计算机网络应用

计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）

一、第一章

网络时延包括发送时延，传播时延，处理时延3种时延

二、第二章

1.物理层

1.1物理层的基本概念

导引型传输媒体	非导引型传输媒体
同轴电缆	无线电波
双绞线	微波
光纤	红外线
电力线	可见光

主要任务

• 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置。
• 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
• 功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
• 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

1.2传输方式

串行传输：一条线路传输
并行传输：多条线路并行传输，

同步传输：以稳定的比特流传播，字节之间没有间隔（收发双方时钟同步）
异步传输：以字节为独立的传输单位，每个字节前后有起始位和结束位（字节之间异步）

单向通信（单工）：只有一个数据传输方向（无线电广播）
双向交替通信（半双工）：可以相互传输数据，但不能同时进行（对讲机）
双向同时通信（全双工）：互相传输数据，可以同时发送接收信息（电话）

1.3编码与调制

码元:在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。

四种常用的编码方式
曼彻斯特编码：中间点的跃迁来辨别电平，中间是时钟信号
差分曼彻斯特编码：码元起始点的跳变辨别电平，中间是时钟信号

基本调制方法

混合调制：频率 相位 幅度
频率是相位随时间的变化率，所以一次只能调制频率和相位两个中的一个。
相位和振幅可以结合起来一起调制，

1.4信道极限容量

失真因素

• 码元传输速率
• 信号传输距离
• 噪声干扰
• 传输媒体质量

码元传输速率又称波特率、调制速率、波形速率或符号速率。 它与比特率存在一定的关系。

• 当1个码元只携带1比特的信息量时，则波特率（码元/秒）与比特率（比特/秒）在数值上是相等的。
• 当1个码元携带n比特的信息量时，则波特率转换成比特率，数组要乘以n。

要提高信息传输速率（比特率），就必须设法使每一个码元都携带更多个比特的信息量。
实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显低于奈氏准则给出的这个上线数值。

奈氏准则：在理想条件下，为了避免码间串扰，码元传输速率是有上限的。

• 理想低通信道的最高码元传输速率= 2W Baud = 2W 码元/秒
• 理想低通信道的最高码元传输速率 = W Baud = W 码元/秒
• W:信道带宽（单位Hz） Baud:波特，即码元/秒

香农公式：带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率。
c = W * log2(1+S/N)
c：信道的极限信息传输速率 （单位：b/s）
W： 信道带宽 （单位：Hz）
S：信道内所传信号的平均功率
N：信道内的高斯噪声功率
S/N：性噪比，使用分贝（dB）作为度量单位 信噪比（dB） = 10 * log10(S/N) (dB)

• 信道带宽或信道中信噪比越大，信息的极限传输速率越高。
• 在实际信道上能够达到的信息传输速率要比该公式的极限传输速率低不少。传输是存在衰减和失真等。

三、第三章

1.数据链路层概述

链路（link）:从一个结点到相邻节点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换节点
数据链路（Data Link）:把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路
数据链路层是以帧为单位传输和处理数据。

三个重要问题

• 封装成帧：
• 差错检测：
• 可靠传输：

2.封装成帧

封装成帧是指数据链路层给上层交付的协议数据单元添加帧头和帧尾使之成为帧。

• 帧头和帧尾中包含有重要的控制信息
• 帧头和帧尾的作用之一就是帧定界
  
  

透明传输是指数据链路层对上层交付的传输数据没有任何限制，就好像数据链路层不存在一样。

• 面向字节的物理链路使用字节填充（或称字符填充）的方法实现透明传输。
• 面向比特的物理链路使用比特填充的方法实现透明传输。

帧的数据部分的长度要尽可能的大一些，提高帧的传输效率。
最大传送单元MTU。

3.差错检测

传输过程中收到干扰，出现差错或者误码，称为比特差错。
一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率成为误码率。
使用差错检测码来检测数据在传输过程中是否产生了比特差错，是数据链路层索要解决的重要问题。

