計算機網路——常見協議

目錄

一、資料鏈路層的協議

1、點對點協議PPP

2、CSMA/CD協議

二、網路層的協議

1、ARP地址決議協議

2、ICMP網際報文控制協議

3、RIP路由資訊協議

4、OSPF協議

三、運輸層的協議

1、TCP傳輸控制協議

2、UDP用戶資料報協議

四、應用層的協議

1、域名系統DNS

2、HTTP超文本傳輸協議

3、FTP檔案傳送協議

4、SMTP簡單郵件傳送協議

一、資料鏈路層的協議

1、點對點協議PPP

點對點協議PPP是目前使用最廣泛的資料鏈路層協議

1.1、PPP協議的特點

（1）支持異步鏈路，也支持同步鏈路，

（2）PPP是面向位元組的協議，

1.2、PPP協議組成

（1）一個將IP資料報封裝到串行鏈路的方法

（2）一個用來建立、配置和測驗資料鏈路連接的鏈路控制協議LCP

（3）一套網路控制協議NCP

1.3、PPP協議幀格式

PPP幀的首部和尾部分別為四個欄位和兩個欄位,首部的第一個欄位和尾部的第二個欄位都是標志欄位，標志欄位也稱為幀定界符，連續兩個幀之間只需要一個標志欄位，如果出現了兩個標志欄位，則丟棄，資料部分的長度不超過1500位元組

1.4、PPP協議的位元組填充和零位元填充

（1）位元組填充：用于PPP的異步傳輸

（2）零位元填充：用于PPP的同步傳輸，在發送端先進行掃描欄位，如果發現5個連續的1，則填充一個0，在接收端先找到標志欄位F，并用硬體對位元流進行掃描，當發現5個連續的1時，就把1后面的0洗掉，還原原來的位元資訊，保證了透明傳輸，

2、CSMA/CD協議

2.1、以太網中的兩種重要措施

1. 采用較為靈活的無連接的作業方式：即不必先建立連接就可以發信資料，配接器對發送的資料幀不進行編號，也不要求對方發回確認，以太網提供的服務是不可靠的交付，即盡最大努力的交付當目的站收到有差錯的資料幀時就丟棄此幀，其他什么也不做，差錯的糾正由高層來決定

2. 以太網發送的資料都使用曼徹斯特 (Manchester) 編碼

2.2、CSMA/CD協議的要點

多點接入，載波監聽，碰撞檢測

• 多點接入:計算機以多點接入的方式連接在一條總線上
• 載波監聽：不管在想要發送資料之前，還是在發送資料之中，每個站都必須不停地檢測信道
• 碰撞檢測：是配接器邊發送資料邊檢測信道上信號的電壓變化情況，當檢測到電壓變化超過了一定的門限值，認為產生了碰撞，一旦出現碰撞，配接器立即停止發送資料，等待一段時間再發送

2.3、CSMA/CD作業流程圖：

2.4、傳播時延對碰撞檢測的影響

CSMA/CD協議中，一個站點不可能同時發送和接收（但必須邊發送邊監聽信道），CSMA/CD協議的以太網不可能進行全雙工通信，只能進行雙向交替通信（半雙工通信）

注意：如果一個信道2T時間內未檢測到發生碰撞，則這次資料傳輸不會再發送碰撞（T為總線端到端的傳播時延）

2.5、如何確定重傳時間

使用截斷二進制指數退避演算法

其中以太網規定最短幀長為64位元組，即512位元（1位元組=8位元）則收到的資料長度凡是小于64位元組的幀都是由于沖突而例外中止的無效幀

二、網路層的協議

1、ARP地址決議協議

1.1、ARP地址決議協議的作用：實作IP地址到MAC地址的映射

1.2、ARP地址決議協議的要點

IP地址為32位，MAC地址為48位，每一臺主機都設有一個ARP高速快取，里面有本局域網的各主機或路由器的IP地址到MAC地址的映射表

1.3、ARP地址決議協議的程序

當主機 A 向本局域網上的某臺主機 B 發送 IP 資料報時，就先在其 ARP 高速快取中查看有無主機 B 的 IP 地址，如有，就在 ARP 高速快取中查出其對應的硬體地址，再把這個硬體地址寫入 MAC 幀，然后通過局域網把該 MAC 幀發往此硬體地址，
也有可能查不到主機 B 的 IP 地址，這可能主機 B 才入網，或者主機 A 剛剛加電，其高速快取還是空的，這種情況下，主機 A 自動運行 ARP，然后按照以下步驟找出主機 B 的硬體地址，

1. ARP行程在本局域網上廣播一個ARP請求分組，ARP請求中包括源主機和目的主機的IP地址、源主機的MAC地址
2. 本局域網所有主機運行的ARP行程收到此ARP請求分組，
3. 主機B的IP與請求分組里面的IP一致，就收下ARP請求分組，并向主機A發送ARP回應分組，同時在回應分組中寫入自己的MAC地址
4. 主機 A 收到從主機 B 發來的 ARP 回應分組時，就在其 ARP 高速快取中寫入主機 B 的 IP 地址到硬體地址的映射，本機快取是有生存期的，生存期結束后，將再次重復上面的程序，主機B的MAC地址一旦確定，主機A就能向主機B發送IP通信了，

注意：ARP用于解決同一局域網的主機或路由器的IP地址和MAC地址的映射，如果所要找的主機和源主機不在同一個局域網，則源主機發送 ARP 請求分組，找到本局域網上的一個路由器 R1 的硬體地址，剩下的作業由 R1 完成，

