计算机网络
2021-12-27 01:58:11 38 举报计算机网络是一个由多个计算机和通信设备组成的系统，它们通过电缆、光纤、无线电波等传输介质相互连接，实现数据的传输和共享。计算机网络的主要功能包括数据传输、资源共享、远程访问和协同工作。它可以覆盖一个房间、一座建筑、一个城市甚至全球。计算机网络的分类主要有局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。常见的网络协议有TCP/IP、HTTP、FTP等。计算机网络的发展极大地推动了信息社会的进步，改变了人们的生活方式和工作方式。
作者其他创作
大纲/内容
计算机网络的发展
单机系统阶段
多机系统
ARPANET和分组交换技术的出现，是计算机网络发展的里程碑，为今天的Internet奠定了基础。
标准化网络系统
网络体系结构
相关概念
协议(3要素)
语义
语法
时序
接口
同一节点相邻层之间交换信息的界面
数据单元
PDU-不同节点的对等层之间为实现该层协议所交换的数据单元
SDU-相邻层实体间传送的数据单元
服务原语
原语名
原语类型
原语参数
OSI的七层协议
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
TCP/IP的四层协议
应用层（各种应用层协议，如TELNET、FTP、SMTP等）
网际层IP
传输层（TCP或UDP）
网络接口层
五层协议的体系结构
应用层
主要功能:定义通信规则(应用层协议)
每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题.
应用层的许多协议都基于客户服务器方式
客户是服务请求方,服务器是服务提供方
应用层的许多协议都基于客户服务器方式
客户是服务请求方,服务器是服务提供方
域名系统DNS
域名:逻辑概念,方便人们使用
域名结构:层次结构,最右边为顶级域名
顶级域名
国家顶级域名nTLD
cn中国us美国uk英国...
通用域名gTLD
基础顶级域名(反向域名)
二级域名
类别域名
行政区域名
域名服务器
根域名服务器
顶级域名服务器
权限域名服务器
本地域名服务器
文件传送协议
FTP只提供文件传送的一些基本服务
功能:减少不同操作系统处理文件不兼容性
TFTP(使用UDP数据报,需要自己的差错改正)
远程终端协议TELNET,又称为终端仿真协议
万维网和HTTP协议
解决四个问题的方法
统一资源定位符URL
URL一般形式：<协议>://<主机>:<端口>/<路径>
超文本传送协议HTTP
电子邮件
简单邮件传送协议SMTP
连接建立
邮件传送
连接释放
邮件读取协议pop3和IMAP
通用互联网邮件扩充MIMP
动态主机配置协议DHCP
简单网络管理协议SNMP
应用进程跨院网络的通信
P2P应用
运输层
功能:提供应用程序进程间的逻辑通信
复用:所用应用进程可以通过运输层再传到网络层
分用:运输层收到数据后,分别交付指明的应用进程
端口:实现复用和分用
服务器使用的端口号
客户端使用的端口号
UDP协议
在IP数据报上增加端口和差错检测功能
特点:无连接,无确认,不可靠
检验和的计算(二进制反码求和)
首部格式:源端口,目的端口,长度,检验和
UDP是面向报文的.首部只有8个字节,4个字段中,每个字段长度都是2个字节.计算检验和时,需要在UDP用户数据报之前加12个字节的伪头部.仅仅为了计算检验和.
TCP协议
解决可靠运输\流量控制\拥塞控制等问题
特点:面向连接\可靠交付\全双工\面向字节流
TCP连接:每条TCP连接有两个端点
可靠传输
停止等待协议
1.无差错情况
2.超时重传
3.确认丢失
4.确认迟到
简单,信道利用率低
采用流水线传输,需要用到下面两种协议
连续ARQ协议(累计确认)
滑动窗口协议(以字节为单位)
TCP报文首部格式
首部+数据两部分,首部20个字节
首部各个字段的意义
流量控制
控制发送方发送速率,利用滑动窗口实现
TCP的传输效率
拥塞控制
拥塞:对资源总需求>可用资源
方法/算法
慢开始
拥塞避免
快重传
快恢复
运输连接
客户服务器方式
主动发起连接建立的应用进程叫做客户.被动等待连接建立的应用进程叫做服务器.
