计算机网络教程 第6版

计算机网络教程 第6版

概述

作用

• 浏览信息和发布信息
• 休闲和娱乐
• 资源共享
• 电子商务
• 远程协作
• 网上办公

定义

• 以传输信息为基础目的
• 用通信线路和通信设备将多个计算机连接起来的计算机系统的集合

分类

• 按网络的覆盖范围

  • 局域网（LAN）
  • 城域网（MAN）
  • 广域网（WAN）
  • 个人区域网（PAN）

• 按网络的使用者

  • 公用网
  • 专用网

互联网概述

• 网络：把许多计算机连接在一起

• 互联网络：把许多网络连接在一起

  • 互联网/因特网

    • 边缘部分
    • 核心部分

• 发展的三个阶段

  • 单个网络

  • 三级结构的互联网

    • 主干网
    • 地区网
    • 校园网（企业网）

  • 多层次 ISP 结构的互联网

• 标准化工作

交换技术

• 电路交换

  • 建立连接
  • 通话
  • 释放连接

• 报文交换

• 分组交换

  • 分组（包）

    • 首部
    • 报文

  • 分组交换机

    • 路由器
    • 二层交换机

  • 存储转发

  • 优点

    • 高效
    • 灵活
    • 迅速
    • 可靠

  • 问题

    • 时延
    • 开销
    • 网络拥塞

主要性能指标

• 速率

• 带宽

• 吞吐量

• 时延

  • 发送时延
  • 传播时延
  • 处理时延
  • 排队时延

• 丢包率

• 利用率

体系结构

• 网络协议

  • 语法
  • 语义
  • 同步（时序）

• 分层体系结构

• 具有五层协议的原理体系结构

• 实体，协议和服务

• TCP/IP 体系结构

新型网络技术

• 云计算

  • 基础设施即服务（Iaas）
  • 平台即服务（Paas）
  • 软件即服务（Saas）

• 物联网

  • 对象的智能识别
  • 环境监控和对象追踪
  • 对象的智能控制

物理层

基本概念

• 物理层规程

• 需要面对的问题

  • 传输媒体的类型，位的表示，数据率，位同步，链路配置，物理拓扑结构，传输方式，与传输媒体的接口特性（机械特性，电气特性，功能特性，过程特性）

数据通信基础

• 模型

  • 源点
  • 发送器
  • 接收器
  • 终点
  • 模拟信号（连续信号）
  • 数字信号（离散信号）
  • 码元：代表不同离散数值的基本波形
  • 信道：向某一方向传送信息的媒体

• 编码与调制

  • 常用编码方式

    • 不归零制
    • 归零制
    • 曼彻斯特编码
    • 差分曼彻斯特编码

  • 基本的调制方法

    • 调幅
    • 调频
    • 调相
    • 基带信号：基本频带信号

• 信道的极限容量

  • 信道能够通过的频率范围
  • 理想低通信道
  • 奈氏准则
  • 信噪比
  • 香农公式

• 传输方式

  • 并行传输
  • 串行传输
  • 异步传输
  • 同步传输
  • 单工通信
  • 半双工通信
  • 全双工通信

物理层下面的传输媒体

• 导引型

  • 双绞线
  • 同轴电缆
  • 光纤

• 非导引型

  • 微波
  • 其他无线电波
  • 红外线与可见光

信道复用技术

• 频分复用
• 时分复用
• 波分复用
• 码分复用

数字传输系统

• PCM 速率体制
• SONET/SDH
• 光网络

互联网接入技术

• 电话网拨号接入

• 数字用户接入

• 光纤同轴混合接入

• 光纤接入

• 以太网接入

• 无线接入

  • 无线局域网接入
  • 蜂窝移动通信系统接入

数据链路层

使用点对点信道的数据链路层

• 数据链路层所处的地位

• 数据链路

  • 逻辑链路
  • 实现：网络适配器

• 帧

• 封装成帧

  • 帧定界

    • 帧定界符

  • 最大传送单元（MTU）

  • 透明传输

    • 字节填充（字符填充）
    • 零比特填充法

• 差错检查

  • 比特差错
  • 误码率
  • 差错检验码
  • 帧检验序列
  • 循环冗余检验
  • CRC 编码

• 可靠传输

  • 停止等待协议

    • 确认（ACK）
    • 否认（NAK）
    • 超时重传
    • 发送序号
    • 自动重传请求（ARQ）
    • 算法描述
    • 信道利用率

