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  • 计算机网络的 89 个核心概念

    万次阅读 多人点赞 2021-06-28 09:51:56
    Hey guys,这里是 cxuan,欢迎你阅读我最新一期的文章,大家知道,我连载计算机网络已经有一定时间了,当我每了解一个新技术或者新框架的时候,我都想要先把名字概念弄懂是什么,可见概念对于我们的帮助非常大。...

    Hey guys,这里是 cxuan,欢迎你阅读我最新一期的文章,大家知道,我连载计算机网络已经有一定时间了,当我每了解一个新技术或者新框架的时候,我都想要先把名字概念弄懂是什么,可见概念对于我们的帮助非常大。计算机网络中的概念也是非常庞杂,理解起来比较困难,所以这里,我给大家汇总了计算机网络中 89 个常见的概念,希望对你有所帮助。

    1. 主机:计算机网络上任何一种能够连接网络的设备都被称为主机或者说是端系统,比如手机、平板电脑、电视、游戏机、汽车等,随着 5G 的到来,将会有越来越多的终端设备接入网络。
    2. 通信链路:通信链路是由物理链路(同轴电缆、双绞线、光纤灯)连接到一起组成的一种物理通路。
    3. 传输速率:单位是 bit/s 或者 bps ,用来度量不同链路从一个端系统到另一个端系统传输数据的速率。
    4. 分组:当一台端系统向另外一台端系统发送数据时,通常会将数据进行分片,然后为每段加上首部字节,从而形成计算机网络的专业术语:分组。这些分组通过网络发送到端系统,然后再进行数据处理。
    5. 路由器:它和链路层交换机一样,都是一种交换机,主要用于转发数据的目的。

    1. 路径:一个分组所经历一系列通信链路和分组交换机称为通过这个网络的路径。

    2. 因特网服务商:也叫 ISP,不是 lsp。这个好理解,就是网络运营商,移动、电信、联通。

    3. 网络协议:网络协议是计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或者约定。

    4. IP:网际协议,它规定了路由器和端系统之间发送和接收的分组格式。

    5. TCP/IP 协议簇:不仅仅只有 TCP 协议和 IP 协议,而是以 TCP、IP 协议为主的一系列协议,比如 ICMP 协议、ARP 协议、UDP 协议、DNS 洗衣、SMTP 协议等。

    6. 分布式应用程序:多个端系统之间相互交换数据的端系统被称为分布式应用程序。

    7. 套接字接口:指的就是 socket 接口,这个接口规定了端系统之间通过因特网进行数据交换的方式。

    8. 协议:协议定义了两个以上通信实体之间交换报文格式和顺序所遵从的标准。

    9. 客户端:在客户-服务器架构中扮演请求方的角色,通常是 PC,智能手机等端系统。

    10. 服务器:在客户-服务器架构中扮演服务方的角色,通常是大型服务器集群扮演服务器的角色。

    11. 转发表:路由内部记录报文路径的映射关系的一种记录。

    12. 时延:时延指的是一个报文或者分组从网络的一端传递到另一端所需要的时间,时延分类有发送时延、传播时延、处理时延、排队时延,总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。

    13. 丢包:在计算机网络中指的是分组出现丢失的现象。

    14. 吞吐量:吞吐量在计算机网络中指的是单位时间内成功传输数据的数量。

    15. 报文:通常指的是应用层的分组。

    16. 报文段:通常把运输层的分组称为报文段。

    17. 数据报:通常将网络层的分组称为数据报。

    18. :一般把链路层的分组称为帧。

    19. 客户-服务体系:它是一种面向网络应用的体系结构。把系统中的不同端系统区分为客户和服务器两类,客户向服务器发出服务请求,由服务器完成所请求的服务,并把处理结果回送给客户。在客户-服务器体系结构中,有一个总是打开的主机称为 服务器(Server),它提供来自于 客户(client) 的服务。我们最常见的服务器就是 Web 服务器,Web 服务器服务于来自 浏览器 的请求。

    1. CIDR:使用任意长度分割 IP 地址的网络标识和主机标识

    2. P2P 体系:对等体系结构,相当于没有服务器了,大家都是客户机,每个客户既能发送请求,也能对请求作出响应。

    1. IP 地址:IP 地址就是网际协议地址,在互联网中唯一标识主机的一种地址。每一台入网的设备都会有一个 IP 地址,这个 IP 又分为内网 IP 和公网 IP。

    2. 端口号:在同一台主机内,端口号用于标识不同应用程序进程。

    3. URI:它的全称是(Uniform Resource Identifier),中文名称是统一资源标识符,使用它就能够唯一地标记互联网上资源。

    4. URL:它的全称是(Uniform Resource Locator),中文名称是统一资源定位符,它实际上是 URI 的一个子集。

    1. HTML:HTML 称为超文本标记语言,是一种标识性的语言。它包括一系列标签.通过这些标签可以将网络上的文档格式统一,使分散的 Internet 资源连接为一个逻辑整体。HTML 文本是由 HTML 命令组成的描述性文本,HTML 命令可以说明文字,图形、动画、声音、表格、链接等。

    2. Web 页面:Web 页面也叫做 Web Page,它是由对象组成,一个对象(object) 简单来说就是一个文件,这个文件可以是 HTML 文件、一个图片、一段 Java 应用程序等,它们都可以通过 URI 来找到。一个 Web 页面包含了很多对象,Web 页面可以说是对象的集合体。