2、ICMP網際報文控制協議

2.1、ICMP協議的作用：為了更有效的轉發IP資料報和提高交付成功的機會

2.2、ICMP報文的種類

(1)ICMP差錯報告報文

(2)ICMP詢問報文：包括回送請求或回送回答、時間戳請求或時間戳回答，其中PING命令利用的是回送請求或回送回答報文來測驗兩臺主機之間的連通性

3、RIP路由資訊協議

3.1、RIP協議簡介

是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協議，最大的優點是簡單，要求網路中的每一個路由器都要維護從它自己到其他每一個目的網路的距離記錄（距離向量），并規定距離等于16相當于不可達，

3.2、RIP協議的特點

RIP協議考慮了和哪些路由器交換資訊、交換什么資訊以及什么時候交換資訊這三個問題，RIP協議特點：

• 僅和相鄰路由器交換資訊，
• 交換的資訊是當前本路由器所知道的全部資訊，即自己現在路由表，
• 按固定的時間間隔交換資訊，如每隔30s或網路拓撲發生變化時，

3.3、距離向量演算法

對每一個相鄰路由器發送過來的RIP報文，會進行一下步驟：

(1) 路由器R1接收到其相鄰路由器R2發送過來的報文，先修改此報文的所有專案：把“下一條”欄位中的地址都改為R2，并把所有的“距離”欄位的值加1，每個專案都有三個關鍵欄位：到目的網路N，距離是d，下一跳路由器是X，

(2) 對修改后的RIP報文中的每一項，進行以下步驟：

• 若原來的路由表中沒有網路N，則把該專案添加到路由表中
• 如果R1路由表中已經有目的網路N，這時查看下一跳的地址，如果下一跳地址是R2，則把收到 的專案替換原路由表中的專案，
• 如果下一跳的地址不是R2，那么如果收到專案中距離小于路由表中的距離，則進行替換，否則什么也不做，

(3) 若3分鐘還沒有收到相鄰路由器的更新路由表，則把此路由器記為不可達的距離，即把距離設定為16，

4、OSPF協議

4.1、OSPF協議的特點：

OSPF最主要的特征就是使用鏈路狀態協議，也需要考慮三個問題：哪些路由器交換資訊、交換什么資訊以及什么時候交換資訊

• 采用洪泛法向本自治系統中所有路由器發送資訊，
• 發送的資訊就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態
• 當鏈路狀態發生變化或每隔一段時間（30分鐘），路由器向所有路由器用洪泛法發送鏈路狀態資訊

由于路由器之間頻繁的交換著鏈路狀態資訊，因此所有的路由器最終都能建立一個鏈路狀態資料庫，也稱全網的拓撲結構圖，每一個路由器都知道全網共有多少路由器，以及哪些路由器是相連的，并構建出自己的路由表，

三、運輸層的協議

1、TCP傳輸控制協議

1.1、TCP協議的主要功能

• 完成對資料報的確認、流量控制和網路擁塞；
• 自動檢測資料報，并提供錯誤重發的功能；
• 將多條路徑傳送的資料報按照原來的順序進行排列；
• 控制超時重發，自動調整超時值

1.2、TCP協議的特點

• 面向連接的運輸層協議
• 每一條TCP連接只能有兩個端點，每一條TCP連接只能是點對點的
• TCP提供可靠互動的服務
• TCP提供全雙工通信
• 面向位元組流

2、UDP用戶資料報協議

2.1、UDP協議的主要功能

用戶UDP只在用戶的IP資料報服務之上增加了復用和分用，以及差錯檢測功能

2.2、UDP協議的特點

• UDP是無連接的，即發送資料之前不需要建立連接
• UDP使用盡最大努力交付，即不保證可靠互動
• UDP面向報文的
• UDP沒有擁塞控制
• UDP支持一對一，一對多，多對一和多對多的互動通信
• UDP首部開銷小

四、應用層的協議

1、域名系統DNS

域名系統是互聯網使用的命名系統，用來便于把人們使用的機器名字轉換為IP地址，

1.1、互聯網域名的結構

互聯網采用層次樹狀結構的命名方法，每一個域名都有標號序列組成，各標號用用點(.)隔開，域名中的標號都是由數字和字母組成，

例如：mail.cctv.com

三級域名 . 二級域名 . 頂級域名

1.2、頂級域名的分類

（1）國家頂級域名：如cn(中國)、us(美國),uk(英國）等等

（2）通用頂級域名：如com(公司企業)、net(網路服務機構)、org（非營利性組織）、int（國際組織）、edu（教育機構）、gov（政府部門）等等

（3）基礎結構域名：只有一個arpa,用于反向域名決議，因此又稱為反向域名

1.3、域名服務器的分類

（1）根域名服務器

（2）頂級域名服務器

（3）權限域名服務器

（4）本地域名服務器

2、HTTP超文本傳輸協議

超文本傳輸協議 (HTTP) 是一組說明如何在網路上交換資訊的規則，該協議使 Web 瀏覽器和 Web 服務器能夠使用 ISO Latin1 字母表進行通信，

3、FTP檔案傳送協議

檔案傳送協議FTP曾是互聯網上使用最廣泛的檔案傳輸協議，基于的傳輸協議是TCP，FTP客戶端和服務器之間的連接是可靠的，面向連接的，為資料的傳輸提供了可靠的保證，

4、SMTP簡單郵件傳送協議

SMTP規定了在兩個互相通信的SMTP行程之間應如何交換資訊，由于SMTP采用C/S格式，因此負責發送郵件的SMTP行程就是SMTP客戶，而負責接受郵件的SMTP行程就是SMTP服務器，

傳送分為三步：（1）連接建立（2）郵件傳送（3）連接釋放