计算机网络（408考研）

数据链路层

数据链路层的流量控制与可靠传输机制

GNB

场景2：
WT=7（正确情况）
发送方发送 7 个帧：

1. 发送序号 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6（预留序号 7）。
   接收方返回 ACK 0～ACK 6：
   假设所有 ACK 到达，发送方滑动窗口，发送 新帧 7, 0, 1, 2, 3, 4, 5。
   即使 ACK 全部丢失：
   发送方重传的是 旧的 0～6，而接收方此时期待的是 7 或 0～5。
   接收方发现 重复的 0～6 会丢弃，避免歧义。

SR

为什么TDM（时分复用）对带宽有要求

• TDM的基本原理

TDM（时分复用）通过 将时间划分为固定长度的时隙，让多个信号轮流占用信道：

1. 发送端：不同用户的信号被分配到不同的时间片（如用户1用第1个时隙，用户2用第2个时隙……）。
2. 接收端：根据时间片提取对应信号，完成多路信号的分离。

• 带宽要求的核心原因

TDM对带宽的要求源于信号调制后的复合信号特性：复合信号的带宽：将多个信号按时间片交织后，复合信号的频谱会扩展，其带宽可能远大于单个信号带宽。
原因：时域上的快速切换（时隙轮换）会导致频域的高频成分增加（傅里叶变换性质）。

• 举例：

若将 4 路 4 kHz 的语音信号通过 TDM 合并：时隙切换速度需足够快（如每秒 8000 次，每时隙 125 μs），复合信号的带宽可能扩展到 数十kHz。若信道带宽不足，高频成分会被滤除，导致信号失真。

令牌环网络的工作流程

A → B → C → D →（令牌循环）
站点要发送数据时

• 举例：站点B有数据要发给站点D。

1. 等待令牌：B必须等到令牌传到自己手里（比如当前令牌在A→B的路径上）。
2. 拿到令牌后：
   B把令牌改成数据帧（贴上数据，写上目的地址D）。
   发送数据帧到环上（B→C→D→A→B）。
3. 数据帧的旅程
   途经C：C检查数据帧，发现不是发给自己的，直接转发给D。
   到达D：D发现是发给自己的，复制数据，但继续转发帧（因为帧要回到发送者B）。
   回到B：B收到自己发的数据帧后，不再转发，而是：
   检查数据是否成功传输（通过帧状态位）。
   回收数据帧，重新生成一个干净的令牌。
   把新令牌传给下一个站点（B→C）。

为什么全双工模式下不需要碰撞检测？

• 半双工（Half-Duplex）：

1. 同一时间只能单向通信（如对讲机）。
2. 发送和接收共享同一信道，因此可能发生冲突（两个设备同时发数据）。
3. 需要碰撞检测（如CSMA/CD）：设备边发边听，发现冲突后重传。

• 全双工（Full-Duplex）：

1. 双向同时通信（如电话）。
2. 发送和接收使用独立的物理通道（如双绞线的两对线），互不干扰。
3. 无需碰撞检测：因为发送和接收完全隔离，不可能冲突。

为什么网卡同时涉及数据链路层和物理层？

1. 物理层（Layer 1）的职责

信号转换：
将计算机内部的数字信号（0/1）转换为适合传输的 电信号（以太网）、光信号（光纤） 或 电磁波（Wi-Fi）。

2. 数据链路层（Layer 2）的职责

帧的封装与解封装：
将网络层（如IP数据包）加上 帧头（源/目的MAC地址）和 帧尾（FCS校验）。

CSMA/CD协议中最短帧长的界定

在以太网（CSMA/CD）中：

1. 发送数据时，设备会持续监听信道（边发边听）。
2. 如果发送的数据和监听到的信号不一致，说明发生了冲突。
3. 一旦检测到冲突发送方会立即停止发送，并执行退避算法等待重传。

如果帧太短的话：

1. 在冲突信号返回 A 之前，A 已经发完了整个帧。
2. A 停止监听信道（因为帧已经发完），无法检测到冲突。
3. 结果：A 以为发送成功，但实际上数据已经因冲突被破坏。

需要界定最短帧长，那么临界点就是传数据的时间占用整个争用期（2τ）

为什么“2τ × 速率”是最短帧长？

1. 2τ 是冲突信号返回的最长时间。
2. 速率 决定单位时间能发送多少比特。
3. 乘积 就是“在冲突信号返回前，最少要发送多少比特”。
4. 这里的（τ）为总线传播时延，就是在链路上传输消耗的时间。
5. 总而言之：

