• 计算机网络基础知识


    1.互联网 (Internet) 特指Internet,起源于美国,现已发展成为世界上最大的、覆盖全球的计算机网络。
    2.计算机网络 (简称为网络) 由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
    3.互连网 (internetwork 或 internet)可以通过路由器把网络互连起来,这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络,称之为互连网。“网络的网络”(network of networks)。
    4.互联网的两个重要特点:连通与共享
    5.互联网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定的费用,就可从该 ISP 获取所需 IP 地址的使用权,并可通过该 ISP 接入到互联网。
    6.互联网交换点 IXP

    c/s系统:

    客户软件的特点
      1.被用户调用后运行,在打算通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。因此,客户程序必须知道服务器程序的地址。
      2.不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
    服务器软件的特点
      1.一种专门用来提供某种服务的程序,可同时处理多个远地或本地客户的请求。
      2.系统启动后即自动调用并一直不断地运行着,被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此,服务器程序不需要知道客户程序的地址。

      3.一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

    电路交换:面向连接,建立连接、通信、释放连接,通信质量高,交换数据期间独占资源,缺点传输数据效率低

    报文交换:

    分组交换:

      优点:高效(动态分配传输带宽,逐段占用链路)、灵活(分组传送和查找路由)、迅速(不必先建立连接)、可靠(保证可靠的网络协议)

      缺点:1.需要排队2.携带首部,一定资源开销

    计算机网络是由一些通用的、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。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。

    按照网络作用范围分类:wmlp  完美了Person

    计算机网络的性能指标

    1.速率  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               每秒(0/1)的个数

    2.带宽  在单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的“最高数据率”

    3.吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。

    4.时延 

      传输时延(发送时延):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。 

      传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费 的时间。

            

      处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。

      排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

     

    时延带宽积  管道的体积,表示链路可容纳多少个比特。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

    往返时间RRT 往返时间,发送方发送数据开始到发送方收到接收方的数据确认的总时间

    信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。完全空闲的信道的利用率是零

    网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

    协议:计算机网络中的数据必须遵守事先约定好的规则,明确所交换数据的格式以及有关同步问题

    网络协议(network protocol),简称为协议,是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

    三个基本要素

      语法:数据与控制信息的结构与格式

      语义:需要发出何种信息,完成何种动作及做出何种响应

      同步:事件实现顺序的详细说明

    物理层的主要功能: 利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接; 实现比特流的透明传输,为数据链路层提供数据传输服务; 物理层的数据传输单元是比特。

    数据链路层的主要功能: 在物理层提供的服务基础上,数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接; 传输以“帧”为单位的数据包; 采用差错控制与流量控制方法,使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。

    网络层的主要功能: 通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径; 为数据在结点之间传输创建逻辑链路; 实现拥塞控制、网络互连等功能。

    传输层的主要功能: 向用户提供可靠端到端(end-to-end)服务; 处理数据包错误、数据包次序,以及其他一些关于传输问题; 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节,是计算机通信体系结构中关键的一层。

    会话层的主要功能: 负责维护两个结点之间的传输链接,以便确保点-点传输不中断; 管理数据交换。 表示层的主要功能: 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式; 数据格式变换; 数据加密与解密; 数据压缩与恢复。

    应用层的主要功能: 为应用程序提供了网络服务; 应用层需要识别并保证通信对方的可用性,使得协同工作的应用程序之间的同步; 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。

    分层好处:

    各层之间是独立的。 灵活性好。 结构上可分割开。 易于实现和维护。 能促进标准化工作。

    物理层:

    机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。

    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。

    通信方式:1.单工 2.半双工 3.全双工

    调制方式:调幅、调频、调相

    奈奎斯特准则:二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽W(W=f,单位Hz)的关系为Rmax=2·f(bps)

    信噪比 就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N,并用分贝 (dB) 作为度量单位。即: 信噪比(dB) = 10 log10(S/N) (dB) 例如,当 S/N = 10 时,信噪比为 10 dB,而当 S/N = 1000时,信噪比为 30 dB。

