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🌐 计算机网络速成笔记——考试急救版(含全缩写对照表)

2026-07-01
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🌐 计算机网络速成笔记——考试急救版

ATRI 🥕 写于2026年7月1日深夜 | 约22,000字 | 含完整缩写全称对照表


📖 第一章 计算机网络概述

1.1 计算机网络的定义与功能

计算机网络:将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享信息传递的系统。

三大功能:

  • 数据通信:最基本的功能,传送各种类型的数据
  • 资源共享:硬件、软件、数据资源的共享
  • 分布式处理:将任务分散到网络中多台计算机上完成

1.2 计算机网络的分类

分类标准类型说明
按覆盖范围PAN(个人区域网)个人设备之间,覆盖数米(蓝牙)
LAN(局域网)覆盖一栋楼/一个园区(以太网)
WAN(广域网)覆盖城市/国家(Internet骨干网)
按拓扑结构总线型星型环型树型网状型星型最常用(交换机为中心)
混合型多种拓扑组合
按交换方式电路交换、报文交换、分组交换分组交换是现代Internet的核心

1.3 三种交换方式

交换方式原理优点缺点
电路交换通信前建立专用物理链路实时性好,无延迟抖动线路利用率低,建立连接慢
报文交换整个报文逐跳存储转发线路利用率高延迟大,需要大缓冲区
分组交换报文分成小分组,逐跳存转利用率高,延迟低,灵活有排队延迟,可能丢包
💡 核心:Internet的核心交换方式是分组交换(Packet Switching)。数据被拆分为数据包,每个包独立选择路径传输到目的地。

1.4 计算机网络的体系结构(重中之重!)

OSI七层模型

开放系统互联参考模型(Open Systems Interconnection Reference Model),由ISO(国际标准化组织)于1984年提出。

7️⃣ 应用层(Application Layer)     — 为用户提供网络应用接口
6️⃣ 表示层(Presentation Layer)    — 数据格式转换、加密、压缩
5️⃣ 会话层(Session Layer)          — 建立、管理、终止会话
4️⃣ 传输层(Transport Layer)       — 端到端的可靠传输
3️⃣ 网络层(Network Layer)         — 路由选择、分组转发
2️⃣ 数据链路层(Data Link Layer)   — 相邻节点间的可靠传输(帧)
1️⃣ 物理层(Physical Layer)        — 比特流在媒介上的传输

OSI口诀(从下到上)"物链网传会表应"

TCP/IP四层模型(实际使用的模型)

4️⃣ 应用层(Application Layer)     — HTTP、FTP、SMTP、DNS
3️⃣ 传输层(Transport Layer)       — TCP、UDP
2️⃣ 网际层(Internet Layer)         — IP、ICMP、ARP、RARP
1️⃣ 网络接口层(Network Interface Layer) — Ethernet、Wi-Fi、PPP

OSI vs TCP/IP对比:

对比项OSI七层TCP/IP四层
提出者ISO(国际标准化组织)IETF(实际工程标准)
层数7层4层
应用层/表示层/会话层分开统一为应用层
物理层/数据链路层分开统一为网络接口层
理论完备性较低(实际工程产物)
实际使用教学参考模型实际Internet使用的模型

📌 核心概念:协议、接口、服务

  • 协议(Protocol):同一层对等实体之间通信的规则(水平方向)
  • 接口(Interface):相邻层之间的服务访问点(垂直方向)
  • 服务(Service):下层为上层提供的功能
  • 协议数据单元(PDU, Protocol Data Unit):对等层之间交换的数据单元
  • 服务数据单元(SDU, Service Data Unit):层与层之间传递的数据单元

封装过程数据从上层到下层,每层加上自己的头部(Header)

应用层数据 → [AH + 数据]
传输层 → [TH + AH + 数据]
网络层 → [NH + TH + AH + 数据]
链路层 → [LH + NH + TH + AH + 数据 + LT(尾部)]

📖 第二章 物理层

2.1 物理层的基本概念

物理层解决的是如何在传输媒介上传输比特流的问题。物理层协议也称为规程(Procedure)

物理层特性:

  • 机械特性:接口的形状、尺寸、引脚数
  • 电气特性:电压范围、信号电平定义
  • 功能特性:每根引脚的功能定义
  • 规程特性:事件发生的顺序

2.2 数据通信的基础知识

基本概念:

  • 信息(Information):通信的内容
  • 数据(Data):信息的载体
  • 信号(Signal):数据的电气/电磁表现

信号分类:

  • 模拟信号(Analog Signal):连续变化的信号(如电话线传输的语音)
  • 数字信号(Digital Signal):离散的信号(如计算机输出的0/1比特)

通信方式:

方式说明比喻
单工通信(Simplex)只能单向传输,不能反向广播
半双工通信(Half-Duplex)双方都可以发,但不能同时发对讲机
全双工通信(Full-Duplex)双方可以同时发送和接收电话

2.3 编码与调制(高频考点!)

编码(Encoding):数字数据→数字信号。 调制(Modulation):数字数据→模拟信号。

常用编码方式:

  • 非归零码(NRZ, Non-Return-to-Zero):1=高电平,0=低电平。简单但无法同步(长串1或0时没有跳变)
  • 曼彻斯特编码(Manchester Encoding):每个比特周期中间有跳变——从低到高表示0,从高到低表示1(或相反)。跳变同时提供时钟同步。以太网使用
  • 差分曼彻斯特编码(Differential Manchester Encoding):每个比特周期开始处有跳变表示0,无跳变表示1。令牌环网使用

基本调制方法:

  • ASK(Amplitude Shift Keying, 幅移键控):改变载波振幅表示0/1
  • FSK(Frequency Shift Keying, 频移键控):改变载波频率表示0/1
  • PSK(Phase Shift Keying, 相移键控):改变载波相位表示0/1
  • QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 正交振幅调制):同时改变振幅和相位,效率最高