以太网：物理上星型结构、逻辑上是总线型结构

由于电信号在网线中传输时会衰减，集线器的作用是 接收信号并重新放大，再广播给所有端口。

IEEE 802.11 无线局域网

有固定设施的

为什么AP会改变？

1. 无线信号覆盖限制：单个AP的覆盖范围有限，移动设备（A）远离原AP（AP1）时，信号变弱，需切换到新AP（AP2）。
2. 无缝漫游：在ESS中，所有AP共享同一个网络标识（SSID），设备可自动切换AP，而用户无感知。
3. AP改变但通信不中断：
4. 高层协议（如TCP/IP）不受影响，因为分配系统（DS）确保了数据转发。
5. 只有物理层和链路层的连接点（AP）发生变化。

无固定设施的自组织网络

军事战场通信

• 场景：
  士兵携带的无线设备（如战术电台、无人机）在野外快速部署，没有固定基站。

• 自组网如何工作：

设备自动发现附近的战友设备，形成临时网络。

每台设备既是通信终端，也是路由器，负责转发其他设备的数据。

如果某个士兵移动（如前进或撤退），网络拓扑动态调整，自动选择新路径。

• 与移动IP的区别：

移动IP需要依赖固定基站和互联网基础设施，而自组网完全独立运行。

• 注意区分与移动IP的区别
  

• 手机热点是自组织网络吗？
  

PPP-P

1. LCP 负责建立、维护和终止物理连接，并协商链路层参数。

调制解调器拨号后，LCP先和ISP的服务器“握手”。
双方协商：“我们用CHAP认证，不压缩数据，链路超时时间设为30秒”。
若协商成功，链路建立；若失败（如密码错误），断开连接。

2. NCP 在LCP建立链路后，配置网络层参数（如IP地址）。

LCP完成链路建立后：
NCP（具体为IPCP）向ISP请求：“请给我一个IP地址”。
ISP回复：“你的IP是192.168.1.100，DNS是8.8.8.8”。
你的电脑获得IP，开始上网。

3. 组帧的方法

不同链路层协议的转发机制的差异

• 以太网（IEEE 802.3）

使用CSMA/CD（半双工）或全双工模式，依赖交换机转发。

• PPP协议（点对点链路）

简化帧格式（无MAC地址），直接转发到唯一对端。

• 无线网络（IEEE 802.11）

通过AP（接入点）转发，MAC地址包含发送端、接收端和BSSID。

广播域（Broadcast Domain）与冲突域（Collision Domain）

1. 广播域（Broadcast Domain）

定义：
广播域是指网络中能接收到同一广播消息的所有设备的集合。当一台设备发送广播包（如目的IP为255.255.255.255或MAC为FF:FF:FF:FF:FF:FF）时，该包会被广播域内的所有设备接收和处理。

关键设备的影响：

路由器：分隔广播域（默认不转发广播包），每个路由器接口属于不同的广播域。

交换机：不能分隔广播域（会泛洪广播包），所有连接的设备属于同一广播域。

集线器/中继器：不能分隔广播域（物理层设备，直接转发所有信号）。

示例：
若两个局域网通过路由器连接，则它们是两个独立的广播域；若仅通过交换机连接，则属于同一个广播域。

2. 冲突域（Collision Domain）

定义：
冲突域是指网络中共享同一信道、可能发生数据冲突（Collision）的设备范围。当多台设备同时发送数据时，冲突域内的设备需要竞争信道（如CSMA/CD机制）。

关键设备的影响：

交换机：分隔冲突域（每个交换机端口是一个独立的冲突域），因为交换机支持全双工通信。

路由器：分隔冲突域（每个接口独立）。

集线器/中继器：不能分隔冲突域（所有连接的设备共享同一信道）。

示例：
若10台设备连接到一个集线器，它们属于同一个冲突域；若连接到一个交换机，则每台设备独占一个冲突域。

如何理解“数据链路层中，流量控制与可靠传输机制是交织在一起的”？

在计算机网络的数据链路层（Data Link Layer），流量控制（Flow Control） 和 可靠传输（Reliable Delivery） 是两个核心功能，它们通常紧密结合，共同确保数据高效、无差错地传输。以下是具体解释：

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1. 流量控制（Flow Control）
目的：防止发送方发送数据过快，导致接收方来不及处理而丢包。
实现方式：

• 滑动窗口协议（Sliding Window）：动态调整发送窗口大小，限制未确认的数据帧数量。
• 停等协议（Stop-and-Wait）：每发一帧，必须等确认（ACK）后再发下一帧（效率低，但简单）。

关键点：流量控制主要解决 “接收方处理能力” 问题，避免缓冲区溢出。

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2. 可靠传输（Reliable Delivery）
目的：确保数据帧正确、按序到达接收方，避免丢失或错误。
实现方式：

• 确认应答（ACK）：接收方收到数据后返回确认信号。
• 超时重传（Retransmission）：如果发送方未收到 ACK，会重发数据帧。
• 序号机制（Sequence Numbers）：确保数据按顺序接收，避免重复或乱序。

