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Zhou
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计算机网络/img/应用层/HTTP报文.png
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计算机网络/img/应用层/HTTP报文.png
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After Width: | Height: | Size: 79 KiB |
324
计算机网络/传输层.md
Normal file
324
计算机网络/传输层.md
Normal file
@@ -0,0 +1,324 @@
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# 传输层
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## 功能
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* 提供应用进程间逻辑通信
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* 差错检测
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* 提供无连接或面向连接的服务
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* 复用和分用
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* 面向连接的服务特有功能
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* 连接管理
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* 流量控制和拥塞控制
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## 传输层寻址和端口号
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* 使用端口号标识进程
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### 端口号分类
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#### 熟知端口
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* 0~1023
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* 常见熟知端口
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| 应用名 | 端口号 |
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| ------------------------ | ------------------------------ |
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| FTP | 21（控制端口），20（数据端口） |
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| TELNET | 23 |
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| SMTP | 25 |
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| DNS | 53 |
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| TFTP | 69 |
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| HTTP | 80 |
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| SNMP（简单网络管理协议） | 161 |
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| HTTPS | 403 |
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### 登记端口
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* 1024~49151
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* 为没有熟知端口号的应用程序使用，使用这类端口号需要在IANA登记，避免重复
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### 客户端端口或短暂端口
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* 49152~65535
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* 客户进程运行时动态运行时的临时端口
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* 通信结束后，此端口自动空闲出来
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## 套接字（SOCKET）
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* 用于标识某一主机的某个进程
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* Socket= ( IP地址 , 端口号 )
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## 无连接和有连接服务
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### 无连接服务（UDP）
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* 传输数据无需建立连接
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* 数据到达后无需确认
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* 不可靠交付
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* 报文头部段，传输开销小，时延较短
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### 有连接服务（TCP）
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* 面向连接
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* 不提供短播，多播服务
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* 报文头部长，传输开销大
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## UDP（用户数据报协议）
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### 优点
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* 无需连接
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* 无需维护连接状态表
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* 首部只有8B
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* 发送速率不受网络拥塞状态影响（无拥塞控制），适合实时性应用
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* 支持一对一，一对多，多对一，多对多的交互通信
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### 数据报组成
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* 首部字段：8B
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* 数据字段
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### 数据单元
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* 数据报（传输上层交付的整块数据）
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### 首部格式
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* 源端口：2B
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* 目的端口：2B
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* 长度：2B，（数据报长度最大为2^16^-1B，但一般取512B以下）
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* 校验和：2B，校验伪首部，首部和数据
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### 伪首部
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* 仅用于校验
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* 可从IP数据报中提取
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* 不向下传送，也不向上递交
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* 长度：12B
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* 组成