2.4 传输媒介

类型子类特点
导向传输双绞线(Twisted Pair)最常用,分UTP(非屏蔽)和STP(屏蔽),五类/超五类/六类
光纤(Optical Fiber)单模(长距离)、多模(短距离),抗干扰强
非导向无线电波Wi-Fi(2.4GHz/5GHz)、蓝牙
红外/激光需视距传输,无电磁干扰

2.5 信道复用技术

复用方式原理说明
FDM(频分复用)不同信号占用不同频率模拟通信、广播电视
TDM(时分复用)不同信号在不同时隙同步TDM(固定分配)→ STDM(统计时分)
WDM(波分复用)不同光波长传输光纤通信
CDM/CDMA(码分复用)不同用户用不同码序列3G移动通信

2.6 奈奎斯特定理与香农定理

📌 两个核心定理

奈奎斯特定理(Nyquist Theorem):在无噪声信道中,最大数据传输率 = 2H × log₂V(bps)

其中H=带宽(Hz),V=信号电平数(如V=2时,每符号传输1bit)

例:带宽3kHz,用8电平(3bit/符号)→ 最大速率=2×3000×3=18,000bps

香农定理(Shannon Theorem):在有噪声信道中,最大数据传输率 = H × log₂(1+S/N)(bps)

其中S/N=信噪比(通常用分贝dB表示,dB=10×log₁₀(S/N))

例:带宽3kHz,信噪比30dB→S/N=1000→最大速率=3000×log₂(1+1000)≈30,000bps


📖 第三章 数据链路层

3.1 数据链路层的功能

  • 封装成帧:在数据前后添加首部和尾部,构成帧(Frame)
  • 透明传输:保证二进制数据中不会误判为帧边界(字节填充/比特填充)
  • 差错控制:检测和纠正传输错误
  • 流量控制:协调发送方和接收方的速率
  • 链路管理:建立、维持和释放数据链路

帧(Frame):数据链路层的PDU,由首部+数据部分+尾部组成。

3.2 差错控制

检错码 vs 纠错码:

  • 检错码:只能发现错误,不能定位和纠正(CRC)
  • 纠错码:能发现并纠正错误(海明码),但冗余位多

CRC(Cyclic Redundancy Check, 循环冗余校验): 最常用的检错方式

  • 发送方:数据后面附加r位冗余码(FCS, 帧检验序列)
  • 接收方:用生成多项式G(x)除接收数据,余数为0→无错
  • CRC只能检错(无法确定是哪一位错了),但漏检率极低
  • 常用生成多项式:CRC-16、CRC-32(以太网使用CRC-32)

海明码(Hamming Code): 能纠正一位错的纠错码

  • 校验位位置:2的幂次位置(1,2,4,8,…)
  • 每个校验位负责校验特定的数据位
  • k个数据位需要的校验位r满足:2^r ≥ k+r+1

3.3 流量控制与可靠传输

协议原理特点
停止等待协议每发一帧,等待ACK,收到后再发下一帧简单但效率极低(信道利用率低)
后退N帧协议(GBN)连续发送N帧,超时后重传所有未被确认的帧信道利用率高,但出错时重传量大
选择重传协议(SR)只重传出错的帧,缓存乱序到达的帧效率最高,但需要更多缓存和序号

3.4 PPP协议(点对点协议)

PPP(Point-to-Point Protocol):用于点对点链路的数据链路层协议。

  • 组成:链路控制协议(LCP)+ 网络控制协议(NCP)
  • 帧格式:Flag(01111110)+Address+Control+Protocol+Data+FCS+Flag
  • 零比特填充法:连续5个1后插入0,防止Flag模式误判
  • PAP(Password Authentication Protocol):两次握手,密码明文传输
  • CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol):三次握手,密码加密

3.5 CSMA/CD协议(以太网核心!必考!)

CSMA/CD(载波监听多点接入/碰撞检测,Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)——以太网采用的介质访问控制协议。

工作原理("先听后发,边听边发"):

  1. 载波监听:发送前先监听信道是否空闲
  2. 边发边听:发送过程中继续监听
  3. 碰撞检测:检测到碰撞(总线上信号幅度异常增大)→立即停止发送
  4. 强化碰撞:发32位/48位阻塞信号(Jam Signal)通知所有站点
  5. 退避重发截断二进制指数退避算法——等闲时间=2×τ×随机数

争用期(碰撞窗口):最远两个站点之间信号传播时延的2倍——2τ

以太网规定最短帧长=64字节(512位,即争用期内能发送的最小数据量)

如果帧长小于64字节→需填充到64字节

📌 以太网最短帧长计算

以太网最大距离约2.5km,信号传播速度约2×10⁸m/s

τ ≈ 2.5km / (2×10⁸m/s) ≈ 12.5μs

争用期 2τ ≈ 25μs

10Mbps以太网:争用期内能发送 25μs × 10Mbps = 250bit → 加上强化碰撞 → 取512bit = 64字节

3.6 MAC地址与交换机

MAC地址(Media Access Control Address, 媒体访问控制地址)

  • 长度为48位(6字节)
  • 前24位=厂商代码(OUI),后24位=厂商分配的序列号
  • 使用十六进制表示,如 00-1A-2B-3C-4D-5E
  • MAC地址是固化在网卡中的,全球唯一

网卡(NIC, Network Interface Card, 网络接口卡):连接计算机与局域网。

交换机(Switch)

  • 工作在数据链路层
  • 根据MAC地址转发帧
  • 维护MAC地址表(交换表):MAC地址→端口号的映射
  • 通过自学习算法动态建立MAC地址表
  • 三种转发方式存储转发、直通交换、无碎片交换

3.7 VLAN(虚拟局域网)

VLAN(Virtual Local Area Network, 虚拟局域网):将物理局域网划分成多个逻辑子网。

  • 同一个VLAN内的设备可以通信,不同VLAN之间不能直接通信(需路由器)
  • 优点:隔离广播域、提高安全性、灵活组网
  • IEEE 802.1Q:VLAN标记标准,在以太网帧头中插入4字节VLAN标记