关键点：可靠传输主要解决 “数据丢失或错误” 问题。

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3. 为什么说它们“交织在一起”？
在数据链路层，流量控制和可靠传输通常由同一机制（如滑动窗口协议）同时实现，原因如下：

（1）滑动窗口协议同时实现两种功能

• 流量控制：通过调整窗口大小限制发送速率。
• 可靠传输：通过 ACK 和重传确保数据正确到达。

例子（TCP 的类似机制）：

• 发送方窗口大小 = 接收方剩余缓冲区大小（流量控制）。
• 如果某个帧丢失，接收方会要求重传（可靠传输）。

（2）停等协议（简单但低效）

• 每发一帧必须等 ACK（可靠传输）。
• 由于每次只能发一帧，天然限制了发送速率（流量控制）。

（3）ARQ（自动重传请求）机制

• 回退 N 帧（Go-Back-N, GBN） 和 选择重传（Selective Repeat, SR） 协议同时涉及：
  • 流量控制：限制未确认帧的数量（窗口大小）。
  • 可靠传输：通过 ACK/NAK 和重传保证数据正确性。

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4. 总结

功能	流量控制（Flow Control）	可靠传输（Reliable Delivery）
核心目标	防止接收方过载	防止数据丢失或错误
实现方式	滑动窗口、停等协议	ACK、超时重传、序号机制
交织点	滑动窗口同时控制速率和可靠性	ARQ 机制（如 GBN、SR）

结论：
在数据链路层，流量控制和可靠传输通常由同一套协议（如滑动窗口、ARQ）实现，因此它们是紧密交织的。这种设计既保证了数据传输的可靠性，又避免了接收方被淹没，提高了整体效率。

网络层

网络地址转换（NAT）

• 它把内部网络（例如家或公司的局域网）的私有IP地址，转换成对外的公共IP地址，让内部设备能访问互联网。
• 例如：

1. 有3台设备（手机、电脑、平板），都通过路由器连接互联网。
2. 内部IP（路由器分配的私有地址）：
   手机：192.168.1.2
   电脑：192.168.1.3
   平板：192.168.1.4
3. 外部IP（运营商提供的公共地址）：123.45.67.89
4. 当你的手机访问某个网站（例如陈同学的桃花源）时，数据包先发给路由器，路由器会把手机的私有IP（192.168.1.2）替换成公共IP（123.45.67.89），并记录这个连接。网站收到请求后，只会看到公共IP（123.45.67.89），不知道内部具体是哪台设备发的请求。网站返回数据时，路由器根据之前的记录，再把数据转发给手机。

私有IP地址

A_HOME和B_HOME的路由器都用同样的私有IP段（比如192.168.1.1）。

A的电脑IP是192.168.1.2，B的电视也是192.168.1.2。

私有IP只在本地有效：

A的192.168.1.2只在A的局域网内有效，B的192.168.1.2也只在B有效。

当A电脑访问陈同学的网站时，路由器会把私有IP（192.168.1.2）转换成公共IP（比如123.45.67.89）。

通过路由器连接IPv4和IPv6网络

• 隧道技术（Tunneling）

两个IPv6网络通过IPv4互联网连接：

1. 由器A将IPv6数据包封装为IPv4数据包，目标为路由器B的IPv4地址。

2. 路由器B解封装后，将原始IPv6数据包转发到本地IPv6网络。

DHCP

DHCP的工作流程（4个步骤）

假设一台新电脑（DHCP客户端）连接到公司网络，需要获取IP地址：

（1）DHCP发现（DHCP Discover）电脑（刚开机，IP=0.0.0.0）广播一条消息：“谁是DHCP服务器？我需要一个IP地址！”源IP:0.0.0.0（因为还没有IP）目标IP:255.255.255.255（全网广播）目标MAC:FF:FF:FF:FF:FF:FF（局域网广播）
为什么用广播？→电脑不知道DHCP服务器在哪，只能大喊一声问所有人。

（2）DHCP提供（DHCP Offer）DHCP服务器（比如公司内网的服务器）听到广播后回应：“我这有一个IP：192.168.1.100，你要吗？”源IP:DHCP服务器的IP（如192.168.1.1）目标IP:255.255.255.255（仍然广播，因为电脑还没IP）提供的配置:IP地址、子网掩码、网关、DNS、租期（如24小时）
注意：如果网络中有多个DHCP服务器，电脑会收到多个Offer，通常选择第一个。

（3）DHCP请求（DHCP Request）电脑选择其中一个Offer（比如192.168.1.100），并广播确认：“我要用192.168.1.100，请确认！”源IP:0.0.0.0（仍未正式分配）目标IP:255.255.255.255（继续广播）
为什么还要广播？→告诉其他DHCP服务器“我已选好，你们不用再给我IP了”。

