計算機網絡
第 1 章 計算機系統概述
1.1 計算機網絡概述
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1.1.1 計算機網絡的概念、組成、功能和分類 - 概念 - 互聯的、自治的計算機系統的集合 - 組成 - 從組成部分來看 - 硬件、軟件、協議 - 從工作方式來看 - 邊緣部分、核心部分 - 從功能組成來看 - 通信子網、資源子網 - 功能 - 數據通信、資源共享、分布式處理、提高可靠性、負載均衡、[電子化辦與服務、遠程教育、娛樂等] - 分類 - 按分部范圍分類 - 廣域網（WAN）、域域網（MAN）、局域網（LAN）、個人區域網（PAN） - 按傳輸技術分類 - 廣播式網絡、點對點網絡 - 按拓撲結構分類 - 總線型網絡、星形網絡、環狀網絡、網狀型網絡 - 按使用者分類 - 公用網、專用網 - 按交換技術分類 - 電路交換網絡、報文交換網絡、分組交換網絡（包交換網絡） - 按專屬介質分類 - 有線、無線 -
1.1.2 計算機網絡的性能指標 - 速率、帶寬、吞吐量、時延帶寬積、往返時延RTT、信道利用率 - 時延 - 發送時延、傳播時延、排隊時延、處理時延
1.2 計算機網絡體系結構與參考模型
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1.2.1 計算機網絡的分層結構、協議、服務和接口
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為什么計算機網絡要分層？
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如何分層呢？
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正式認識分層結構(協議、接口、服務)
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（1）協議的組成
- （2）服務原語
- （3）協議、接口、服務之間的關系
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1.2.2 OSI參考模型
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OSI怎么來的？
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OSI的結構OSI七層結構概述
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應用層（Application Layer）
- 表示層（Presentation Layer）
- 會話層（Session Layer）
- 傳輸層（Transport Layer）
- 網絡層（Network Layer）
- 數據鏈路層（Data Link Layer）
- 物理層（Physical Layer）
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OSI數據傳輸圖
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1.2.3 TCP/PI參考模型、五層參考模型、OSI與TCP/IP參考模型比較
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TCP/IP、OSI、五層參考模型結構圖
- TCP/IP、OSI的相同點
- TCP/IP、OSI的不同點
- 五層參考模型結構
- 五層參考模型數據封裝與解封裝（數據傳輸）
第 2 章 物理層
2.1 通信基礎
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2.1.1 物理層接口特性、數據通信模型、物理層基本概念
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概念
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計算機網絡OSI模型中最低的一層……
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接口特性
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機械特性、電氣特性、功能特性、規程特性
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數據通信基礎知識
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典型的數據通信模型
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三種通信方式
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單工、半雙工、雙工
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兩種數據傳輸方式
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串行、並行
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術語
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數據、碼元、信源、信宿、波特、帶寬[最高數據率]、信號[數字信號、模擬信號]、速率[碼元傳輸速率、信息傳輸速率]
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信道
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按傳輸信號分類
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模擬信道、數字信道
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按傳輸介質分類
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無線信道、有線信道
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2.1.2 奈氏准則和香農定理
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2.1.3 編碼與調制
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基帶信號與寬帶信號
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編碼
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數字->數字
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非歸零編碼
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歸零編碼
- 反向非歸零編碼
- 曼徹斯特編碼
- 差曼徹斯特編碼
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模擬->數字
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常見於對音頻信號的PCM脈沖調制
- 三步驟：采用->量化->編碼
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調制
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數字->模擬
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幅移鍵控(調幅)
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頻移鍵控(調頻)
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相移鍵控(調相)
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正交振幅調制(調幅+調相)
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R=Blog2(mn)
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模擬->模擬
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2.2 物理層傳輸介質及設備
- 2.2.1 傳輸介質（雙絞線、同軸電纜、光纖、無線電纜、微波、激光、紅外線）
- 2.2.2 設備（中繼器、集線器）
第 3 章 數據鏈路層
3.1 數據鏈路層的功能
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3.1.1 數據鏈路層的基本概念和功能概述
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基本概念
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結點、鏈路、數據鏈路、幀
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功能概述
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為網絡層提供服務：無確認無連接服務、有確認無連接服務、有確認面向連接服務
- 鏈路管理：連接的建立、維持、釋放(用於面向連接的服務)
- 組幀
- 流量控制，限制發送方
- 差錯控制(幀錯/位錯)
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3.2 組幀
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3.2.1 封裝成幀、幀定界、幀同步、透明傳輸
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封裝成幀、幀定界、幀同步
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組幀的四種方法