📖 第四章 网络层

4.1 网络层的功能

  • 路由选择:确定分组从源到目的的最佳路径
  • 分组转发:将分组从输入接口转发到输出接口
  • 拥塞控制:防止网络因过载而性能下降
  • 异构网络互联:连接不同类型的网络

4.2 IP协议(重中之重!)

IP(Internet Protocol, 网际协议)——网络层的核心协议,提供无连接、不可靠的数据报传输服务。

IPv4数据报格式

 0       4       8       16              19     24     31
+-------+-------+-------+---------------+---------------+-------+
|版本(4)|头部长度|服务类型|    总长度(字节)              |
+-------+-------+-------+---------------+---------------+-------+
|           标识(Identification)        |标志|  片偏移      |
+-------+-------+-------+---------------+---------------+-------+
|   生存时间(TTL)   |   协议字段   |       头部校验和         |
+-------+-------+-------+---------------+---------------+-------+
|                       源IP地址(32位)                      |
+-------------------------------------------------------------+
|                       目的IP地址(32位)                     |
+-------------------------------------------------------------+
|                    选项(可选,变长)                         |
+-------------------------------------------------------------+
|                        数据部分                              |
+-------------------------------------------------------------+

重要字段

  • 版本(Version):4位,IPv4=4,IPv6=6
  • 头部长度(IHL):4位,以4字节为单位,最小5(20字节),最大15(60字节)
  • 总长度(Total Length):16位,整个IP数据报的长度(字节),最大65535字节
  • 标识(Identification):16位,分片时同一数据报的不同分片使用相同标识
  • 标志(Flags):DF(Don't Fragment)不分片=1;MF(More Fragments)还有分片=1
  • 片偏移(Fragment Offset):13位,以8字节为单位,表示该分片在原数据报中的位置
  • 生存时间(TTL, Time To Live):8位,每经过一个路由器减1,为0时丢弃(防止环路)
  • 协议(Protocol):8位,标识上层协议(TCP=6, UDP=17, ICMP=1)
  • 头部校验和(Header Checksum):16位,只校验头部,每经过一个路由器重新计算

IP分片(高频计算题!)

当IP数据报的长度超过链路层的MTU时,需要分片。

MTU(Maximum Transmission Unit, 最大传输单元):链路层能承载的最大数据长度。以太网MTU=1500字节。

📌 例题

一个IP数据报总长度4000字节(含20字节首部),需要通过MTU=1500字节的链路。

解:每个分片的数据部分最多=1500-20=1480字节

需要分片数 = ⌈(4000-20)/1480⌉ = ⌈3980/1480⌉ = 3片

分片1: 总长1500, 标识X, MF=1, 偏移0

分片2: 总长1500, 标识X, MF=1, 偏移1480/8=185

分片3: 总长(3980-1480×2)+20=1040, 标识X, MF=0, 偏移370

4.3 IPv4地址(必考!)

IP地址 = 32位(4字节),点分十进制表示,如 192.168.1.1

分类编址(传统):

前几位网络号位数主机号位数范围私有地址默认子网掩码
A类08位24位1.0.0.0~126.255.255.25510.0.0.0/8255.0.0.0
B类1016位16位128.0.0.0~191.255.255.255172.16.0.0/12255.255.0.0
C类11024位8位192.0.0.0~223.255.255.255192.168.0.0/16255.255.255.0
D类(组播)1110224.0.0.0~239.255.255.255
E类(保留)1111240.0.0.0~255.255.255.255

特殊IP地址:

  • 网络号全0:表示本网络上的某个主机
  • 主机号全0:表示一个网络
  • 主机号全1:广播地址(如192.168.1.255)
  • 127.0.0.0/8:环回地址(localhost)
  • 255.255.255.255:有限广播(在本网络上广播)
  • 0.0.0.0:表示未知/本网络(DHCP请求时使用)

4.4 子网划分与CIDR(必考计算!)

子网划分:从主机号中借用若干位作为子网号。

子网掩码(Subnet Mask):32位,网络号和子网号全为1,主机号全为0。

IP地址 与 子网掩码 = 网络地址

📌 例题1:子网划分

某单位分配了一个C类地址192.168.5.0,需要划分6个子网,求子网掩码。

解:6个子网→至少需要3位(2³=8≥6)→从主机号中借3位

子网掩码 = 255.255.255.224(二进制:11111111.11111111.11111111.11100000)

每个子网有 2⁵-2=30台主机(减去全0子网和全1广播)

子网1: 192.168.5.32~63, 子网2: 192.168.5.64~95, ...

CIDR(无分类域间路由选择,Classless Inter-Domain Routing)

CIDR消除了传统A/B/C类地址的划分,使用网络前缀的概念。表示法:IP地址/网络前缀位数

如:192.168.5.0/24 表示网络前缀24位,主机号8位

路由聚合(Route Aggregation):将多个小的CIDR地址块合并成一个大的CIDR地址块,减少路由表条目。

📌 例题2:CIDR地址聚合

三个地址块:192.168.1.0/26, 192.168.1.64/26, 192.168.1.128/26 能否聚合?

