计算机网络概述
因特网概述
网络介绍
网络：许多计算机连接在一起；（交换机）
互联网：Internet 许多网络连接在一起；（路由器）
因特网：internet 全球最大的一个互联网
中国的互联网
因特网的组成
英特网边缘部分
主机之间的通信方式
客户服务器方式(Client/Server方式 –C/S)
对等方式(Peer–to–Peer方式–P2P)
英特网的核心
数据交换方式
**电路交换(Circuit Switching) **
电路交换的典型应用就是打电话,当A和B打电话的时候，交换机就会建立一个连线，把A和B连接在一起。通话结束后就释放。
建立连接：申请占用通信资源
通话：一直占用通信资源
释放连接：释放通信资源
电路交换适合于数据量很大的实时性传输：核心路由器之间可以使用电路交换。
报文交换(Message Switching)
分组交换(Packet Switching)计算机网络用的就是分组交换,不会被占线，走的路线不固定，路由器有存储转发的功能
分组交换的有点是：高校、灵活、迅速、可靠
问题：延时、开销大
报文交换方式(Message Switching)
报文一般比分组长的多
报文交换的时延较长三种方式的比较
分组交换比较省时间，
计算机网络的类别
作用范围分类
| 名字 | 概念 |
|---|---|
| 广域网(WAN) | 简称WAN，是一种跨越大的、地域性的计算机网络的集合。通常跨越省、市，甚至一个国家。广域网包括大大小小不同的子网，子网可以是局域网，也可以是小型的广域网。 |
| 局域网(LAN) | 简称LAN，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。“某一区域”指的是同一办公室、同一建筑物、同一公司和同一学校等，一般是方圆几千米以内。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。 |
| 城域网(MAN) | 覆盖一个城市的网络 |
| 个人区域网(PAN) | 个人在多台电脑上建立的连接 |
局域网：自己该买设备，自己维护，带宽固定，网线长度100m以内
广域网：花钱买服务，花钱买带宽
带宽：带宽应用的领域非常多，可以用来标识信号传输的数据传输能力、标识单位时间内通过链路的数据量、标识显示器的显示能力。
- 在模拟信号系统又叫频宽，是指在固定的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。
- 在数字设备中，带宽指单位时间能通过链路的数据量。通常以bps来表示，即每秒可传输之位数。
按使用者分类
| 名字 | 概念 |
|---|---|
| 公用网(Public Network) | 整个Internet就是一个公共的网络，谁都可以连接。 |
| 专用网(Private Network) | 政府办公网，一些公司的内网 |
按拓扑结构分类
总线型、环型、星型、树型、网型。
计算机网络拓扑结构是指网络中各个站点相互连接的形式，在局域网中明确一点讲就是文件服务器、工作站和电缆等的连接形式。现在最主要的拓扑结构有总线型拓扑、星形拓扑、环形拓扑、树形拓扑（由总线型演变而来）以及它们的混合型。顾名思义，总线型其实就是将文件服务器和工作站都连在称为总线的一条公共电缆上，且总线两端必须有终结器；星形拓扑则是以一台设备作为中央连接点，各工作站都与它直接相连形成星型；而环形拓扑就是将所有站点彼此串行连接，像链子一样构成一个环形回路；把这三种最基本的拓扑结构混合起来运用自然就是混合型了！计算机网络的拓扑结构是引用拓扑学中研究与大小、形状无关的点、线关系的方法，把网络中的计算机和通信设备抽象为一个点，把传输介质抽象为一条线，由点和线组成的几何图形就是计算机网络的拓扑结构。
按交换方式分类
电路交换、报文交换、分组交换
按工作方式分类
资源子网、通信子网、接入网
计算机网络的性能
| 名字 | 概念 |
|---|---|
| 速率 | 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率，也称为data rate或者bit rate,单位是b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s。 |
| 带宽 | 数据通信领域中，数字信道所传送的最高数据率,单位是b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s。 |
| 吞吐量 | 在单位时间内通过某个网络的数据量，单位是b/s,Mb/s等。 |
| 时延 | 发送时延、传播时延、处理时延、排队时延 |
| 时延带宽积 | 时延带宽积=传播时延*带宽,链路上的最大比特数，也称以比特为单位的链路长度。 |