    C = W log2(1+S/N) (bit/s) W 为信道的带宽(以Hz为单位);S 为信道内所传信号的平均功率;N 为信道内部的随机噪声功率。S/N为信噪比

    信道复用是通信技术中的基本概念。它允许用户使用一个共享信道进行通信,降低成本,提高利用率。 是指在发送端将多路低速信号合并成一路高速信号,在一条高速信道上传输,在接收端在分解成多路低速信号。

    频分、时分、码分、统计时分、波分

    ASDL:由于用户在上网时主要是从因特网上下载各种文档,因此ADSL把上行和下行带宽做成不对称的。

    光纤同轴混合网(HFC网)在目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网

    FTTx技术:光纤入户

    数据链路层:

    信道主要有:点到点信道,广播信道

    链路(link)就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路段,而中间没有任何其他的交换结点。 一条链路只是一条通路的一个组成部分。

    数据链路(data link) 除了物理线路外,还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路。

    三个问题:封装成帧、差错控制、透明传输

     

    仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受(accept)。

    PPP 0比特填充:只要发现有5个连续1,则立即填入一个0。

    载波监听多点接入/碰撞检测CSMA/CD

    (1)适配器从网络层获得一个分组,加上以太网的首部和尾部,组成以太网帧,放入适配器的缓存中,准备发送。 (2)若适配器检测到信道空闲,就发送这个帧。若检测到信道忙,则继续检测并等待信道转为空闲,然后发送这个帧。 (3)在发送过程中继续检测信道,若一直未检测到碰撞,就顺利把这个帧成功发送完毕。若检测到碰撞,则终止数据的发送,并发送人为干扰信号。 (4)在终止发送后,适配器就执行指数退避算法,等待r倍512比特时间后,返回到步骤(2)。

    在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或MAC地址。 

    以太网交换机的交换方式

    存储转发、直接转发、改进的直接转发

    网络层

    地址解析协议ARP (Address Resolution Protocol)

    网际控制报文协议ICMP (Internet Control Message Protocol)

    网际组管理协议IGMP (Internet Group Management Protocol)

    物理层中继系统:转发器(repeater)。

    数据链路层中继系统:网桥或桥接器(bridge)。

    网络层中继系统:路由器(router)。

    网络层以上的中继系统:网关(gateway)。

    网桥和路由器的混合物:桥路器(brouter)。

     

    ARP 作用: 从网络层使用的 IP 地址,解析出在数据链路层使用的硬件地址。

     ICMP差错报文

    终点不可达 当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。

    时间超过 当路由器收到生存时间为零的数据报时,除丢弃该数据报外还要向源点发送时间超过报文。

    参数问题 当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时,就丢弃该数据报,并向源点发送参数问题报文。

    改变路由 路由器把改变路由报文发送给主机,让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器

    内部网关协议IGP(Interior Gateway Protocol) 即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。

    外部网关协议EGP(External Gateway Protocol)

    传输层:应用进程之间的通信又称为端到端的通信。

    TCP/IP 的传输层有两个不同的协议:

    (1) 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)

    (2) 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。对方的传输层在收到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、面向连接的传输服务,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。

    熟知端口,登记端口号, 客户端口号或短暂端口号

    停止等待协议   “停止等待”就是每发送完一个分组就停止发送,等待对方的确认。在收到确认后再发送下一个分组。

    连续ARQ协议  

    接收方一般采用累积确认的方式。即不必对收到的分组逐个发送确认,而是对按序到达的最后一个分组发送确认,这样就表示:到这个分组为止的所有分组都已正确收到了。 累积确认的优点是:容易实现,即使确认丢失也不必重传。缺点是:不能向发送方反映出接收方已经正确收到的所有分组的信息。

    Go-back-N(回退N)如果发送方发送了前5个分组,而中间的第3个分组丢失了。这时接收方只能对前两个分组发出确认。发送方无法知道后面三个分组的下落,而只好把后面的三个分组都再重传一次。 这就叫做Go-back-N(回退N),表示需要再退回来重传已发送过的N 个分组。

    动态主机配置协议 DHCP 提供了即插即用连网(plug-and-play networking)的机制。 这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手工参与。

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