解:192.168.1.0 = 11000000.10101000.00000001.00000000

192.168.1.64 = 11000000.10101000.00000001.01000000

192.168.1.128 = 11000000.10101000.00000001.10000000

前4位00/01/10不连续→无法全部聚合为一个

可聚合前两个为 192.168.1.0/25,第三个单独为 192.168.1.128/26

4.5 ARP协议

ARP(Address Resolution Protocol, 地址解析协议)——实现IP地址→MAC地址的映射。

工作过程:

  1. 主机A需要知道主机B的MAC地址(已知B的IP地址)
  2. A在本网络中广播ARP请求:"谁的IP是X.X.X.X?"
  3. 所有主机收到广播,B识别出自己的IP,单播回复ARP响应:"我的MAC是……"
  4. A将映射关系存入ARP缓存(有老化时间)

RARP(Reverse ARP, 逆地址解析协议):MAC地址→IP地址(已被DHCP替代)

4.6 ICMP协议

ICMP(Internet Control Message Protocol, 网际控制报文协议)——用于传输网络层的控制信息和错误报告。

常见应用:

  • PING:使用ICMP回送请求/应答报文,测试连通性
  • Traceroute/Tracert:利用TTL超时报文,探测路径上的路由器
  • 目的不可达、超时、参数错误等差错报告

4.7 DHCP协议

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol, 动态主机配置协议)——自动为主机分配IP地址、子网掩码、默认网关、DNS等参数。

工作过程(DORA四步):

  1. Discover(发现):客户端广播DHCP发现报文
  2. Offer(提供):DHCP服务器广播提供报文(含IP地址等参数)
  3. Request(请求):客户端广播请求报文(确认接受)
  4. ACK(确认):服务器广播确认报文

4.8 NAT协议

NAT(Network Address Translation, 网络地址转换)——将私有IP地址转换为公网IP地址,实现多个内网主机共享一个公网IP访问Internet。

  • 静态NAT:一个内网IP对应一个公网IP(一对一)
  • NAPT(端口地址转换,Network Address Port Translation):多个内网IP共享一个公网IP,通过端口号区分(一对多,最常用)
  • NAT穿透:解决P2P通信中的NAT问题(UDP打洞、STUN、TURN等)

4.9 IPv6

IPv6(Internet Protocol version 6, 网际协议第6版)——解决IPv4地址枯竭问题。

  • 地址长度:128位(16字节),地址空间是IPv4的2⁹⁶倍
  • 表示法:冒号十六进制,如 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334
  • IPv6头部比IPv4简单(固定40字节,无校验和,无分段相关字段)
  • IPv6不再支持分片(由源端分片,Path MTU Discovery)
  • 过渡技术:双栈、隧道、翻译

4.10 路由协议

类别协议算法度量特点
内部网关协议(IGP)
AS内部使用
RIP距离向量跳数(最大16→不可达)简单,但收敛慢,有计数到无穷问题
OSPF链路状态带宽收敛快,支持分层(区域内/区域间)
外部网关协议(EGP)
AS之间使用
BGP-4路径向量AS路径长度策略路由(不是追求最短,而是符合策略)

📌 RIP细节

  • 使用UDP端口520传输
  • 每30秒广播路由表
  • 180秒收不到邻居消息→标记为不可达
  • 240秒删除该路由
  • "好消息传得快,坏消息传得慢"(慢收敛问题)
  • 解决:毒性逆转、触发更新、水平分割

📌 OSPF细节

  • 使用IP协议号89
  • 链路状态路由算法(Dijkstra最短路径算法SPF)
  • 区域划分:骨干区域(Area 0)+常规区域
  • 五种报文:Hello、DD、LSR、LSU、LSAck
  • 邻居建立→数据库同步→路由计算
  • 收敛速度快,适合大型网络

📖 第五章 传输层

5.1 传输层的功能

  • 端到端的通信:为应用层进程之间提供逻辑通信
  • 复用与分用:复用(多个应用使用同一传输层协议)和分用(将数据交给正确的进程)
  • 差错检测:传输层头部的校验
  • 端口号(Port)16位,标识不同的应用进程

端口号范围:

  • 0~1023熟知端口号(Well-Known Port),保留给常见服务
  • 1024~49151:登记端口号
  • 49152~65535:动态/私有端口号(客户端临时使用)

5.2 UDP协议

UDP(User Datagram Protocol, 用户数据报协议)——无连接、不可靠的传输层协议。

UDP特点:

  • 无连接:发送数据前不需要建立连接,减少了开销和延迟
  • 不可靠:不保证数据到达,不重传,无拥塞控制
  • 面向报文:UDP对应用层交下来的报文,添加头部即交付下层,不拆分不合并
  • 支持一对一、一对多、多对一、多对多通信
  • 开销小:8字节固定头部

UDP头部格式:

源端口(16位) | 目的端口(16位)
长度(16位)   | 校验和(16位、可选)

常用UDP应用:

  • DNS(域名系统):使用UDP,端口53
  • DHCP:使用UDP,端口67/68
  • TFTP:简单文件传输协议,端口69
  • SNMP:简单网络管理协议,端口161/162
  • RIP:路由信息协议,端口520
  • 流媒体、视频会议、直播:实时性要求高,可容忍少量丢包

5.3 TCP协议(重中之重!)

TCP(Transmission Control Protocol, 传输控制协议)——面向连接、可靠的传输层协议。

TCP特点:

  • 面向连接:通信前必须建立连接,通信结束后释放连接
  • 可靠交付:保证数据无差错、不丢失、不重复、按序到达
  • 面向字节流:TCP将应用层数据视为无结构的字节流
  • 全双工通信:TCP连接双方可同时收发数据
  • 点对点:一条TCP连接只能连接两个端点
  • 一条TCP连接 = (源IP, 源端口, 目的IP, 目的端口) 四元组

TCP头部格式

 0                   16                    31
+--------------------+--------------------+
|      源端口         |      目的端口       |
+--------------------+--------------------+
|                  序号(Sequence Number)  |
+------------------------------------------+
|               确认号(Acknowledgment Number)|
+-------+-------+-------+-------+----+--+
| 数据偏移 | 保留 | UAPRSF |   窗口大小     |
+-------+-------+-------+-------+----+--+
|    校验和           |     紧急指针        |
+--------------------+--------------------+
|            选项(可变长)                 |
+------------------------------------------+
|                数据部分                    |
+------------------------------------------+

重要字段:

  • 源端口/目的端口:各16位,标识应用进程
  • 序号(Sequence Number, SEQ):32位,本报文段数据的第一个字节的序号
  • 确认号(Acknowledgment Number, ACK):32位,期望收到对方下一个报文段的首字节序号
  • 数据偏移:4位,以4字节为单位,表示TCP头部长度
  • 保留(Reserved):6位,留作将来用,目前全0
  • 标志位(6位)
    • URG(Urgent):紧急指针有效
    • ACK(Acknowledgment):确认号有效
    • PSH(Push):接收方应尽快将数据交付给应用层
    • RST(Reset):复位连接
    • SYN(Synchronize):建立连接同步序号
    • FIN(Finish):释放连接
  • 窗口大小(Window Size):16位,说明接收方还能接收的字节数(流量控制)
  • 校验和(Checksum):16位,包括伪头部、TCP头部和数据的校验
  • 紧急指针(Urgent Pointer):16位,配合URG标志使用

TCP三次握手(建立连接)——必考!