（4）DHCP确认（DHCP Ack）DHCP服务器最终确认分配：“OK，192.168.1.100归你了，租期24小时！”源IP:DHCP服务器IP目标IP:255.255.255.255正式分配：IP、子网掩码、网关、DNS等信息。
此时，电脑正式获得IP，可以上网了！

IPv6的QoS

• 是什么：

在有限的带宽下，提供端到端的可靠保证

• IPv6 通过以下方式原生支持 QoS：

1. 流量类别（Traffic Class, 8位）
   标记数据包的优先级（如视频通话 > 网页浏览）。

2. 流标签（Flow Label, 20位）
   标识同一数据流（如一场视频会议的所有包），确保路由器统一处理。

• 某公司使用 IPv6 网络进行跨国视频会议，需保证低延迟、不卡顿。

步骤：

1. 标记优先级

视频会议终端将数据包的 Traffic Class 设为 0xB8（对应实时交互类流量）。
Flow Label 设为唯一值（如 0xABC12），标识此会议流。

2. 路由器处理

路由器检测到 Traffic Class = 0xB8，优先转发该数据包。
相同 Flow Label 的包走同一路径，避免乱序。

3. 带宽保障

若网络拥塞，普通下载流量（Traffic Class = 0x00）会被延迟，视频会议包仍优先传输。

4. 效果：

即使网络带宽紧张，视频会议仍保持流畅，而文件下载速度暂时下降。

RIP 中的水平分割与毒性逆转

• 水平分割的作用

1. 规则：如果路由器从某个接口学到一条路由，则不会通过同一接口再通告该路由。

2. 本例：

RouterB 从 RouterA 的接口学到 10.0.0.0/8，因此不会通过同一接口将这条路由发回给 RouterA。

即使 RouterA 的直连路由失效，RouterB 也不会向 RouterA 发送错误信息，从而避免环路。

• 使用毒性逆转（Poison Reverse）的效果

毒性逆转是水平分割的增强版，其核心思想是：
“如果路由器从某个接口学到一条路由，它仍然会通过同一接口通告该路由，但会将其标记为不可达（跳数=∞）。”

注意：

1. 当 RouterA 的直连路由 10.0.0.0/8 失效时：RouterA 会立即删除直连路由。
2. 水平逆转超时速度慢：RouterB 会继续保留“10.0.0.0/8 可通过 RouterA 到达（跳数=1）”的路由，直到路由超时计时器（Route Age Timer）到期（如RIP默认是180秒）。

移动 IP 通信过程示例

• 场景描述

假设你是一台笔记本电脑（移动节点），IP 地址是 192.168.1.100（归属地址），原始网络是“家庭 Wi-Fi”（归属网络）。
当你带着笔记本从家移动到公司时，公司网络是被访网络，你需要保持 192.168.1.100 不变以维持正在进行的视频会议。

• 步骤详解

1. 在家（归属网络）

你的笔记本通过家庭 Wi-Fi（192.168.1.0/24）联网，本地代理（家庭路由器）记录你的归属地址 192.168.1.100。

2. 移动到公司（被访网络）

公司网络是 10.0.0.0/8，笔记本连接到公司 Wi-Fi。

外地代理（公司路由器）为你分配一个转交地址（如 10.0.0.5），并通知你的本地代理：“192.168.1.100 现在在 10.0.0.5”。

3. 数据转发流程

同事（IP 192.168.1.200）给你发送数据包，目标地址是你的归属地址 192.168.1.100。

本地代理（家庭路由器）拦截该数据包，通过隧道封装（如 IP-in-IP）发送到转交地址 10.0.0.5。

外地代理（公司路由器）解封装数据包，最终递交给你的笔记本。

4. 你的回复

笔记本直接通过公司网络（10.0.0.0/8）发送回复，无需经过本地代理（优化路径）。

路由器的交付

直接交付-全程不经过路由器

即若同属一个子网的A与B通信：主机 A（192.168.1.2）和主机 B（192.168.1.3）连接在同一交换机的局域网中（子网 192.168.1.0/24）。

1. 主机 A 判断 192.168.1.3 属于同一子网。

2. 主机 A 发送 ARP 请求：“谁是 192.168.1.3？请告诉你的 MAC 地址”。

3. 主机 B 回复 ARP 响应，提供自己的 MAC 地址。

4. 主机 A 将 ICMP 请求包（ping）封装目标 MAC 地址，通过交换机直接交付给主机 B。

间接交付-多次直接交付

传输层

端口

实际通信流程示例

• 场景：用FTP客户端（端口21）上传文件到服务器。

1. 客户端：

随机选择源端口（如50001），目标端口=21。
发送数据包：源Socket=192.168.1.100:50001，目的Socket=203.0.113.5:21。

2. 服务器：

通过端口21识别FTP服务进程，处理请求。
返回数据时，源Socket=203.0.113.5:21，目的Socket=192.168.1.100:50001。

3. 多任务支持：

同一台服务器可同时处理多个FTP连接，因为每个客户端的源Socket不同（如192.168.1.100:50001 vs 192.168.1.101:60000）