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字符計數法、字符填充的首尾定界法、零比特填充的首尾標志法、違規編碼法
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3.3 差錯控制
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3.3.1產生差錯的原因及解決辦法
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差錯有噪聲引起
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隨機熱噪聲、沖擊噪聲
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差錯類型
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幀錯
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位錯/比特錯
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差錯控制方法
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檢錯編碼
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奇偶校驗碼、CRC循環冗余碼
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糾錯編碼
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海明碼
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3.4 流量控制與可靠傳輸機制
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3.4.1流量控制
可靠傳輸
滑動窗口 -
流量控制
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單幀滑動窗口與停止-等待協議
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多幀滑動窗口與后退N幀協議（GBN）
- 多幀滑動窗口與選擇重傳協議（SR）
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可靠傳輸
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可靠傳輸機制是為了使數據可以正確穩定的傳輸和接收而制定的規則。
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滑動窗口
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滑動窗口協議的基本原理就是在任意時刻，發送方都維持了一個連續的允許發送的幀的序號，稱為
發送窗口；同時，接收方也維持了一個連續的允許接收的幀的序號，稱為接收窗口。 -
流量控制、可靠傳輸、滑動窗口三者之間的關系
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3.5 介質訪問控制
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3.5.1 介質訪問控制、令牌傳遞協議
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靜態划分信道
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信道划分介質訪問控制
- 頻分多路復用（FDM）
- 時分多路復用（TDM）
- 波分多路復用（WDM）
- 碼分多路復用（CDM）
- 頻分多路復用（FDM）
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動態分配信道
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輪詢訪問介質訪問控制
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令牌傳輸協議（環形令牌）
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隨機訪問介質訪問控制
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ALOHA協議
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不聽就說!
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CSMA協議
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先聽再說
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CSMA/CD協議
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先聽再說，邊聽邊說，檢測沖突，有線
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CSMA/CA協議
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先聽再說、避免沖突、無線
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3.6 局域網
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3.6.1 以太網與IEEE 802.3、IEEE 802.11）
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基本概念及體系結構
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概念及特點
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四種拓撲結構
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星型
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總線型
- 環型
- 樹型
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傳輸介質
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有線局域網：雙絞線、同軸電纜、光纖
- 無線局域網：電磁波
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介質訪問控制方法
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CSMA/CD
- 令牌總線
- 令牌環
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分類
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以太網
- 令牌環網
- FDDI網
- ATM網
- 無線局域網 WLAN
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IEEE 802
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鏈路層的兩個控制子層
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邏輯鏈路控制子層 LLC
- 介質訪問控制字長 MAC
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以太網
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概述、特點、標准
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提供無連接、不可靠服務
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傳輸介質：粗纜、細纜、光纖、雙絞線
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拓撲結構：總線型、星型、點對點
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適配器與MAC地址
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以太網DIX Ethernet V2標准的MAC幀的格式
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高速以太網
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100BASE-T以太網
- 吉比特以太網
- 10吉比特以太網
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IEEE 802.11
無線局域網 -
IEEE 802.11 標准簡介
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IEEE 802.11 MAC幀頭格式
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無線局域網分類
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有固定基礎設施無線局域網
- 無固定基礎設施無線局域網自組織網絡
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3.7 廣域網
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3.7.1 廣域網（ppp協議、HDLC協議）
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基本概念
