计算机网络重点笔记

た入场券 2022-09-16 03:56 408阅读 0赞

个人笔记整理，复习使用。

### 目录 ###

*  一、物理层
 *   *  1. 电路交换、分组交换和报文交换的特点及优缺点。（P12-17）
     *  2. 计算机网络5层结构中的好处以及每层主要实现的功能。（P28-33）
     *  3. 常见的几种信道复用技术的特点及优缺点。（P53-58）
 *  二、数据链路层
 *   *  4. 数据链路层要解决的三个基本问题。（P71-76）
     *  5. PPP协议是如何解决数据链路层的三个基本问题。（P78-80）
     *  6.CSMA/CD协议的工作原理及过程。（P85-90）
     *  7.为什么10M以太网最短帧为64字节。如果小于64字节，发送方和接收方如何处理。（P89,96-97）
     *  8.截断二进制指数退避算法的原理。（P88-89）
     *  9.10M以太网是如何解决数据链路层的三个基本问题。（P96-97）
 *  三、网络层
 *   *  10.虚电路和数据报服务的特点。（P113-115）
     *  11.IP地址和MAC地址的关系，以及转换过程。（P122-127）
     *  12.IP数据报的首部各个字段的含义。（P128-131）
     *  13.分组转发算法的过程。（P140）
     *  14.内部网关协议RIP的工作原理。（P153-156）
 *  四、运输层
 *   *  15.运输层的端口作用以及复用和分用的过程。（P206-207）
     *  16.TCP实现可靠传输的工作原理。（P212-217）
     *  17.TCP实现可靠传输的具体工作过程。（P221-227）
     *  18.TCP的流量控制原理。（P227-229）
     *  19.TCP拥塞控制的原理和方法。（P229-238）
     *  20.TCP建立连接的3次握手过程。（P238-241）

# 一、物理层 #

## 1. 电路交换、分组交换和报文交换的特点及优缺点。（P12-17） ##

**① 电路交换(电话通信)：**  
通信的双方在通信时,在双方之间建立一条专用的物理通路,其保证了双方通话时所需的通信资源,而这些资源不会被其他用户占用。

> **三个阶段**:建立连接 --> 通信 --> 释放连接

> **特点**: 在通话的全部时间内,通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。  
> **优点**:  
> A.通信线路为双方用户专用，数据直达，时延非常小。  
> B.物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。  
> C.双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。  
> D.可以传输模拟信号，也可传输数字信号。  
> **缺点**:  
> A. 效率较低,建立连接平均时间较长。  
> B.信道利用率低,建立的物理通路即使处于空闲状态也会 被通信双方独占。  
> C.不同类型,规格,速率的终端难以相互通信，易出差错。

> **为什么不用电路交换传输计算机数据？**  
> 计算机数据有突发性, 线路的传输效率往往很低(线路上真正用来传输数据的时间往往不到10%)。

**② 分组交换:**

> **报文**: 需要发送的整个数据块。  
> **分组**: 报文划分成的更小的等长数据段,加上一些控制信息(头部)。分组是在互联网中传送的数据单元。分组的头部包含了目的地址,源地址等重要控制信息,这样每一个分组才能在互联网中独立地选择传输路径,并被正确地交付到目的地。  
> **主机**: 为用户进行信息处理。  
> **路由器**: 转发分组(进行分组交换)。路由器收到一个分组,先暂时存储一下,检查其首部(读取IP地址),查找转发表(路由表),按照首部中的目的地址,找到合适的接口转发出去,把分组交给下一个路由器。这样一步一步以存储转发的方式,最终把分组交给目的主机(并恢复成原来的报文)。  
> 暂时存储 --> 快速查找 --> 适当端口  
> 特点: 单个分组先传送到相邻节点,存储下来后查找转发表,再转发到下一个节点。

> **优点**:  
> A.高效。在分组传输过程中动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。  
> B.灵活。为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。  
> C.迅速。以分组作为传送单位,可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。  
> D.可靠。保证可靠性的网络协议;分布式多路由的分组交换网,使网络有很好的生存性。  
> **缺点**:  
> A.时延。分组在各路由器存储转发时需要排队。  
> B.开销。各分组必须携带控制信息。