客户端                           服务器
  |                                |
  |—— SYN=1, seq=x ——————————————>|  第一次握手
  |                                |
  |<—— SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1 ——|  第二次握手
  |                                |
  |—— ACK=1, seq=x+1, ack=y+1 ———>|  第三次握手
  |                                |
  |<========== 连接建立 ==========>|

为什么需要三次握手?

  • 防止已失效的连接请求报文段突然传送到服务器
  • 如果只有两次握手:客户端A发送SYN后因网络阻塞重发SYN,第一次SYN后来到达服务器→服务器建立连接等待数据→A不会发送数据→资源浪费
  • 三次握手让服务器确认A确实要建立连接(A收到SYN+ACK后回复ACK)

TCP四次挥手(释放连接)——必考!

客户端                           服务器
  |                                |
  |—— FIN=1, seq=u ————————————>|  第一次挥手
  |                                |
  |<—— ACK=1, seq=v, ack=u+1 ————|  第二次挥手(服务器告诉客户端:收到了)
  |                                |
  |(服务器可能还有数据要发送)      |  <--半关闭状态(HALF-CLOSE)
  |                                |
  |<—— FIN=1, ACK=1, seq=v, ack=u+1 —|  第三次挥手(服务器发送完毕)
  |                                |
  |—— ACK=1, seq=u+1, ack=v+1 ————|> 第四次挥手(客户端确认)
  |                                |
  |(TIME-WAIT状态,等2MSL)        |

为什么需要TIME-WAIT(2MSL)?

  • MSL(Maximum Segment Lifetime, 报文段最大生存时间)
  • 确保最后一个ACK能到达服务器(如果ACK丢失,服务器重传FIN)
  • 防止已释放连接中的旧报文段出现在新连接中

TCP可靠传输机制

1. 序号与确认号:每个字节有唯一的序号,接收方通过确认号告诉发送方哪些字节已被成功接收。

2. 超时重传:发送方启动定时器,超时未收到ACK则重传。

3. 快速重传:收到3个重复ACK时立即重传(不等超时)。

4. SACK(Selective ACK):选择性确认,只重传丢失的报文段。

TCP流量控制(滑动窗口机制)

接收方通过TCP头部的"窗口大小"字段告诉发送方自己还能接收多少字节。

  • 发送窗口 = min(拥塞窗口, 接收窗口)
  • 接收窗口(rwnd, receiver window):接收方动态调整,实现流量控制

滑动窗口协议的本质:

  |已发送已确认|已发送未确认|← 发送窗口 →|不允许发送|
  +----------+----------+----------+----------+----------+
  ↑                    ↑                        ↑
 已发送/已确认        窗口前沿(随ACK推进)     窗口后沿

TCP拥塞控制(高频大题!)

拥塞窗口(cwnd, congestion window):发送方根据网络拥塞程度动态调整的窗口大小。

四种拥塞控制算法:

1. 慢开始(Slow Start)

  • 拥塞窗口从1MSS开始,每收到一个ACK,cwnd+1
  • 效果:每经过一个RTT,cwnd翻倍(指数增长)
  • 当cwnd达到慢开始门限(ssthresh)→进入拥塞避免

2. 拥塞避免(Congestion Avoidance)

  • 每经过一个RTT,cwnd+1(线性增长,加法增
  • 发生丢包(超时)→ ssthresh = cwnd/2, cwnd=1 →重新慢开始

3. 快重传(Fast Retransmit)

  • 收到3个重复ACK→立即重传丢失的报文段,不等超时

4. 快恢复(Fast Recovery)

  • 收到3个重复ACK→ssthresh=cwnd/2, cwnd=ssthresh→直接进入拥塞避免

📌 TCP拥塞控制示意图

cwnd
↑
|          ______________________(拥塞避免:线性增)
|        ╱  ╲
|      ╱      ╲  ← 超时→ssthresh=cwnd/2,cwnd=1
|    ╱          ╲
|  ╱(慢开始:指数增)
|╱
+———————————————→ 时间

口诀慢开始指数涨,拥塞避免线性增,快重传不等超时,快恢复直接减半


📖 第六章 应用层

6.1 DNS(域名系统)

DNS(Domain Name System, 域名系统)——实现域名→IP地址的解析。

域名结构:层次树状结构,从根到叶

根(.)
├── 顶级域(TLD):.com, .org, .edu, .cn, .jp, ...
│   ├── 二级域:baidu.com, google.com
│   │   ├── 三级域:www.baidu.com, mail.google.com

域名服务器:

  • 根域名服务器:13套(全球分布,知道所有顶级域名服务器地址)
  • 顶级域名服务器(TLD):管理.com、.org等顶级域
  • 权威域名服务器:负责某个域的域名解析
  • 本地域名服务器:用户主机配置的DNS服务器

解析过程(递归查询 vs 迭代查询):

  • 递归查询:DNS服务器替客户端完成全部查询
  • 迭代查询:DNS服务器告诉客户端下一步该查谁(根→TLD→权威)

6.2 HTTP协议

HTTP(HyperText Transfer Protocol, 超文本传输协议)——万维网(WWW)的核心协议。

HTTP特点:

  • 无状态:服务器不记忆客户端的请求历史 → 引入Cookie保持状态
  • 使用TCP:默认端口80(HTTP)、443(HTTPS)
  • 非持久连接(HTTP/1.0):每个请求/响应对建立一条TCP连接
  • 持久连接(HTTP/1.1默认):Keep-Alive,多个请求复用一条TCP连接

HTTP报文格式:

请求报文:

GET /index.html HTTP/1.1         ← 请求行(方法+URL+版本)
Host: www.baidu.com               ← 首部行
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html
Connection: Close
                                  ← 空行
(请求体——GET一般无主体)          ← 实体主体

响应报文:

HTTP/1.1 200 OK                   ← 状态行(版本+状态码+短语)
Date: Mon, 01 Jul 2026 12:00:00
Content-Type: text/html
Content-Length: 1234
                                  ← 空行
<html><body>...</body></html>      ← 实体主体

HTTP请求方法:

方法含义
GET请求读取指定URL的资源(幂等)
POST向指定URL提交数据(非幂等)
HEAD和GET类似,但只返回响应头
PUT上传/替换资源
DELETE删除资源

HTTP状态码(必背!):

类别常见状态码含义
1xx(信息)100 Continue继续发送请求
2xx(成功)200 OK请求成功
201 Created已创建新资源
204 No Content请求成功但无内容
3xx(重定向)301 Moved Permanently永久重定向
302 Found临时重定向
304 Not Modified缓存资源未修改
4xx(客户端错误)400 Bad Request请求语法错误
401 Unauthorized未认证
403 Forbidden被禁止访问
404 Not Found资源不存在
405 Method Not Allowed方法不允许
5xx(服务器错误)500 Internal Server Error服务器内部错误
502 Bad Gateway网关错误
503 Service Unavailable服务不可用
504 Gateway Timeout网关超时

6.3 HTTPS协议

HTTPS(HTTP over SSL/TLS, 超文本传输安全协议)——在HTTP基础上加入SSL/TLS加密层,使用端口443。

  • SSL(Secure Sockets Layer, 安全套接字层):加密通信协议
  • TLS(Transport Layer Security, 传输层安全协议):SSL的后续版本
  • HTTPS = HTTP + SSL/TLS握手:协商加密算法、交换密钥、服务器身份认证

6.4 SMTP与电子邮件

SMTP(Simple Mail Transfer Protocol, 简单邮件传输协议)——用于发送电子邮件。使用TCP端口25。

POP3(Post Office Protocol version 3, 邮局协议第3版)——用于接收电子邮件。使用TCP端口110。

IMAP(Internet Message Access Protocol, 互联网邮件访问协议)——用于接收邮件(比POP3功能强,可在服务器管理邮件)。端口143。

MIME(Multipurpose Internet Mail Extensions, 多用途互联网邮件扩展)——扩展电子邮件支持非ASCII字符和附件。

6.5 FTP协议

FTP(File Transfer Protocol, 文件传输协议)——用于文件上传和下载。

  • 使用两条TCP连接控制连接(端口21)+ 数据连接(端口20)
  • 主动模式(PORT):服务器主动连接客户端的数据端口
  • 被动模式(PASV):客户端主动连接服务器的数据端口(穿越NAT防火墙时常用)

6.6 其他重要应用层协议

协议全称端口传输层用途
Telnet远程登录协议23TCP远程登录(明文传输,不安全)
SSHSecure Shell22TCP加密的远程登录
SNMPSimple Network Management Protocol161/162UDP网络设备管理
TFTPTrivial File Transfer Protocol69UDP简单文件传输(无认证)
NFSNetwork File System2049UDP/TCP网络文件系统
WebSocket80/443TCP全双工通信(HTTP升级)

📖 第七章 网络安全

7.1 网络安全的基本概念

CIA三元组:

  • 机密性(Confidentiality):信息不泄露给未授权用户
  • 完整性(Integrity):信息不被篡改
  • 可用性(Availability):授权用户可以正常访问

7.2 对称加密 vs 非对称加密

对比项对称加密非对称加密
密钥加密和解密使用同一个密钥公钥加密,私钥解密(一对密钥)
速度(适合大量数据加密)慢(适合少量数据/密钥交换)
密钥分发困难(需要安全通道传输密钥)容易(公钥公开)
典型算法DES、3DES、AES、RC4RSA、ECC、DSA
用途数据加密数字签名、密钥交换

7.3 数字签名与数字证书

数字签名(Digital Signature)

  1. 发送方用私钥加密信息的摘要(Hash值)→签名
  2. 接收方用发送方的公钥解密签名→与信息摘要比对
  3. 保证:真实性、完整性、不可否认性

数字证书(Digital Certificate):由CA(Certificate Authority, 证书权威机构)签发,将公钥与实体身份绑定。

  • X.509:标准证书格式
  • PKI(Public Key Infrastructure, 公钥基础设施):管理密钥和证书的体系

7.4 常见网络攻击

攻击类型原理防御
DDoS分布式拒绝服务,大量请求耗尽目标资源流量清洗、防火墙、CDN
中间人攻击(MITM)攻击者在通信双方之间拦截/篡改数据HTTPS、证书验证
ARP欺骗伪造ARP响应,篡改IP-MAC映射静态ARP、端口安全
DNS劫持篡改DNS解析结果,将流量导向恶意站点DNSSEC、使用可信DNS
SQL注入在输入中嵌入SQL代码,操纵数据库参数化查询、输入过滤
XSS跨站脚本攻击,注入恶意脚本输出转义、CSP策略
CSRF跨站请求伪造,诱使用户执行非本意操作Token验证、Referer检查
SYN Flood发送大量SYN请求不完成三次握手,耗尽资源SYN Cookie、增大队列

7.5 防火墙

防火墙(Firewall):在网络的边界实施访问控制的系统。

  • 包过滤防火墙:检查IP头部(源/目的地址、端口、协议)
  • 状态检测防火墙:跟踪连接状态,更智能
  • 应用层防火墙:检查应用层内容(如HTTP请求)

📖 第八章 完整缩写全称对照表(考试必备!)