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* 源IP地址：4B
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* 目的IP地址：4B
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* 全0字段：1B
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* 协议字段：1B，UDP为17
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* UDP长度字段：2B
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### UDP校验
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#### 发送方步骤
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1. 添加12B伪首部
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2. 将全零字段填入校验和字段
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3. 添加8B首部
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4. 添加数据字段（若数据字段为奇数，再补一个全0字节，该字节不发送，仅用于计算校验和）
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||||
5. 将这些数据以4B为一组，使用二进制反码计算进行累加
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||||
6. 得到的结果的反码即为校验和，将其填入校验和字段
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#### 接收方步骤
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1. 添加12B伪首部
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2. 添加8B首部
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||||
3. 添加数据字段（若数据字段为奇数，再补一个全0字节，该字节不发送，仅用于计算校验和）
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||||
4. 将这些数据以4B为一组，使用二进制反码计算进行累加
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||||
5. 若结果为**1111 1111 1111 1111**（全1），则数据无误
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#### 差错处理
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* 可丢弃，也可附上错误报告交付上层
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#### 优点
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* 简单
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* 速度快
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#### 缺点
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* 检错能力差
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## TCP（传输控制协议）
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### 特点
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* 面向连接
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* 端到端
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* 可靠交付服务
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* 全双工通信
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* 使用缓存
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* 发送缓存
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* 准备发送的数据
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* 已发送未确认的数据
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* 接收缓存
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* 按序到达但未交付上层的数据
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* 不按序到达的数据
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* 面向字节流
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### 数据单元
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* 报文段（认为所有数据都是无结构字节流，不按结构切分数据）
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### TCP报文段
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#### 首部长度
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* 最短为20B
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* 可以4B为单位增加首部选项
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* 最大长度为60B
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#### 组成
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* 源端口：2B
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* 目的端口：2B
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* 序号：4B，每一字节数据编上一个序号，该字段为本次传输数据的第一个字节序号
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* 确认号字段：4B，期待的下一个报文段的第一个序号，确认号为N，则证明前N-1个数据已收到
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* 数据偏移：4位，数据字段距离报文段起始处的距离，代表首部长度
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* 保留字段：6位，全0
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* 紧急位字段URG：1位，URG=1，代表该数据有高优先级
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* 确认位ACK：1位，连接建立后必须把ACK置1
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* 推送位PSH：1位，置1代表应尽快交付数据，无需等缓存填满
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* 复位RST：1位，置1代表线路出现严重错误，需要断开连接重连
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* 同步位SYN：1位，SYN=1，代表请求连接或连接接收报文
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| SYN | ACK | 含义 |
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| ---- | ---- | ------------ |
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| 1 | 0 | 请求连接 |
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| 1 | 1 | 同意建立连接 |
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* 中止位FIN，1位，置1时代表此报文段发送方数据已发送完毕
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* 窗口字段：2B，代表报文段发送者当前的接收窗口大小
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||||
* 校验和：2B，与UDP一样的计算方式，协议字段改为6
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* 紧急指针字段：16位，代表本报文段的紧急数据长度（单位B），紧急数据放于报文段数据开头，与URG一同使用，紧急数据不经过缓冲区直接发送
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* 选项字段：长度可变
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* MSS：报文段数据最大长度