3个阶段
1.连接建立
2.数据传送
3.连接释放
网络层
IP协议
IP地址(32位的IPv4地址)
发展
标准分类的IP地址
网络号
主机号
划分子网的三级地址结构
网络号
子网号
主机号
CIDR技术
概念
"无分类"的含义是可以不考虑IP地址所属的A类,B类,C类的区别,路由决策完全基于整个IP地址的掩码来操作
特点
消除传统的A,B,C类地址和子网的概念,有效利用IPv4的地址空间
把网络前缀都相同的连续的IP地址组成"CIDR地址块",知道地址中的任何一个地址,就可以知道该地址块的最小和最大IP地址
实现聚合
把点分十进制转换成二进制
提取地址中相同部分
对每块地址聚合成一个地址
路由器的转发
选择匹配结果中的具有网络前缀最长的路由进行转发
NAT技术
概念
一对一(静态)
多对多(动态)
工作原理
结构
网络号
主机号
类型
分类IP地址
A类0(8位+24位/1字节+3字节)
B类10(16位+16位/2字节+2字节)
C类110(24位+8位/3字节+1字节)
D类1110+多播地址
E类1111保留为今后使用
特点:分等级地址结构\网络号平等
特殊IP地址
直接广播地址
受限广播地址
组播地址
0地址
"这个网络上的特定主机"地址
环回地址
私有IP地址
子网的划分
单位内部,子网号借用了若干位主机号
通过路由和其他网络连接,内部寻址改变
子网掩码,解决是否进行了子网划分
IP数据报
格式
固定部分,20字节,12个具体字段
可变部分,一个选项字段,用来支持排错,测量,安全等
分片与重组
将原始的IP数据报的数据部分进行分割
子网划分
定长子网掩码
步骤
(1)确定需要划分的子网数量
(2)确定网络中主机部分的位数
(3)根据子网数量,确定子网部分所需的位数
(4)计算子网掩码
(5)确定每个子网的地址范围
不定长子网掩码
步骤
(1)按每个子网所含的主机地址从小到大排列
(2)计算每个子网所需主机部分的位数
(3)对主机部分从小到大的顺序进行编码,要忽略子网为0的编码
(4)确定划分得到的子网地址和子网掩码
IPv6
IP多播
ARP（地址解析协议）
核心:在主机ARP高速缓存中存放IP->硬件地址映射表
过程:如A向B发送数据报,具体解析自动进行
解决范围:同一局域网上的主机或路由器
四种情况
主机->主机(同一个网络中)
主机->主机(其他网络),通过路由器
路由器->主机(同一个网络)
路由器->主机(其他网络)
RARP（逆地址解析协议）
实现物理地址到逻辑地址的映射
ICMP（网际控制报文协议）
目的:提高IP数据报交付成功的机会,非高层协议
允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常报告
ICMP报文
差错报告报文
终点不可达
时间超时
参数问题
改变路由(重定向)
询问报文
回送请求和回答
时间戳请求和回答
应用举例:用Ping测试两台主机直接的连通性
IGMP（网际组管协议）
路由选择协议
划分
静态路由选择策略
动态路由选择策略
分层次
内部网关协议IGP
路由信息协议RIP
开放最短路径优先OSPF
外部网关协议EGP
边界网关协议BGP
数据链路层
点对点信道
ppp协议
广播信道
局域网(工作层次跨越了数据链路层和物理层)
特点
网络为一个单位所拥有
且地理范围和站点数目均有限
传输速率高
局域网的拓扑结构
总线
以太网
标准
10Base5(粗缆以太网)
10Base2(细揽以太网)
10Base-T
10Base-F
帧结构
前导码(PA)
帧首定界符(SFD)
目的地址(DA)
源地址(SA)
类型(TYPE)
数据(DATA)
帧校验序列(FCS)
数据链路层协议（CSMA/CD协议）
发送过程
先听后发
边听边发
冲突停止
延迟重发
协议的实现
载波监听
冲突检测
随机延迟重发
星状
树状
环状
网状
工作模式
对等模式
专用服务器模式
客户机/服务器模式
体系结构
介质访问控制(MAC)
逻辑链路控制(LLC子层) 提供序号保障可靠连接
连接设备
网桥
二层交换机
工作过程
存储式转发
直通式转发
无碎片式转发
结构