  • 回退 N 帧协议

    • 发送窗口
    • 滑动窗口协议

  • 选择重传协议

点对点协议（PPP）

• 特点

  • 简单
  • 封装成帧
  • 透明性
  • 多种网络层协议和多种类型链路
  • 差错检测
  • 检测连接状态
  • 最大传送单元
  • 网络层地址协商

• 组成

  • 将 IP 数据报封装到串行链路的方法
  • 链路控制协议（LCP）
  • 网络控制协议（NCP）

• 帧格式

  • 各字段的意义
  • 透明传输

• 工作状态

  • 静止

  • 建立

    • 配置请求帧

    • 配置选项

      • 配置确认帧
      • 配置否认帧
      • 配置拒绝帧

  • 鉴别

  • 网络

    • IP 控制协议（IPCP）

  • 打开

    • 回送请求
    • 回送应答
    • 终止请求
    • 终止确认

  • 终止

使用广播信道的数据链路层

• 媒体接入控制

  • 静态划分信道

  • 动态接入控制

    • 随机接入
    • 受控接入

• 局域网

  • 拓扑

    • 星形网
    • 环形网
    • 总线网

  • 体系结构

    • 逻辑链路控制（LLC）
    • 媒体接入控制（MAC）

  • 网络适配器

    • 过滤功能

      • 单播
      • 多播
      • 广播

    • 混杂方式

      • 嗅探器

  • MAC 地址

    • 组织唯一标识符
    • 公司标识符
    • 扩展标识符
    • 全球管理
    • 本地管理

共享式以太网

• CSMA/CD 协议

  • 多址接入

  • 载波监听

  • 冲突检测

  • 争用期（冲突窗口）

    • 截断二进制指数退避算法

  • 最短有效帧长：64字节

  • 强化冲突

  • 帧间最小间隔

• 信道利用率

• 使用集线器的星型拓扑

• 帧格式

  • 目的地址
  • 源地址
  • 类型字段
  • 数据字段
  • 帧校验序列

网桥和以太网交换机

• 在物理层扩展以太网

  • 转发器
  • 冲突域

• 在数据链路层扩展以太网

  • 网桥

    • 转发表（MAC地址表）
    • 过滤通信量，增大吞吐量
    • 扩大了物理范围
    • 提高了可靠性
    • 可互联不同物理层，不同 MAC 子层和不同速率
    • 增加了时延
    • 没有流量控制功能
    • 广播风暴

  • 透明网桥

    • 通过一种自学习算法来逐步建立起自己的转发表
    • 地址
    • 接口
    • 时间

  • 生成树协议

• 以太网交换机

  • 多接口的网桥

• 虚拟局域网（VLAN）

  • 简化网络管理
  • 控制广播风暴
  • 增强网络安全性

以太网的演进

无线局域网

• 组成

  • 有固定基础设施的无线局域网

    • 基站（接入点）
    • 基本服务集（BSS）
    • 服务集标识符（SSID）
    • 基本服务区（BSA）
    • 分配系统（DS）
    • 扩展服务集（ESS）