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* 填充字段：使首部长度为4B的整数倍
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### 连接管理
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#### 规定
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* 当SYN=1时，不携带数据，但消耗一个序号
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#### 建立连接
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* 三次握手
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* 主机A向主机B建立连接步骤
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1. A发送SYN=1，ACK=0，seq=x
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||||
2. B发送SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1
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||||
3. A发送ACK=1，ack=y+1（该报文段可携带数据，不携带数据时，不消耗序号）
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#### 断开连接
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* 四次挥手
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||||
* 主机A与主机B断开连接步骤
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1. A发送FIN=1，seq=u
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||||
2. B发送ACK=1，seq=v，ack=u+1
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||||
3. A关闭发送数据通路
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||||
4. B继续发送数据
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||||
5. B发送FIN=1，seq=w，ack=u+1
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||||
6. A发送ACK=1，seq=u+1，ack=w+1
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7. A等待2MSL，关闭连接
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#### A等待2MSL的原因
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* 保证网络中所有报文段消失
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* 若A发送的ACK丢失，B将重发FIN，二者花费时间不会超过2MSL
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* 若重传FIN丢失，B将无法正常关闭
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#### 四次挥手原因
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||||
* 一个FIN和一个ACK断开一端发送数据通道
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#### 三次挥手原因
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* 采用二次挥手
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* 若ACK丢失，A将不知道B是否准备好连接，也不知道B起始序号
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* B将认为A准备好数据通信
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* A会认为连接未建立，忽略B的所有数据，产生死锁
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### 可靠传输
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#### 编号和确认
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* 使用累计确认
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* 支持可选选项**选择确认SACK**（携带已收到的数据段），兼容累计确认
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#### 重传
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* 重传时延计算，使用加权平均
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* $平均RTT=(1-\alpha)*（平均RTT）+\alpha*(新时延) \ \ \alpha一般取0.125$
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||||
* $重传时间RTO=\beta*平均RTT \ \ 其中\beta>1$
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||||
* Karnn算法
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||||
* 发生重传后，就不采用其作为时延样本
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||||
* 令$RTO=\gamma*RTO \ \ 其中\gamma>1,一般取2$
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||||
* 不发生重传时，再使用往返时延更新RTT
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### 流量控制
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||||
* 采用滑动窗口
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||||
* TCP为每个连接建立持续计数器，若一方接到**零窗口通知**，则启动计数器，到期时发送零窗口探测报文段，若窗口大小仍为0，重置计数器
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||||
* 发送时机控制
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||||
* TCP维持一个MSS变量，当缓存区数据达MSS大小时，发送
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||||
* 发送方使用PSH字段指名发送
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||||
* 计数器到期，将缓存区不超过MSS的数据发送
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### 拥塞控制
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#### 变量定义
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1. 各变量单位为MSS
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1. 接收窗口rwnd：接收方目前的接收窗口大小
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||||
2. 拥塞窗口cwnd：发送方根据网络情况估计的窗口大小
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3. $实际发送窗口=min(cwnd,rwnd)$
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||||
4. ssthresh：慢开始门限
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#### 算法
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##### 慢开始算法
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1. 初始时，设cwnd=1
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2. 每收到一个ACK报文cwnd+=1
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||||
3. 故在网络畅通且不断发送数据的情况下，第i个RTT后，cwnd=2^i^
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##### 拥塞避免算法
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||||
* 每隔1个RTT，cwnd+=1
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##### 算法选择
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||||
* 当cwnd<ssthresh时，使用慢开始算法
