是邏輯互聯網絡，它的意思就是互連起來的各種物理網絡的異構性本來客觀存在，但利用IP協(xié)議就可以使這些性能各異的網絡在網絡層上看起來好像是一個統(tǒng)一的網絡；使用IP協(xié)議的虛擬互連網絡可簡稱為IP網；互聯網可以由多種異構網絡互連組成因特網名字與號碼指派公司ICANN分類的IP地址由網絡號和主機號組成；A類B類C類地址都是單播地址（一對一通信），其網絡號字段分別為1、2、3字節(jié)長，而在網絡號最前面有一至三位類別位，分別為0、10、110IP地址是標志一個主機或路由器和一條鏈路的接口，當一個主機連接到兩個網絡上時，該主機就必須同時具有兩個相應的IP地址，其網絡號必須是不同的，這種主機稱為多歸屬主機；由于一個路由器至少連接到兩個網絡，因此一個路由器至少有兩個IP地址一個網絡是指具有相同網絡號的主機的集合，用轉發(fā)器或網橋連接起來的若干個局域網仍為一個網絡；具有不同網絡號的局域網要使用路由器進行互連物理地址是數據鏈路層和物理層使用的地址，而IP地址是網絡層和以上各層使用的地址，是一種邏輯地址；IP地址放在IP數據報的首部，而硬件地址則放在MAC幀的首部；在網絡層和網絡層以上使用的是IP地址，而數據鏈路層和以下使用的是硬件地址；數據鏈路層看不見數據報的IP地址劃分子網只是把IP地址的主機號進行再劃分，而不改變IP地址原來的網絡號使用子網掩碼的好處是：不管網絡有沒有劃分子網掩碼，只要把子網掩碼和IP地址進行逐位的與運算，就可立即得出網絡地址；如果一個網絡不劃分子網，那么該網絡的子網掩碼就使用默認的子網掩碼；子網掩碼是一個網絡或一個子網的重要屬性劃分子網增加了靈活性，但卻減少了能夠連接在網絡上的主機總數；同樣的IP地址和不同的子網掩碼可以得出相同的網絡地址無分類域間路由選擇CIDR；斜線記法中，斜線后面的數字就是地址掩碼中1的個數；“CIDR不使用子網”是指CIDR并沒有在32位地址中指明若干位作為子網字段，但分配到一個CIDR地址塊的組織仍可以在本組織內根據需要劃分子網，這些子網也都只有一個網絡前綴和一個主機號字段，但子網的網絡前綴要比整個組織的網絡前綴要長一些網絡前綴越短，其地址塊所包含的地址數就越多為了提高二叉線索的查找速度，廣泛使用了各種壓縮技術為了更有效地轉發(fā)IP數據報和提高交付成功的機會，在網際層使用了網際控制報文協(xié)議ICMPICMP報文的種類有兩種：ICMP差錯報告報文和ICMP詢問報文下面是不應該發(fā)送ICMP差錯報告報文的幾種情況：1、對ICMP差錯報告報文不再發(fā)送差錯報告報文；2、對第一個分片的數據報片的所有后續(xù)數據報片都不發(fā)送ICMP差錯報告報文；3、對具有多播地址的數據報都不發(fā)送ICMP差錯報告報文；4、對具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的數據報不發(fā)送ICMP差錯報告報文常用的ICMP詢問報文有：1、回送請求和回答：ICMP回送請求報文是由主機或路由器像一個特定的目的主機發(fā)出的詢問，收到此報文的主機必須給源主機或路由器發(fā)送ICMP回送回答報文，這種詢問報文用來測試目的站是否可達以及了解其有關狀態(tài)；2、時間戳請求和回答：ICMP時間戳請求報文是請求某個主機或路由器回答當前的日期和時間，在ICMP時間戳回答報文中有一個32位的字段，其中寫入的整數代表從1900年1月1日起到當前時刻一共有多少秒，時間戳請求與回答可用來進行時鐘同步和測量時間ICMP的一個重要應用就是分組網間探測PING，用來測試兩個主機之間的連通性。