计算机网络
2021-12-27 01:58:11 33 举报
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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
单机系统阶段
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。
多机系统
语义
语法
时序
协议(3要素)
同一节点相邻层之间交换信息的界面
接口
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
数据单元
原语名
原语类型
原语参数
服务原语
相关概念
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
OSI的七层协议
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
TCP/IP的四层协议
主要功能:定义通信规则(应用层协议)
cn中国us美国uk英国...
国家顶级域名nTLD
通用域名gTLD
基础顶级域名(反向域名)
顶级域名
类别域名
行政区域名
二级域名
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
域名服务器
域名系统DNS
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
文件传送协议
解决四个问题的方法
URL一般形式：<协议>://<主机>:<端口>/<路径>
统一资源定位符URL
超文本传送协议HTTP
万维网和HTTP协议
连接建立
邮件传送
连接释放
简单邮件传送协议SMTP
邮件读取协议pop3和IMAP
通用互联网邮件扩充MIMP
电子邮件
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
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
服务器使用的端口号
客户端使用的端口号
端口:实现复用和分用
检验和的计算(二进制反码求和)
在IP数据报上增加端口和差错检测功能
UDP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
1.无差错情况
2.超时重传
3.确认丢失
4.确认迟到
停止等待协议
连续ARQ协议(累计确认)
滑动窗口协议(以字节为单位)
可靠传输
首部各个字段的意义
TCP报文首部格式
TCP的传输效率
流量控制
拥塞:对资源总需求>可用资源
慢开始
拥塞避免
快重传
快恢复
方法/算法
拥塞控制
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.
客户服务器方式
1.连接建立
2.数据传送
3.连接释放
3个阶段
运输连接
TCP协议
运输层
网络号
主机号
标准分类的IP地址
子网号
划分子网的三级地址结构
\"无分类\
概念
把网络前缀都相同的连续的IP地址组成\"CIDR地址块\
特点
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
实现聚合
选择匹配结果中的具有网络前缀最长的路由进行转发
路由器的转发
CIDR技术
一对一(静态)
多对多(动态)
工作原理
NAT技术
发展
结构
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
分类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
特殊IP地址
类型
子网的划分
IP地址(32位的IPv4地址)
格式
将原始的IP数据报的数据部分进行分割
分片与重组
IP数据报
(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
(4)计算子网掩码
(5)确定每个子网的地址范围
步骤
定长子网掩码
(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
(4)确定划分得到的子网地址和子网掩码
不定长子网掩码
子网划分
IPv6
IP多播
核心:在主机ARP高速缓存中存放IP->硬件地址映射表
解决范围:同一局域网上的主机或路由器
主机->主机(同一个网络中)
路由器->主机(同一个网络)
路由器->主机(其他网络)
四种情况
ARP（地址解析协议）
实现物理地址到逻辑地址的映射
RARP（逆地址解析协议）
允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常报告
终点不可达
时间超时
参数问题
改变路由(重定向)
差错报告报文
回送请求和回答
时间戳请求和回答
询问报文
应用举例:用Ping测试两台主机直接的连通性
ICMP报文
ICMP（网际控制报文协议）
IGMP（网际组管协议）
静态路由选择策略
动态路由选择策略
划分
路由信息协议RIP
开放最短路径优先OSPF
内部网关协议IGP
边界网关协议BGP
外部网关协议EGP
分层次
路由选择协议
IP协议
网络层
ppp协议
点对点信道
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
特点
10Base5(粗缆以太网)
10Base2(细揽以太网)
10Base-T
10Base-F
标准
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)
帧结构
先听后发
边听边发
冲突停止
延迟重发
发送过程
载波监听
冲突检测
随机延迟重发
协议的实现
数据链路层协议（CSMA/CD协议）
以太网
总线
星状
树状
环状
网状
局域网的拓扑结构
对等模式
专用服务器模式
客户机/服务器模式
工作模式
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
体系结构
网桥
存储式转发
直通式转发
无碎片式转发
工作过程
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
提高系统带宽
采用专用集成电路处理器
拓展网络的范围
作用
二层交换机
连接设备
局域网(工作层次跨越了数据链路层和物理层)
广播信道
数据链路层
确定与传输媒体的接口有关的一些特性
传输方式的交换
主要任务
机械特性
电气特性
功能特性
过程特性
特性
信源：产生要传输的数据
发送器
源系统
传输系统
接收器
信宿：接收数据
目的系统
通信系统模型
信息(文字、音频、图形、图像或视频作为载体)
模拟数据（连续）
数字数据（离散）
数据
模拟数据——>整形放大——>模拟信号
模拟数据<——>编码解码<——>数字信号
模拟信号（连续）
数字数据<——>调制解码<——>模拟信号
数字数据<——>编码<——>数字信号
数字信号（离散）
信号(数据的电气或电磁的表现)
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
编码
Rb=1/T
调制速率（波特率）
数据信号速率
数据传输速率
传输速率
带宽
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
奈奎斯特公式（表示信道传输能力）
C=H*log2(1+S/N)(bit/s) 分贝数=10lgS/N
香农公式
信道容量
误码率
信道
基本概念
面向字符
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
面向位
同步串行传输
异步串行传输
串行传输（在收发双方建立一条通信信道）
并行传输（在收发双方建立多条并行的通信信道）
按数据通信方式
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）
按传输方向和数据关系
点对点连接
多点连接
数据通信连接方式
数据通信方式
数据通信（完成两个实体间的数据转换）
采样
量化
脉码调制（PCM）
基带传输
幅移键控（ASK）
频移键控（FSK）
相移键控（PSK）
调制（数字信号——>模拟信号）
解调（模拟信号——>数字信号）
频带传输
数据传输技术
双绞线
同轴电缆
单模光纤
多模光纤
光缆（光纤）
导向型传输媒体
地面微波传输
卫星通信
非导向型传输媒体（无线传输，大气空间）
传输介质（传输媒体）
频分复用
波分复用
时分复用
每个站分配的码片序列各不相同，并且还必须是正交。
码分复用（CDMA）
信道复用技术
五层协议的体系结构
网络体系结构
标准化网络系统
高速网络时代
计算机网络的发展
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
计算机网络的定义
总线
星状
树状
环状
混合拓扑
计算机网络的拓扑结构
局域网
城域网
广域网
按作用范围
有线网络
无线网络
按传输媒体
电路建立阶段
数据传输阶段
电路释放阶段
电路交换
报文交换
数据报
虚电路
分组交换（包交换，适用于短报文和具有灵活性的报文）
存储转发交换
按数据传输交换方式
计算机网络的分类
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
资源子网
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
通信子网
计算机网络的组成
速率
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
带宽
吞吐量
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
时延带宽积
往返时间RTT
利用率
计算机网络的性能指标
计算机网络
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