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PPP協議
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協議特點
- 功能
- 三個組成部分
- 工作狀態圖
- 幀格式
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HDLC協議
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三種站
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主站
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從站
- 復合站
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兩種配置
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平衡配置
- 非平衡配置
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三種數據操作方式
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正常響應方式
- 異步平衡方式
- 異步響應方式
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幀格式
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HDLC與PPP協議的異同
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3.8 數據鏈路層設備
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3.8.1 數據鏈路層設備 - 沖突域和廣播域 - 網橋 - 局域網交換機
第 4 章 網絡層
4.1 網絡層的功能
- 4.1.1 網絡層的功能（路由選擇與分組轉發、異構網絡互連、擁塞控制）
- 4.1.2 (電路交換、報文交換、分組交換[無連接的數據報方式、面向連接的虛電路方式）
4.2 路由算法與路由協議概述
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4.2.1 路由算法與路由協議概述
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靜態路由算法
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動態路由算法
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距離-向量路由算法
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RIP
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鏈路狀態路由算法
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OSPF
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層次路由
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內部網關協議 IGP
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RIP、OSPF
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外部網關協議 EGP
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BGP
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4.3 IPv4
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4.3.1 IPv4
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IPv4分組
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IPv4分組格式
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一個IP分組由首部和數據兩部分組成
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IP數據報分片
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一個鏈路層數據報能承載的最大數據量稱為最大傳送單元(MTU)。當IP數據報的總長度大於鏈路MTU時，就需要將IP數據報中的數據分裝在兩個或多個較小的IP數據報中，這些較小的數據報稱為片
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網絡層的路由器執行的分組轉發算法
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IPv4與NAT
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IPv4地址
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組成與分類
- 連接到因特網上的每台主機(或路由器)都分配一個32比特的全球唯一標識符，即IP地址。傳統的IP地址是分類的地址，分為A、B、C、D、E五類。
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無論哪類IP地址，都由網絡號和主機號兩部分組成，IP地址::= {<網絡號>, <主機號>}
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其中網絡號標志主機(或路由器)所連接到的網絡，一個網絡號在整個因特網范圍內必須是唯一的。
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主機號標志該主機(或路由器)，一台主機號在它前面的網絡號所指明的網絡范圍內必須是唯一的。
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特殊地址不做主機IP地址
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常用IP地址ABC使用范圍
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IP地址的重要特點
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- 連接到因特網上的每台主機(或路由器)都分配一個32比特的全球唯一標識符，即IP地址。傳統的IP地址是分類的地址，分為A、B、C、D、E五類。
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網絡地址轉換—NAT
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NAT簡介
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網絡地址轉換(NAT)是指通過將專用網絡地址(如Intranet)轉換為公用地址(如Internet),從而對外隱藏內部管理的IP地址。它使得整個專用網只需要一個全球IP地址就可以與因特網連通
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私有IP地址
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為了網絡安全，划出了部分IP地址為私有IP地址。私有IP地址只用於LAN,不用於WAN連接(因此私有IP地址不能直接用於Internet,必須通過網關利用NAT把私有IP地址轉換為Internet中合法的全球IP地址后才能用於Internet), 並且允許私有IP地址被LAN重復使用。這有效地解決了IP地址不足的問題
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專用互聯網/本地互聯網
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在因特網中的所有路由器，對目的地址是私有地址的數據報一律不進行轉發。這種采用私有IP地址的互聯網絡稱為專用互聯網或本地互聯網。私有IP地址也稱可重用地址
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如何實現私有IP地址上網？
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子網划分與子網掩碼、CIDR
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子網划分
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從1985年起，在IP地址中又增加了一個“子網號字段”，使兩級IP地址變成了三級IP地址。這種做法稱為子網划分
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子網划分的基本思路
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子網掩碼
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子網掩碼是一個與IP地址相對應的、長32bit的二進制串,它由一串1和跟隨的一串0組成
- 子網掩碼的引入，為了告訴主機或路由器對一個A類、B類、C類網絡進行了子網划分，使用子網掩碼來表達對原網絡中主機號的借位。為了使外部可以連接子網內的網絡。
- 1對應於IP地址中的網絡號及子網號，而0對應於主機號
- 計算機只需將IP地址和其對應的子網掩碼逐位“與”(邏輯AND運算)，就可得出相應子網的網絡地址
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無分類域間路由選擇CIDR
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為什么要發明CIDR?