    3. Web 服务器:Web 服务器的正式名称叫做 Web Server,Web 服务器可以向浏览器等 Web 客户端提供文档,也可以放置网站文件,让全世界浏览;可以放置数据文件,让全世界下载。目前最主流的三个 Web 服务器是 Apache、 Nginx 、IIS。

    4. CDN:CDN 的全称是Content Delivery Network,即内容分发网络,它应用了 HTTP 协议里的缓存和代理技术,代替源站响应客户端的请求。CDN 是构建在现有网络基础之上的网络,它依靠部署在各地的边缘服务器,通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块,使用户就近获取所需内容,降低网络拥塞,提高用户访问响应速度和命中率。

    5. WAF:WAF 是一种 应用程序防护系统,它是一种通过执行一系列针对 HTTP / HTTPS的安全策略来专门为 Web 应用提供保护的一款产品,它是应用层面的防火墙,专门检测 HTTP 流量,是防护 Web 应用的安全技术。

    6. WebService :WebService 是一种 Web 应用程序,WebService 是一种跨编程语言和跨操作系统平台的远程调用技术

    7. HTTP: TCP/IP 协议簇的一种,它是一个在计算机世界里专门在两点之间传输文字、图片、音频、视频等超文本数据的约定和规范。

    8. Session:Session 其实就是客户端会话的缓存,主要是为了弥补 HTTP 无状态的特性而设计的。服务器可以利用 Session 存储客户端在同一个会话期间的一些操作记录。当客户端请求服务端时,服务端会为这次请求开辟一块内存空间,这个对象便是 Session 对象,存储结构为 ConcurrentHashMap

    9. Cookie:HTTP 协议中的 Cookie 包括 Web Cookie浏览器 Cookie,它是服务器发送到 Web 浏览器的一小块数据。服务器发送到浏览器的 Cookie,浏览器会进行存储,并与下一个请求一起发送到服务器。通常,它用于判断两个请求是否来自于同一个浏览器,例如用户保持登录状态。

    10. SMTP 协议 :提供电子邮件服务的协议叫做 SMTP 协议, SMTP 在传输层也使用了 TCP 协议。SMTP 协议主要用于系统之间的邮件信息传递,并提供有关来信的通知。

    11. DNS 协议:由于 IP 地址是计算机能够识别的地址,而我们人类不方便记忆这种地址,所以为了方便人类的记忆,使用 DNS 协议,来把我们容易记忆的网络地址映射称为主机能够识别的 IP 地址。

    1. TELNET 协议:远程登陆协议,它允许用户(Telnet 客户端)通过一个协商过程来与一个远程设备进行通信,它为用户提供了在本地计算机上完成远程主机工作的能力。

    1. SSH 协议:SSH 是一种建立在应用层上的安全加密协议。因为 TELNET 有一个非常明显的缺点,那就是在主机和远程主机的发送数据包的过程中是明文传输,未经任何安全加密,这样的后果是容易被互联网上不法分子嗅探到数据包来搞一些坏事,为了数据的安全性,我们一般使用 SSH 进行远程登录。

    2. FTP 协议:文件传输协议,是应用层协议之一。FTP 协议包括两个组成部分,分为 FTP 服务器和 FTP 客户端。其中 FTP 服务器用来存储文件,用户可以使用 FTP 客户端通过 FTP 协议访问位于 FTP 服务器上的资源。FTP 协议传输效率很高,一般用来传输大文件。

    1. MIME 类型,它表示的是互联网的资源类型,一般类型有 超文本标记语言文本 .html text/html、xml文档 .xml text/xml、普通文本 .txt text/plain、PNG图像 .png image/png、GIF图形 .gif image/gif、JPEG图形 .jpeg,.jpg image/jpeg、AVI 文件 .avi video/x-msvideo 等。

    2. 多路分解:在接收端,运输层会检查源端口号和目的端口号等字段,然后标识出接收的套接字,从而将运输层报文段的数据交付到正确套接字的过程被称为多路分解。

    3. 多路复用:在发送方,从不同的套接字中收集数据块,然后为数据块封装上首部信息从而生成报文段,然后将报文段传递给网络层的过程被称为多路复用。

    4. 周知端口号:在主机的应用程序中,从 0 - 1023 的端口号是受限制的,被称为周知端口号,这些端口号一般不能占用。

    5. 单向数据传输:数据的流向只能是单向的,也就是从发送端 -> 接收端。

    6. 双向数据传输:数据的流向是双向的,又叫做全双工通信,发送端和接收端可以相互发送数据。

    7. 面向连接的:面向连接指的是应用进程在向另一个应用进程发送数据前,需要先进行握手,即它们必须先相互发送预备报文段,用来建立确保数据传输的参数。

    8. 三次握手:TCP 连接的建立需要经过三个报文段的发送,这种连接的建立过程被称为三次握手。

    1. 最大报文段长度:即 MSS,它指的是从缓存中取出并放入报文段中的最大值。

    2. 最大传输单元:即 MTU,它指的是通信双方能够接收有效载荷的大小,MSS 通常会根据 MTU 来设。

    3. 冗余 ACK:就是再次确认某个报文段的 ACK,报文段的丢失会导致冗余 ACK 的出现。

    4. 快速重传:即在报文段定时器过期之前重传丢失的报文段。

    5. 选择确认:在报文段出现丢失的情况下,TCP 能够选择确认失序的报文段,这个机制通常和重传一起使用。

    6. 拥塞控制:拥塞控制说的是,当某一段时间网络中的分组过多,使得接收端来不及处理,从而引起部分甚至整个网络性能下降的现象时采取的一种抑制发送端发送数据,等过一段时间或者网络情况改善后再继续发送报文段的一种方法。

