計算機網絡 謝希仁版筆記

3. 數據鏈路層

1. 差錯檢測；現實的通信鏈路都不會是理想的，存在一定的信噪比，從而導致誤碼率；爲了保證數據的可靠傳輸，在數據鏈路層廣泛的採用了循環冗餘校驗（CRC）
2. 傳輸差錯可分爲兩大類：比特差錯（由於信噪比、硬件設施的原因）、傳輸差錯（幀丟失、幀重複、幀亂序）
3. 爲了保證傳輸的質量，現在使用了兩種方式實現可靠性傳輸協議（這樣做可以提高通信效率）：
   • 對於通信質量良好的有線傳輸鏈路，如果數據鏈路層出現差錯，需要由上層協議改進（如傳輸層、TCP）
   • 對於信號質量較差的無線傳輸鏈路，使用確認重傳機制。
4. 在通信線路傳輸質量較差的年代，高級數據鏈路控制（HDLC）協議廣受使用；現在更多的使用PPP協議
5. PPP協議是用戶和ISP服務商進行通信時所使用的數據鏈路層協議。
6. PPP協議特點：

   1. 簡單
   2. 封裝成幀
   3. 透明性
   4. 多種網絡層協議
   5. 多種類型鏈路
   6. 差錯檢測
   7. 檢測連接狀態
   8. 最大傳送單元
   9. 網絡層地址協商
   10.數據壓縮協商 
   

7. MTU 最大接收單元1500字節；只包含數據部分

網絡層

1. 網際協議 IP

2. 地址解析協議 ARP（根據目標機器IP地址解析出對應的數據鏈路層的硬件地址）

3. 網際控制協議 ICMP

4. 網際組管理協議 IGMP
   

5. 一般來講，將網絡互聯需要使用一些設備，不同層次所用設備不同：

   1. 物理層 使用轉發器
   2. 數據鏈路層使用網橋或橋接器
   3. 網絡層使用路由器
   4. 網絡層以上使用網關

6. ip數據報格式：
   

7. ARP地址解析協議（緩存+廣播）
   

8. IP數據包組成部分：

   1. 版本 佔4位（IP協議版本，例如IPV4、IPV6）
   2. 首部長度 佔4位，（首部長度（總長60字節）=固定部分（20字節）+變長）
   3. 區分服務
   4. 總長度，總長度字段爲16位，那麼數據包最長單位2的16次方-1=65535字節；然而實際傳送的字節爲MTU（1500）最大傳送單元；然而IP協議又規定，總長度不能超過576字節（512字節+60首部+4富餘字節），如果超過，則需要分片處理。
   5. 標識，分片的標識。
   6. 片偏移 分片偏移量
   7. 生存時間 TTL
   8. 協議 （IP層的上層協議）
   9. 首部校驗和
   10. 源地址
   11. 目的地址

9. CIDR 無類別域間路由，可以構成超網；使得細分的子網又能聚合起來。

10. 網際控制報文協議ICMP；爲了有效的轉發IP數據包和提高交付成功的機會。

11. ICMP 存放在數據包的數據部分加上數據包的首部

12. ICMP的一個重要應用就是分組網間探測PING，用來測試兩臺主機之間的連通性。traceroute發送無法交付的UDP數據包。

13. 內部網關協議RIP（距離向量算法）和內部網關協議OSPF（迪傑斯特拉最短路徑算法）

14. 外部網關協議BGP（路徑向量算法）

15. NAT 網絡地址轉換；

16. MPLS 面向連接技術。具有以下三個特點：

    1. 支持面向連接的服務質量
    2. 支持流量工程，平衡網絡負載
    3. 有效的支持虛擬專用網VPN

TCP/UDP協議

1. 運輸層爲應用進程直接提供端到端的邏輯通信，同時還會對報文進行差錯檢測。

2. UDP 用戶數據報協議

3. TCP傳輸控制協議；由於要提供可靠的、面向連接的服務；因此不可避免的增加了許多開銷，如確認、流量控制、計時器以及連接管理等。不僅使協議的數據單月的首部增大很多，還要佔用許多的處理機資源。
   

4. UDP是無連接的、盡最大努力交付、面向報文的；在IP數據包服務的基礎上僅僅添加了複用和分用以及差錯檢測功能。UDP直接傳送應用層發送的報文數據，不會進行分包處理。所以應用層應該在處理UDP數據報時考慮其大小。

TCP：

1. 關於TCP的幾個協議，這些協議都沒有在TCP中使用，但是類似於TCP協議進階出來的；
   • 停止等待協議（等待消息發送收到確認之後再發送第二個協議，信道利用率差）
   • 連續ARQ協議（連續ARQ協議規定，發送方每收到一個確認，就把窗口向前滑動一個分組的位置）
     
2. TCP 報文段首部格式
   
3. 流量控制
4. 擁塞控制
   • 慢開始（每經過一個輪次，擁塞窗口就加倍；慢是因爲從1個擁塞窗口開始）
   • 擁塞避免（慢開始到達門限值之後，每經過一個輪次（RTT），擁塞窗口就+1 MSS）
   • 快重傳（在接收方丟失數據包（序號爲N）之後，將收到的失序的報文信息，然後連續三次反饋給發送方N-1的序號，表示重複確認；塊重傳可以提高網絡20%的性能）
   • 快恢復（結合快重傳）
5. AQM 主動隊列管理；主動在隊列達到擁塞警惕的時候丟棄分組，提醒發送方放慢發送速率，從而減輕網絡擁塞或者不出現網絡擁塞。

應用層

1. 應用進程跨越網絡的通信；如果我們不能使用已經標準化的互聯網應用協議，那麼我們應該需要使用系統調用和應用編程接口來解決這個問題。

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TCP 總結：TCP協議面試靈魂10問，建議收藏~