Q：UDP完全不靠谱吗？

不是！UDP的不可靠指协议本身不提供重传等机制，但应用层可自行实现可靠性（如QUIC协议）。

Q：TCP一定比UDP慢？

不一定！在丢包率低的网络中，TCP的流量控制能优化吞吐量；而UDP在高丢包时可能因无重传更快。

TCP 三次握手

• 为什么要使用三次握手？

1. 不使用三次握手

若客户端发送SYN=1, Seq=100（第一次握手），但因网络延迟未到达服务器。

客户端超时重传SYN=1, Seq=200（新请求），成功建立连接并传输数据后关闭。

此时旧SYN（Seq=100）突然到达服务器，若仅用两次握手：

服务器误认为新连接，回复SYN-ACK并分配资源。

客户端实际已关闭连接，不会回复ACK，导致服务器一直等待（资源浪费）。

2. 三次握手如何解决：

客户端对旧SYN-ACK（应答Seq=100）会回复RST（重置），因为当前连接已失效。（客户端已经完成了Seq=200的连接并关闭了。它现在并没有处于“SYN_SENT”或“ESTABLISHED”状态。当它收到这个SYN-ACK（Seq=300，对Seq=100的响应）时，发现这不是自己当前期望的报文。于是客户端直接丢弃这个SYN-ACK，并发送RST（Reset）报文给服务器。RST的作用是告诉服务器：“这个连接我已经不认了，请你别等了。”）

关键点：第三次握手（ACK）是客户端对服务器响应的确认，表明连接是“新鲜”的。

应用层

域名解析过程示例（以查询 1chendian2.github.io 为例）

假设你的计算机（客户机）需要访问 1chendian2.github.io，但不知道它的 IP 地址，于是触发 DNS 解析过程。整个过程涉及 递归查询 + 迭代查询，并可能发送 最多 8 个 UDP 报文（4 次查询 + 4 次响应）。

步骤详解

• ① 客户机 → 本地域名服务器（递归查询）

1. 动作：你的计算机向 本地 DNS 服务器（如 ISP 提供的 DNS 服务器）发送一个 DNS 请求报文（查询 1chendian2.github.io 的 IP）。
2. 查询方式：递归查询（即本地 DNS 服务器必须返回最终结果，不能让你自己去问其他服务器）。

报文计数：

• 查询报文 1（客户机 → 本地 DNS）
• 响应报文 1（本地 DNS → 客户机，但此时可能无缓存，需后续查询）

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• ② 本地 DNS 服务器查询缓存

1. 如果本地 DNS 服务器缓存中有 1chendian2.github.io 的记录，直接返回 IP（解析结束）。
2. 若无缓存，则本地 DNS 服务器代表客户机，向 根域名服务器 发起 迭代查询。

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• ③ 本地 DNS → 根域名服务器（迭代查询）

1. 动作：本地 DNS 服务器向 根域名服务器 查询 1chendian2.github.io 的 IP。（三级域名的网站、四级域名网站见2016计算机408考研）
2. 根域名服务器回复：“我不知道 1chendian2.github.io 的 IP，但 .com 顶级域名服务器（TLD）的地址是 X.X.X.X，你去问它。”

报文计数：

• 查询报文 2（本地 DNS → 根服务器）
• 响应报文 2（根服务器 → 本地 DNS，返回 .com TLD 地址）

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• ④ 本地 DNS → .com 顶级域名服务器（迭代查询）

1. 动作：本地 DNS 服务器向 .com TLD 服务器（dns.com）查询 1chendian2.github.io 的 IP。
2. TLD 服务器回复：“我不知道 1chendian2.github.io 的 IP，但 abc.com 的权威域名服务器（dns.abc.com）的地址是 Y.Y.Y.Y，你去问它。”

报文计数：

• 查询报文 3（本地 DNS → .com TLD）
• 响应报文 3（.com TLD → 本地 DNS，返回 dns.abc.com 地址）

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• ⑤ 本地 DNS → abc.com 权威域名服务器（迭代查询）

1. 动作：本地 DNS 服务器向 dns.abc.com（权威服务器）查询 1chendian2.github.io 的 IP。
2. 权威服务器回复：“1chendian2.github.io 的 IP 是 192.0.2.100。”

报文计数：

• 查询报文 4（本地 DNS → dns.abc.com）
• 响应报文 4（dns.abc.com → 本地 DNS，返回 1chendian2.github.io 的 IP）

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• ⑥ 本地 DNS 缓存并返回结果给客户机

1. 动作：本地 DNS 服务器缓存 1chendian2.github.io 的 IP（192.0.2.100），然后返回给客户机。
2. 客户机 拿到 IP 后，即可访问 1chendian2.github.io。