    7. 四次挥手:TCP 断开链接需要经过四个报文段的发送,这种断开过程是四次挥手。

    1. 路由选择算法:网络层中决定分组发送路径的一种算法。

    2. 转发:它指的是将分组从一个输入链路转移到合适的输出链路的动作。

    3. 分组调度:分组调度讨论的是分组如何经输出链路传输的问题,主要有三种调度方式:先进先出、优先级排队和"循环和加权公平排队"。

    4. IPv4:网际协议的第四个版本,也是被广泛使用的一个版本。IPv4 是一种无连接的协议,无连接不保证数据的可靠性交付。使用 32 位的地址。

    5. IPv6:网际协议的第六个版本,IPv6 的地址长度是 128 位,由于 IPv4 最大的问题在于网络地址资源不足,严重制约了互联网的应用和发展。IPv6 的使用,不仅能解决网络地址资源数量的问题,而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。

    6. 接口:主机和物理链路之间的边界。

    7. ARP 协议:ARP 是一种解决地址问题的协议,通过 IP 位线索,可以定位下一个用来接收数据的网络设备的 MAC 地址。如果目标主机与主机不在同一个链路上时,可以通过 ARP 查找下一跳路由的地址。不过 ARP 只适用于 IPv4 ,不适用于 IPv6。

    8. RARP:RARP 就是将 ARP 协议反过来,通过 MAC 地址定位 IP 地址的一种协议。

    1. 代理 ARP:用于解决 ARP 包被路由器隔离的情况,通过代理 ARP 可以实现将 ARP 请求转发给临近的网段。

    2. ICMP 协议:Internet 报文控制协议,如果在 IP 通信过程中由于某个 IP 包由于某种原因未能到达目标主机,那么将会发送 ICMP 消息,ICMP 实际上是 IP 的一部分。

    1. DHCP 协议:DHCP 是一种动态主机配置协议。使用 DHCP 就能实现自动设置 IP 地址、统一管理 IP 地址分配,实现即插即用。

    2. NAT 协议:网络地址转换协议,它指的是所有本地地址的主机在接入网络时,都会要在 NAT 路由器上讲其转换成为全球 IP 地址,才能和其他主机进行通信。

    3. IP 隧道:IP 隧道技术说的是由路由器把网络层协议封装到另一个协议中从而跨过网络传输到另外一个路由器的过程。

    4. 单播:单播最大的特点就是 1 对 1,早期的固定电话就是单播的一个例子

    1. 广播:我们一般小时候经常会广播体操,这就是广播的一个事例,主机和与他连接的所有端系统相连,主机将信号发送给所有的端系统。

    1. 多播:多播与广播很类似,也是将消息发送给多个接收主机,不同之处在于多播需要限定在某一组主机作为接收端。

    1. 任播:任播是在特定的多台主机中选出一个接收端的通信方式。虽然和多播很相似,但是行为与多播不同,任播是从许多目标机群中选出一台最符合网络条件的主机作为目标主机发送消息。然后被选中的特定主机将返回一个单播信号,然后再与目标主机进行通信。

    1. IGP:内部网关协议,一般用于企业内部自己搭建的路由自治系统。
    2. EGP:外部网关协议,EGP 通常用于在网络主机之间相互交换路由信息。
    3. RIP :一种距离向量型路由协议,广泛应用于 LAN 网。
    4. OSPF:是根据 OSI 的 IS-IS 协议提出的一种链路状态型协议。这种协议还能够有效的解决网络环路问题。
    5. MPLS:它是一种标记交换技术,标记交换会对每个 IP 数据包都设定一个标记,然后根据这个标记进行转发。
    6. 节点:一般指链路层协议中的设备。
    7. 链路:一般把沿着通信路径连接相邻节点的通信信道称为链路。
    8. MAC 协议:媒体访问控制协议,它规定了帧在链路上传输的规则。
    9. 奇偶校验位:一种差错检测方式,多用于计算机硬件的错误检测中,奇偶校验通常用在数据通信中来保证数据的有效性。
    10. 向前纠错:接收方检测和纠正差错的能力被称为向前纠错。
    11. 以太网:以太网是一种当今最普遍的局域网技术,它规定了物理层的连线、电子信号和 MAC 协议的内容。
    12. VLAN:虚拟局域网(VLAN)是一组逻辑上的设备和用户,这些设备和用户并不受物理位置的限制,可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来,相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样,所以称为虚拟局域网。
    13. 基站:无线网络的基础设施。

    后记

    希望这篇文章能够帮助大家更好的理解计算机网络,同时也希望大家能够点赞、在看、分享、转发!

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  • 计算机网络-什么是计算机网络

    千次阅读 2019-02-11 19:07:01
    什么是计算机网络计算机网络是通信技术与计算机技术紧密结合的产物。 通信系统模型: 计算机网络就是一种通信网络。  定义计算机网络就是互连的、自治的计算机集合。 自治:无主从关系 互连:互联互通...