软件执行交换结构
矩阵交换结构
总线交换结构
共享型存储器交换结构
作用
提高系统带宽
流量控制
采用专用集成电路处理器
拓展网络的范围
物理层
主要任务
确定与传输媒体的接口有关的一些特性
传输方式的交换
特性
机械特性
电气特性
功能特性
过程特性
数据通信（完成两个实体间的数据转换）
通信系统模型
源系统
信源：产生要传输的数据
发送器
传输系统
目的系统
接收器
信宿：接收数据
基本概念
信息(文字、音频、图形、图像或视频作为载体)
数据
模拟数据（连续）
数字数据（离散）
信号(数据的电气或电磁的表现)
模拟信号（连续）
模拟数据——>整形放大——>模拟信号
模拟数据<——>编码解码<——>数字信号
数字信号（离散）
数字数据<——>调制解码<——>模拟信号
数字数据<——>编码<——>数字信号
编码
单极性不归零制编码
双极性不归零制编码
单极性归零制编码
双极性归零制编码
曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码
信道
传输速率
调制速率（波特率）
Rb=1/T
数据信号速率
数据传输速率
带宽
信道容量
奈奎斯特公式（表示信道传输能力）
B=2*H B-码元速率的极限值，H-信道带宽，单位为Hz C=2*H*log2M(bit/s) C-该信道的最大传输速率 M-调制信号波的状态数
香农公式
C=H*log2(1+S/N)(bit/s) 分贝数=10lgS/N
误码率
数据通信方式
按数据通信方式
串行传输（在收发双方建立一条通信信道）
同步串行传输
面向字符
面向位
帧被视为一个比特序列。每个数据帧以比特序列组合01111110为标志序列，即是帧的开始标记也是数据帧的结束标记，如果在数据位部分出现6个连续的1，则用零比特填充法解决
异步串行传输
并行传输（在收发双方建立多条并行的通信信道）
按传输方向和数据关系
单工通信（只允许数据在一个固定的方向上传输）
半双工通信（允许数据在两个方向上传输，某一时刻数据只能在一个方向传输）
全双工通信（允许数据同时在两个方向上传输）
数据通信连接方式
点对点连接
多点连接
数据传输技术
基带传输
脉码调制（PCM）
采样
量化
编码
频带传输
调制（数字信号——>模拟信号）
幅移键控（ASK）
频移键控（FSK）
相移键控（PSK）
解调（模拟信号——>数字信号）
传输介质（传输媒体）
导向型传输媒体
双绞线
同轴电缆
光缆（光纤）
单模光纤
多模光纤
非导向型传输媒体（无线传输，大气空间）
地面微波传输
卫星通信
信道复用技术
频分复用
波分复用
时分复用
码分复用（CDMA）
每个站分配的码片序列各不相同，并且还必须是正交。
高速网络时代
计算机网络的定义
要素一：独立功能的计算机
要素二：计算机之间进行通信必须遵循共同的标准和协议
要素三：计算机网络的目的是资源共享
将不同地域的具有独立功能的计算机系统和设备，通过通信设备和通信线路按照一定的形式连接起来，以功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统
计算机网络的拓扑结构
总线
星状
树状
环状
混合拓扑
计算机网络的分类
按作用范围
局域网
城域网
广域网
按传输媒体
有线网络
无线网络
按数据传输交换方式
电路交换
电路建立阶段
数据传输阶段
电路释放阶段
存储转发交换
报文交换
分组交换（包交换，适用于短报文和具有灵活性的报文）
数据报
虚电路
计算机网络的组成
资源子网
由计算机系统、网络终端、外围设备、各种软件资源与数据资源组成
通信子网
由通信控制处理机、通信线路和其他通信设备组成，负责数据传输和转发等工作
计算机网络的性能指标
速率
带宽
表示网络通信线路所能传送数据的能力，指单位时间内从网络的某一节点到另一个节点所能通过的最高数据传输速率
吞吐量
时延
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
时延带宽积
往返时间RTT
利用率
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