报文计数：

• 响应报文 5（本地 DNS → 客户机，返回最终 IP）

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• 总结（报文流程）

步骤	查询方 → 被查询方	查询方式	返回内容	报文类型
①	客户机 → 本地 DNS	递归查询	（无缓存，需进一步查询）	查询 1
②	本地 DNS → 根服务器	迭代查询	.com TLD 服务器地址	查询 2 + 响应 2
③	本地 DNS → .com TLD	迭代查询	abc.com 权威服务器地址	查询 3 + 响应 3
④	本地 DNS → dns.abc.com	迭代查询	1chendian2.github.io 的 IP	查询 4 + 响应 4
⑤	本地 DNS → 客户机	递归响应	192.0.2.100	响应 5

总报文数：5 次查询/响应（若严格按 UDP 计算，可视为 8 个报文）。

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• DNS 缓存优化

1. 本地 DNS 缓存：存储最近查询的域名，减少重复查询。
2. 客户机缓存：如浏览器、操作系统也会缓存 DNS 记录（TTL 到期后清除）。
3. 减少查询次数：若缓存命中，可跳过部分步骤（如直接问权威服务器）。

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• 关键点

✅ 递归查询：客户机要求本地 DNS 服务器“必须给我最终答案”。
✅ 迭代查询：本地 DNS 服务器一步步问其他服务器（根 → TLD → 权威）。
✅ UDP 报文：DNS 默认使用 UDP（快速、轻量），但大响应可能用 TCP。
✅ 缓存机制：提高解析速度，减少根服务器压力。

这样，1chendian2.github.io 的 IP 就被成功解析，计算机可以访问该网站了！

FTP

FTP 工作原理详解（以文件传输为例）

FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）用于在客户端和服务器之间传输文件。它使用 两个独立的 TCP 连接：控制连接（端口 21）和 数据连接（端口 20）。下面以客户端上传文件 example.txt 到 FTP 服务器为例，详细说明 FTP 的工作流程。

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1. FTP 连接建立（控制连接）

① 客户端发起控制连接（TCP 三次握手）

• 动作：客户端向 FTP 服务器的 21 端口 发起 TCP 连接请求（SYN）。
• 服务器响应：服务器接受连接（SYN-ACK），完成三次握手（ACK）。
• 作用：建立 控制连接，用于发送 FTP 命令（如登录、切换目录、上传/下载请求等）。

示例命令（客户端发送）：

USER username  // 输入用户名
PASS password  // 输入密码

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2. 文件传输（数据连接）
   FTP 的数据连接有两种模式：主动模式（PORT） 和 被动模式（PASV）。

（1）主动模式（PORT）—— 服务器主动连接客户端
② 客户端发送 PORT 命令

• 动作：客户端告诉服务器：“我在 IP:端口（如 192.168.1.100:5000）等你，请用 20 端口 连接我。”
• 服务器响应：服务器从 20 端口 发起 TCP 连接至客户端指定的端口（192.168.1.100:5000）。

③ 数据传输

• 动作：客户端发送 STOR example.txt（上传）或 RETR example.txt（下载）。
• 数据流：文件内容通过 数据连接（20 → 5000）传输。

适用场景：客户端位于公网（无防火墙限制），服务器能直接访问客户端。

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（2）被动模式（PASV）—— 客户端主动连接服务器
② 客户端发送 PASV 命令

• 动作：客户端请求服务器：“请告诉我一个端口，我来连接你。”
• 服务器响应：服务器随机开放一个端口（如 3000），并回复：227 Entering Passive Mode (192.168.1.1,3000)。

③ 客户端连接服务器端口

• 动作：客户端主动连接服务器的 3000 端口，建立数据通道。

④ 数据传输

• 动作：客户端发送 STOR example.txt 或 RETR example.txt。
• 数据流：文件内容通过 数据连接（客户端 → 3000）传输。

适用场景：客户端位于 NAT/防火墙后（如家庭网络），无法被服务器直接访问。

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3. 连接关闭
   ⑤ 传输完成，关闭连接

• 控制连接：保持开放，可继续发送其他命令（如 LIST 查看目录）。
• 数据连接：传输完成后立即关闭。
• 退出：客户端发送 QUIT，服务器关闭控制连接。

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• FTP 关键特点总结

特性	说明
双通道	控制连接（21） + 数据连接（20 或 PASV 随机端口）
传输模式	主动模式（PORT） / 被动模式（PASV）
协议依赖	基于 TCP，确保可靠传输
权限管理	支持用户名/密码认证，也可匿名登录（anonymous）
跨平台	可在不同操作系统（Windows/Linux）间传输文件

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• FTP 与 HTTP 对比

对比项	FTP	HTTP
连接方式	双连接（控制+数据）	单连接（请求-响应后关闭）
传输效率	适合大文件（可断点续传）	适合小文件（无状态）
安全性	默认明文（可搭配 FTPS/SFTP）	可加密（HTTPS）
用途	文件管理（上传/下载/删除）	网页访问（GET/POST）

