计算机自顶向下设计方法期末总结

第一章 概述

1、 工程观点

硬件：主机host=端系统、转接节点=网络核心、通信链路 软件：操作系统、网络管理和应用软件、通信链路 2、 服务观点 网络服务提供商、

端系统通过A、B连接

A、 通信链路 由物理媒体组成（有线介质/导引型媒体：双绞线、同轴电缆、光纤；无

线介质/非导引型媒体：远程、短距离） B、 分组交换机 路由器 链路层交换机 路径：端→端 一个分组经历的A、B 端系统通过 因特网服务提供商ISP 接入网络

因特网标准由 因特网工程任务组IETF 研发 标准文档为 请求评论RFC

协议：（三要素 语义语法规则）定义了两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接受或其他时间方面所采取的动作。即网络实体之间为进行网络中的数据交换而建立的规则标准或规定。可控制报文发送和接收。

接入网：端系统链接到网络边缘 网络接入三种类型：住宅~、公司~、无线~

通过网络链路和交换机移动数据的方法：A、B

A电路交换 （工作过程线路建立、数据传输、线终拆除）（优：保证电路可靠传输 缺：存在延时、线路利用率低专线专用）（多路复用：降低线路成本、提高利用率。a 频分复用FDM：每条连接专用一个频段 b 时分复用TDM：时间划分为固定的帧）

B分组交换 （数据报、虚电路 各自特点 在数据报中每个分组走的路径不一样，所以每个分组必须包含源端和数据端的信息，尽管属于同一报文。在虚电路中，每一个分组可省去源端和目的端的地址信息，这些分组沿着事先建立好的通道传递，可保证信息的正确可靠的传递。）（多数分组交换机在链路的输入端采用储存转发传输，在交换机能向输出链路传输该分组的第一个bit之前必须接收到整个分组）

分组交换中的时延：处理时延dproc、排队时延dqueue、传输时延dtrans、传播时延dprop. 节点总时延dnotal=4加一起/传输时延：路由器将分组推出所需时间 传播时延：1bit从1路由→另一路由时间 排队时延：流量强度>1 吞吐量：网络中设备单位时间内成功转移数据的数量（瞬间吞吐量bps 平均吞吐量F/Tbps 所有F比特用T秒）

丢包和时延是怎样出现的：分组到达链路的速率超过输出链路能力 协议层次：把复杂问题分成若干小块在不同层次上解决（每个上层协议的视线要他紧邻的下层提供服务、对等层之间禁止通信）

※应用层、运输层、网络层、链路层、物理层 应用层 运输层 网络层 链路层 物理层

报文message 报文段segment 数据报paket 帧frame bits 网关 FTP,SMTP,HTTP TCP,UDP 提供各种网络应用服务等 提供可靠地点对点传输 数据报网络层分组 一台主机到另 将分组从一个节点移到另一个 帧 一个网络元素到另一个 路由器 IP,选路协议 交换机 PPP,以太网 中继器 On the wire 第二章 应用层 只作用在端系统

应用层协议原理（研发网络应用程序的核心）试写出能够运行在不同端系统和通过网络彼此通信的程序

应用程序体系结构由应用程序研发设计者，规定了如何在各种端系统上组织该应用程序。

A 客户机/服务器体系结构 C/S （服务器：总是打开的主机，永久的IP地址，可扩展为服务器池；客户机：与服务器通信，可以间歇性的连接，可具有动态IP地址，彼此不直接通信；搜索引擎GOOGLE因特网上午Amazon基于Web的电邮Yahoo社会联网FB视频共享youtube）

B P2P体系结构 对等放直接通信 流量密集型 自扩展性（文件分发BitTorrent文件搜索共享eMile因特网电话Skype IPTV PP）

进程间寻址 （进程：在主机中处于运行状态的程序）

相同端系统：进程间通信机制相互通信 不同：通过跨越计算机网络交换报文相互通信 插口：socket=IP+端口号port 进程通过它的套接字（应用程序编程接口）接受发送报文 一个主机只有一个IP，但拥有多个端口每个进程对应一个端口

应用层协议定义了运行在不同端系统上的应用程序如何相互传递报文

定义了：交换的报文类型、语法（报文中各字段及其详细描述）、语义（包含在字段中的信息的含义）、进程何时如何发送报文及对报文进行相应的规则

应用层需要传输层提供什么服务？可靠的数据传输、定时/实时性、带宽 HTTP 80号端口标识 超文本传输协议 Web的核心

HTTP协议由：客户机程序、服务器程序 实现

Web页面 由对象组成 多数包含一个基本的HTML文件以及几个引用对象

Web服务器 用于存储Web对象 每个对象由URL寻址

定义了 Web客户机是如何向服务器请求Web页面，以及服务器如何将Web页面传送给客户机的

是无状态协议：不保存有关客户的任何信息

非持久连接：三次握手 1.0 持久连接：保持TCP连接打开 1.1 URL：host name, path name

请求报文：第一行-请求行 后继-首部行。请求行三个字段：方法字段、URL字段、HTTP协议版本字段。方法字段常用指令：GET（请求字段的实体往往是空的）POST（用户向服务器提交表单即搜索引擎功能）HEAD（故障追踪）PUT（与Web发行工具联合使用，向Web服务器上传对象）DELETE（用户/应用程序删除Web服务器上的对象）。HTTP1.0支持123、HTTP1.1支持全部