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||||
* 当cwnd>ssthresh时，使用拥塞避免算法
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||||
* 当cwnd=ssthresh时，任意选择一个（一般使用拥塞避免）
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#### 拥塞处理
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||||
* 发送超时时，ssthresh=cwnd/2
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||||
* cwnd=1
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##### 快重传算法
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* 接收方向发送方连续发送3个重复ACK
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||||
* 发送方收到后，立刻重传缺失的报文段
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#### 快恢复算法
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- 发送方收到连续3个重复确认后，令ssthresh=cwnd/2
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||||
- cwnd=ssthresh
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||||
- 执行拥塞避免算法
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||||
249
计算机网络/应用层.md
Normal file
249
计算机网络/应用层.md
Normal file
@@ -0,0 +1,249 @@
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# 应用层
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||||
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## 应用模型
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### 客户/服务器模型（C/S）
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#### 工作流程
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1. 服务器等待请求
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2. 客户机发出请求，等待接收结果
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3. 服务器收到请求后进行处理，并返回客户机
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||||
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#### 常见C/S模型应用
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||||
* Web
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* FTP
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* 远程登录
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* 电子邮件
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#### 特点
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* 地位不平等
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* 客户机间互相不直接通信
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* 可扩展性不佳
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### P2P模型
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||||
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#### 特点
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||||
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* 网络中任意一对计算机（对等方）都可直接通信
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* 减轻了服务器的依赖
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* 可扩展性好
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||||
* 网络健壮性强
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||||
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||||
#### 缺点
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||||
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* 占用较多内存
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* 损害硬盘
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* 使网络拥塞
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## DNS
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### 组成
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* 层次域名空间
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* 域名服务器
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* 解析器
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### 层次域名空间
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* 域名不区分大小写
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||||
* 除**连字符（-）**外不允许使用其他标点
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* 每个标号不允许超过63字符，整个域名最长不能超过255字符
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* 域名级别从左到右递增
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* 顶级域名分类
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* 国际顶级域名（nTLD），如cn，us
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* 通用顶级域名（gTLD），如com，net
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* 基础结构域名：只有一个arpa，用于反向解析域名
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||||
### 域名服务器
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||||
#### 根域名服务器
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||||
* 13个冗余集群服务器
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* 管理顶级域
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||||
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||||
#### 顶级域名服务器
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||||
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||||
* 管理该顶级域名下的所有二级域名
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||||
#### 授权域名服务器
|
||||
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||||
- 将其管辖的主机域名转换为IP地址
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#### 本地域名服务器
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||||
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||||
* 用于接收主机发出的DNS解析请求
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* 在网络配置中填写的域名服务器地址