  • 无固定基础设施的无线局域网

    • 自组网络
    • 残桩网络

• 802.11 无线局域网的物理层

• 802.11 无线局域网的 MAC 协议

  • CSMA/CA 协议
  • 确认机制和帧间间隔
  • 退避算法
  • 信道预约和虚拟载波监听

• 802.11 无线局域网的 MAC 帧

  • 地址字段
  • 序列控制字段
  • 持续期字段
  • 帧控制字段

• 无线个域网

  • 蓝牙
  • 低速 WPAN
  • 高速 WPAN

蜂窝互联网接入

• 蜂窝移动通信系统概述

  • 小区
  • 基站
  • 无线电接口

• 体系结构

  • 用户设备
  • 无线电接入
  • 核心网

• 移动终端接入互联网

网络层

概述

• 分组转发

• 路由选择

• 虚拟电路网络：提供面向连接服务的网络

  • ATM 网络

  • 帧中继网络

  • X.25 网络

  • 组成

    • 源主机和目的主机之间的路径
    • VC 号，该路径上的每段链路的号码
    • 该路径上的每台路由器中的转发表表项

  • 阶段

    • 虚电路建立
    • 数据传送
    • 虚电路拆除

• 数据报网络：提供无连接服务的网络

• 端到端原则：将复杂的网络处理功能置于互联网边缘，将相对简单的，尽最大努力的分组交付功能置于互联网核心。

• 多协议标签交换

网际协议（IP，互联网协议）

• 配套协议

  • 地址解析协议（ARP）
  • 互联网控制报文协议（ICMP）
  • 互联网组管理协议（IGMP）

• 异构网络互连

  • 中间设备

    • 转发器
    • 网桥/桥接器
    • 路由器
    • 网关

  • 直接交付

  • 间接交付

• IP 地址及编址方式

  • 分类编址

    • 网络号
    • 主机号

  • 划分子网

    • 网络号
    • 子网号
    • 主机号

  • 无分类编址

    • 无类别域间路由选择（CIDR）
    • 网络前缀
    • 主机号
    • 子网掩码
    • 斜线记法

  • 不指派给接口的特殊 IP 地址

    • 全 0：这个
    • 全 1：所有
    • 127：环回测试

  • IP 地址的分配

• IP 地址与物理地址

• 地址解析协议（ARP）

  • ARP 高速缓存

• IP 数据报的格式

  • 首部的固定部分

    • 版本
    • 首部长度
    • 区分服务
    • 总长度
    • 标识
    • 标志
    • 片偏移
    • 生存时间
    • 协议
    • 首部检验和

  • 首部的可变部分

• IP 数据报的转发

  • 路由表
  • 转发流程
  • 路由聚合（地址聚合）
  • 最长前缀匹配

互联网控制报文协议（ICMP）

• 分类

  • ICMP 差错报告报文

    • 终点不可达
    • 超时
    • 参数问题
    • 路由重定向

  • ICMP 询问报文

    • 回送请求或应答
    • 时间戳请求或应答

• ICMP 应用距离

  • 分组网间探测（PING）
  • traceroute/tracert

互联网路由选择协议

• 基本概念

  • 理想的路由选择算法

    • 正确，完整，简单，自适应，稳定，公平，最佳

  • 静态路由选择（非自适应路由选择）

  • 动态路由选择（自适应路由选择）

  • 分层次的路由选择协议

    • 自治系统（AS）

    • 内部网关协议（IGP）

      • RIP，OSPF，…

    • 外部网关协议（EGP）

      • BGP

• 路由信息协议（RIP）

  • 距间向量路由选择算法
  • RIP 基本原理
  • 坏消息传播得慢

• 开放最短路径优先（OSPF）

  • 链路状态路由选择算法
  • OSPF 的基本原理
  • OSPF 分组

• 边界网关协议（BGP）

  • 为什么需要 BGP
  • 基本原理
  • BGP 报文

路由器的工作原理

• 构成

  • 路由选择

  • 分组转发

    • 输入端口
    • 交换结构
    • 输出端口

• 路由器与交换机的比较

• 三层交换机

虚拟专用网与网络地址转换

• 虚拟专用网（VPN）

  • 隧道技术
  • 远程接入 VPN

• 网络地址转换（NAT）

IP 多播

• 基本概念

• 在局域网上进行硬件多播

• 协议

  • 互联网组管理协议（IGMP）

    • 报文类型

      • 成员查询报文
      • 成员报告报文
      • 离开组报文

    • 加入多播组

    • 监视成员变化

    • 离开多播组

  • 多播路由选择协议

    • 多播转发树

    • 基于源树

      • 反向路径多播算法（RPM）

    • 组共享树

    • 互联网的多播路由选择协议

移动 IP

• 移动性对网络应用的影响

• 移动 IP 的工作原理

  • 代理发现与注册
  • 通信主机向移动主机发送数据报
  • 移动主机行通信主机发送数据报
  • 同址转交地址
  • 三角形路由问题

• 移动 IP 的标准

  • 代理发现
  • 信息注册
  • 间接路由

IPv6

• 特点

  • 巨大的地址空间
  • 高效的分级寻址和路由结构
  • 灵活的首部格式
  • 支持即插即用
  • 更好的支持 QoS
  • 内置的安全性支持
  • 具有可扩展性

