计算机网络知识总结
1.网络互连与TCP/IP 协议
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网络互连的含义及需要解决的问题
网络互连是指把多个相同类型或不同类型的计算机网络（LAN 、WAN 、MAN ）相互连接而形成一个更大规模的网络。因特网（Internet ）是目前全球范围最大的互联网。各种类型的物理网络（局域网、广域网）是网络互连的基本构件。连接多个不同类型的物理网络时所使用的设备是路有器。
需要解决的问题有：所有计算机、交换机和路有器必须遵循同一的网络通信协议；所有计算机必须统一编址；必须定义一种独立于各物理网络的数据包格式。
图4-13 异构的子网络互连成一个统一的计算机网
• TCP/IP 协议标准
TCP/IP 是一组通信协议的代名词，是由一系列协议组成的协议簇。TCP （传输控制协议）和IP （网际协议）是其中两个最基本、最重要的协议。 • TCP/IP 协议标准分层
TCP/IP 协议标准将计算机网络中的通信问题划分为4个层次，如下图：
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图 4-14 TCP/IP 的分层结构
• 第一层：规定了怎么样与各种网络进行接口，并负责把IP 包转换成适合在特定网络中传输的帧格式。
• 第二层：互联网络层是网络互连的基础，提供了无连接的分组交换服务。其任务是
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允许主机将分组放到网上，让每个分组独立地到达目的地。分组到达的顺序可能不同于分组发送的顺序。分组路径选择是本层的主要任务。
• 第三层：本层允许源主机与目的主机上的对等实体进行会话。传输层定义了两个端-端协议，对应两种不同的传输机制。第一个协议是传输控制协议（TCP ），它是一个可靠的面向连接的协议，第二个是用户数据报协议（UDP ），它提供无连接的服务，无重发和纠错功能，不保障数据的可靠传输。
• 第四层：规定了运行在不同主机上的应用程序如何通过互连的网络进行通信
• TCP/IP 协议标准特点:：用于多种异构网络的连接；确保可靠的端-端通信；与操作系统紧密结合TCP/IP 既支持面向连接服务，也支持无连接服务，两者并重 • IP 地址
o  IP 地址的格式： 为了能把多个物理网络在逻辑上抽象成一张互联网，在互联网上允许任何两台主机与任何其他主机进行通信，TCP/IP 为每台主机分配到一个唯一的32位IP 地址。IP 地址对网上的某个节点来说是一个逻辑地址，它独立于任何特定的网络硬件和网络配置。不管物理网络
的类型如何，IP 地址都有相同的格式。它是一个4字节的数字，由两部分合成，第一部分是
IP 网络号，第二部分是主机号。 • IP 地址的分类：
IP 地址可分为5类，即A 类、B 类、C 类、D 类和E 类。其中前三类为基本类。A 类地址的最高位等于0，
B 类地址的最高2位为10，C 类地址最高3位为110，D 类地址最高4位为1110，E 类地址的最高5位为11110。由于D 类地址仅用于主机组的特殊定义，E 类地址作为保留未来使用的地址，故具体网络只能分配A 、B 、C 三类地址中的一种。
地址划分标准：
A 类IP 地址：用前面8位来标识网络号，其中规定最前面一位为“0”，24位标识主机地址，即A 类地址的第一段取值可以是“00000001-01111111”之间任一数字，转换为十进制后即为1~127之间。所以它的IP 范围为1.0.0.0~127.255.255.255。A 类地址中有10.0.0.0~10.255.255.255和127.0.0.0~127.255.255.255这两段地址有专门用途，所以全世界总共只有126个可用的网络。
B 类IP 地址：用前面16位来标识网络号，其中最前面二位规定为“10”，16位标识主机号，即B 类地址的第一段取值为“10000000~10111111”之间，转换成十进制后即为128~191
IP 范围为“128.0.0.0~191.255.255.255”
C 类IP 地址：用前面24位来标识网络号，其中最前面三位规定为“110”，8位标识主机号，这样C 类地址的第一段取值为“11000000~11011111”之间，转换为十进制为192~233，IP 范围为“192.0.0.0~223.255.255.255。
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图4-15 IP地址的分类及格式
o··········特殊IP地址：不分配给任何主机使用
主机号全0的IP地址：代表物理网络本身。
主机号全1的IP地址：代表物理网络中每一台主机，被称为直接广播地址。
•IP数据报
o IP数据报的概念
IP数据报是在IP协议中定义的、独立于各物理网络数据帧格式的一种统一的数据包格式。每个IP数据报包括头部和数据区两个部分。其中头部包含了该数据报的发送方主机和接收方主机的IP地址以及其他一些信息。
IP
数据报的格式
图4-16 IP数据报格式报的示意图
•路由器
•路由器的功能：路由器是一种特殊的分组交换机，它有多个输入端口和输出端口，通过这些端口不仅可以连接多个同构的物理网络，还可以连接多个异构的物理网络。其功能是接收并存储从一个物理网络发来的数据帧，从数据帧中取出IP数据报，检查IP 数据报中包含的目的主机的IP地址，查路由表选择该IP数据报的转发端口，将IP 数据报封装成下一个物理网络的数据帧，转发该数据帧到下一个物理网络。
•路由器端口的IP地址：路由器有多个端口，每个端口可连接一个物理网络。当一个网络连接到一个路由器的某端口时，网络管理员必须为路由器的这个端口分配一个IP 地址，该IP地址的类型与该物理网络的类型必须相同，网络号也必须完全相同。