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### 域名解析过程
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#### 递归查询
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1. 主机查询本地DNS
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||||
2. 本地DNS查询跟DNS
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||||
3. 根DNS再查询下一个DNS
|
||||
4. 以此类推，得到结果后递归返回
|
||||
|
||||
#### 迭代查询
|
||||
|
||||
1. 主机查询本地DNS
|
||||
2. 本地DNS查询根DNS
|
||||
3. 根DNS告诉本地DNS下一个查询的DNS
|
||||
4. 本地DNS继续查询，以此类推
|
||||
5. 得到结果后返回主机
|
||||
|
||||
### 缓存
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||||
|
||||
* 当一个DNS得到某个域名解析结果后，可对其进行缓存，优化查询时间
|
||||
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||||
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||||
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||||
## FTP
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||||
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||||
### 功能
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||||
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||||
* 提供不同种类主机间的文件传输能力
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||||
* 以用户权限管理的方式提供用户对远程FTP服务器上的文件管理能力
|
||||
* 以匿名FTP的方式提供公用文件共享能力
|
||||
|
||||
### 工作步骤
|
||||
|
||||
1. 打开熟知端口（21）等待连接
|
||||
2. 用户发送请求后，启动从属进程处理用户请求，处理结束后从属进程关闭
|
||||
3. 回到等待状态
|
||||
|
||||
**注**：
|
||||
|
||||
* FTP在整个会话期间保持用户信息，以跟踪用户当前目录等
|
||||
|
||||
#### 控制连接
|
||||
|
||||
* 使用21端口
|
||||
* 用于传输控制信息（使用7为ASCII码）
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||||
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||||
#### 数据连接
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||||
|
||||
* 用于传输数据
|
||||
* 一般使用20端口
|
||||
* 修改文件时，先将文件副本传送到本地主机，再将修改后的文件副本传回服务器
|
||||
|
||||
#### 主动模式与被动模式
|
||||
|
||||
* 主动模式：服务器使用20端口主动连接客户机传送数据
|
||||
* 被动模式：客户机连接服务器的随机端口进行数据传输
|
||||
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||||
## 电子邮件
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||||
|
||||
### 构件
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||||
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||||
* 用户代理：用户与邮件系统的接口
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||||
* 邮件服务器
|
||||
* 邮件协议
|
||||
* SMTP（简单邮件传输协议）：发送邮件
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||||
* POP3（邮局协议版本3）：拉取邮件
|
||||
* IMAP（交互邮件访问协议）：拉取邮件
|
||||
|
||||
### 发送和接收过程
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||||
|
||||
1. 发信人使用**用户代理**编写邮件，**用户代理**使用**SMTP**将邮件发送至发送端邮件服务器
|
||||
2. 发送端邮件服务器将邮件放入缓存区中，等待发送
|
||||
3. 发送端邮件服务器的SMTP客户进程发现有待发送邮件，向接收端邮件服务器的SMTP服务器建立TCP连接，传输邮件
|
||||
4. 接收端邮件STMP服务器收到邮件后，将其放入用户邮箱中
|
||||
5. 收件人调用**用户代理**，**用户代理**使用**POP（或IMAP）**将邮件从邮件服务器的用户信箱取回
|
||||
|
||||
### 邮件格式
|
||||
|
||||
* 信封
|
||||
* 内容
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||||
* 首部：由RFC 822规定
|
||||
* 主体：用户自行编写
|
||||
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||||
### 多用途网际邮件扩充（MIME）
|
||||
|
||||
* 定义了传送非ASCII编码的邮件
|
||||
* 内容
|
||||
* 新首部字段
|
||||
* MIME版本
|
||||
* 内容描述
|
||||
* 内容标识
|
||||
* 内容传送编码
|
||||
* 内容类型
|
||||
* 定义了新的内容格式（包括多媒体邮件）
|
||||
* 定义了传送编码
|
||||
* 传送编码
|
||||
* quoted-printable编码
|
||||
* ASCII编码不败你
|
||||
* 对于非ASCII编码，每两B前增加一个'='字符
|
||||
* 对于等号，也再其前面增加一个'='字符
|
||||
* base64
|
||||
* 将二进制代码划分为若干24位长度的单元
|
||||
* 每六位一组，从0~63分别用大写字母，小写字符，数字，‘+’，‘/’表示
|
||||
* 最后使用==表示最后一组只有8位，用=表示最后一组只有16位
|
||||
|
||||
### STMP
|
||||
|
||||
* 步骤
|
||||
1. 建立连接，发送主机的STMP客户端和接收主机的SMTP服务器，不需要中间主机
|
||||
2. 邮件传输
|
||||
3. 释放连接
|
||||
* 缺点：
|
||||
* 任何客户端都可向邮件服务器发送邮件，造成垃圾邮件泛滥
|
||||
|
||||
### POP3
|
||||
|
||||
* 工作方式（按拉起邮件之后邮件服务器是否删除邮件来区分）
|
||||
* 下载并保留
|
||||
* 下载并删除
|
||||
* 密码：明文存储
|
||||
|
||||
### WEB邮件系统
|
||||
|
||||
* 客户代理与邮件服务器使用HTTP通信
|
||||
* 邮件服务器之间使用SMTP
|
||||
|
||||
|
||||
|
||||
## WWW（万维网）
|
||||
|
||||
### 组成
|
||||
|
||||
* 统一资源定位符（URL）
|
||||
* 超文本传输协议（HTTP）
|
||||
* 超文本标记语言（HTML）
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||||
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||||
### HTTP
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||||
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||||
* 无状态
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||||
* 连接方式
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||||
* 非持久连接：每个网页连接都需要建立一个TCP连接
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||||
* 持久连接（HTTP/1.1支持）：服务器响应请求后保持连接
|
||||
* 非流水线：客户机收到前一个响应后才能发送下一个请求
|
||||
* 流水线（默认）：客户机可连续发送对引用对象的请求
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||||
|
||||
* 步骤
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||||
1. 浏览器分析URL
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||||
2. 浏览器向DNS申请解析域名
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||||
3. DNS解析域名并返回
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||||
4. 浏览器与服务器建立TCP连接
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||||
5. 浏览器发出HTTP请求
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||||
6. 浏览器相应请求
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||||
7. TCP连接断开