**③ 报文交换(电报通信):**

> **特点**: 整个报文先传送到相邻节点,全部存储下来后查找转发表,再转发到下一个节点。  
> **优点**:  
> A.可以在不同类型的终端之间相互通信。  
> B.在报文交换的过程中没有电路接续过程，且线路利用率高。  
> C.无呼损。  
> D.可实现同文报通信，即同一报文可以由交换机转发到不同的收信地点。  
> **缺点**:  
> A.时延大(相比分组交换传送的是整个报文)。  
> B.要求报文交换机有高速处理能力，且缓冲存储器容量大,因此交换机的设备费用高。

## 2. 计算机网络5层结构中的好处以及每层主要实现的功能。（P28-33） ##

> **好处**:  
> 1.各层之间是独立的。  
> 2.灵活性好。  
> —当任何一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响；  
> 3.结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现；  
> 4.易于实现和维护。因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统；  
> 5.能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有精确的说明。

> **功能**:  
> ①应用层:通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。(应用层交互的数据单元称为报文)  
> ②运输层:向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务。(TCP和UDP两种协议)  
> —复用(发送方):多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。  
> —分用(接收方):把收到的信息分别交付到上面应用层的相应进程。  
> ③ 网络层:为分组交换网上的不同主机提供通信服务(数据分组路由与转发)。  
> ④ 数据链路层:把网络层传下来的IP数据报组装成帧(在两个相邻节点之间的链路上传送帧)。(封装成帧，透明传输，差错检测)  
> ⑤ 物理层:比特传输。(进行数字信号与模拟信号之间的转换，考虑信道的复用)

## 3. 常见的几种信道复用技术的特点及优缺点。（P53-58） ##

(物理层)复用是通信技术中的基本概念,在计算机网络中的信道广泛地使用各种复用技术。  
**频分复用、时分复用、统计时分复用、波分复用、码分复用**  
**①频分复用**:用户分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带，所有用户在同时的时间占用不同的带宽资源。

> **优点**:技术比较成熟。  
> **缺点**: 利用率低。

**②时分复用**: (同步时分复用)将时间划分为一段段等长的时分复用帧，每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙，所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。时分复用则更有利于数字信号传输。

> **优点**:技术比较成熟  
> **缺点**: 时间浪费(信道利用率低)

**③统计时分复用**:(异步时分复用)(在时分复用基础上使用集中器,也叫智能复用器)  
优点:明显提高信道利用率。  
**④波分复用**: 光的频分复用。  
**⑤码分复用**: 使用不同编码,同时使用相同带宽资源。  
优点：抗干扰能力强；提高通信的话音质量；提高数据传输的可靠性；减少干扰对通信的影响；增大通信系统的容量；降低手机的平均发射功率。

# 二、数据链路层 #

## 4. 数据链路层要解决的三个基本问题。（P71-76） ##

**封装成帧、透明传输、差错检测**:

> **封装成帧**: 在一段数据的前后分别添加首部和尾部,由此构成一个帧。  
> 为了提高帧的传输效率，应使帧的数据部分长度尽可能大于首部和尾部的长度。但是数据部分有长度上限——最大传输单元MTU。  
> 帧定界符： 帧开始符SOH 、帧结束符EOT  
> 接收方收到的数据有明确的帧定界符（SOH和EOT），即完整的帧，则收下；否则丢弃。  
> **透明传输**:  
> 如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和SOH或EOT这种控制字符一样，数据链路层就会错误地“找不到帧的边界”，把部分帧收下，而把剩下的那部分数据丢弃。所谓透明传输中透明就是要让某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。我们在传输的时候就是要让数据中和SOH或EOT一样的字符变成透明。  
> 方法：发送端的数据链路层发现数据中若出现控制字符的前面插入一个转义字符ESC，这种方法就叫字节填充或字符填充。如果数据中出现了转义字符，在转义字符前插入一个转义字符，当接收端收到的时候就会删除前面的一个转义字符。  
> **差错检测**:  
> 比特差错:现实的通信链路都不会是理想的，比特在传输过程中有可能产生差错，1可能变成0，0可能变成1。  
> 解决方法：循环冗余检验CRC。 （计算方法见p75和例题3-08）循环冗余检验CRC和帧检验序列FCS不是同一个概念，CRC是检错方法，FCS是添加在数据后面的冗余码。