    学习了mooc计算机网络之网尽其用,来记录一下。

    什么是计算机网络?

    计算机网络是通信技术计算机技术紧密结合的产物。

    通信系统模型:

    计算机网络就是一种通信网络。 

    定义:计算机网络就是互连的、自治的计算机集合。

    自治:无主从关系

    互连:互联互通(通过通信链路相连)

    如果距离远、数量大如何保证互连?

    通过交换网络互连主机

     

    什么是Internet?

    从两个角度来看什么是Internet,先从组成细节角度来看:

    另一个角度从服务角度来看:

     

     

     

     

     

     

     

     

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  • 计算机网络》复习笔记

    万次阅读 多人点赞 2018-01-05 21:20:48
    计算机网络》复习笔记 本复习笔记基于谢希仁的《计算机网络》第五版教材整理。 计算机网络复习笔记 绪论 1 计算机网络 2 因特网概述 3 互联网的组成 P8 4 计算机网络的类别 P17 5 计算机网络的体系结构 P25 ...

    《计算机网络》复习笔记

    本文同时发布在我的个人博客: https://wiki.hushhw.cn/posts/415999f5.html

    说明:

    • 本复习笔记基于谢希仁的《计算机网络》第五版教材整理。
    • 由于这篇复习笔记只是我本科考试前做的总结,所以水平非常有限,并且因为时间不够所以后面并没有继续整理。
    • 编辑这篇文章时是我第一次直接使用 markdown 编辑文章,所以导致排版语法有一些错误,见谅。
    • 我也没想到,这篇复习笔记忽然就热度起来了。。。

    后来考研复习时的复习PPT可以作为补充计算机网络笔记
    后来考研复习时的复习PPT可以作为补充计算机网络笔记
    后来考研复习时的复习PPT可以作为补充计算机网络笔记

    绪论

    1.1 计算机网络

    1. 计算机网络向用户提供的两个最重要的功能:
    • 连通性
    • 共享

    1.2 因特网概述

    1. 因特网发展的三个阶段:
    • 第一阶段:从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。
    • 第二阶段:建成三级结构的因特网:主干网、地区网和校园网(或企业网)。
    • 第三阶段:形成多层次的ISP(Internet Service Provider 因特网服务提供者)结构的因特网
    1. Internet 和 Internet 的区别:
    • internet:通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
    • Internet:专用名词,它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络,它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则,且其前身是美国的 ARPANET。

    1.3 互联网的组成 P8

    • 边缘部分:有所有连接在因特网上的主机组成。这部分由用户直接使用,用来进行通信和资源共享。
    • 核心部分 : 由大量的网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。
    1. 处于边缘部分的用户通信方式 P9-P10
    • 客户服务器方式(C/S方式):即Client/Server方式。(客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方)

    • 对等方式(P2P方式):即Peer-to-Peer方式。(对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器)

    1. 核心部分的交换技术 P11-15
    • 电路交换 的三个阶段:建立连接——通话——释放连接
      在通话时,两用户之间占用端到端的资源,而由于绝大部分时间线路都是空闲的,所以线路的传输速率往往很低。
    • 分组交换 的组成:报文、首部、分组。采用存储转发技术,即收到分组——存储分组——查询路由(路由选择协议)——转发分组。优点:高效、灵活、迅速、可靠。缺点:时延、开销。关键构件:路由器。
    • 报文交换 整个报文传送到相邻结点,全部存储下来之后查询转发表,转发到下一个结点。
      图片来源:blog.csdn.net/hcbbt/article/details/18271491
      这里写图片描述

    1.4 计算机网络的类别 P17

    1. 分类
    • 按通信距离分:广域网、局域网、城域网

    • 按信息交换方式分:电路交换网、分组交换网、总和交换网

    • 按网络拓扑结构分:星型网、树型网、环型网、总线网

    • 按通信介质分:双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网

    • 按传输带宽分:基带网、宽带网

    • 按使用范围分:公用网、专用网

    • 按速率分:高速网、中速网、低速网

    • 按通信传播方式分:广播式、点到点式

    1. 性能指标(P18):速率、带宽、时延
    • 速率:指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率。b/s(bps) 如100M以太网,实际是指100Mb/s。往往是指额定速率或标称速率。

    • 带宽:数字信道所能传送的最高速率。b/s(bps)

    • 吞吐量:单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际数据量。其绝对上限值等于带宽。

    • 时延:数据(一个报文或分组、甚至比特)从网络(或链路)的一段传送到另一端的时间,也称延迟。
        ① 发送时延:主机或路由器发送数据帧所需的时间,也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。也成传输时延。
      发送时延 = 数据帧长度(b) / 信道带宽(b/s)
       ② 传播时延:电磁波在信道中传输一定距离所需划分的时间。
      传播时间 = 信道长度(m) / 传输速率(m/s)
       ③ 处理时延:主机或路由器处理收到的分组所花费的时间。
       ④ 排队时延:分组在输入队列中等待处理的时间加上其在输出队列中等待转发的时间。
      综上:总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延。
      注:对于高速网络链路,提高的是发送速率而不是传播速率。

