计算机网络与通信概览-优快云博客

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这篇博客详细介绍了计算机网络的基本概念，包括互联网结构、通信方式、分类、体系结构以及硬件设备。涵盖了从端系统通信到无线网络、移动网络的应用层协议，如DNS、FTP、HTTP、电子邮件，再到运输层的TCP与UDP特性。此外，还讨论了网络层的IP协议、路由选择、子网划分以及数据链路层和物理层的相关知识。

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文章目录

基本概念
无线网络和移动网络
应用层
运输层
网络层
数据链路层
物理层

基本概念

专有名词

internet 通用名词，指多个计算机互连形成的计算机网络
Internet 专有名词，指当前全球最大的，最开放的，由众多网络组成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信规则。
ISP(Internet Service Provider)：互连网服务提供者。
IXP(Internet eXchange Point)：互连网交换节点，让两个网络直接相连并交换分组。
RFC(Request for Comments)：建议标准，需要再次确定才能成为互联网标准。
带宽：原本指信号的频率宽度。在计算机网络中，用来表示网络通过数据的能力，也就是“最高数据率”。
STP 屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair)
UTP 无屏蔽双绞线
QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 正交调幅调制
AS 自治系统
MPLS(Multi Protocol Llabel Switching)：多协议标记交换。

互联网结构

基于 ISP 的多层结构的互联网
从工作方式上可以将互联网分为边缘部分、核心部分

在这里插入图片描述

端系统之间的两种通信方式 P11

客户服务器方式（C/S 方式），即Client/Server方式
对等方式（P2P 方式），即 Peer-to-Peer方式

交换技术

电路交换
报文交换
分组交换

计算机网络的分类 P20

按作用范围分类
- 广域网 WAN (Wide Area Network)
- 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
- 局域网 LAN (Local Area Network)
- 个人区域网PAN (Personal Area Network)
按通信传播方式划分
- 点对点传播网络——网络中节点之间通过特定的连接来传递数据
- 广播式传播网络——网络中节点共享传播介质，数据以广播方式传播

计算机网络的体系结构

网络协议(network protocol): 为进行网络中的数据交换而建立的规则标准或约定。包括三个要素：
- 语法, 数据和控制信息的格式
- 语义，如何控制、如何相应
- 同步，事件的实现顺序的说明
实体(entity) 表示通信时能发送或接收信息的硬件模块或软件进程
不同系统的同层实体称为对等实体。
同一系统中下层实体向上层实体提供服务，下层实体为服务提供者，上层实体为服务用户，服务是在**服务访问点（SAP，Service Access Point）**提供给上层使用的。
服务数据单元SDU：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。
协议控制信息PCI：控制协议操作的信息。
协议数据单元PDU：协议交换的数据单位。
五层结构

其中最下两层合称为网络接口层。
OSI参考模型和TCP/IP模型的异同。
- 相同点：两个协议都分层；网络层功能几乎一致；以传输层为界，其上层都依赖传输层提供端到端的与网络环境无关的传输服务。
- 不同点：OSI对网络接口层做了细分；OSI现有分层模型，后有协议规范；OSI对协议和服务做出了明确的区别，TCP/IP没有。

硬件设备

集线器：在物理层扩充以太网，单工方式工作。
以太网交换机：实际上就是一个多接口的网桥。在数据链路层扩充局域网，全双工方式工作，可并行。
网桥：用于扩充局域网，基于 MAC 地址转发，工作在链路层。
路由器：连接不同的网络，路由器基于 IP 转发，工作在网络层。
网关：网络层以上使用的中间设备，用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。
适配器(网卡)的作用：进行串并/转换、对数据进行缓存、在计算机的操作系统中安装设备驱动程序、实现以太协议。

tips

计算机网络的基本特征是连通性和共享
从逻辑上，计算机网络分为资源子网和通信子网
常用的数据交换有线路交换、存储转发交换，后者包括报文交换、分组交换、虚电路交换。
脉冲编码调制的过程可概括为采样、量化、编码。
决定居于网特性的主要技术有拓扑结构、传输介质、介质访问控制技术。
CRC可检验出多位突发性差错，不能纠错
根据RFC 950, 子网号全0或全1不可用，但随着CIDR的广泛使用，现在全1和全0的子网号可以使用了。取决于路由器的路由选择软件是否支持。
注意到除了计算机网络，还有电信网络、有线电视网络。
处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统 (end system)。包括手机电脑、网络摄像头等。
计算机网络的体系结构 (architecture) 是计算机网络的各层及其协议的集合。
一个服务通常是由一组原语（primitive）操作来描述的，用户进程通过这些原语操作可以访问服务。
描述服务的原语通常由以下内容构成
拨号上网时一般使用PPP协议(数据链路层)。
以太网交换机通过交换表来转发帧，为了防止兜圈子，交换机使用生成树协议：不改变网络拓扑，在逻辑上切断某些链路，使得通信的网络成树状结构。
100BASE-T以太网的帧间间隔从原来的9.6 $\mu s$ 缩短到0.96 $\mu s$ .

不同协议的比较

MAC帧(802.3): 数据字段长度 46~1500；首尾部长18字节；尾部插入的帧校验序列采用FCS；以太网发送的数据都采用曼彻斯特编码。
IP数据报：由于以太网的MTU是1500字节，所以要分片；首部长度20~60字节，必须是4的倍数；分片后的数据字段一定是8的整数倍；有TTL。
ICMP：封装在IP数据报中，所以IP数据报中协议字段是ICMP。
RIP报文：封装在UDP报文中，UDP报文又封装在IP报文中，使用UDP的端口号520。
OSPF：封装在IP报文中。
UDP：面向报文，对上层交给它的报文添加首部后直接交给下层；无连接；校验和使用的是反码求和运算
TCP：面向字节流，会根据滑动窗口大小和接收情况对数据分组发送；可靠交付；面向连接；全双工通信；校验和使用的是反码求和运算；选项字段之一——MSS，规定了数据字段的最大长度。
HTTP：面向文本，每个字段都是一些ASCII码串

无线网络和移动网络

无线局域网WLAN

在这里插入图片描述

一个基站就是一个接入点AP(Access Point)，能被某个AP所服务的移动站和这个AP组成了基本服务集BSS。
一个BSS可以通过AP连接到主干分配系统DS(Distrubution System)，和其它BSS构成了ESS。
ESS 还可通过叫做门户(portal)为无线用户提供到非 802.11 无线局域网（例如，到有线连接的互联网）的接入。门户的作用就相当于一个网桥。

CSMA/CA

CSMA/CD 中的CD是Collision Detection，而这里的CA是Collision Avoidance。

CSMA的含义是：在无线局域网中，在发送数据之前先对媒体进行载波监听。如果发现有其它站在发送数据，就推迟发送以免碰撞。

为什么用CA, 不用CD

“碰撞检测”要求一个站点在发送本站数据的同时，还必须不间断地检测信道，但接收到的信号强度往往会远远小于发送信号的强度，在无线局域网的设备中要实现这种功能就花费过大。
即使能够实现碰撞检测的功能，并且在发送数据时检测到信道是空闲的时候，在接收端仍然有可能发生碰撞。这就表明，无线局域网不需要碰撞检测

由于没有了碰撞检测功能，无线局域网只要开始发送数据就不能停止，必须一帧发完。

无线个人区域网 WPAN

蜂窝移动通信网

应用层

每个应用层协议都是为了解决某一类应用问题，而问题的解决又往往是通过位于不同主机中的多个应用进程之间的通信和协同工作来完成的。应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。
应用层的许多协议都是基于客户服务器方式。客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。