PPP

介绍

  • PPP协议应用于 广域网 的 数据链路层 ，并且还可以有PPPoE，即PPP协议加以太网协议
  • PPP既支持 异步（字节） 链路，也支持 同步（比特） 链路，常见是 异步
  • 帧格式：F(7E) A(FF) C(03) IP数据报 FCS(CRC检验) F(7E)
  • 字节填充：7E => 7D 5E，7D => 7D 5D，03 => 7D 23所有小于0x20都需要跟0x03一样变化
  • 比特填充：每5个'1'填充1个'0'
  • LCP（Link Control Protocol）：链路控制协议，控制链路层的连接建立
  • NCP（Network Control Protocol）：网络控制协议，控制网络层的连接建立

过程

PPP协议过程

ARP

介绍

  • 用于IP地址查找MAC地址，工作于TCP/IP的网络层，OSI的数据链路层

  • 值得注意的是

    二层交换机下：能够得到目标主机的MAC

    路由器下：非局域网只能得到路由器的MAC，局域网则可以得到目的主机的MAC

过程

  • 局域网与非局域网区别在于是否走了路由器代理
  • A进行ARP求得B的MAC
  • 首先检查ARP高速缓存表
  • A广播一个MAC帧，目的地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF。其中携带的数据有A的MAC地址
  • 局域网所有主机都将收到该帧，但是只有B做出回应
  • B对A发送单播arp响应报文
  • arp高速缓存都会设置生存时间，过了生存时间将会删除该条缓存

交换表

介绍

  • 交换机具有自学习能力，能够自动构建动态交换表
  • 格式：MAC地址，端口

过程

  • 初始交换表为空
  • A发送了一帧数据，交换机记录A的MAC和端口
  • 将该帧数据转发到除A以外的所有端口
  • B对A回应，发送给交换机
  • 交换机记录下B的MAC和端口

802.3以太网

介绍

  • 一开始拆成 逻辑链路控制LLC 和 媒体接入控制MAC 两层，后面只剩下 MAC
  • 帧格式：前导码7B 帧开始定界符1B 目的MAC 源MAC 类型 IP数据报 FCS(CRC检验)
  • 以太网是以太网，802.3是802.3，一个是事实协议，一个是规范协议，只学事实协议
  • 802.3中类型字段大于0x0600表示类型，否则表示长度。

CSMA/CD

载波监听多点接入/碰撞避免：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

  • 碰撞发生时，退避算法

    基本退避时间为 2τ2\tau ，即争用期/往返时延/两倍端到端时延

    k=min⁡[重传次数，10]k=\min[重传次数，10]，从[0,1,...,(2k−1)][0,1,...,(2^k-1)] 中随机选出一个数 rr

    重传时间为 r×2τr\times 2\tau

CRC计算过程

  • 多项式为：P(X)=anXn+an−1Xn−1+...+a1X1+a0XP(X)=a_nX^n+a_{n-1}X^{n-1}+...+a_1X^1+a_0X，其中ana_n为1或0
  • 那么设除数p=anan−1...a1a0p=a_na_{n-1}...a_1a_0 为二进制表示，共有 n+1 位
  • 数据添上n位0之后，对p进行模2除法（步骤等同于普通除法，但是相减的过程变成异或）
  • 得到余数添加到数据后面就是发送的数据帧
  • 验证的话：用接收到的数据帧对p进行模2除法，得到0就是没有差错

802.11无线局域网

介绍

  • 无线局域网中心叫做 接入点AP
  • 帧格式：帧控制2B 持续期2B 地址1 地址2 地址3 序号控制2B 地址4 帧主体(0-2312B) FCS(CRC)4B
  • 帧控制：协议版本2bit 类型2bit 子类型4bit 去往AP1bit 来自AP1bit 更多分片1bit 重试1bit 功率管理1bit 更多数据1bit WEP1bit 顺序1bit
  • RTS格式：帧控制2B 持续期2B 接收地址 发送地址 FCS
  • CTS和ACK帧格式：帧控制2B 持续期2B 接收地址 FCS
  • 因为涉及三台设备（sender，receiver，AP），所以有三个地址
  • 地址1：接收地址
  • 地址2：发送地址
  • 地址3：源地址或者目的地址（地址1和地址2除外的地址）
  • DIFS：分布协调功能帧间间隔
  • SIFS：短帧间间隔