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8. 浏览器解释html文件，并将界面显示给用户
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||||
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||||
* 报文结构
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* 分类
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* 请求报文
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* 响应报文
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* 结构
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* 开始行：区分报文类型
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* 首部行：说明浏览器，服务器以及报文主题的一些信息
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||||
* 实体主体
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||||
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@@ -413,6 +413,33 @@
|
||||
* 各节点地位平等，中间节点皆为转发节点，具有路由功能
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||||
* 自组织网络可以使用自己特定的路由选择协议，可以不与因特网相连
|
||||
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||||
#### 帧地址字段格式
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||||
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||||
地址字段在数据帧中的用法：
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||||
| 功能 | To DS | From DS | Address1（接收端） | Address2（发送端） | Address3 | Address4 |
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||||
| --------------------- | ----- | ------- | ------------------ | ------------------ | -------- | -------- |
|
||||
| IBSS | 0 | 0 | DA | SA | BSSID | 未使用 |
|
||||
| To AP（基础结构型） | 1 | 0 | BSSID | SA | DA | 未使用 |
|
||||
| From AP（基础结构型） | 0 | 1 | DA | BSSID | SA | 未使用 |
|
||||
| WDS（无线分布式系统） | 1 | 1 | RA | TA | DA | SA |
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||||
缩略语：
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IBSS（Independent Basic Service Set）独立基本服务集
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BSSID（Basic Service Set Identifier）基本服务集标识符
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||||
DA（Destination Address）目的地址
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||||
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||||
SA（Sender Address）源地址
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||||
RA（Receiver Address）接收端地址
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||||
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||||
TA（Transmission Address）发送端地址
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||||
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||||
WDS（Wireless Distribution System）无线分布式系统
|
||||
|
||||
#### 物理层
|
||||
|
||||
* 跳频扩频（FHSS）
|
||||
@@ -570,6 +597,7 @@
|
||||
* 直通式交换：只检查目的地址
|
||||
* 优点：速度快
|
||||
* 缺点：安全性低，不支持不同速率端口的交换
|
||||
* **注**：此时转发时延只有读取目的地址6B的时间，考虑前导码时则是14B
|
||||
* 存储转发式交换：先将帧存储在高速缓存中，检查数据无误后再进行转发，数据有误直接丢弃
|
||||
* 优点：可靠性高，支持不同速率端口交换
|
||||
* 缺点：延迟高
|
||||
@@ -588,3 +616,6 @@
|
||||
| 网桥 | 是 | 否 |
|
||||
| 路由器 | 是 | 是 |
|
||||
|
||||
## 其他零散知识
|
||||
|
||||
* 计算两节点间最大距离时，应保证最短帧长无法在一个争用期发送完成
|
||||
435
计算机网络/网络层.md
Normal file
435
计算机网络/网络层.md
Normal file
@@ -0,0 +1,435 @@
|
||||
# 网络层
|
||||
|
||||
## 功能
|
||||
|
||||
### 异构网络互联
|
||||
|
||||
* 使得适用不同标准的网络在网络层中形成一个虚拟互联网络（逻辑互联网络）
|
||||
* 网络互联使用的中继设备
|
||||
* 物理层：中继器，集线器
|
||||
* 数据链路层：网桥，交换机
|
||||
* 网络层：路由器
|
||||
* 网络层以上：网关
|
||||
|
||||
### 路由与转发
|
||||
|
||||
* 路由选择
|
||||
* 分组转发
|
||||
|
||||
### 拥塞控制
|
||||
|
||||
* 开环控制：设计时考虑发生拥塞的因素，做决定时不考虑当前网络状态
|
||||
* 闭环控制：不考虑发生拥塞的因素，监视网络状态，使用响应措施调整系统，主要措施有**检测拥塞**，**报告拥塞**，**调整措施**
|
||||
|
||||
## 路由算法
|
||||
|
||||
### 静态路由
|
||||
|
||||
* 手动配置路由表
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||||
* 简单，开销小
|
||||
* 不能及时适应网络变化
|
||||
* 仅适合于小网络
|
||||
|
||||
### 动态路由
|
||||
|
||||
* 较好的适应网络变化
|
||||
* 实现复杂，开销大
|
||||
* 适合复杂网络
|
||||
|
||||
#### 距离-向量算法
|
||||
|
||||
* 每个节点定期发送字节的路由选择表（包含**每条路径目的地**，**路径的代价**，**下一跳**）给所有直接相邻的节点
|
||||
* 节点根据其他节点发来的路由表更新自己的路由表
|
||||
* 若网络中节点过多，路由选择信息的数量会变得非常庞大
|
||||
|
||||
* 具体步骤见**RIP协议**
|
||||
|
||||
|
||||
#### 状态-链路算法
|
||||
|
||||
* 主动测试所有邻接节点状态
|
||||
* 定期将链路状态广播给其他节点
|
||||
* 特征
|
||||
* 在自治系统中，发送链路信息采用**洪泛法**（路由通过所有端口向相邻节点发送信息，相邻节点以同样方式转发）
|
||||
* 发送信息为本路由器的**链路状态**（相邻路由器及其度量值）
|
||||
* 当链路状态改变时，才发送信息
|
||||
|
||||
#### 层次路由
|
||||
|
||||
* 因特网将整个互联网划分成多个**自治系统**（包含多个局域网系统）
|
||||
* 自治系统内部自行选择路由协议，称为**内部网关协议（IGP）**
|
||||
* 自治系统间使用**外部网关协议（EGP）**通信
|
||||
* 自治系统内路由选择：域内路由选择
|
||||
* 自治系统间路由选择：域间路由选择
|
||||
* OSPF协议还可以将自治系统进一步划分成更小的子系统，称为**区域**
|
||||
* OSPF协议按层次将区域分为上层区域（骨干区域，使用0.0.0.0作为标识）和下层区域
|
||||
* 骨干区域用来联通所有下层区域，骨干区域内的路由器称为骨干路由
|
||||
* 各个**区域**间使用区域边界路由器进行通信，各个**自治系统**间使用自治系统边界路由器
|
||||
* 存在骨干区域的自治系统，自治边界路由器位于骨干区域内
|
||||
|
||||
## IPV4协议
|
||||
|
||||
### 数据报格式
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||||
|
||||
* 首部长度：20~60B，长度必须为4的倍数，不足的部分使用自动填充，默认为20B
|
||||
* 字段：
|
||||
* 版本：4位，用于区分IP协议版本
|
||||
* 首部长度：4位，单位为4B，故最大可表示60B
|
||||
* 区分服务：1B
|
||||
* 总长度：2B，包括首部和数据部分，单位为1B
|
||||
* 标识：2B，计数器产生的字段，用于标识数据报
|
||||
* 标志：3位
|
||||
* 第一位：MF字段，标记该数据报是否为最后一个分组，MF=0，代表该数据报为最后一片
|
||||
* 第二位：DF字段，若DF=1，则该数据报不能进行分组，此时若长度超限，则丢弃该数据报