> 后面讲到两种数据链路层的协议以及其对应的帧：  
> PPP协议----PPP帧  
> CSMA/CD协议----MAC帧

## 5. PPP协议是如何解决数据链路层的三个基本问题。（P78-80） ##

> **封装成帧**：PPP帧有首部（4字段）尾部（2字段），首部的第一个字段和尾部的第二个字段都是标志字段F（Flag），规定为0x7E，表示一个帧的开始或结束。F就是PPP帧的定界符。  
> ![>][438231ec7ffd41269983770edaf2c7bc.png]  
> **透明传输**：  
> A.字节填充(异步传输):转义字符为0x7D。如果信息部分出现7E，把7E转变为7D5E，如果信息部分出现7D，把7D转变为7D5D；如果信息部分出现ASCII码在该字符前加一个7D，同时将该字符的编码加以改变。  
> B.零比特填充(同步传输):在发送端，先扫描整个信息字段，只要有连续5个1，则立即填入一个0。（因为连续六个1是帧头或帧尾->7E->01111110）。接收端在接收到一个帧时，先找到帧定界，再扫描整个信息字段，只要有连续5个1，则立即删除其后的一个0。  
> **差错检验**：PPP协议能够对接收端接收到的帧进行检测，并立即丢弃由差错的帧。PPP帧尾部的第一个字段是使用CRC的帧检验序列FCS。

## 6.CSMA/CD协议的工作原理及过程。（P85-90） ##

协议要点：

> **多点接入**:说明这是总线型网络，许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线路上。  
> **载波监听**:就是检测信道，不管在发送前还是发送中，每个站都必须不停地检测信道。  
> **碰撞检测**(冲突检测):适配器检测到的信号电压变化幅度超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。碰撞的结果是两个帧都变得没用。  
> —如果发送碰撞,一定是在τ时间内。  
> —如果2τ都没有检测到碰撞,那么一定不会发送碰撞。

使用CSMA/CD协议时,一个站不可能同时进行发送和接收(但必须边发送边监听信道),因此，使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信(电话)，而只能进行**半双工通信**(对讲机)。  
**争用期**(碰撞窗口)：以太网端到端往返时间**2τ**（传播时延τ取最坏情况：即总线两端两个站之间距离最大的传播时延）。  
以太网使用**截断二进制指数退避算法**来**确定碰撞后重传的时机**(8题)  
CSMA/CD协议要点归纳:![在这里插入图片描述][b75c2f801e6544c992d052a86629060e.png]

## 7.为什么10M以太网最短帧为64字节。如果小于64字节，发送方和接收方如何处理。（P89,96-97） ##

**规定，以太网的争用期为51.2μs**。对于10Mbit/s的以太网，51.2微秒能够发送512bit（64字节）。

> —如果发送碰撞,一定是在τ时间内。  
> —如果2τ都没有检测到碰撞,那么一定不会发送碰撞。

τ时间内发生碰撞，等到发送方检测到该碰撞并停止发送，其最长时间是51.2μs，此时已经发送了64字节。若帧长度<64字节，可能会在发送方检测发生碰撞期间前发送完毕并到达对方，则接收方不能分清是无效帧还是有效帧。（发送接收不是一对一！）  
**因此<64字节都认为是无效帧。**

> 无效帧：  
> A. 帧长度不是整数字节；  
> B. 用收到的帧检验序列FCS查出有差错；  
> C. 收到的MAC帧数据字段长度不在46~ 1500范围(MAC帧头尾共18字节，总长64~1500字节)

> 例：A–>B  
> 如果τ时间数据已到达B了，B检测到信道上有数据则不会发送，就不会碰撞；  
> 如果τ时间数据刚好到达B，B发送，又瞬间检测到碰撞停止发送，B所发送的无效帧到达A，A检测碰撞停止发送，此时A所发送的总长度为64字节，所花费总时间为2τ。

如何处理：

> ①发送方：如果小于64字节，则填入一些数据使得帧长不小于64字节。**当数据长度小于46字节，MAC子层就会在数据字段的后面添加一个整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC帧长不小于64字节**。这个帧提交到ip层时，因为ip首部有一个总长度字段，所以会丢弃总长度之后的填充数据。例如总长度为42字节时，会有4字节的填充字段，ip层会将这个填充字段丢掉。  
> ②接收方：如果帧长度小于64字节，就是由于冲突而异常中止的无效帧，只要**收到了这种无效帧，就应当立即将其丢弃**。