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• 实际应用场景

1. 网站维护：通过 FTP 上传网页文件至服务器。
2. 企业备份：自动备份数据库至远程 FTP 存储。
3. 匿名共享：提供公共文件下载（如 Linux 镜像站）。

通过上述流程，FTP 实现了高效、灵活的文件传输，适用于各种网络环境！

DNS（域名系统） 相关的记录类型

1. A记录（Address Record）

• 作用：将域名指向一个 IPv4地址（如 192.0.2.1）。

example.com.    A    192.0.2.1
# 表示访问 example.com 时解析到 192.0.2.1。

• 类似记录：

AAAA记录：指向IPv6地址（如 2001:db8::1）。

• 负载均衡：

通过轮询A记录来实现。

2. CNAME记录（Canonical Name Record）

• 作用：将域名 别名 指向另一个域名（真实域名），实现间接解析。

www.example.com.    CNAME    example.com.
# 访问 www.example.com 时，实际解析到 example.com 的IP。

• 注意：

CNAME不能与其他记录（如MX、TXT）共存。常用于CDN、子域名统一管理。

电子邮件

• 发邮件：用户代理 → SMTP → 发送方SMTP服务器 → SMTP → 接收方SMTP服务器。

• 收邮件：用户代理 ← POP3/IMAP ← 接收方服务器。

• 异步通信：邮件存储在服务器，收件人随时拉取。

通过SMTP的“推”和POP3的“拉”，电子邮件实现了灵活、可靠的异步通信。

万维网的工作流程

• 万维网的工作流程如下：

1. 服务器监听TCP端口80，等待连接请求。
2. 浏览器发起请求，与服务器建立TCP连接。
3. 浏览器发送HTTP请求获取网页。
4. 服务器处理请求，构建所需信息并通过HTTP响应返回。
5. 浏览器解析响应并显示网页。
6. 释放TCP连接。

鼠标点击一个网页链接，会发生什么？

1. 应用层
   DHCP（若未配置IP）：
   用户主机通过DHCP协议自动获取本地网络的IP地址、子网掩码、默认网关等配置（若未手动配置）。

DNS：
浏览器解析URL中的域名 www.tsinghua.edu.cn，向本地DNS服务器发起查询请求，通过递归/迭代查询最终获取目标服务器的IP地址（如 166.111.4.100）。

HTTP：
浏览器生成HTTP请求（如 GET /chn/index.htm），并依赖下层协议（TCP）传输。

2. 传输层
   TCP连接：
   浏览器通过TCP协议与服务器建立可靠连接（三次握手），目标端口为80（HTTP默认端口）。

若使用HTTPS：还需通过TLS协议加密（涉及SSL握手）。

UDP（可选）：
DNS查询通常使用UDP协议（端口53），因其无需建立连接，适合快速的小数据包传输。

3. 网络层（网际层）
   IP路由：
   HTTP请求被封装为IP数据包，源IP（用户主机）和目标IP（清华大学服务器）由路由器基于路由表逐跳转发。

ARP：
在局域网内，通过ARP协议将网关IP地址解析为MAC地址，确保数据包能通过以太网传输。

4. 数据链路层
   以太网（CSMA/CD）：
   在本地网络中，数据包封装为以太网帧，通过MAC地址寻址。若使用有线网络，遵循CSMA/CD冲突检测机制（交换机环境下冲突较少）。

PPP（广域网）：
若用户通过ISP拨号上网，数据链路层可能使用PPP协议封装IP数据包。

5. 物理层
   数据最终转换为电信号（有线）或电磁波（无线），通过物理介质（如光纤、双绞线）传输至下一跳设备（如路由器、交换机）。

网络杂谈

嗯… 无法访问此页面

已重置连接。请尝试：检查连接、检查代理和防火墙ERR_CONNECTION_RESET

1. dns服务器解析错误：首先电脑出现网页无法正常访问而其他应用正常，大多数人都会想到是否是dns服务器出现了解析的问题，所以他们做的第一件事情通常是将DHCP修改为手动配置dns，当然，我一开始也是这样考虑的，于是我修改了手动dns，将dns服务器配置为114.114.114.114或者国内一些主流大厂的dns服务器（如腾讯和阿里的dns服务器），但是在修改过后且用ipconfig /flushdns命令清理dns缓存后，我发现该问题依旧会复现，且在发生问题的时候，通过终端是可以ping通发生问题网站的网址的，也没有发生丢包的情况，且用nslookup命令查看dns服务器解析目标网站的ip地址，也是正常解析的，因此我排除了dns出现问题的可能。