    • 时延带宽积:传播时延 * 带宽。表示链路的容量。

    • 往返时间RTT:从发送方发送数据开始,到发送发收到接收方的确认为止,所花费的时间。

    • 利用率:某信道有百分之几是被利用的(有数据通过)。而信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。
      当前时延=空闲时时延/(1-利用率)

    1.5 计算机网络的体系结构 P25

    1. 网络协议:简称协议,是为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
    2. 网络协议的三要素
    • 语法:数据与控制信息的结构或格式
    • 语义:需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应
    • 同步:事件实现顺序的详细说明
    1. 体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合
    2. 五层协议的体系结构
    • 物理层:物理层的任务就是透明地传送比特流。(注意:传递信息的物理媒体,如双绞线、同轴电缆、光缆等,是在物理层的下面,当做第0 层。)物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
    • 数据链路层:将网络层交下来的IP数据报组装成帧,在两个相邻结点间的链路上”透明“的传送以帧为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。在收到数据时,控制信息使收到端直到哪个帧从哪个比特开始和结束。
    • 网络层:选择合适的路由,使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站,并交付给目的站的运输层。网络层将运输层产生的报文或用户数据报封装成分组(IP数据报)或包进行传送。
    • 运输层:向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端对端服务,使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。(TCP、UDP)
    • 应用层:直接为用户的应用进程提供服务(HTTP、FTP等)
    1. OSI体系结构:物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层
    2. TCP/IP体系结构:网络接口层、网际层IP、运输层、应用层
      图片来源网络

    物理层

    2.1 物理层下的传输媒体

    图片来源网络

    1. 导向传输媒体
      1.1. 双绞线
      双绞线已成为局域网中的主流传输媒体
    • 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)
    • 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)

    1.2. 同轴电缆

    • 细缆(适合短距离,安装容易,造价低)
    • 粗缆(适合较大局域网,布线距离长,可靠性好)

    1.3. 光纤
    光纤有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带,主要用在环形网中

    • 多模光纤(用发光二极管,便宜,定向性较差)
    • 单模光纤(注入激光二极管,定向性好)
    1. 非导向传输媒体
      微波、红外线、激光、卫星通信

    2.2 关于信道的几个基本概念

    1. 通信方式
    • 单向通信(单工)
    • 双向交替通信(半双工)
    • 双向同时通信(全双工)
    1. 基带信号:来自信源的信号。 带通信号:经过载波条之后的信号。基本带通调制方法:调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)

    2.3 信道复用技术

    这部分掌握码分复用计算即可

    • 频分复用FDM (Frequency Division Multiplexing):所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽资源。
    • 时分复用TDM(Time Division Multiplexing)则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM 帧)。
    • 统计时分复用 STDM(Statistic TDM)是改进的时分复用,明显地提高信道的利用率。
    • 波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing):光的频分复用
    • 码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)常用的名词是码分多址 CDMA:有很强的抗干扰能力。

    码分多址的计算靠一个例题就基本会了:
    课后习题

    数据链路层

    数据链路层使用的信道主要有以下两种类型:

    • 点对点信道
    • 广播信道

    3.1 使用点对点信道的数据链路层

    1. 链路 :从一个结点到相邻结点的一段物理线路

    2. 数据链路 :把实现这些协议的硬件和软件加载链路上
      现在最常用的方法是使用适配器(即网卡)来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

    3. 三个基本问题:

    • 封装成帧
      就是在一段数据的前后分别添加首部(帧开始符SOH 01)和尾部(帧结束符EOT 04),然后就构成了一个帧。(数据部分<=长度限制MTU)首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
      帧定界是分组交换的必然要求
    • 透明传输
      为了达到透明传输(即传输的数据部分不会因为包含SOH和EOT而出错),在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(十六进制1B)
      透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆
    • 差错检测
      现实通信链路中比特在传输中会产生差错,传输错误的比特占比称为误码率BER,为了保证可靠性,通常通过循环冗余检验CRC来做差错检测。
      差错检测防止无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源

    CRC校验在计算机组成与结构中学过不做解释
    会做课后习题7、8题即可

    3.2点对点协议 PPP P70

    1. PPP协议的组成部分
    • 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法
    • 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)
    • 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)
    1. PPP协议的帧格式
      图片来源:blog.csdn.net/cainv89/article/details/50614218
      首部:
    • 首部中的标志字段F(Flag),规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是01111110),标志字段表示一个帧的开始。
    • 首部中的地址字段A规定为0xFF(即11111111)。
    • 首部中的控制字段C规定为0x03(即00000011)。
    • 首部中的2字节的协议字段:
      (1)当协议字段为0x0021时,PPP帧的信息字段就是IP数据报。
      (2)当协议字段为0xC021时,PPP帧的信息字段就是PPP链路控制协议LCP的数据。
      (3)当协议字段为0x8021时,PPP帧的信息字段就是网络层的控制数据。

    尾部:

    • 尾部中的第一个字段(2个字节)是使用CRC的帧检验序列FCS。
    • 尾部中的标志字段F(Flag),规定为0x7E(符号0x表示它后面的字符是用十六进制表示的。十六进制的7E的二进制表示是01111110),标志字段表示一个帧的结束。
    1. 透明传输的实现方法
      当信息字段中出现和标志字段一样的比特(0x7E)组合时,就必须采取一些措施使这种形式上和标志字段一样的比特组合不出现在信息字段中。
    • 字节填充——PPP使用异步传输
      当 PPP 用在异步传输时,就使用一种特殊的字符填充法:将每一个 0x7E字节变为(0x7D, 0x5E),0x7D转变成为(0x7D, 0x5D)。ASCII 码的控制字符(即数值小于 0x20 的字符),则在前面要加入0x7D,同时将该字符的编码加以改变。