## 8.截断二进制指数退避算法的原理。（P88-89） ##

![在这里插入图片描述][3af53d58c6224e6c81fa6cdd5ce2cb26.png]  
以太网使用截断二进制指数退避算法来确定碰撞后重传的时机,减小重传时再次发生冲突的概率。这种算法让发送碰撞的站在停止发送数据后,不是等待信道变为孔宪后立即再发送数据,而是推迟(退避)一个随机的时间。(否则可能信道一空,几个站同时发送)

## 9.10M以太网是如何解决数据链路层的三个基本问题。（P96-97） ##

![在这里插入图片描述][0c854f9078874cd2919864670dcb317f.png]

> **封装成帧**：首部有目的地址（6字节）、源地址（6字节）、类型（2字节），尾部FCS。以太网在传送帧时，各帧之间会有间隙，这样当发送方发送完一个 以太网帧后，就不再发送了，接收方没有再收到东西，就说明收到了一个完整的帧。为了接收端迅速实现位同步，从MAC子层向下传到物理层时，还要在帧的前面插入8个字节：7个字节的前同步码（10101010）+1个字节的“帧开始定界符”（10101011）  
> **透明传输**：以太网不需要使用帧结束定界符，也不需要使用字节插入来保证透明传输。因为会有**帧间最小间隔为9.6微秒**，为了使接收方的接收缓存来得及清理，做好接收下一帧的准备。  
> **差错检验**：最后的一个字段是4字节的帧检验序列FCS（使用CRC检验），检验范围不包括前同步码和帧开始定界符。

# 三、网络层 #

## 10.虚电路和数据报服务的特点。（P113-115） ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

## 11.IP地址和MAC地址的关系，以及转换过程。（P122-127） ##

> **不同层次**：  
> IP地址放在IP数据报的首部，硬件地址（MAC地址）放在MAC帧的首部。  
> 物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，IP地址是网络层及以上各层使用的地址(是一种逻辑地址)。（在数据链路层看不见数据报的IP地址）  
> IP数据报放入数据链路层的MAC帧中以后，整个的IP数据报就成为MAC帧的数据，加上首部尾部，封装成使用MAC地址的MAC帧。

> **IP地址和MAC地址的区别**:  
> ① 在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。(只看得到源和目的地址,无中间经过的路由器的IP地址)  
> ② 虽然在IP数据包首部有源站IP地址,但路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择。  
> ③ 在局域网的链路层,只能看见MAC帧。IP数据报被封装在MAC帧中。MAC帧在不同的网络上传送时,其MAC帧首部中的源地址和目的地址要发生变化，而源IP地址和目的IP地址永远不会变。  
> ④ …

## 12.IP数据报的首部各个字段的含义。（P128-131） ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]

> **版本（4）**：指的是IP协议的版本，通信双方使用的IP协议版本必须一致。  
> **首部长度（4）**：单位是4字节（32位字），首部范围为0101~ 1111，即20~60字节。当IP分组首部长度不是4字节的整数倍时，必须用填充字段进行填充。  
> **区分服务（8）**：用来获得更好的服务。  
> **总长度（16）**：首部+数据部分的总长度，单位为字节。每一种数据链路层协议都规定了以太网的最大传送单元MTU=1500字节，即网络层数据报的总长度不能超过1500，否则将被分片。

> **标识（16）**：如果数据报过大被分片，分片过后某几个子片的标识是一样的，就可以将其正常地组装起来还原为原来的数据报。  
> **标志（3）**：目前只有后两位有意义。 （ \_\_ DF MF ）  
> —DF：0（允许分片）、1（不能分片）。  
> —MF：0（后面已无分片）、1（后面还有分片）。  
> **片偏移（13）**：单位为8字节（64位），分片后该片在原分组中的相对位置。除了最后一个分片，其它的每个片数一定是8字节的整数倍。