拨号上网

拨号上网（Dial-up Internet Access） 是一种通过电话线模拟信号传输数据的早期互联网接入技术，曾在20世纪90年代至21世纪初广泛使用。其核心特点是利用电话网络和调制解调器（Modem）实现计算机与互联网服务提供商（ISP）的连接。

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1. 工作原理

• 调制解调器（Modem）：
  将计算机的 数字信号 转换为电话线可传输的 模拟信号（调制），反之亦然（解调）。

  • 拨号时，Modem会发出熟悉的“嘀嘀嘀…滋滋滋”握手音。

• 拨号过程：

  1. 用户通过计算机拨叫ISP提供的电话号码（如 16300）。
  2. 电话线接通ISP的调制解调器池（Modem Pool）。
  3. 双方Modem协商连接参数（如速率：56 Kbps）。
  4. 建立PPP（点对点协议）连接，分配动态IP地址。

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2. 主要特点

• 低速传输：

  • 理论最大速率 56 Kbps（实际受线路质量影响可能仅30-40 Kbps）。
  • 下载1MB文件需约3-5分钟，无法支持视频流媒体。

• 独占电话线：

  • 上网时电话无法接听或拨出（“占线”）。
  • 部分家庭安装“分线器”但会降低网速。

• 按需连接：

  • 每次上网需手动拨号，按时间计费（早期按分钟收费）。

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3. 关键组件

组件	作用
调制解调器（Modem）	数模信号转换，支持拨号与数据传输。
电话线（PSTN）	物理传输介质，使用普通铜质电话线路。
ISP接入服务器	提供拨号号码、认证账号（如用户名/密码）、分配IP地址。
PPP协议	管理数据封装、错误检测和IP地址分配（如 PPPoE 衍生协议用于后续宽带）。

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4. 与宽带对比

特性	拨号上网	现代宽带（如光纤）
速度	56 Kbps	100 Mbps - 1 Gbps+
连接方式	按需拨号，临时连接	始终在线（Always-On）
电话线影响	上网时电话不可用	独立线路（电话/网络分离）
典型费用	按分钟计费 + 电话费	包月固定费用

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5. 为什么被淘汰？

• 速度瓶颈：无法满足网页多媒体化（如图片、视频）需求。
• 技术替代：
  • DSL（如ADSL）：利用电话线高频频段，实现上网/通话并行。
  • 光纤/ Cable：更高带宽、更低延迟。
• 用户体验差：连接不稳定，易受干扰（如天气、电磁噪声）。

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6. 历史意义

• 互联网普及先驱：推动早期家庭和中小企业接入互联网。
• 文化符号：拨号音成为一代人的集体记忆（如美国在线AOL的“Welcome”语音）。
• 技术基础：PPP协议衍生出PPPoE，至今用于部分宽带认证。

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常见问题
Q1：现在还能用拨号上网吗？

• 少数偏远地区或特殊场景（如备份连接）仍支持，但主流ISP已逐步关闭服务。

Q2：为什么拨号音听起来像“噪音”？

• 这是Modem的 握手协议（Handshaking），通过不同频率音频协商参数（如V.34/V.90标准）。

Q3：拨号上网的IP地址是固定的吗？

• 通常是动态IP，每次拨号重新分配（类似现代家庭宽带的DHCP）。

本书梳理

计算机网络体系结构

计算机网络概述

计算机网络的组成

电路、报文、分组交换

计算机网络的分类

计算机网络的性能指标

计算机网络的分层

ISO/OSI模型

TCP/IP模型

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物理层

通信基础

波特率、比特率

奈奎斯特、香农定理

曼彻斯特编码

QAM技术

传输介质

双绞线、同轴电缆、光纤、无线介质

物理接口的特性

设备

集线器

中继器

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数据链路层

封装成帧：组帧方法（4种）

透明传输

差错控制（检错/纠错）

流量控制与可靠传输（交织）

ARQ

非连续ARQ(SW)

连续ARQ(GN\SR)

介质访问控制(FDM\TDM\CDM\WDM\纯LOHA\时隙ALOHA\CSMA\\CD\CSMA\\CA\令牌传递)

局域网(IEEE802.3\IEEE802.11\VLAN)

广域网(PPP)

设备(网桥、交换机)

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网络层

网络层提供的两种服务、路由器的功能、SDN

IPv4\NAT\划分子网\路由聚合\ARP\DCHP\ICMP

IPv6\v4-v6转换

距离向量路由算法（协议）、链路状态算法（协议）、RIP\OSPF\BGP（路径向量协议）

IP多播、IGMP

移动IP

冲突域和广播域、路由器的组成和功能

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传输层

4个作用

UDP(格式、检验)

TCP(格式、连接管理、可靠传输、流量控制、拥塞控制)

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应用层

C/S \ P2P

DNS(3个组成部分)

FTP(两条路径)

E-MAIL(SMTP\POP3\MIME)

WWW(HTTP)