    • 零比特填充——PPP使用同步传输
      只要发现有5个连续的1,则立即填入一个0
      图片来源:blog.csdn.net/cainv89/article/details/50614218

    这部分考题很简单:见课后习题10

    1. PPP 协议的工作状态:
      链路静止-建立物理层-链路建立-pc发LCP-NCP分配IP地址-链路打开,网络层建立。(释放时倒过来)

    3.3 使用广播信道的数据链路层 P76

    广播信道是一种一对多的通信,局域网使用的就是广播信道

    1. 局域网的数据链路层(局域网的数据链路层被拆分为了两个子层)
    • 逻辑链路控制LLC子层:与传输媒体无关
    • 媒体接入控制MAC子层:和局域网都对LLC子层来说是透明的
    1. CSMA/CD 协议
      以太网采用CSMA/CD协议的方式来协调总线上各计算机的工作。在使用CSMA/CD协议的时候,一个站不可能同时进行发送和接收,因此使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行双向交替通信(半双工)。

    CSMA/CD是载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)的缩写,下面是CSMA/CD协议的要点:

    • **“多点接入”**就是计算机以多点接入(动态媒体接入控制)的方式连接在一根总线上。

    • **“载波监听”**就是”发送前先监听”,即每一个站在发送数据前先要检测一下总线是否有其他站在发送数据,如有则暂时不要发送数据,要等到信道为空闲。

    • **“碰撞检测”**就是“边发送边监听”,即适配器边发送数据边检测信道上的信号电压的变化情况。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时,就认为总线上至少有两个站同时在发送数据,表明产生了碰撞,就要立即停止发送,免得继续浪费网络资源,然后等待一段随机时间后再次发送。

      把总线上的单程端到端传播时延记为τ,A 发送数据后,最迟要经过2τ才能知道自己发送的数据和其他站发送的数据有没有发生碰撞。

    3.4 以太网的MAC层

    1. MAC地址
      “MAC地址”又叫做硬件地址或物理地址,实际上就是适配器地址或适配器标识符EUI-48。高位24位:厂家,低位24位由厂家自行指派

    2. MAC帧的格式
      常用的以太网MAC帧格式有两种标准 : DIX Ethernet V2 标准IEEE 的 802.3 标准。V2使用较多,如图:
      图片来源:见水印blog.csdn.net/ftxc_blog/article/details/12811235
      以太网V2的MAC帧较为简单,有五个字段组成。
      前两个字段分别为6字长的目标地址和源地址字段。第三个字段是2字节的类型字段,用来标志上一层使用的是什么协议,以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。后面数据字段46~1500字节,FCS字段4个字节。

    3.5 扩展的以太网

    1. 在物理层扩展—集线器 P91
      现在,双绞线以太网成为以太网的主流类型,扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤(通常是一对光纤)和一对光纤调制解调器。

    光纤调制解调器的作用,是进行电信号和光信号的转换。

    1. 在数据链路层扩展—网桥(自学习算法)P94
      注:在数据链路层扩展以太网要使用网桥
      网桥工作在数据链路层,它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发或过滤。当网桥收到一个帧时,并不是向所有的接口转发这个帧,而是检查此帧的目的MAC地址,然后再确定将该帧转发到哪一个接口,或者是把它丢弃(即过滤)。

    具体可以参考这篇博客:
    http://blog.csdn.net/cainv89/article/details/50651489

    1. 虚拟局域网-交换机P98
      多接口网桥即交换式集线器常称为以太网交换机。利用以太网交换机可以很方便地 实现虚拟局域网,虚拟局域网协议允许在以太网的帧格式中插入一个 4 字节的标识符,称为 VLAN 标记。

    网络层

    4.1 网际协议IP

    网际协议IP是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一,也是最重要的因特网标准协议之一。与IP协议配套是用的四个协议:
    1.地址解析协议ARP:是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。
    2.逆地址解析协议RARP:是解决同一个局域网上的主机或路由器的硬件地址和IP地址的映射问题。
    3.网际控制报文协议ICMP:提供差错报告和询问报文,以提高IP数据交付成功的机会
    4.网际组管理协议IGMP::用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。

    图片来源网络

    4.1.1 虚拟互连网络

    因为没有一种单一的网络能够适应所有的用户需求,所以网络互连也变得困难,所以需要一些中间设备:

    • 物理层中间设备:转发器(repeater)
    • 数据链路层中间设备:网桥或桥接器(bridge)
    • 网络层中间设备:路由器(router)
    • 网络层以上的中间设备:网关(gateway)

    具体各层的设备说明可以看这篇博客“网络设备”部分:
    http://blog.csdn.net/hushhw/article/details/78489470

    4.1.2 分类的IP地址 P113

    IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机(或路由器)分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配。

    IP地址编制方法的三个阶段:

    • 分类的IP地址
    • 子网的划分
    • 构成超网

    每一类地址都由 网络号 net-id和 主机号 host-id组成
    主机号中全0表示网络地址,全1表示广播地址

    图片来源网络
    图片来源网络

    • A类
    1. 由1字节的网络地址和3字节主机地址组成
    2. 网络地址的最高位必须是“0“,可指派的网络数为128-2,减2的原因是0.0.0.0对应“本网络”,另外一个是127.0.0.1是本地软件的回环地址,用于测试自己电脑IP地址是否可用。
    3. 地址范围1.0.0.0到126.255.255.255
    4. 最大主机数为2563-2=16777214台,减2的原因是全0的主机号字段代表该IP地址是"本主机“,全1表示”所有的“,表示该网络上的所有主机
    • B类
    1. 由2字节的网络地址和2字节主机地址组成
    2. 网络地址的最高位必须是“10”,可指派的网络数为 214 -1,因为最高位为10,所以不存在全0全1的情况,但是B类网络地址128.0.0.0是不指派的,可指派最小网络地址是128.1.0.0
    3. 地址范围128.0.0.0-191.255.255.255
    4. 最大主机数为2562-2=65534台,减2同样是全0全1情况。
    • C类
    1. 由3字节的网络地址和1字节主机地址组成
    2. 网络地址的最高位必须是“110”,可指派的网络数为221-1,192.0.0.0不指派,最小可指派网络地址是192.0.1.0
    3. 地址范围192.0.0.0-223.255.255.255
    4. 最大主机数为256-2=254台,减2同样是全0全1情况。
    • D类是多播地址,“lll0”开始

    • E类地址保留为今后使用,“llll0”开头

    4.1.3 IP地址与硬件地址

    硬件地址是数据链路层和物理层使用的地址
    IP地址是网络层和以上各层使用的地址,是一种逻辑地址

    IP地址放在IP数据报的首部,而硬件地址放在MAC帧的首部。当数据报放入数据链路层的MAC帧中后,整个IP数据报就成为MAC帧的数据,因而在数据链路层看不见数据报的IP地址。

    4.1.4 地址解析协议ARP

    ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。

    每一个主机都设有一个ARP高速缓存(ARP cache),里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。
    如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上,那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址,然后把分组发送给这个路由器,让这个路由器把分组转发给下一个网络。

    4.1.5 IP数据报

    1. IP数据报格式
      一个IP数据报由首部(20 字节+可选字段)和数据两部分组成
      图片来源网络
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    2. 分组转发
      (1) 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。
      (2) 若网络 N 与此路由器直接相连,则把数据报直接交付目的主机 D;否则是间接交付,执行(3)。
      (3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由,则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器;否则,执行(4)。
      (4) 若路由表中有到达网络 N 的路由,则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器;否则,执行(5)。
      (5) 若路由表中有一个默认路由,则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器;否则,执行(6)
      (6) 报告转发分组出错。

    4.2 划分子网 P128

    1. 两级IP地址缺陷:

    2. IP 地址空间的利用率有时很低。

    3. 给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。

    4. 两级的 IP 地址不够灵活

    5. 子网划分的基本思路:

    6. 划分子网纯属一个单位内部的事情,单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。

    7. 划分子网的方法是从主机号借用若干个位作为子网号。

    8. 路由器在收到IP数据报后,按目标网络号和子网号定位目标子网

    9. 子网掩码
      子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性

    这里要会已知IP地址,子网掩码,求网络地址

    4.3 构造超网(无分类编址CIDR)

    1. **CIDR(无分类域间路由选择)**的主要特点:
    • CIDR消除了传统的A、B、C类地址以及划分子网的概念,用网络前缀代替网络号和子网号,后面的部分指明主机。因此,CIDR使IP地址从三级编址(使用子网掩码),又回到了两级编址,但这已是无分类的两级编址。
    • CIDR把网络前缀相同的连续的IP地址组成一个”CIDR地址块”只要知道CIDR地址块中的任何一个地址,就可以知道这地址块的起始地址(即最小地址)和最大地址,以及地址块中的地址数。
    1. 地址掩码:是一连串的1和0组成,而1的个数救赎网络前缀长度。在斜线记法中。斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数。

    2. 构成超网:由于一个CIDR地址块中含有很多地址,所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目标网络,这种地址的聚合常称为路由聚合,也称构成超网。

    4.4 网际控制报文协议ICMP

    为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会,在网际层使用了ICMP,ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。

    1. ICMP报文的种类
    • ICMP差错报告报文
    • ICMP询问报文
    1. ICMP 差错报告报文共有 5 种:
    • 终点不可达
    • 源点抑制(Source quench)
    • 时间超过
    • 参数问题
    • 改变路由(重定向)(Redirect)
    1. ICMP 询问报文有两种:
    • 回送请求和回答报文
    • 时间戳请求和回答报文

    4.5 路由选择协议

    1. 两大类路由选择协议:
    • 内部网关协议 IGP:一个自治系统内部使用的路由选择协议。有多种协议,如 RIP 和OSPF 协议。
    • 外部网关协议EGP:一个自治系统的边界,将路由选择信息传递到另一个自治系统中。目前使用的就是BGP

    RIP协议的优缺点:

    • RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时,要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。
    • RIP 协议最大的优点就是实现简单,开销较小。
    • RIP 限制了网络的规模,它能使用的最大距离为 15(16 表示不可达)。
    • 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表,因而随着网络规模的扩大,开销也就增加。