|
||||
* 第三位：无用
|
||||
* 片偏移：13位，代表分片后的数据报起始位置在原数据报的偏移值，单位为8B
|
||||
* 生存时间（TTL）：8位，数据报可通过的最大路由器数
|
||||
* 协议：8位，代表传输层使用的协议
|
||||
* 首部校验和：8位，仅校验首部
|
||||
* 源地址：4B
|
||||
* 目的地址：4B
|
||||
|
||||
### 地址分类
|
||||
|
||||
| | A类地址 | B类地址 | C类地址 | D类地址 | E类地址 |
|
||||
| ---------- | ------- | ------- | ------- | -------- | ------- |
|
||||
| 起始位 | 0 | 10 | 110 | 1110 | 1111 |
|
||||
| 网络号位数 | 8 | 16 | 24 | 多播地址 | 保留 |
|
||||
| 主机号位数 | 24 | 16 | 8 | 多播地址 | 保留 |
|
||||
|
||||
#### 特殊地址
|
||||
|
||||
| 地址类型 | 网络号 | 主机号 | 作为源地址还是目的地址 | 功能 |
|
||||
| ---------------- | ------ | ---------- | ---------------------- | ---------------------------- |
|
||||
| 网络地址 | 特定 | 全0 | 都不是 | 标识一个网络 |
|
||||
| 直接广播地址 | 特定 | 全1 | 目的地址 | 广播该网络中的所有主机 |
|
||||
| 受限广播地址 | 全1 | 全1 | 目的地址 | 广播当前网络的所有主机 |
|
||||
| 0.0.0.0 | 全0 | 全0 | 源地址或默认目的地址 | 代表自己的IP或默认目的地址 |
|
||||
| 网络中的特定主机 | 全0 | 特定 | 目的地址 | 本网络下的特定主机 |
|
||||
| 环回地址 | 127 | 不全为0或1 | 源地址或目的地址 | 限制在本机范围（常用于测试） |
|
||||
|
||||
### NAT
|
||||
|
||||
#### 专用地址（仅用于内网通信）
|
||||
|
||||
* **10.**0.0.0~**10.**255.255.255（1个A类地址）
|
||||
* **172.16.**0.0~**172.31.**255.255（16个B类地址）
|
||||
* **192.168.0.**0~**192.168.255.**255（256个C类地址）
|
||||
|
||||
#### 功能
|
||||
|
||||
* 将内网地址映射成外网地址
|
||||
|
||||
### 子网划分
|
||||
|
||||
#### 原因
|
||||
|
||||
* 二级IP地址设计的不合理
|
||||
* 地址空间利用率有时很低
|
||||
* 每一个物理网络分配一个网络号可能会使路由表过于臃肿
|
||||
* 二级IP地址不够灵活
|
||||
|
||||
#### 子网掩码
|
||||
|
||||
* 不是必须令**前若干位为1，剩下位为0**
|
||||
|
||||
#### 注意
|
||||
|
||||
* 子网号不能全0或全1，但由于CIDR的广泛使用，在使用CIDR划分时，支持全0或全1
|
||||
|
||||
### CIDR
|
||||
|
||||
* 使用网络前缀划分子网，IP地址又变为2级结构
|
||||
* 使用最长匹配原则
|
||||
* 将小的网络汇聚成大的超网
|
||||
|
||||
### ARP
|
||||
|
||||
* 网络层协议
|
||||
* IP地址转为MAC地址
|
||||
* ARP请求分组：广播（携带源主机IP地址和硬件地址，目的主机IP地址）
|
||||
* ARP响应分组：单播
|
||||
* ARP只能解析本网络内的物理地址，对于跨网络的物理地址，只能通过路由器进行代理转发
|
||||
|
||||
### RARP
|
||||
|
||||
* 将物理地址转化为IP
|
||||
* 现已淘汰
|
||||
|
||||
### DHCP
|
||||
|
||||
* 应用层协议
|
||||
* 动态分配IP地址
|
||||
* 使用UDP协议
|
||||
* 请求报文源地址：0.0.0.0，目的地址：255.255.255.255
|
||||
* DHCP服务器分配的IP是临时的，分配时间称为租用期
|
||||
* 步骤
|
||||
1. 客户机广播**DHCP发现消息**，寻找DHCP服务器
|
||||
2. 服务器收到**DHCP发现消息**后，广播**DHCP提供消息**，提供IP地址和相关配置
|
||||
3. 客户机收到**DHCP提供消息**后，若接受该IP和参数，广播**DHCP请求消息**，申请分配该IP
|
||||
4. 服务器收到**DHCP请求消息**后，广播**DHCP确认消息**分配IP
|
||||
|
||||
### ICMP协议
|
||||
|
||||
* 网络层协议
|
||||
* 用于报告发送数据的主机相应错误信息
|
||||
* 分类
|
||||
* ICMP差错报文
|
||||
* ICMP询问报文
|
||||
* ICMP差错报文分类
|
||||
* 终点不可达
|
||||
* 源抑制：发生拥塞
|
||||
* 时间超过
|
||||
* 参数问题
|
||||
* 改变路由（重定向）
|
||||
* ICMP询问报文分类
|
||||
* 有回送请求和回答报文
|
||||
* 时间戳请求和回答报文
|
||||
* 掩码地址请求和回答报文
|
||||
* 路由器询问和通告报文
|
||||
* 不发送ICMP的情况
|
||||
* 对ICMP差错报文不再发送ICMP差错报文
|
||||
* 对第一个分片的后续所有分片
|
||||
* 对有组播地址的数据报
|
||||
* 对具有特殊地址的数据报（如0.0.0.0，127.0.0.1）
|
||||
* 应用
|
||||
* ping：使用**有回送请求和回答报文**，测试主机联通性，该软件工作在应用层
|
||||
* tracert：追踪分组路径
|
||||
* ICMP报文组成
|
||||
* 类型+代码+校验和：4B
|
||||
* 内容取决于ICMP报文类型：4B
|
||||
* IP数据报首部
|
||||
* IP数据报数据部分的前8B（带有TCP，UDP报文的端口号）
|
||||
|
||||
## IPV6
|
||||
|
||||
### 特点
|
||||
|
||||
* 更大的地址空间（128位）
|
||||
* 扩展的地址层次结构
|
||||
* 灵活的首部格式
|
||||
* 改进的选项允许协议继续扩充
|
||||
* 支持即插即用（自动配置）
|
||||
* 支持资源的预分配
|
||||
* 长度为8B的整数倍
|
||||
|
||||
### 基本首部长度
|
||||
|
||||
* 40B
|
||||
|
||||
### 首部格式
|
||||
|
||||
* 版本：4位
|
||||
* 通信量类：8位，指定数据报类别和优先级
|
||||
* 流标号：20位
|
||||
* 有效载荷长度：16位，除基本首部外的所有字节数
|
||||
* 下一个首部：8位，相当于IPV4的可选字段或协议字段
|
||||
* 条数限制：8位
|
||||
* 源地址：128位
|
||||
* 目的地址：128位
|
||||
|
||||
### 地址类型
|
||||
|
||||
* 单播
|
||||
* 组播（广播为组播的特例）
|
||||
* 任播（交付于一组主机中的任意一个）
|
||||
|
||||
### 地址简写
|
||||
|
||||
* 以每16位作为一个位域
|
||||
* 每个16位域的前导0可省略
|
||||
* 对于连续0值域，可用一个**::**代替，该简写至多出现一次
|
||||
|
||||
### 协议过渡
|
||||
|
||||
* 双协议站
|
||||
* 隧道技术
|
||||
|
||||
## 路由协议
|
||||
|
||||
### 路由信息协议（RIP）
|
||||
|
||||
* 类型：内部网关协议
|
||||
* 协议层级：应用层
|
||||
* 使用UDP（端口520）
|
||||
* 规定
|
||||
* 每个路由器维护自身到其他每个目的网络的距离（这是**一组**距离，称为距离向量）
|
||||
* RIP中距离定义为**跳数**
|
||||
* RIP认为好的路由即条数最少的路由
|
||||
* RIP中跳数最多为15，距离为16时，定义为**不可达**
|
||||
* 每30s广播一次路由更新信息
|
||||
* RIP不支持带子网掩码的RIP广播，故每个网络子网掩码必须相同，RIP2支持变长子网掩码和CIDR
|
||||
* 特点
|
||||
* 仅与相邻路由器交换信息
|
||||
* 交换信息为自己的路由表
|
||||
* 按规定时间交换信息（如30s）
|
||||
* 算法（距离向量算法）步骤：
|
||||
1. 每个节点定期发送字节的路由选择表（包含**每条路径目的地**，**距离**，**下一跳**）给所有直接相邻的节点
|
||||
2. 节点收到来自节点X的路由表后，修改所有**下一跳**字段为X，**距离**字段+1
|
||||
3. 对每一项条目，执行如下操作
|
||||
1. 若目的网络不在自身路由表中：将该项目添至路由表中
|
||||
2. 若**下一跳**字段与路由表中的地址一样：用该项目替换原项目
|
||||
3. 若新项目距离小于原项目：用该项目替换原项目
|
||||
4. 若180s（默认时间）未收到相邻路由信息，则更新路由表，将该路由设置为不可达路由
|
||||
5. 返回
|
||||
* 报文格式：
|
||||
* 首部：4B，1B命令，1B版本，2B填充0
|
||||
* 路由：每条20B，最多25条
|
||||
* 优点：
|
||||
* 简单
|
||||
* 开销小
|
||||
* 收敛速度快
|
||||
* 缺点：
|
||||
* 最大距离15限制了网络规模
|
||||
* 网络规模越大，路由表传输开销也越大
|
||||
* 网络出现故障时，会出现慢收敛现象
|
||||
|
||||
### 开放最短路径优先协议（OSPF）
|
||||
|
||||
* 类型：内部网关协议
|
||||
* 协议层级：网络层
|
||||
* 使用IP协议
|
||||
* 特点
|
||||
* 路由器向自治系统内的所有路由器发送信息，使用**泛洪法**
|
||||
* 交换信息为本路由器和所有相邻节点的链路状态（说明本路由器与哪些路由器相连，以及该链路的度量）
|
||||
* 链路状态改变时才发送信息
|
||||
* 更新过程收敛速度快
|
||||
* 针对不同链路以不同方式计算距离度量
|
||||
* 负载均衡（相同代价路径上均匀分配流量）
|
||||
* 支持可变长子网划分和CIDR
|
||||
* 每个链路状态带有一个序号标识新旧程度
|
||||