响应报文：三部分：1状态行、6首部行、实体主体 状态行三个字段：协议版本、状态码、相应状态信息。状态码：200 OK（请求成功，信息包含在返回相应报文）301 Moved Permanently（请求对象被永久转移）400 Bad Request（请求不能被服务器理解）404 Not Found（被请求的文档不在服务器上）505 HTTP Version Not Supported（服务器不支持请求报文使用HTTP协议版本）

Cookie 作用：服务器想限制用户访问，一些Web 网站想识别用户身份 四个组成：在HTTP响应报文中有一个cookie文件，在HTTP请求报文中有一个cookie首部行，在用户端系统中

保存有一个cookie首部行，在Web站点有一个后端数据库

Web缓存–服务器代理 优：减小客户机请求的响应时间，减少一个机构内部网与因特网接入链路上的通信量 条件GET方法：（查询它所保存的对象在初始服务器上是否有更新）1、一个代理服务器代表一个请求浏览器向某Web 服务器发送一个请求报文。2、Web服务器向缓存器发送具有被请求的对象的响应报文，缓存器在将对象转发到请求浏览器的同时，也将对象保存在本地缓存器中，同时也存储了对象最后修改时间。3、一段时间后，另一个用户通过该代理服务器请求同一对象该对象仍在这个缓存器中

FTP-文件传输协议：HTTP(vs)FTP（同：都运行在TCP上。异：FTP使用两个并行的TCP连接来传输文件，FTP的控制信息是带外传送的，HTTP是带内发送）两个并行的TCP连接：控制连接（21口FTP客户端和服务器建立起基于FTP的连接，在两个主机之间传递控制信息）数据连接（20口当客户端收到文件传输命令后，通过20号口启动第二连接，实际传输一个文件）当客户端与服务器之间有多个文件传输或一个文件传输都需要启动一个数据连接，整个会话期间，控制连接保持直至所有文件传输完毕

E-mail 组成：用户代理、邮件服务器、简单邮件传输协议SMTP（用户代理-邮件阅读器允许用户阅读、回复、转发、保存和撰写报文）

SMTP简单邮件传输协议 25号 因特网电子邮件应用的核心 描述电子邮件的信息格式及传递方式，以保证被传输的电子邮件能正确寻址和可靠传输。当邮件传输程序需向远程服务器发送邮件时，将建立一个TCP连接并通过该连接传输电子邮件信息。SMTP(vs)HTTP（同：都用于一台主机向另一台主机传送文件；文件传送时，持久HTTP和SMTP都使用持久连接。异：HTTP拉的协议，SMTP推的协议；SMTP要求每个报文都使用7位ASC2码，HTTP无限制；如何处理一个既包含文本又包含图形的文档，HTTP把每个对象封装到他自己的HTTP响应报文中，SMTP把所有报文对象放在一个报文之中）

邮件访问协议 POP3邮局协议IMAP互联网邮件访问协议;POP3（1、从邮件服务器下载附件，同时删除备份.2、下载并保留邮件备份。三个工作阶段：特许、事务处理、更新） DNS域名系统 （主机名到IP地址的转换）（定义：1、一个有分层的DNS服务器实现的分布式数据库2、一个允许主机查询分布式数据库的应用层协议）（任务：主机别名、邮件服务器别名、负载分配）所有DNS请求和回答报文使用UDP数据报经53端口发送 三种DNS服务器：根DNS服务器、顶级域DNS服务器TLD、权威DNS服务器（另：本地DNS）

第三章 运输层 只作用在端系统

报文段：运输层将接受道德来自发送应用进程的报文转换成运输层分组

运输层VS网络层：运输层为运行在不同主机上的进程之间提供了逻辑通信，Ann。网络层则提供了主机之间的逻辑通信，邮政。

运输层协议的服务功能：可靠数据传输、吞吐量、定时和安全

多路分解：将运输层报文段中的数据交付到正确的套接字的工作 多路复用：从源主机的不同套接字中收集数据块，并为每个数据块封装上首部信息从而生成报文段，然后将报文段传递到网络层的工作（socket套接字=IP+端口号）（要求：1、套接字有唯一标识符2、每个报文段有特殊字段/源端口号字段、目的端口号字段/来只是该报文段所要交付的套接字）