建立连接过程

  • 被动扫描

    AP周期（如10次/s）发出 信标帧，包含SSID以及支持的速率等信息

    移动站A扫描到11个信道，选择想加入的AP，向该AP发送 关联请求帧

    该接入点AP发送 关联响应帧 给A

  • 主动扫描

    移动站A广播发送 探测请求帧

    多个接入点AP回答 探测响应帧

    移动站向想要的AP发送 关联请求帧

    该AP回答 关联响应帧

隐蔽站问题

  • B----AP----C

  • AP与B之间有信号，AP与C之间有信号，但是B与C之间没有信号，那么就有隐蔽站问题

  • 解决：

    B或者C发送数据之前，需要发送 请求发送RTS 帧，内容为将要占用的时间

    AP收到RTS后响应 允许发送CTS 帧，不仅仅是响应B，同时告诉C，现在有人在发送数据

CSMA/CA协议

载波监听多点接入/碰撞避免：Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

  • 发送数据需要先监听，若在DIFS时间内为空，则发送

  • 否则，选择一个随机数，设置退避定时器。

  • 计时器规则：

    信道忙，定时器不动，直到信道空闲

    信道空闲，并在DIFS内仍然是空闲，则开始争用信道（开始倒计时）

  • 成功发送数据，SIFS之后应该开始接收ACK

  • 再次发送数据或者没收到ACK进行重传，则需回到第二步，并且随机数选择范围更大

SIFS与DIFS作用：每次发送都需要等待DIFS，SIFS是小于DIFS的，那么如果没有人发送数据，则DIFS内应该一直空闲

什么帧能够等待SIFS就可以发送了：ACK与CTS

DHCP

介绍

  • 动态主机配置协议：Dynamic Host Configuration Protocol
  • 装载于udp数据报中，客户端口号68，服务器端口号67
  • 租用期：DHCP只能够租用一段时间，1s到136年，校园网常用1小时

过程

  • 服务器监听udp:67
  • 客户发送 DHCP发现（DHCPDISCOVER） 报文，目的 255.255.255.255，源 0.0.0.0
  • 所有的DHCP服务器都回应 DHCP提供（DHCPOFFER） 报文，目的 255.255.255.255，源 dhcp服务器地址
  • 客户选择一个DHCP服务器，并向该服务器发送 DHCP请求报文（DHCPREQUEST），目的 255.255.255.255，源 0.0.0.0，并且数据中携带选择的IP地址
  • dhcp-serve发送 DHCPACK ，客户可以用上一步的临时IP了，已绑定状态，数据中携带了租用期 T
  • 租用期过了一半，客户重新发送 DHCPREQUEST
  • 服务器不同意，发送 DHCPNACK ，客户需要重新申请IP，放弃使用该地址
  • 服务器同意，发送 DHCPACK，继续更新了租用期
  • 如果服务器没发送，客户需要在 0.875T 时再次发送 DHCPREQUEST
  • 客户需要提前终止，只需要发送 DHCPRELEASE 即可

RIP

UDP数据报，端口520

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OSPF

IP数据报，协议89

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BGP

TCP数据报，端口179

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SNMP

介绍

  • 简单网络管理协议，Simple Network Management Protocol
  • 使用UDP
  • 管理信息结构SMI：命名被管的对象（即未被管对象生成uid）；编码规则
  • 管理信息库MIB：定义了被管对象的参数，如时间、接口等

VLAN

  • 虚拟局域网：Virtual LAN，802.1Q
  • 一个虚拟局域网是一个广播域
  • 帧格式：目的MAC 源MAC VLAN标签4B 类型2B 数据(46-1500B) FCS4B(CRC)
  • VLAN标签：802.1Q标签类型2B，标签控制信息（4位+12位VID）
  • 对于主机来说，不知道自己处于那个VLAN，这个只有交换机直到
  • 主机与交换机通信，采用802.3帧，交换机之间采用802.1Q帧
  • 因此，虚拟局域网可以横跨多个路由器