    书上例题P149 例4-5
    更新路由表

    RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议,其主要特点:
    (1)仅和相邻路由器交换信息。
    (3)按固定的时间间隔交换路由信息,例如,每隔30秒。

    OSPF最主要的特征就是使用分布式的链路状态协议,其主要特点:
    (1)使用洪泛法向本自治系统中所有路由器发送信息。
    (2)发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态。
    (3)只有当链路状态发生变化时,路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。

    BGP是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议,它采用路径向量路由选择协议,其主要特点:
    (2)自治系统AS之间的路由选择必须考虑有关策略。
    (3)BGP只能力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由,而并非要寻找一条最佳路由。

    运输层

    5.1 运输层协议概述

    1. 运输层功能
    • 运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信(但网络层是为主机之间提供逻辑通信)
    • 运输层还要对收到的报文进行差错检测
    • 运输层需要有两种不同的运输协议,即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP
    1. 运输层的两个主要协议
      TCP/IP 的运输层有两个不同的协议:
    • 用户数据报协议 UDP(User Datagram Protocol)
    • 传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol)

    UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在收到 UDP 报文后,不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交付,但在某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式。

    TCP 则提供面向连接的服务。TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的、面向连接的运输服务,因此不可避免地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多,还要占用许多的处理机资源。

    图片来源网络

    1. 运输层的端口
      TCP/IP的运输层的端口用一个 16 位端口号进行标志
      端口号只具备本地意义,即端口号只是为了标志本计算机应用层中的各进程。

    客户发起通讯请求时,必须先知道对方服务器的IP地址和端口号,运输层的端口号分为下面三大类:

    • 熟知端口号,数值一般为 0~1023。
      一些常用的数值端口号:
      FTP 21
      LELNET 23
      SMTP 25
      DNS 53
      TFTP 69
      HTTP 80
      SNMP 161
      SNMP(trap) 162

    • 登记端口号,数值为1024~49151,为没有熟知端口号的应用程序使用的。

    • 客户端口号或短暂端口号,数值为49152~65535,留给客户进程选择暂时使用。

    5.2 用户数据报协议 UDP

    1. UDP的主要特点:
    • UDP 是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接。
    • UDP 使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,同时也不使用拥塞控制
    • UDP 是面向报文的
    • UDP 没有拥塞控制,很适合多媒体通信的要求。
    • UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
    • UDP 的首部开销小,只有 8 个字节

    5.3 传输控制协议 TCP

    1. TCP的主要特点:
    • TCP 是面向连接的运输层协议
    • 每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint),每一条 TCP 连接只能是点对点的(一对一)
    • TCP 提供可靠交付的服务
    • TCP 提供全双工通信
    • 面向字节流

    5.4 可靠运输的工作原理

    展开全文
  • 计算机网络定义 计算机网络的特点 计算机和网络已经成为当今信息时代的核心, 已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。 万物联网 人人用网 网络 “网络”是一个统称,泛指把人和物互连在一起而形成的...

    简单记录, 计算机网络 谢希仁 (第7版)

    计算机网络在信息时代中的作用

    计算机网络的定义

    计算机网络的特点

    计算机和网络已经成为当今信息时代的核心,
    已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。

    在这里插入图片描述

    万物联网 人人用网

    在这里插入图片描述

    网络

    “网络”是一个统称,泛指把人和物互连在一起而形成的系统。

    在这里插入图片描述

    三大类网络

    • 电信网络

      提供电话、电报及传真等服务

    • 有线电视网络

      向用户传送各种电视节目

    • 计算机网络

      使用户能在计算机之间传送数据文件

    发展最快的并起到核心作用的是计算机网络

    在这里插入图片描述

    三网融合

    在这里插入图片描述
    电信网络
    有线电视网络
    计算机网络

    -> 计算机网络

    计算机网络的定义

    • 计算机网络的精确定义并未统一

    • 较好的定义:

    计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的,而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的(例如,传送数据或视频信号)。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据,并能支持广泛的和日益增长的应用。

    可编程的硬件用来传送不同类型的数据

    重要的两点

    多种硬件 包括:计算机、智能手机、智能传感器等。

    多种应用 包括:数据、语音、视频、以及今后可能出现的各种应用。

    计算机网络的特点

    连通性(Connectivity)

    • 使上网用户之间都可以交换信息(数据,以及各种音频视频) ,好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。
    • 注意,互联网具有虚拟的特点,无法准确知道对方是谁,也无法知道对方的位置。

    共享(Sharing)

    • 资源共享
    • 资源共享的含义是多方面的。可以是信息共享、软件共享,也可以是硬件共享。
    • 由于网络的存在,这些资源好像就在用户身边一样,方便使用。

    参考资料

    01- 计算机网络(第7版) 作译者:谢希仁 出版时间:2017-01

    02-计算机网络 释疑与习题解答 作译者:谢希仁 出版时间:2017-07

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  • 计算机网络

    千次阅读 2019-09-16 08:01:47
    深入浅出计算机网络全过程
  • **计算机网络定义:**是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。 计算机网络是互连的、自治的计算机集合。 互联——互联互通、...
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    千次阅读 2015-12-26 19:24:06
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空空如也

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计算机网络的概念是什么