> **生存时间（8）**：称TTL，单位为秒，表明数据报在网络中的寿命，设置该字段防止这个数据报在互联网中无限制的兜圈子。每经过一个路由器，就将TTL值减1，减为0时将这个数据报丢弃。  
> *—如今，TTL功能改为“跳数限制”，单位改为跳数。路由器在每次转发数据报之前把TTL值减1；若减至0，则丢弃这个数据报，不在转发。*  
> **协议（8）**：指出此数据携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个协议进行处理。  
> **首部检验和（16）**：本字段只检验数据报的首部，不包括数据部分（数据部分由运输层检测）。

> **源地址（32）**

> **目的地址（32）**

## 13.分组转发算法的过程。（P140） ##

使用子网时分组的转发，路由表必须包含：**目的网络地址**、**子网掩码**和**下一跳地址**。  
划分子网的情况下，路由器转发分组的算法如下：

> 1.从收到的数据报的首部中，提取目的IP地址D；  
> 2.逐个检查路由器直接相连的网络，是否有目的IP地址所在的网络：用各网络的子网掩码和D诸位相与(AND)，看是否和相应的网络地址匹配。  
> —若匹配，则把分组直接交付目的网络(把D转换为物理地址，将数据报封装成帧发送出去)，转发任务结束。  
> —若不匹配，则为间接交付，执行3。  
> 3.若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中指名的下一跳路由器；否则，执行4。  
> 4.逐条检查当前路由器的路由表。若找到匹配路由，则按照路由表进行转发：若所有路由均不匹配，则执行5）  
> 5.若路由表中设置有默认路由，则按照默认路由表转发：否则，执行6。  
> 6.向源主机报告分组出错。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]

## 14.内部网关协议RIP的工作原理。（P153-156） ##

RIP是一种分布式的基于距离向量算法的路由选择协议。(“通过朋友认识朋友”)  
RIP协议的特点：

> 1 仅仅和相邻的路由交换信息。  
> 2.交换的是 当前本路由器知道的全部信息，即自己现在的路由表。  
> 3.按照固定时间间隔交换路由信息。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]

# 四、运输层 #

## 15.运输层的端口作用以及复用和分用的过程。（P206-207） ##

**复用和分用**：

> **复用↓**：应用层所有的应用进程都可以通过运输层再传到IP层（网络层）。  
> **分用↑**：运输层从IP层收到发送给各个应用进程的数据后，必须分别交付指明的各应用进程。

**端口**:

> 1.**进程的创建和撤销都是动态的**,通信的一方几乎无法识别对方机器上的进程,为了解决这个问题,在运输层创建了协议端口号(软件端口)。  
> 2.端口是只具有**本地意义的一种地址**,只是为了标记本计算机应用层中的各个进程在和运输层交互时的接口。在互联网不同计算机中,相同的端口号是没有关联的。  
> 3.通信的终点是应用进程,当运输层收到网络层(IP 层)交上来的运输层报文时,就能根据其首部中的目的端口号把数据交付给目的端口,而与目的进程的交付工作交给TCP或者UDP完成。  
> 4.硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口，而软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。

**端口号的分类**：

> 1.服务器端使用的端口号：**熟知端口号**(系统端口号)、**登记端口号**。  
> 2.客户端使用的的端口号：**短暂端口号**。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]

## 16.TCP实现可靠传输的工作原理。（P212-217） ##

**传输控制协议TCP**

> **①** TCP是**面向连接**的运输层协议(连接–>三次握手)。类似电话，应用程序在使用TCP协议之前，必须先建立TCP连接，在传送数据完毕后，必须释放TCP连接。  
> **②** TCP是**点对点**的运输层协议，一条TCP连接只能有两个端口。  
> **③** TCP提供**可靠交付**的服务。通过TCP连接传送的数据:无差错、不丢失、不重复、按序到达。  
> **④** TCP提供**全双工通信**(收+发)。TCP允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据,并且TCP连接的两端都设有发送缓存于接受缓存(临时存放)。  
> **⑤** **面向字节流**。”流”指的是流入到进程或从进程流出的字节序列。面向字节流指,虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块(大小不等),但TCP把应用程序交下来的数据仅仅看成是一连串的无结构的字节流(QQ?微信?)。  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]  
> (注意此为逻辑电路)  
> 发送方发送缓存保存字节时间依据:接收方能力(接收方缓存)网、络拥塞程度。