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图4-17 路有器与IP 地址
2.传输层
传输层要完成这样一些具体的工作:
1．把传输地址映射为网络地址：首先要实现传输地址到网络地址的映射，以便通过网络层的路由服务在茫茫网络中到要进行数据传输的目的端点。
2．传输连接管理：对于面向连接的传输服务，一旦到端点，就要通过握手过程建立连接，然后才能进行数据传输，在数据传输期间，要维持连接的畅通，监控连接的工作状态。传输结束后还要友好地将连接释放，避免空占传输信道资源。
3．把端到端的传输连接复用到网络连接上：一旦一对传输端点确定，这对端点之间可以同时进行多种服务数据的传输，不同的服务数据各自通过不同的服务端口传输，每一对服务端口的连接可以看作一个传输逻辑通道，他们可以共用一个网络连接。即通过一路网络连接实现端点到端点的多路传输连接。
4．完成传输服务数据单元的传送：数据传送是目的，其他前后进行的工作都是为此目的而服务的。
5．端点到端点传输时的差错检验及对服务质量的监督：对于可靠传输服务，要对传输到达端点的数据进行顺序控制、差错检测及纠正，以及数据的分段处理及QoS 监测。    6．端点流量的控制：当传输服务数据单元在通信子网的传输过程中发生了拥塞，或者接收端点的处理速度来不及处理收到的数据单元，这时就要对数据单元的流量加以控制。
应用端口寻址：
传输发起方的客户进程如何在茫茫网络中到接收方端机及其上面的服务进程呢？    1．静态分配TSAP
在没有进行传输活动之前，就为每一种应用进程规定了各自的传输层服务访问点，并令其固定不变、且对外公开以便众所周知。    2．动态分配TSAP （用C/S 方式）
(1)进程服务器在端机运行一个称作进程服务器的程序，作为各种应用服务器的代理，统一处理传输连接请求。在这种方法中，在客户进程和服务进程真正实现连接之前，客户进程先和一个服务器进程的代理进程发生连接。
(2)名字服务器在端机运行一个称作名字服务器或目录服务器的特殊进程，它的TSAP 是众所周知的。客户进程先通过这个公共的TSAP 和名字服务器建立连接，告知名字服务器自己需要的服务的名称，名字服务器根据客户进程指明的服务，到该服务进程的TSAP，将该TSAP 返回给客户，并同时装入相应的应用服务器进程等待连接，这时客户释放与名字服务器的连接，而重新发起与希望得到的正在等待的服务进程之间的连接。
端到端的连接管理：
连接管理（Connection Management ）是传输层在两个节点间建立和释放连接所必
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须遵循的协议。    三次握手协议
1）用户A 传送一个请求一次连接的TPDU 。它的序列号是x 。
2）用户B 回送一个确认该请求及其序列号的TPDU 。它的序列号为y 。
3）用户A 通过在第一个数据TPDU 中包含序列号x 和y ，对用户B 的确认帧发回一个确认。
请求或确认的丢失可能导致错误的发生。为此让A 和B 分别设置定时器，可以解决部分问题。如果A 的请求或B 的确认丢失了，A 将在计时结束后重新发送请求。如果A 的确认丢失了，B 将在计时结束后终止连接。    终止连接的三次握手：    1）用户A 请求终止连接。    2）用户B 确认请求。
3）用户A 对用户B 的确认帧发回一个确认，并终止连接。    4）用户B 收到确认后，也终止连接。
端到端的多重连接：
传输层将上层交给它的服务数据分解成多个传输层协议数据单元，将多个传输层协议数据单元分别传送到不同的网络节点，这一过程称为向下多路复用（Downward Multiplexing ）几个传输用户共享一个单一节点称为向上多路复用（Upward Multiplexing ） 。
端到端的差错控制:
无论是面向连接的传输还是面向无连接的传输，都需要对传输的内容进行差错控制。差错控制包括差错控制编码、差错检测、差错处理三个方面。传输层的差错控制由于是在通信子网对差错控制的基础上的最后一道差错控制措施，面对的出错率相对较低。特别是随着传输介质普遍采用抗干扰能力比较强的光纤以后，这种出错几率大幅下降，传输的可靠性明显提高。所以传输层的差错控制编码一般采用比较简单的算法。在传输层协议数据单元（TPDU ）内留有专门的校验和字段，用于存放校验码。
对于差错的处理通常有三种措施，一是当即纠错，二是通知发方重传，三是丢弃。采用什么措施与差错控制算法以及传输服务要求有关。
进程间通信实验总结
端到端的流量控制：    传输层的流量控制，就是对传输层协议数据单元的传送速率的控制。包括两个方面，分别在两端进行。在发送端控制传输层协议数据单元的发送速率，在接收端控制传输层协议数据单元的接收速率。也就是说对于同一对传输通信来说，其发送和接收的速率是各自独立的，这两端的速率可以是不一样的。传输层协议数据单元的发送与接收的速率取决于两个因素：端机的发送/接收能力和通
信子网的传输能力。
控制端机收发信息数据单元速率的总的策略是采用缓存的办法，即在端机设置用于缓存协议数据单元的缓存器。
缓存的设置策略是：对于低速突发数据传输，在发方建立缓存；而对于高速平稳的数据传输，为了不增加传输负荷，最大利用传输带宽，应在收方建立缓存。缓存的大小可以是固定的也可以是可变的。可以为每一个传输连结建立一个缓存，也可以多个传输连结循环共用一个大的缓存。
端到端的拥塞控制：
拥塞现象是指到达通信子网中某一部分的分组数量过多，使得该部分网络来不及处理，以致引起这部分乃至整个网络性能下降的现象。
拥塞控制是很难设计的。其控制方法有两种：开环控制和闭环控制。开环控制是在设计网络时，就考虑拥塞情况，力求在网络工作时，使其不产生拥塞。面对变化的网络，这种控
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