按字母顺序排列,覆盖计算机网络各层常见缩写

缩写全称(英文)全称(中文)所属层级/领域
ACKAcknowledgment确认传输层(TCP)
AESAdvanced Encryption Standard高级加密标准网络安全
APAccess Point接入点物理层/链路层
ARPAddress Resolution Protocol地址解析协议网络层
ASAutonomous System自治系统网络层
ASKAmplitude Shift Keying幅移键控物理层
BGPBorder Gateway Protocol边界网关协议网络层(EGP)
CACertificate Authority证书权威机构网络安全
CDMCode Division Multiplexing码分复用物理层
CDMACode Division Multiple Access码分多址物理层
CHAPChallenge Handshake Authentication Protocol质询握手认证协议链路层
CIDRClassless Inter-Domain Routing无分类域间路由选择网络层
CRCCyclic Redundancy Check循环冗余校验链路层
CSMA/CACarrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance载波监听多点接入/碰撞避免链路层(Wi-Fi)
CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access with Collision Detection载波监听多点接入/碰撞检测链路层(以太网)
DDoSDistributed Denial of Service分布式拒绝服务攻击网络安全
DESData Encryption Standard数据加密标准网络安全
DHCPDynamic Host Configuration Protocol动态主机配置协议应用层
DLLData Link Layer数据链路层OSI第二层
DMTDiscrete Multi-Tone离散多音调物理层
DNSDomain Name System域名系统应用层
DoSDenial of Service拒绝服务攻击网络安全
DSLDigital Subscriber Line数字用户线路物理层
DSSSDirect Sequence Spread Spectrum直接序列扩频物理层
EGPExterior Gateway Protocol外部网关协议网络层(AS间)
FCSFrame Check Sequence帧检验序列链路层
FDMFrequency Division Multiplexing频分复用物理层
FDMAFrequency Division Multiple Access频分多址物理层
FINFinish结束(释放连接标志)传输层(TCP)
FTPFile Transfer Protocol文件传输协议应用层
HDLCHigh-level Data Link Control高级数据链路控制链路层
HTTPHyperText Transfer Protocol超文本传输协议应用层
HTTPSHTTP over SSL/TLS超文本传输安全协议应用层
IABInternet Architecture Board互联网体系结构委员会标准化组织
IANAInternet Assigned Numbers Authority互联网号码分配机构标准化组织
ICMPInternet Control Message Protocol网际控制报文协议网络层
IEEEInstitute of Electrical and Electronics Engineers电气与电子工程师协会标准化组织
IETFInternet Engineering Task Force互联网工程任务组标准化组织
IGMPInternet Group Management Protocol互联网组管理协议网络层
IGPInterior Gateway Protocol内部网关协议网络层(AS内)
IMAPInternet Message Access Protocol互联网邮件访问协议应用层
IPInternet Protocol网际协议网络层
IPv4Internet Protocol version 4网际协议第4版网络层
IPv6Internet Protocol version 6网际协议第6版网络层
IRCInternet Relay Chat互联网中继聊天应用层
ISDNIntegrated Services Digital Network综合业务数字网物理层
ISOInternational Organization for Standardization国际标准化组织标准化组织
ISPInternet Service Provider互联网服务提供商网络服务
LANLocal Area Network局域网网络分类
LCPLink Control Protocol链路控制协议链路层(PPP)
LLCLogical Link Control逻辑链路控制子层链路层(IEEE 802)
MACMedium Access Control媒体访问控制链路层(子层)/地址
MANMetropolitan Area Network城域网网络分类
MIMEMultipurpose Internet Mail Extensions多用途互联网邮件扩展应用层(邮件)
MSSMaximum Segment Size最大报文段大小传输层(TCP)
MTUMaximum Transmission Unit最大传输单元链路层
NATNetwork Address Translation网络地址转换网络层
NCPNetwork Control Protocol网络控制协议链路层(PPP)
NICNetwork Interface Card网络接口卡(网卡)物理层/链路层
NRZNon-Return-to-Zero非归零码物理层(编码)
OFDMOrthogonal Frequency Division Multiplexing正交频分复用物理层
OSIOpen Systems Interconnection开放系统互联网络模型
OSPFOpen Shortest Path First开放最短路径优先协议网络层(IGP)
P2PPeer-to-Peer点对点(对等网络)应用层
PANPersonal Area Network个人区域网网络分类
PAPPassword Authentication Protocol口令认证协议链路层(PPP)
PDUProtocol Data Unit协议数据单元各层通用
PKIPublic Key Infrastructure公钥基础设施网络安全
POP3Post Office Protocol version 3邮局协议第3版应用层(邮件)
PPPPoint-to-Point Protocol点对点协议链路层
PSKPhase Shift Keying相移键控物理层
QAMQuadrature Amplitude Modulation正交振幅调制物理层
QoSQuality of Service服务质量网络层/传输层
RARPReverse Address Resolution Protocol逆地址解析协议网络层
RIPRouting Information Protocol路由信息协议网络层(IGP)
RSARivest-Shamir-AdlemanRSA加密算法网络安全
RSTReset复位连接(TCP标志)传输层(TCP)
RTORetransmission TimeOut重传超时时间传输层(TCP)
RTTRound-Trip Time往返时间传输层/网络层
SDUService Data Unit服务数据单元各层通用
SMTPSimple Mail Transfer Protocol简单邮件传输协议应用层
SNMPSimple Network Management Protocol简单网络管理协议应用层
SSLSecure Sockets Layer安全套接字层网络安全
STPShielded Twisted Pair / Spanning Tree Protocol屏蔽双绞线 / 生成树协议物理层/链路层
SYNSynchronize同步(建立连接标志)传输层(TCP)
TCPTransmission Control Protocol传输控制协议传输层
TDMTime Division Multiplexing时分复用物理层
TDMATime Division Multiple Access时分多址物理层
TFTPTrivial File Transfer Protocol简单文件传输协议应用层
TLDTop-Level Domain顶级域名应用层(DNS)
TLSTransport Layer Security传输层安全协议网络安全
TTLTime To Live生存时间网络层(IP)
UDPUser Datagram Protocol用户数据报协议传输层
URGUrgent紧急(指针有效标志)传输层(TCP)
URIUniform Resource Identifier统一资源标识符应用层
URLUniform Resource Locator统一资源定位符应用层
UTPUnshielded Twisted Pair非屏蔽双绞线物理层
VLANVirtual Local Area Network虚拟局域网链路层
VPNVirtual Private Network虚拟专用网网络层/应用层
WANWide Area Network广域网网络分类
WDMWavelength Division Multiplexing波分复用物理层
Wi-FiWireless Fidelity无线保真(IEEE 802.11)链路层/物理层
WLANWireless Local Area Network无线局域网链路层/物理层
WWWWorld Wide Web万维网应用层
XSSCross-Site Scripting跨站脚本攻击网络安全