**1. 停止等待协议**:(自动重传请求ARQ)

> **规则**：每发送完一个分组就停止发送,等待对方的确认，待收到确认后再发送下一个分组。  
> —**重传是自动进行的**，接收方**不需要请求发送方重传**某个出错的分组。  
> —停止等待协议能够**完全保障数据可靠**。

各种状况：

> **① 无差错**:(1-a)  
> **A**.在发送完一个分组后，必须**暂时保留已发送的分组的副本**，收到确认后再清除分组副本。  
> **B**.分组和确认分组都必须进行**编号**。(明确是哪一个分组被确认了)  
> **C**.**超时计时器**的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。(过长效率低,过短导致不必要的重传,浪费网络资源)

> **② 出现差错**:(1-b)  
> 在下面两种情况下中,接收方都不会发送任何消息  
> **A**.接收方接收数据时检测出了差错,于是丢弃了数据M1(**出错**)  
> **B**.数据M1在传输过程中丢失。(**丢失**)  
> –>因此,可靠传输协议如此设计:  
> **超时重传**：发送方只要超过一段时间仍然仍然没有收到收到确认，就认为刚才发送的分组丢失了，因而重传前面发送过的分组。  
> **超时计时器**：每发完一个分组时设置一个超时计时器。如果在超时计时器到期之前收到了对方的确认，就撤销已设置的超时计时器。  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6]

> **③ 确认丢失和确认迟到**(2)  
> **③ - ①确认丢失**:(2-a)：  
> 接收方接收后发送的确认丢失了。发送发在超时重传时间内没有收到确认，无法知道发送的分组是出错、丢失、还是确认丢失，超时后重传分组M1。  
> 如果接收方此时又收到了重传的M1(此前已经收到)，会进行下面两个操作:  
> **A**.**丢弃**这个重复的分组M1,不向上层交付。  
> **B**.向A**重传确认**。  
> **③ - ②确认迟到**:(2-b)：  
> 传输过程中并没有出现差错,而是接收方发送的确认迟到了。超时后发送方重传分组。  
> **A**.接收方：收到重复的M1，收下后**丢弃**，并**重传确认**分组。  
> **B**.发送方：会收到重复的确认，收下后丢弃。  
> 通常情况下，发送方总是可以收到对所有发出的分组的确认，如果发送方不断重传分组但是总是收不到确认，说明通信线路太差，不能进行通信。  
> —通过上述确认重传机制,就可以在不可靠的传输网络上实现可靠通信。  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7]

> **④ 停止等待协议优点是简单,缺点是信道利用率低**  
> ![在这里插入图片描述][3633ae1e6edf480bb8457bf9c8941519.png]

**2 连续ARQ协议**:  
位于发送窗口的n个分组都可以连续发送出去，而不需要等待对方的确认，这样，**信道利用率就提高了**。

> 发送方每收到一个确认，就把发送窗口向前滑动一个分组的位置。接收方采用累积确认的方式，在收到几个分组后，对按序到达的最后一个分组发送确认，表明到这个分组为止的所有分组已经确认收到了。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 8]  
> **优点**：容易实现，确认丢失也不必重传。  
> **缺点**：不能向发送方反映出接收方已经正确收到所有分组的信息。  
> **Go-back-N**(回退N)：↑表示需要再退回来重传已经发送过的N个分组。可见当通信线路不好时，连续ARQ协议会带来负面影响。

## 17.TCP实现可靠传输的具体工作过程。（P221-227） ##

1.**滑动窗口协议**：(以字节为单位)

> **发送方发送了11个字节的数据**。  
> — 发送方的发送窗口(通知窗口)：P₃-P₁  
> — 已发送但未收到确认的字节数：P₂-P₁  
> — 允许发送但尚未发送的字节数(可用窗口)：P₃-P₂![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 9]  
> **发送方收到了新的确认号，发送窗口向前滑动**![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 10]  
> **发送方根据接收方给出的窗口值，构建出自己的发送窗口**。  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 11]  
> **发送方发送窗口的序号已用完，但还没有收到新的确认，必须停止发送**。  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_10_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