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隨着互聯網的發展，基於分類網絡進行地址分配和路由IP數據包的設計顯得可擴充性不足
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兩張圖了解CIDR的特點
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路由器根據路由表轉發的CIDR原則
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地址解析協議—ARP協議
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IP地址與硬件地址的概念
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ARP協議引入
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無論網絡層使用什么協議，在實際網絡的鏈路上傳送數據幀時，最終必須使用硬件地址。所以需要一種方法來完成 IP地址到MAC地址的映射，這就是地址解析協議(Address ResolutionProtocol, ARP)
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動態主機配置協議—DHCP協議
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概念
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動態主機配置協議(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP)常用於給主機動態地分配IP地址，它提供了即插即用聯網的機制，這種機制允許一台計算機加入新的網絡和獲取IP地址而不用手工參與。
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DHCP的工作原理
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網際控制報文協議— ICMP
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概念
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為了提高IP數據報交付成功的機會，在網絡層使用了網際控制報文協議(Internet Control Message Protocol, ICMP)來讓主機或路由器報告差錯和異常情況。
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ICMP報文的組成
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分類
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ICMP差錯報告報文
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不發送ICMP差錯報文的情況
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ICMP詢問報文
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ICMP的應用
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分組網間探測PING(用來測試兩台主機之間的連通性)
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使用了ICMP回送請求和回答報文
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PING工作在應用層
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Traceroute(UNIX中的名字，在Windows中是tracert，可以用來跟蹤分組經過的路由)
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使用了ICMP時間超過報文
- Traceroute/Tracert工作在網絡層
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4.4 IPv6
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4.4.1 IPv6
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IPv6產生的原因
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IPv6的數據報格式
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IPv6與IPv4的不同
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IPv6地址表現形式
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一般形式
- 壓縮形式
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IPv6基本地址類型
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單播
- 多播
- 任播
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IPv6向IPv4過渡的策略
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雙協議棧
- 隧道技術
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4.5 路由協議
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4.5.1 路由選擇協議 - 路由信息協議—RIP協議 - 開放最短路徑優先協議—OSPF協議 - 邊界網關協議—BGP協議
4.6 IP組播
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4.6.1 IP組播
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IP數據報的三種傳輸格式
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IP組播地址
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IGMP協議
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組播路由選擇協議
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IP組播的兩種情況
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局域網上硬件組播
- 在因特網的范圍內進行組播
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4.7 移動IP
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4.7.1 移動IP
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什么是移動IP？
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移動IP相關術語
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移動結點
- 歸屬代理（本地代理）
- 外部代理（外地代理）
- 永久地址（歸屬地址/主地址）
- 轉交地址（輔地址）
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移動IP通信過程
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4.8 路由器
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4.8.1 網絡層設備路由器
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路由器
- 路由器、網橋、集線器之間的區別
- 路由表與路由轉發、轉發表
第 5 章 傳輸層
5.1 傳輸層提供的服務
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5.1.1 傳輸層提供的服務及功能概述
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傳輸層提供的服務
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為應用層提通信供服務，使用網絡層服務
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傳輸層提供的功能概述
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提供進程與進程之間的邏輯通信
- 復用和分用
- 對接受到的報文進行差錯控制
- 傳輸層協議UDP與TCP
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傳輸層的尋址與端口
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端口的作用
- 端口號的分類
- 套接字
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無連接UDP和面向連接TCP服務
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5.2 UDP協議
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5.2.1 UDP協議
- 用戶數據報協議UDP概述及特點優勢
- UDP首部格式
- 當傳輸層從IP層收到UDP數據報時
- UDP校驗
5.3 TCP協議
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5.3.1 TCP協議
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TCP協議特點
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TCP報文段的首部格式
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TCP連接管理
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連接的建立 – – – 三次握手
- SYN泛洪攻擊
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TCP連接釋放—-四次握手
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5.3.2 TCP可靠傳輸
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TCP可靠傳輸簡介
- 序號
- 確認
- 重傳
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5.3.3 TCP流量控制
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5.3.4 TCP擁塞控制
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什么是擁塞控制？
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擁塞控制與流量控制的區別
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擁塞控制的4種算法
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慢開始與擁塞避免
- 快重傳和快恢復
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第 6 章 應用層
6.1 應用層概述與網絡應用模型
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6.1.1 應用層概述與網絡應用模型
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應用層概述
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功能
- 文件傳輸、訪問和管理
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電子郵件
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虛擬終端
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查詢服務和遠程作業登錄
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重要協議
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FTP
- SMTP、POP3
- HTTP
- DNS
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- 文件傳輸、訪問和管理
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網絡應用模型
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客戶/服務器模型（C/S）
- P2P模型
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6.2 域名系統DNS
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6.2.1 詳解DNS域名解析系統
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DNS系統
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域名
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域名服務器
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根域名服務器
- 頂級域名服務器
- 授權域名服務器(權限域名服務器)
- 本地域名服務器
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域名解析過程
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遞歸查詢方式
- 常用遞歸與迭代相結合的查詢方式
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6.3 FTP協議
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6.3.1 FTP協議
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FTP協議的功能
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FTP工作原理
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控制連接和數據連接
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6.4 電子郵件系統的組成和結構
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6.4.1 電子郵件系統的組成和結構
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電子郵件的信息格式
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電子郵件系統的組成結構
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電子郵件協議
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SMTP
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MIME—多用途網絡郵件擴充
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POP3
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IMAP—因特網報文存取協議
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萬維網的電子郵件
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6.5 萬維網與HTTP
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6.5.1 萬維網www與HTTP協議
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www萬維網
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什么是萬維網？
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萬維網的組成
- URL—統一資源定位符
- 萬維網工作流程
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HTTP—超文本傳輸協議
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HTTP操作過程
- HTTP特點
- HTTP報文結構
- WireShark捕獲HTTP報文實例
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常用應用程序的協議及端口號
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