PING使用了ICMP回送請求與回送回答報文在windows操作系統(tǒng)中，tracert這個命令用來跟蹤一個分組從源點到終點的路徑因特網采用的路由選擇協(xié)議主要是自適應的（即動態(tài)的）、分布式路由選擇協(xié)議因特網將整個互聯網劃分為許多較小的自治系統(tǒng)，記為AS；盡管一個AS使用了多種內部路由選擇協(xié)議和度量，但一個AS對其他AS表現出的是一個單一的和一致的路由選擇策略使用分層次的路由選擇方法，可將因特網的路由選擇協(xié)議劃分為兩大類：1、內部網關協(xié)議IGP，如RIP、OSPF；2、外部網關協(xié)議EGP，目前使用的是BGP自治系統(tǒng)之間的路由選擇叫域間路由選擇；自治系統(tǒng)內部的路由選擇叫域內路由選擇路由信息協(xié)議RIP是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議；RIP協(xié)議的特點：1、僅和相鄰路由器交換信息；2、路由器交換的信息是當前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表；3、按固定時間交換路由信息RIP博文由首部和路由部分組成。RIP的首部占4個字節(jié)，有“命令、版本、必為0”組成，其中的命令字段指出報文的意義：1表示請求路由信息，2表示對請求路由信息的響應或未被請求而發(fā)出的路由更新報文；“必為0”是為了4字節(jié)字的對齊；路由部分由若干個路由信息組成，每個路由信息需要用20個字節(jié)，包括地址族標識符、路由標記、網絡地址、子網掩碼、下一跳路由器地址、距離，一個RIP報文最多可包括25個路由，故RIP報文的最大長度是4+25×20=504字節(jié)，如超過，必須再用一個開放最短路徑優(yōu)先OSPF，最要的特征就是使用分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議；（1）OSPF用洪泛法向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息；（2）發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部分信息；（3）只有當鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器才向所有路由器用洪泛法發(fā)送此信息；OSPF的更新過程收斂得快是其重要優(yōu)點為了使OSPF能過用于規(guī)模很大的網絡，OSPF將一個自治系統(tǒng)再劃分為若干個更小的范圍，叫做區(qū)域在配置邊界網關協(xié)議BGP時，每一個AS的管理員要選擇至少一個路由器作為該AS的“BGP發(fā)言人”，而它往往就是BGP邊界路由器；“BGP發(fā)言人”表明該路由器可以代表整個AS與其他AS交換路由信息在RFC4271中規(guī)定了BGP-4的4種報文：1、OPEN（打開）報文，用來與相鄰的另一個BGP發(fā)言人建立關系，是通信初始化；2、UPDATE（更新）報文，用來通告某一路由的信息，以及列出要撤銷的多條路由；3、KEEPALIVE（?；睿﹫笪?，用來周期性的證實鄰站的連通性；4、NOTIFICATONA（通知）報文，用來發(fā)送檢測到的差錯路由器是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用計算機，其任務是轉發(fā)分組；從路由器某個輸入端口收到的分組，按照分組要去的目的地，把該分組從路由器的某個合適的輸出端口轉發(fā)給下一跳路由器整個路由器結構可分為兩大部分：路由選擇部分和分組轉發(fā)部分；路由選擇部分也叫控制部分，其核心構建是路由選擇處理機在互聯網中，“轉發(fā)”就是路由器根據轉發(fā)表把收到的IP數據報從路由器合適的端口轉發(fā)出去，“轉發(fā)”僅僅涉及到一個路由器；但“路由選擇”則涉及到很多路由器，路由表則是許多路由器協(xié)同工作的結果，這些路由器按照復雜的路由算法，得出整個網絡的拓撲變化情況，因而能夠動態(tài)的改變所選擇的路由，并由此構造出整個的路由表輸入端口的處理速率能夠跟上線路把分組傳送到路由器的速率，這種速率稱為線速在因特網上進行多播就叫做IP多播，IP多播所傳送的分組需要使用多播IP地址，多播組的標識符就是IP地址中的D類地址，D類IP地址的前4位是1110多播數據報和一般的IP數據報的區(qū)別就是它使用D類IP地址作為目的地址，并且首部中的協(xié)議字段值為2，表明使用IGMP（網際組管理協(xié)議）；多播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址IP多播可分為兩種：一種是只在本局域網上進行硬件多播，另一種是在因特網的范圍進行多播在因特網中的所有路由器，對目的地址是專用地址的數據報一律不進行轉發(fā)采用專用IP地址的互聯網絡稱為專用互聯網或本地互聯網，或專用網；專用IP地址也叫做可重用地址利用公用的因特網作為本機構各專用網之間的通信載體，這樣的專用網稱為虛擬專用網VPN；有場所A和場所B的內部網絡所構成的虛擬專用網VPN又稱為內聯網，表示A、B都屬于同一個機構；有時一個機構的VPN需要某些外部機構參加進來，這樣的VPN稱為外聯網使用端口號的NAT叫做網絡地址與端口號轉換NAPT（networkaddressandporttranslation）第五章運輸層運輸層向它上面的應用層提供通信服務，它屬于面向通信部分的最高層，同時也是用戶功能中的最低層運輸層有一個很重要的功能：復用和分用；“復用”指在發(fā)送方不同的應用進程都可以使用同一個運輸層協(xié)議傳送數據；“分用”指接收方的運輸層在剝去報文的首部后能把這些數據正確交付到目的應用進程網絡層是為主機之間提供邏輯通信，而運輸層為應用進程之間提供端到端的邏輯通信按OSI的術語兩個對等運輸實體在通信時傳送的數據單位叫做運輸協(xié)議數據單元TPDU。但在TCP/IP體系中，則根據所使用的協(xié)議是TCP或UDP，分別稱之為TCP報文段和UDP用戶數據報應用層所有的應用程序都可以通過運輸層再傳送到IP層，這就是復用；運輸層從IP層收到數據后必須交付給指明的應用進程，這就是分用在運輸層使用協(xié)議端口號，通常簡稱為端口，在協(xié)議棧層間的抽象的協(xié)議端口是軟件端口，它是應用層的各種協(xié)議進程與運輸實體進行層間交互的一種地址TCP/IP的運輸層用一個16位端口號來標志一個端口，端口號只具有本地意義，它只是為了標志本計算機應用層中的各個進程在和運輸層交互時的層間接口；在因特網不同計算機中，相同的端口號是沒有關聯的運輸層的端口號分為兩大類：1、服務器端使用的端口號，又分為熟知（系統(tǒng)）端口號和登記端口號；2、客戶端使用的端口號，又叫短暫端口號UDP的主要特點：1、UDP是無連接的；2、UDP使用盡最大努力交付；3、UDP是面向報文的；4UDP沒有擁塞控制；5、UDP支持一對一、一對多、多對一、多對多的交互通信；6、UDP的首部開銷小在計算UDP用戶數據報首部中的校驗和時，要在UDP用戶數據報之前增加12個字節(jié)的偽首部IP數據報的檢驗和只檢驗IP數據報的首部，但UDP的檢驗和是把首部和數據部分一起都檢驗TCP最主要的特點：1、TCP是面向連接的運輸層協(xié)議；2、每一條TCP連接只能有兩個端點，也只能是點對點的；3、TCP提供可靠交付的服務；4、TCP提供全雙工通信；5、面向字節(jié)流TCP連接的端點叫套接字（socket）或插口，套接字socket=（IP地址：端口號）；每一條TCP連接唯一地被通信兩端的兩個端點（即套接字）所確定，即TCP連接：：={socket1，socket2}={（IP1：port1），（IP2：port2）}同一個IP地址可以有多個不同的TCP連接，而同一個端口也可以出現在多個不同的TCp連接可靠傳輸協(xié)議是這樣設計的：A只要超過了一段時間仍沒有收到確認，就認為剛才發(fā)送的分組丟失了，因而重傳前面發(fā)送過的分組，這就是超時重傳。要實現超時重傳，就要在每發(fā)送完一個分組設置一個超時計時器。如果在超時計時器到期之前收到了對方的確認，就撤銷已設置的超時計時器；要注意