本笔记对应教材为《计算机网络自顶向下方法》

第一章 概述

计算机网络协议分层
OSI 七层模型
应用层 指网络操作系统和具体的应用程序，对应WWW服务器、FTP服务器等应用软件
表示层 数据语法的转换、数据的传送等
会话层 建立起两端之间的会话关系，并负责数据的传送
传输层 负责错误的检查与修复，以确保传送的质量，是TCP工作的地方。（报文）
网络层 提供了编址方案,IP协议工作的地方(数据包）
数据链路层 将由物理层传来的未经处理的位数据包装成数据帧
物理层 对应网线、网卡、接口等物理设备(位)

计算机网络服务模型
TCP/IP 五层模型
应用层 通过应用进程间交互完成特定的互联网应用，定义应用进程之间通信和交互的规则
传输层 进程之间通信的通用数据传输服务
网络层 网络中不同主机提供通信服务
数据链路层 两个相邻网络结点之间传送数据
物理层 如何在传输媒介中传输比特流

分层优缺点： 分层提供了 一种结构化方式来讨论系统组件。模块化使更新系统组件更为容易。分层的一个潜在缺点 是一层可能冗余较低层的功能。第二种潜在的缺点是某层的功能可能需要仅在其他某层才出现的 信息（如时间戳值），这违反了层次分离的目标。

电路交换和分组交换的优缺点
电路交换
优点：数据直接传送 ，时延小；保证数据有序性；稳定带宽、专用信道、一致的数据速率。
缺点：线路利用率低、不便于进行差错控制；建立物理链路需要时间、资金成本
分组交换
优点：链接中的故障不会停止数据的传递；带宽利用率高；更简单、有效、成本更低
缺点：通信有延迟；会导致信息丢失；分组需要提供额外信息增加开销

计算机网络性能指标
公式总结

1. 传输时延、发送时延、处理时延： 均指在发送端将比特流打包成分组的时间。
   发送时延 = 数据帧长度 / 发送速率（信道带宽）
2. 传播时延： 从发送端到接收端过程中消耗的时间
   传播时延 = 信道长度 / 电磁波传播速度
3. 利用率： D：网络当前时延 D0：网络空闲的时延 U：信道利用率
   当前信道利用率：D = D0 / （1 - U） 可见，信道利用率越大，时延越大（包多时延大）
4. 时延带宽积： 传播时延 x 带宽
5. 吞吐量： 单位时间内通过某个网络的实际的数据量

第二章 应用层

P2P 和 C/S 优缺点
客户-服务器
优点：客户、服务器分离，允许网络分布操作；一个服务器可以服务于多个客户端；
缺点：客户机会比较依赖于服务器工作。
P2P
优点：可扩展性强，传播速度优化；
缺点：用户直连，没有确保安全性，管理困难。

P2P 和 C/S 模式计算题
题目1
考虑向N个对等方发F=15Gb的一个文件。该服务器具有us=30Mbps的上载速率，每个对等方具有di=1Mbps的下载速率和上载速率u。对于N=10、100和1000并且u=300kps、700kps和2Mbps，对于N和u的每种组合绘制出确定最小分发时间的图表。需要分别针对客户-服务器分发和P2P分发两种情况制作。

在计算C-S分发的最小分发时间时，我们使用以下公式：
Dcs=max{NF/us,F/di}  服务器分发前需要先将数据上载，取服务器上载和各链路下载速率的最大值
其中F=15Gb=15*1000Mb
us=30Mbps，dmin=di=1Mbps
注意，300 Kbps=300/1000 Mbps
在计算P2P分发的最小分发时间时，我们使用以下公式：
Dp2p=max{F/us,F/di,NF/(us+∑ui)}
其中F=15Gb=15*1000Mb
us=30Mbps，di=di=1Mbps
注意，300 Kbps=300/1000 Mbps

DNS 域名系统
DNS 采用 客户/服务器 模型，运行在 UDP 之上，使用 53 号端口。缓存就是对重复的访问，省去一些重复的解析，节省时间。
域名解析过程

超文本传输协议 HTTP

1. HTTP 使用 TCP 连接进行可靠传输，端口号 80，定义了在浏览器和服务器之间的请求和响应的格式。
2. HTTP 本身是无连接的，通信双方交换 HTTP 报文前不需要先建立连接
3. HTTP 是无记忆的，每次访问都一样，各自独立
4. 使用 Cookie 保存用户活动数据库，Cookie 是服务器产生的、储存在用户主机中的文本文件
5. HTTP 既可以建立持久连接（只需建立一次 TCP 连接，然后传输 HTML 文件，之后可一直传输文件），也可以建立非持久连接（先建立一个 TCP 连接传输 HTML 文件，之后每次传输数据还都需要重新建立 TCP 连接）
6. HTTP 响应报文和请求报文开始行不同

输入 URL 后发生的事情：
DNS 域名系统解析出 URL 对应的 IP 地址
浏览器与该 IP 对应的服务器建立 TCP 连接
浏览器发出 HTTP 请求
服务器通过 HTTP 响应把文件 index.htm 发送给浏览器
释放 TCP 连接
浏览器解释文件 index.htm ，并将 Web 页展示给用户

第二章综合例题
例1 —— 协议使用


例2 —— HTTP 连接计算



本题注意： 无论是持久还是非持久，都需要先建立一个 TCP 连接，然后传送一个 HTML 网页文件，然后再进行后续操作

例3 —— HTTP 连接计算


考虑单个主机：
非持久并行：
(150/150 + 150/150 + 150/150 + 100000/150) +（150/(150/8) + 150/(150/8) + 150/(150/8) + 200000/(150/8) ）=11360
持久并行：
(150/150+ 150/150 + 150/150+ 100000/150) + (150/(150/8) + 200000/(150/8))=11344
持续连接HTTP相比非持续并没有显著增益
本题注意： 题干说的包含数据的 100,000b 的分组是 HTML 网页文件，而且仔细审题，后面说仅包含控制的分组为 150b ，说明 100,000b 中已经含有控制比特。