• 奇偶校验：在待发送的数据后面添加奇偶校验位。使整个数据中1的个数为奇数或者偶数。
• 循环冗余校验CRC:漏检率非常低。

4.可靠传输

4.1可靠传输的基本概念

不可靠传输：丢弃有误码的帧。
可靠传输服务：实现发送端发送什么，接收端就收到什么。
一般情况下，有线链路的误码率比较低，为了减小开销，并不要求数据链路层向上提供可靠传输服务，即使出现了误码，可开传输的问题由其上层处理。
无线链路易受干扰，误码率比较高，因此要求数据链路层必须向上层提供可靠传输服务。
比特差错只是传输差错中的一种。
从整个计算机网络体系结构来看，传输差错还包括分组丢失、分组失序以及分组重复。
分组丢失、分组失序以及分组重复这些传输差错，一般不会出现在数据链路层，而会出现在其上层。
可靠传输服务并不仅局限于数据链路层，其他各层均可选择实现可靠传输。
可靠传输的实现比较复杂，开销也比较大，是否使用可靠传输取决于应用需求。

4.2可靠传输的实现机制

4.2.1停止-等待协议SW

接收端检测到数据分组有误码时，将其丢弃并等待发送方的超时重传。但对于误码率较高的点对点链路，为使发送方尽早重传，也可给发送方发送NAK分组。
为了让接收方能够判断所收到的数据分组是否重复的，需要给数据分组编号。由于停止-等待协议的停等特性，只需1个比特编号就够了，即编号0和1.
为了让发送方能够判断所收到的ACK分组是否是重复的，需要给ACK分组编号，所用比特数量与数据分组编号所用比特数量一样。数据链路层一般不会出现ACK分组迟到的情况，因此在数据链路层实现停止-等待协议可以不用给ACK分组编号。
超时计数器设置的重传时间应仔细选择。一般可将重传时间选为略大于“从发送方到接收方的平均往返时间”。

• 在数据链路层点对点的往返时间比较确定，重传时间比较好设定。
• 然而在运输层，由于端到端往返时间非常不确定，设置合适的重传时间又是并不容易。

当往返时延远大于数据帧发送时延时（例如使用卫星链路），信道利用率非常低。
若出现重传，则对于传送有用的数据信息来说，信道利用率还要降低。

$$信道利用率=\frac{数据帧发送时延}{数据帧发送时延+端到端往返时延}$$

4.2.2回退N帧协议GBN

回退N帧协议在流水线传输的基础上利用发送窗口来限制发送数据分组的数量，是一种连续ARQ协议。
在协议的工作过程中发送窗口和接收窗口不断向前滑动，因此这类协议又称滑动窗口协议。
由于回退N帧协议的特性，当通信线路质量不好时，其信道利用率并不比停止等待协议高。
回退N帧协议的接收窗口尺寸Wr只能等于1，因此接收方只能按序接收正确到达的数据分组。

发送方	接收方
发送窗口尺寸1<Wt<=2n-1	接收窗口尺寸Wr=1
Wt=1 与停止-等待协议相同
Wt>2n-1 接收方无法分辨新、旧数据分组

n是构成分组序号的比特数量

4.2.3选择重传协议SR

发送方	接收方
发送窗口尺寸1<Wt<=2n-1	接收窗口尺寸1<Wr<=Wt
Wt=1 与停止-等待协议相同	Wr=1 与停止-等待协议相同
Wt>2n-1 接收方无法分辨新、旧数据分组	Wr>Wt 无意义

4.3点对点协议PPP

PPP是目前使用最广泛的点对点数据链路层协议。

PPP帧的透明传输：

• 面向字节的异步链路使用字节填充法
• 面向比特的同步链路使用比特填充法

4.4媒体接入控制

4.4.1静态划分信道

信道复用：频分复用FDM;时分复用TDM:波分复用WDM;码分复用CDM;
码分复用：规格化内积运算，1是发送1，-1是发送0，0是未发送。

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总结

提示：这里对文章进行总结：
例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了pandas的使用，而pandas提供了大量能使我们快速便捷地处理数据的函数和方法。