* 以组播地址发送报文（替代过去的广播发送）
|
||||
* 原理（链路状态算法）：
|
||||
* 路由器更新链路状态后，使用Dijkstra算法计算最短路径
|
||||
* 路由表中只存储下一跳
|
||||
* 将自治系统进一步划分成区域，路由器仅在自身区域内使用泛洪法传播信息
|
||||
* 各路由器存储全网络的链路状态（链路状态数据库的同步）
|
||||
* 分组类型
|
||||
* 问侯分组：发现和维持邻站的可达性（一般每隔10s交换一次，若40s未收到回复，则认为该节点不可达）
|
||||
* 数据库描述分组：自己链路状态数据库的所有链路状态的摘要信息
|
||||
* 链路状态请求分组：向对方请求某些链路状态项目的详细信息
|
||||
* 链路状态更新分组：用泛洪法对全网更新链路状态
|
||||
* 链路状态确认分组：对链路更新的分组的确认
|
||||
|
||||
### 边界网关协议（BGP）
|
||||
|
||||
* 类型：外部网关协议
|
||||
* 协议层级：应用层
|
||||
* 使用TCP协议
|
||||
* 尽力选择一条可达目的地的较好网络，原因如下：
|
||||
* 因特网规模过大，路由选择非常困难
|
||||
* 难以寻找最佳路由
|
||||
* 自治系统间的路由选择必须考虑相关策略
|
||||
* 原理（路径-向量算法）
|
||||
* 每个自治系统选择**至少**一个路由器作为**BGP发言人**
|
||||
* 每个发言人与其他自治系统的发言人交换路由信息（先使用TCP建立连接，之后建立**BGP会话**，再利用**BGP会话**交换信息）
|
||||
* 各发言人交换完网络可达性信息后，就能找出到达各自治系统的较好路由了
|
||||
* 路由交换方式
|
||||
* 首次：整个路由表
|
||||
* 非首次：有变化的部分
|
||||
* BGP报文类型
|
||||
* 打开报文：与相邻的BGP发言人建立关系
|
||||
* 更新报文：发送某一路由信息和列出要撤销的路由信息
|
||||
* 保活（Keep a live）报文：确认打开报文和周期性证实邻站关系
|
||||
* 通知（Notification）报文：发送检测到差错
|
||||
* 特点
|
||||
* 节点数量级为自治系统的数量级
|
||||
* 每个自治系统的BGP发言人数目很少
|
||||
* 支持CIDR
|
||||
* 首次交换整个路由表，之后只交换更新的部分
|
||||
|
||||
## IP组播
|
||||
|
||||
* 仅用于UDP
|
||||
|
||||
### 组播地址
|
||||
|
||||
* 使用D类地址
|
||||
* 只能用于目的地址
|
||||
* 不提供可靠交付
|
||||
* 不产生ICMP报文
|
||||
* 非所有地址都可组播
|
||||
|
||||
### 分类
|
||||
|
||||
* 本局域网上的硬件组播
|
||||
* 因特网范围内的组播
|
||||
|
||||
### 组播IP与MAC转换
|
||||
|
||||
* 取IP地址后23位，补上前导0，构成24位
|
||||
* 前面再补上固定首部01-00-5e，则构成MAC地址
|
||||
|
||||
### IGMP
|
||||
|
||||
* 用于局域网的组播协议
|
||||
* IGMP让本地局域网的组播路由器知道是否有主机参加或退出某个组播组
|
||||
* 步骤
|
||||
* 新主机加入组播组时，向该组播组发送一个IGMP报文，组播路由器收到后，将组成员关系转发给其他组播路由器
|
||||
* 组播路由器周期性探询局域网内主机是否仍是组的成员，若在若干次探询后某一组无主机相应，则不再转发该组的成员关系给其他组播路由器
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* 路由选择：找出以源主机位根节点的组播转发树，每个分组再每条链路上至转发一次。不同源点的同一组播组和不同组播组都对应一个不同的多播转发树
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### 因特网组播路由算法
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* 链路状态的路由选择
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* 距离-向量的路由选择
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* 协议无关的组播（PIM）
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## 移动IP
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### 实体
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* 移动节点
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* 本地代理：移动节点所属网络的代理
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* 外部代理：再外部网络中转发移动节点的代理
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### 技术
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* 代理搜索：让节点知道自己在漫游
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* 申请转交地址
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* 登录：移动节点在外网进行的认证，注册，建立隧道的过程
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* 隧道：本地代理和外部代理间临时建立的双向数据通道
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### 过程
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1. 本地网络中，使用传统的通信方式
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2. 节点漫游到外地网络时，向本地代理注册转发地址（外部代理地址或动态配置的地址）
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3. 本地代理接收注册后，构建一条隧道，将发给移动节点的数据转发给转发地址
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4. 移动节点使用网络的路由器和代理进行通信
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5. 移动节点来到另一外网时，向本地代理更新新的转发地址
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6. 移动节点回到本地时，向本地代理注销转发地址，即回到原通信方式
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## 路由器
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### 组成
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* 路由选择部分
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* 功能：更新和维护路由表
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* 核心：路由选择处理器
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* 分组转发部分
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* 组成：
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* 输入端口
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* 交换结构
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* 输出端口
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* 交换方法
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* 通过存储器交换
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* 通过总线交换
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* 通过互联网络交换
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### 转发表和路由表
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* 转发表根据路由表构建
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* 转发时路由器根据转发表选择下一跳
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* 转发表!=路由表
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* 在路由选择中，一般不对其区分
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## 其他零散知识
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* IPV4分组在目的端主机重组
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* IPV6禁止中间路由器进行分配操作
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* IPV6不使用头部校验来保证传输正确性
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* IPV6首部固定长度
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* IP数据报仅校验首部信息，不校验数据部分
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