2.**超时重传时间的选择**

> **RTT**：报文段的往返时间  
> **RTTs**：RTT的加权平均值(平滑的往返时间)  
> **RTTd**：RTT的偏差的加权平均值  
> **RTO** ：超时重传时间  
> **RTO = RTTs + 4\*RTTd**  
> ① 第一次测量：  
> — **RTTs = RTT**  
> — **RTTd = RTT/2**  
> ② 之后：  
> — **RTTs = (1-α)\* 旧的RTTs + α\*新的RTT样本** （α=0.125）  
> — **RTTd = (1-β)\* 旧的RTTd + β\*|RTTs - 新的RTT样本|** （β=0.25）

**Karn算法及修正后**

> 在计算平均往返时间RTT时，只要报文段重传了，就不采用其往返时间样本；这样得出的加权平均往返时间RTTs和超时重传时间RTO就较为准确了。  
> —>修正后：  
> 报文每重传一次，就把RTO增大一些：  
> **新的RTO = γ \* 旧的RTO** （γ=2）  
> 当不再发生报文段的重传时，才根据报文段的往返时延更新平均往返时延RTT和超时重传时间RTO的数值。

3.**选择确认SACK**  
接收方收到了和前面的字节流不连续的两个字节块。②如果这些字节的序号都在接收窗口之内，那么接收方就先收下这些数据，但要把这些信息准确地告诉发送方，使发送方不要再重复发送这些已收到的数据。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 12]

## 18.TCP的流量控制原理。（P227-229） ##

**流量控制**：指**端对端**通信量的控制。需要**抑制发送方发送数据的速率，以便接收端来得及接收，也不要使网络发生拥塞**。

> seq：数据报文段序号  
> ACK：首部确认位(=1确认段才有意义)  
> ack：确认字段的值  
> rwnd：接收窗口(receiver window)  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 13]

> 1.利用**滑动窗口机制**可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控制。  
> 2.**发送方的发送窗口不能超过接收方给出的接收窗口的数值**。(单位为字节，非报文段)  
> 3.TCP为每一个连接设有一个**持续计时器**，只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器。若持续计时器设置的时间到期，就发送一个**零窗口的探测报文段**(1字节)，而对方就在确认这个探测报文段时给出了现在的窗口值。  
> —如果仍为零，则收到报文段的一方重置持续计时器；  
> —如果不为零，则**死锁**的僵局可以打破了。  
> ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_1_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

## 19.TCP拥塞控制的原理和方法。（P229-238） ##

**判断网络拥塞的依据**：出现了超时。  
**拥塞控制的原理**：防止过多的数据注入到网络，这样可以使网络中的路由器或链路不至过载。  
**产生拥塞的原因**：在某段时间，若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分，网络的性能就会变坏。  
**拥塞控制方法**：**慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复**。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 14]

> ①  
> cwnd<ssthresh时，使用慢开始算法；  
> cwnd>ssthresh时，停止慢开始，改用拥塞避免算法；  
> ssthresh：慢开始门限值  
> **慢开始为指数增长**(1、2、4…)，**拥塞避免为线性增长**(每次+1，为了使网络比较不容易出现拥塞)  
> ②  
> cwnd到达ssthresh后开始拥塞避免，直至：  
> **超时：置cwnd=1，ssthresh=ssthresh/2**  
> **3-ACK：置cwnd=cwnd/2，ssthresh=ssthresh/2**

## 20.TCP建立连接的3次握手过程。（P238-241） ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAbWFyYmx1ZTEyMTM4_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 15]

**TCP建立连接的过程**叫做握手，握手需要在客户和服务器之间**交换三个TCP报文段**。在TCP/IP协议中，TCP协议提供**可靠的连接服务**，采用三次握手建立一个连接。

> 第一次握手：建立连接时，客户端发送SYN报文段（SYN=1）到服务器，TCP客户进程进入SYN\_SENT（同步已发送）状态，等待服务器确认。

> 第二次握手：服务器收到连接请求报文段后，如同意建立连接，则向客户端发送确认。确认报文段中SYN位和ACK位都置为1，确认字段是ack=x+1，同时也为自己选择一个初识序号seq=y。这个报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号，这时TCP服务器进程进入SYN\_RCVD（同步收到）状态。

> 第三次握手：客户进程收到服务器的确认后，还要向服务器给出确认。确认报文段的ack=1，确认号为ack=y+1，而自己的序号为seq=x+1，此报文段发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED(已建立连接)状态，完成三次握手。

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