• 基本首部

  • 版本
  • 流浪类型
  • 流标号
  • 有效载荷长度
  • 下一个首部
  • 跳数限制
  • 源地址
  • 目的地址

• 地址

  • 表示方法

    • 冒号十六进制记法

  • 类型

    • 单播地址

      • 全球路由选择前缀
      • 子网标识符
      • 接口标识符

    • 多播地址

      • 所有节点地址
      • 所有路由器地址
      • 请求结点地址

    • 任播地址

• ICMPv6

  • 差错报告报文

  • 信息提供报文

    • 回送请求与应答报文
    • 多播听众发现报文
    • 邻居发现报文

• 无状态地址自动配置

  • 创建本地链路单播地址
  • 重复地址检测
  • 创建全球单播地址
  • 创建临时全球单播地址

• 从 IPv4 向 IPv6 过渡

  • 逐步演进
  • 双协议栈
  • 隧道技术

多协议标签交换（MPLS）

• 一种 IP 增强技术
• 最初目的：改善 IP 路由器的转发速度
• 使网络在面对故障时更容易回复
• 用于实现 VPN
• 改进网络的服务质量

软件定义网络（SND）

• 数据平面和控制平面的分离
• 网络开放可编程
• 逻辑上的集中控制

运输层

概述

• 进程间通信

  • 面向连接的 TCP
  • 无连接的 UDP
  • 客户-服务器通信模式

• 互联网的运输层协议

  • 用户数据报协议（UDP）
  • 传输控制协议（TCP）

• 运输层的复用与分用

  • 端口：应用层与运输层之间接口的抽象
  • 端口号只具有本地意义
  • 熟知端口号：0~1023
  • 登记端口号：1024~49151
  • 动态端口号：49152~65535

用户数据报协议

• UDP 概述

  • 无连接
  • 尽最大努力交付
  • 没有拥塞控制
  • 面向报文
  • 支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互方式
  • 只有 8 字节的首部

• 首部格式

  • 源端口
  • 目的端口
  • 长度
  • 校验和

• 套接字地址：二元组（IP，端口号）

• 伪首部

传输控制协议

• TCP 的主要特点

  • 面向连接
  • 点对点
  • 可靠交付
  • 全双工通信
  • 面向字节流

• 报文格式

  • 源端口号
  • 目的端口号
  • 序号
  • 确认号
  • 数据偏移
  • 保留
  • URG
  • ACK
  • PSH
  • RST
  • 同步 SYN
  • 终止 FIN
  • 窗口
  • 校验和
  • 选项

• 可靠传输

  • 数据编号与确认
  • 以字节为单位的滑动窗口
  • 超时重传时间的选择
  • 快速重传
  • 选择重传

• 流量控制

• 连接管理

  • 建立连接
  • 数据传送
  • 连接释放
  • 有限状态机

拥塞控制

• 拥塞的原因与危害

• 基本方法

  • 开环控制

  • 闭环控制

    • 显示反馈
    • 隐式反馈

• TCP 的拥塞控制

  • 慢启动和拥塞避免
  • 快速恢复
  • 加性增和乘性减

应用层

概述

• 网络应用程序体系结构

  • 客户/服务器体系结构
  • 对等体系结构

• 应用层协议

• 选择运输层协议

域名系统

• 概述

  • 主机别名
  • 负载分配
  • 反向域名解析

• 互联网的域名结构

  • 顶级域名

    • 国家或地区顶级域名
    • 通用顶级域名
    • 反向域arpa

  • 二级域名

    • 类别域名
    • 行政区域名

  • 域名服务器

    • 权威域名服务器
    • 根域名服务器
    • 顶级域名服务器（TLD）
    • 本地域名服务器
    • 主域名服务器
    • 辅助域名服务器

  • 域名解析的过程

    • 递归查询
    • 迭代查询
    • 高速缓存

  • DNS 资源记录

    • 主机记录
    • 域名服务器记录
    • 主机别名记录
    • 邮件交换记录

万维网（Web）

• 概述

  • 大规模，联机式的信息储藏所
  • 运行在互联网上的一个分布式应用

• 统一资源定位符

  • URL 格式：<协议>://<主机>:<端口>/<路径>
  • 使用 HTTP 的 URL：http://<主机>:<端口>/<路径>

• 超文本传输协议

  • HTTP 的操作过程

  • 非持续连接与持续链接

  • HTTP 的报文格式

    • 请求报文

    • 响应报文

    • 面向文本

    • 请求行

      • 方法
      • 请求资源的 URL
      • 版本

    • 状态行

      • 状态码

        • 1XX：通知信息
        • 2XX：成功
        • 3XX：重定向
        • 4XX：客户端差错
        • 5XX：服务器差错

    • 首部行

    • 实体主体

  • 在服务器上记录用户信息：Cookie

  • 万维网缓存与代理服务器

    • Web 缓存
    • 代理服务器

• 万维网的文档

  • 超文本标记语言

  • 静态文档

  • 动态文档

    • CGI
    • PHP
    • JSP
    • ASP

  • 活动文档

    • Java applet
    • JavaScript
    • ActionScript

  • B / S 应用程序结构

• 移动 Web

  • 开发移动版网页
  • 使用内容转换技术
  • 使用移动浏览器

• 万维网搜索引擎

  • 基本原理

    • 网页搜索
    • 建立索引
    • 索引排序

  • 垂直搜索引擎

  • 元搜索引擎

电子邮件

• 系统组成

  • 用户代理

    • 电子邮件客户机软件

  • 邮件服务器

    • 推
    • 拉

  • 协议

• 简单邮件传送协议

  • 连接建立
  • 邮件传送
  • 连接释放

• 信息格式

  • 信封

  • 内容

    • 首部

      • To：
      • Subject:
      • Bcc:
      • From:
      • Date:
      • Reply-To:

    • 主体

• 邮件读取协议

  • 邮局协议第三版 POP3
  • 互联网邮件访问协议（IMAP）

• 基于万维网的电子邮件

• 通用互联网邮件扩展（MIME）

  • 内容传送编码
  • 内容类型

文件传送协议（FTP）

• 基本工作原理

  • FTP 服务器

    • 主进程

      • 打开熟知端口
      • 等待客户进程发送请求
      • 启动从属进程处理请求
      • 回到等待状态

    • 从属进程

      • 控制进程
      • 数据传输进程

• FTP 命令和应答

远程终端协议

• TELNET
• 伪终端驱动程序
• 网络虚拟终端（NTV）

动态主机配置协议（DHCP）

• 即插即用连网
• 发现报文，提供报文，请求报文，确认报文
• 中继代理
• 租用期

P2P 文件共享

• P2P 文件分发

• 在 P2P 对等方中搜索对象

  • 集中式目录
  • 查询洪泛
  • 分布式散列表

多媒体网络应用

• 挑战及应用层措施

  • 音/视频压缩

  • 时延抖动消除

  • 丢失分组恢复

    • 前向纠错
    • 数据恢复
    • 数据交织

• 实时运输协议（RTP）

  • 有效载荷类型

  • 序号

  • 时间戳

  • 同步源标识符

    • 实时运输控制协议（RTCP）

• 流式存储 音/视频

  • 从万维网服务器下载后播放
  • 使用媒体服务器边下载边播放
  • 使用内容分发网络（CDN）

• 流式实况 音/视频

  • P2P 应用层多播
  • PPLive

• 实时交互 音/视频

  • 会话发起协议（SIP）

网络应用编程接口

• TCP 套接字编程
• UDP 套接字编程

网络安全

概述

• 安全威胁

  • 基本攻击形式

  • 被动攻击

    • 截获
    • 流量分析

  • 主动攻击

    • 中断，篡改，伪造

    • 重放攻击

    • 拒绝服务攻击（DoS）

    • 分布式拒绝服务攻击（DDoS）

    • 远程入侵

    • 恶意病毒

      • 计算机病毒
      • 计算机蠕虫
      • 特洛伊木马
      • 逻辑炸弹

• 安全服务

  • 机密性
  • 报文完整性
  • 不可否认性
  • 实体鉴别
  • 访问控制
  • 可用性

机密与密码学

• 对称密钥密码体制
• 公钥密码体制

完整性与鉴别

• 报文摘要（MD）
• 报文鉴别码（MAC）
• 数字签名
• 实体鉴别

密钥分发与公钥验证

• 对称密钥的分发
• 公钥的签发与认证

访问控制

• 基本概念

  • 主体
  • 客体
  • 访问
  • 访问控制策略

• 访问监视器

• 访问控制策略

  • 自主访问控制（DAC）

  • 强制访问控制（MAC）

    • 下读上写原则

  • 基于角色的访问控制（RBAC）

网络各层的安全实例

• 物理层：信道机密

• 数据链路层：802.11i

  • 早期无线局域网的安全机制

    • SSID 匹配
    • MAC 地址过滤
    • WEP 算法

  • IEEE 802.11i

  • WAPI

• 网络层：IPsec

• 运输层：SSL/TLS

• 应用层：PGP

系统安全

• 防火墙

  • 基本原理

    • 分组过滤路由器
    • 应用级网关

  • 个人防火墙

  • 局限性

• 入侵检测系统（IDS）

  • 基于特征
  • 基于异常

网络攻击机器防范

• 网络扫描

  • 主机发现
  • 端口扫描
  • 操作系统检测
  • 漏洞扫描
  • 防范

• 网络监听

  • 分组嗅探器
  • 交换机毒化攻击
  • ARP 欺骗
  • 防范

• 拒绝服务攻击文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-698990.html

  • 基于漏洞的 DoS 攻击
  • 基于资源消耗的 DoS 攻击
  • DDoS 攻击
  • 防范

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