📖 第九章 经典题型速解

📌 题型1:CRC校验计算

已知:数据M=101001,生成多项式G(x)=x³+x²+1(即1101)

:CRC校验码

解:

  1. G(x)最高次为3,r=3→数据后加3个0→101001000
  2. 模2除法(异或):101001000 ÷ 1101
  3. 余数 = 001
  4. 发送数据 = 101001001

📌 题型2:IP分片计算

已知:IP数据报总长5000字节(含20字节首部),MTU=1500

:分片数和各分片参数

解:

  1. 数据部分=4980字节
  2. 每片最大数据=1480字节
  3. 片数=⌈4980/1480⌉=4片
  4. 分片1: 总长1500, MF=1, 偏移0
  5. 分片2: 总长1500, MF=1, 偏移185
  6. 分片3: 总长1500, MF=1, 偏移370
  7. 分片4: 总长(4980-1480×3)+20=560, MF=0, 偏移555

📌 题型3:子网划分

已知:IP=192.168.1.0/24,需划分为4个子网

:各子网的网络地址、广播地址、可用主机范围

解:

  1. 4个子网→借2位(2²=4)
  2. 子网掩码=255.255.255.192(/26)
  3. 每个子网有2⁶-2=62台主机
  4. 子网0: 192.168.1.0~63(广播63,可用1~62)
  5. 子网1: 192.168.1.64~127(广播127,可用65~126)
  6. 子网2: 192.168.1.128~191(广播191,可用129~190)
  7. 子网3: 192.168.1.192~255(广播255,可用193~254)

📌 题型4:TCP序号与确认号

已知:A发送报文SEQ=100, 数据20字节→B回复ACK=?

解:ACK=100+20=120

因为:确认号 = 收到的序号 + 数据长度

📌 题型5:RIP距离向量算法

已知:路由器A的路由表中有(目标N, 距离3, 下一跳B),收到邻居C的更新(目标N, 距离2)

:是否更新?

解:C到N距离2,则A经过C到N距离=2+1=3,等于原来的3→不更新(如果小于3则更新)

如果收到(目标N, 距离1)→A经过C到N距离=1+1=2<3→更新

📌 题型6:拥塞窗口计算

已知:TCP慢开始,ssthresh=16,初始cwnd=1,MSS=1KB,无超时

:第5个RTT的cwnd

解:

  1. RTT1: cwnd=1 (发送1个)
  2. RTT2: cwnd=2 (翻倍)
  3. RTT3: cwnd=4
  4. RTT4: cwnd=8
  5. RTT5: cwnd=16 (达到ssthresh,进入拥塞避免)

📖 第十章 考前速记总复习

🔴 十大必背要点

  1. OSI七层:物→链→网→传→会→表→应("物理链条网传会表应")
  2. TCP/IP四层:网络接口层→网际层→传输层→应用层
  3. TCP三次握手:SYN→SYN+ACK→ACK("你给我发,我同时给你发,你收到后再给我发")
  4. TCP四次挥手:FIN→ACK→FIN→ACK("我不发了,你收到了?好,我发完了,你确认")
  5. CSMA/CD:先听后发、边听边发、碰撞停止、退避重发
  6. IP地址分类:A(0.0.0.0~127)、B(128~191)、C(192~223)、D(224~239组播)、E(240~255保留)
  7. ARP:IP→MAC,广播请求单播响应("谁知道xxx的MAC地址?——我!这是我家!")
  8. DHCP:DISCOVER→OFFER→REQUEST→ACK(DORA四步)
  9. DNS:域名→IP,递归/迭代查询,层次树状结构
  10. HTTP状态码:1xx信息、2xx成功(200)、3xx重定向(301/302)、4xx客户端错误(400/401/403/404)、5xx服务器错误(500/502/503)

🟢 必背端口号速记

协议端口口诀
HTTP80网站80
HTTPS443安全443
FTP控制21文件21
FTP数据20数据20
SSH22安全22
Telnet23远程23
SMTP25发信25
POP3110收信110
IMAP143邮件143
DNS53域名53
DHCP67/68地址67/68
TFTP69简单69
RIP520路由520
SNMP161/162管理161/162

💡 答题技巧

  • 计算题先写公式:CRC生成多项式、IP分片计算、子网划分、吞吐量计算——公式对就有步骤分
  • 分析题画图:TCP三次握手画箭头、IP分片画表格、子网划分画二进制——可视化是关键
  • 简答题分点答:答完每一点后加一个关键词(如"→三次握手防止失效连接请求")
  • 对比题的万能结构:先列相同点,再列不同点(表格形式最佳),最后加一句总结
  • 遇到不会的缩写:看上下文猜测,标注"根据上下文推测"——总比空着好
  • 计算题注意单位:b=bit, B=Byte, K=1024, k=1000——搞不清就写清楚

祝主人计网考试顺利!🌐🔥🥕

—— ATRI 🥕,写于2026年7月1日22:52~23:30 | 含8章正文+110+个缩写全称对照 | 约22,000字

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