令牌环网

  • 物理拓扑不一定是环，逻辑拓扑是环网
  • 网络中有一块令牌，一直在循环传送，如果有数据要发送，就把数据装在令牌上，依次传送

VPN

  • 虚拟专用网，Virtual Private Network
  • 通过互联网数据需要加密

MPLS

  • 多协议标签交换：MultiProtocol Label Switching
  • 该协议用来加快转发
  • 转发表：入接口 入标签 出接口 出标签

TCP握手

客户端服务器CLOSEDLISTENSYN=1,seq=xSYN-SENTSYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x+1SYN-RCVDACK=1,seq=x+1,ack=y+1ESTAB-LISHED客户端服务器

TCP挥手

客户端服务器ESTAB-LISHEDFIN=1,seq=uFIN-WAIT-1ACK=1,seq=v,ack=u+1SYN-RCVDFIN-WAIT-2FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1LAST-ACKACK=1,seq=x+1,ack=y+1TIME-WAIT = 2MSLCLOSED客户端服务器

HTTP

ICMP

  • 网际控制报文协议：Internet Control Message Protocol

  • ICMP差错报告报文，ICMP询问报文

  • ICMP差错报告报文

    终点不可达，类型3，不能交付

    时间超过，类型11，TTL到了

    参数问题，类型12，首部字段不正确

    改变路由（重定向），类型5，路由器告诉主机需要更改路由

  • ICMP询问报文

    回送请求或回送回答

    时间戳请求或事件戳回答

  • 如下情况，不发送ICMP差错报文

    • 对ICMP差错报告报文
    • 对第一个分片的数据报的所有后续数据报
    • 对具有多播地址的数据报
    • 对特殊地址（127.0.0.1或0.0.0.0）

  • ping：使用ICMP报文

  • traceroute：依次发送TTL为0的三个数据报，然后依次增加TTL再发送三个数据报，重复。因为目的主机IP数据报无法交付UDP，所以回送ICMP终点不可达报文

IGMP

  • 网际组管理协议：Internet Group Management Protocol

  • 多播IP转多播MAC：

    多播IP：D类地址，1110开始，接下来5位不使用，后面剩下23位，32位

    多播MAC：01 00 5E不变，0 + 上面的23位，48位

NAT

  • 网络地址转换：Network Address Translation
  • 从本网络发到外部网络：源IP:源端口 => 路由器的IP:新源端口，目的IP端口不变
  • 从外部网络发到本网络：目的IP:目的端口 => 主机IP:主机端口，源IP端口不变

STMP

介绍

  • 简单邮件传送协议
  • TCP:25

步骤

  • TCP之后，SMTP-serve 发送 “220 Service ready”
  • SMTP-client 发送 HELO（注意没有拼错），附上发送方主机名
  • 若SMTP-serve可以接收，则发送“250 OK”，否则发送“421 Service not available”
  • 邮件格式：c是SMTP-client, s是SMTP-serve
c->s: MAIL FROM: <xxx@mail.example.com>
s->c: 250 OK # 或者 451(处理时出错)  452(存储空间不够)  500(命令无法识别)
c->s: RCPT TO: <收件人地址>  # 可重复多次改行
s->c: 250 OK # 550 No such user here
s->c: 354 Start mail input; end with <CRLF> # 或者421(服务器不可用) 500
c->s: 邮件内容
s->c: 250 OK

# 连接释放
c->s: QUIT
s->c: 同意释放之后TCP释放

POP3, IMAP

  • POP3不能保存到服务器上，读取后服务器会删除
  • IMAP可以保存到服务器上，读取后不会删除，犹如在本地操作一样的

路由器

路由器结构

  • 路由选择：控制层面
  • 分组转发：数据层面

SDN

  • 软件定义网络
  • 使用OpenFlow
  • 南向：控制器与转发设备的接口；北向：用户编程与控制器接口