常见的应用层协议和对应使用的运输层协议
TCP:HTTP FTP SMTP POP3
UDP:SNMP DHCP NTP TFTP

第三章 传输层 / 运输层

可靠性 RDT
拥塞控制

在恢复部分：Tahoe：还用慢开始算法，从 1 开始；Reno：快恢复算法，从一半开始

第四章 网络层

网络层的功能
路由选择与分组转发、异构网络互联、拥塞控制

IP 地址 & 子网掩码
网络号，主机号，主机地址，网络地址，主机地址，子网号，子网地址 概念辨析
子网掩码B站
IP 地址的主机号全为 0 表示网络号，全为 1 表示广播号
IP 地址和子网掩码都是一串 32 位的二进制数，二者一一对应。子网掩码为 1 的位对应 IP 地址中的网络号，为 0 的位对应 IP 地址中的主机号。注意，子网掩码肯定是由连续的 1 和连续的 0 组成的，因为网络号和主机号不能交叉。IP 和 子网掩码相与得到该网络的网络号（标识该网络的地址）
CIDR记法：在 IP 后面加一个斜杠和一个数字，表示网络号位数是多少，如 172.16.0.0/16 表示有 16 位网络号，前 16 位称为网络前缀
总结

子网划分
B站讲解
假如某网络只需要 100 台主机，而主机号可以表示 200 台主机。我们不想对该 IP 进行浪费，将主机号再次进行划分，使用主机字节的前几位标记划分子网的网络号，其余位数用于表示主机地址。
例


注 主机号全 0 表示网络号，全为 1 表示广播号，这两个不能算在主机地址中

网络地址转换-NAT
将局域网（LAN）址转换为公网（WAN）地址，对外隐藏局域网内部 IP 地址，使得整个局域网只需要一个全球的 IP 即可访问因特网
词条辨析：LAN、WAN、WLAN、WIFI
词条辨析：网关和路由

ARP 协议
同一局域网内，将 IP 地址映射为 MAC 地址

DHCP 协议
当一台新主机加入网络时，DHCP 给该主机分配 IP 地址

ICMP 协议

距离向量路由算法 - RIP 协议
在网络中加入新的路由器时，用于对路由器下一条的更新，更新当前路由表。原则上满足到达下一网络的距离尽量短，距离相同时尽量不改动，同一下一跳改动则必改动的原则。
B站原理+题目讲解
B站做题步骤讲解

最长前缀路由选择
b站讲解
原理：哪条 IP 的匹配度最高选择哪个
例

步骤

1. 把目的 IP 化为二进制
2. 求得路由表中每一条 IP 路径的网络号
3. 逐一与目的 IP 对比，符合度最高的为正确路径

例

第五章 数据链路层

DV算法
Dijkstra算法

1. 画出表格，左边是已经确定的点，右边每个格包含两个数据，第一个是起始点到该点的距离，第二个是该点前一个点是什么
2. 从第一个点 V1 出发，每次找和当前点相邻点的距离，将最短路径保存在各个点中
3. 找到该行距离数最小的点，保存在左侧确定点部分
   
   LS算法
   Bellman-Ford算法

第六章 链路层和局域网

随机接入协议
用户可以根据自己的意愿随机发送信息，可以占用信道全部速率，但有两个或多个用户同时发送信息时，就会产生碰撞，导致双方均发送失败。为解决随机接入发生的碰撞，用户需要按照几种协议反复重传帧，直到无碰撞通过。
纯 ALOHA 协议
用户可以不进行检测的发数据，若一段时间按内未收到确认，则认为发生了碰撞。发送站点需等待一段时间后再次发送数据，直至发送成功。纯 ALOHA 网络吞吐量低，改进后变为 时隙 ALOHA
时隙 ALOHA 协议
把所有各站时间同步，划分一段段等长时隙，只能在每个时隙开始才能发送帧
CSMA 协议

CSMA/CD 协议
先听后发，边听边发，一旦碰撞，停止发送。只能检测碰撞，不能避免。用于总线型网络，通过检测电缆中电压变化实现。
CSMA/CA 协议
发送数据时先广播告知其他节点，让其他节点某段时间内不要发送数据，以免碰撞。用于无线网络，通过检测电磁波能量强弱实现。
总结

MAC地址， hop-by-hop

第七章 无线网络和移动网络

无线 vs 有线
协议设计

区别：有线与无线的区别在于数据传输的方式、标准；在没有干扰的前提下，有线与无线传输速度没有区别。
特点：
1、有线：需要设备之间使用网线连接，这样限制了设备之间的距离。
2、无线：通过无线协议实现数据传输或者网络连接，一般室内50m范围内可以全方位传输数据。不过无线容易被电磁波干扰，而且墙壁对信号削弱也比较大。递减的信号强度、来自其他源的干扰、多路径传播

第八章 计算机网络中的安全

对称加密 vs. 非对称加密
对称 和 非对称指的就是 加密 和 解密 用的 秘钥 是不是同一个。对称：同一个，非对称：不同
B站讲解
对称加密
一把钥匙一把锁头
加密过程：A 用锁头锁住文件后，把钥匙和密码都发给 B

非对称加密
把自己的锁头公开，所有人都可以用你的锁来加密，但只有你自己才有钥匙
加密过程：A 把自己的锁头给 B ，B 用 A 的锁头锁住文件后，再发给 A

traceroute：路由器追踪