TCP与UDP套接字不同之处：TCP套接字是由源IP地址，源端口号，目的IP地址，目的端口号来标识的（TCP:HTTP,FTP,SMTP,POP3,EMAP. UDP:DNS,SNMP）

TCP 传输控制协议面向连接的 三次握手 全双工服务 点对点

连接组成：一台主机上的缓存、变量和与一个进程连接的套接字，以及另一台主机上的一套缓存、变量和与一个进程连接的套接字

TCP在TP不可靠服务的基础上创建可靠数据传输服务 重发被：超时事件、重复ACK触发

报文段结构：首部包括源端口号、目的端口号用于多路复用/多路分解来自或送至上层应用的数据。还包括：校验和、32bit序号字段、16bit接受窗口、4bit首部长度字段、可选与变长的选项字段、6bit的标识字段

TCP为应用程序提供的服务：拥塞控制、流量控制、连接控制 流量控制：防止发送方发送太多太快的数据接收方缓冲区溢出

源端口号 目的端口号 长度 检验和 应用数据（报文） 拥塞控制：避免太多太快的数据进入网络，是网络无法处理造成网络性能下降（丢包、时延）

TCP连接管理，三次握手：1、客户机向服务器发送 TCP SYN报文段。指定初始序号，没有数据。2、服务器收到SYN报文段, 用SYN ACK报文段回复。服务器为该连接分配缓冲区和变量，指定服务器初始序号3、客户机接收到 SYN ACK, 用ACK报文段回复,可能包含数据 UDP用户数据报协议 无连接运输 发送报文前发送方和接收方的运输层实体之间没有握手（优：应用层能更好的控制要发送的数据和发送时间。无需建立连接。无连接状态。分组首部开销小。）

第四章 网络层

网络层协议作用于网络核心 将分组从一台发送主机移动到一台接收主机 关键功能：转发、选路、建立连接 转发：当一个分组到达某路由器的一条输入链路时，该路由器必须将该分组移动到适当的输出链路。指将分组从一个输入链路接口转移到适当的输出链路接口的路由器本地动作。 选路：分组从发送方流向接收方时，网络层必须决定这些分组所采用的路由或路径。指分组从源到目的地时，决定端到端路径的网络范围进程。

每台路由器具有一张转发表：路由器通过检查到达分组首部中的一个字段的值，然后使用该值在该路由器的转发表中索引查询来转发一个分组。查询转发表的结果是分组将被转发到路由器的链路接口。

建立连接：对于虚电路，逻辑线路建立，如ATM,FR。对于数据报则网络层没有建立连接功能如Internet。

网络层提供的服务：确保交付、具有时延上界的确保交付、有序分组交付、确保最小带宽、确保最大时延抖动、安全性服务 提供单一的服务 尽力而为的服务

网络层连接和无连接VS运输层面向连接和无连接：1、网络层中这些服务是由网络层向运输层提供的主机到主机的服务。运输层中，这些服务则是运输层向应用层提供的进程到进程的服务。2、网络层提供主机到主机的连接或无连接服务，不同时提供两种。3、运输层面向连接服务是在位于网络边缘的端系统中实现的，网络层连接服务除了在端系统中实现以外，也在位于网络核心的路由器中实现。

虚电路：仅在网络层提供连接服务的计算机网络。组成：源和目的主机之间的路径；VC号，沿着该路径的每一段链路的一个号码；沿着该路径的媚态路由器中的转发表项。3各阶段：虚电路建立、数据传送、虚电路拆除

网络层虚电路建立与运输层虚电路建立的区别：运输层连接建立仅涉及两个系统，在运输层连接建立期间，两个端系统独自决定运输层连接的参数。虽然这两个端系统已经知道该运输层的连接，但路由器对此毫不知情。对于一个虚电路的网络层，沿两个端系统之间的路径上的路由器都要参与虚电路的建立且每台路由器都完全知道经过他的所有虚电路 路由器组成：输入端口（保存了选路表的拷贝）、交换结构（经内存、经单一总线、经互联网络）、输出端口、选路处理器

因特网的网络层协议：选路协议、IP协议、ICMP协议

DHCP动态主机配置协议

IP广播地址255.255.255.255 该报文会被交付给同一子网中所有主机 NAT网络地址转换

IPv6比IPv4 的变化：扩大的地址容量、简单高效的40字节首部、流标签与优先级

选路算法在找一条从源到目的地通过网络的最低费用路径

全局还是分布：全局（链路状态算法LS）分布式选路算

法（距离向量算法DV：异步、迭代、分布式）

静态/动态选路算法 负载敏感负载迟钝算法

流量类型 流标签 因特网上自制系统内的选路：选录信息协议

下一个首部 跳限制 RIP、开放最短路径优先OSPF

版本号 有效载荷长度 源地址128b 目的地址128b 数据

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