| 往返时间(RTT) | 从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认 |
| 利用率 | 信道利用率、网络利用率 |
| 非性能指标 | 费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、管理与维护 |
数字信道：能传输数字信号的信道称之为数字信道。数字信号的变化不是连续的，在它的整个信号中只有两种状态，高电平与低电上平，高电平用逻辑1表示低电平用逻辑0表示。
发送时延：数据块长度(比特)/信道带宽(比特/秒)
传播时延：信道长度(米)/信号在信道上传播速率(米/秒)
处理时延：网络结点储存转发处理时间
排队时延：网络结点缓存队列排队时间
信道利用率：有数据通过时间/（有+无）数据通过时间
网络利用率：信道利用率加权平均值
计算机网络的体系结构
| 名称 | 概念 |
|---|---|
| ISO | 国际标准化组织，专门定义一些标准的 |
| OSI/RM | 互联网法律上的国际标准 |
| Network Protocols | 数据交换遵守的规则、标准或约定 |
| 网络体系结构 | 计算机网络各层及其协议的集合 |
OSI七层模型
| 层次 | 概念 |
|---|---|
| 应用层 | 能够产生网络流量，能够和用户交互的应用程序 |
| 表示层 | 是否加密，压缩，二进制或者ASCII,开发人员需要考虑的问题 |
| 会话层 | 服务和客户端建立的会话，(netstat -n)命令查看会话，利用会话层可以查木马 |
| 传输层 | 可靠传输(建立会话)、不可靠传输(不建立会话，例：QQ发送消息，域名解析、老师讲课广播的信息)、流量控制 |
| 网络层 | 选择最佳路径，IP地址编址 |
| 数据链路层 | 输入数据如何封装、添加物理层地址（MAC地址） |
| 物理层 | 规定电压、接口标准 |
分层之后有利于标准化，一层的变化不会影响其它层，尽量降低相互之间的依赖。
网络排错：从底层往高层排错
网络安全和OSI参考模型：物理层安全、数据链路层安全(ADSL、AP密码)、网络层安全、应用层安全（SQL注入漏洞，上传漏洞）。
TCP/IP四层模型
参考OSI，把应用层、表示层、会话层归为应用层，传输层、网络层不变，数据链路层、物理层归为网络接口层。
开放系统信息交换涉及的几个概念
| 名称 | 概念 |
|---|---|
| 实体(entity) | 交换信息的硬件或软件进程 |
| 协议(protocol) | 控制两个对等实体通信的规则 |
| 服务(service) | 下层向上层提供服务，上层需要使用下层提供的服务来实现本层的功能 |
| 服务访问点(SAP) | 相邻两层实体间交换信息的地方 |
 |
五层协议对应的数据单元
| 名称 | 对应的数据单元 |
|---|---|
| 应用层 | 传输数据单元PDU |
| 运输层 | 运输层报文 |
| 网络层 | IP数据报（IP分组） |
| 数据链路层 | 数据帧 |
| 物理层 | 01101010101001 |
传输的数据先分段,编上号，用TCP/IP或者UDP协议，分完段加上IP地址成为数据包，然后加上物理层（MAC)地址叫数据帧，然后通过数据帧编程bite(01011010)
客户进程和服务进程通信使用TCP/IP协议进行通信
功能较强的计算机可同时运行多个服务进程
物理层
物理层的基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，不是指具体传输媒体。
物理层的主要任务描述为：确定与传输媒体接口的一些特性：
| 名称 | 概念 |
|---|---|
| 机械特性 | 例接口形状、大小、引线数目 |
| 电气特性 | 例规定电压范围（-5V到5V） |
| 功能特性 | 例规定-5V表示0，+5V表示1 |
| 过程特性 | 也称规程特性，连接建立连接时各个相关部件工作步骤 |
数据通信的基础知识
典型的数据通信模型
相关术语
通信的目的是传送消息。
| 名称 | 概念 |
|---|---|
| 数据（data） | 运送消息的实体 |
| 信号（signal） | 数据的电气或电磁的表现 |
| 模拟信号 | 代表消息的参数的取值是连续的 |
| 数字信号 | 代表消息的参数的取值是离散的 |
| 码元（code） | 在使用时间域（一段时间）的波形表示数字信号事，则代表不同离散数值的基本波形就称为码元 |
| 在数字通信过程中常常用时间间隔的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信称为二进制码元，而这个间隔被称为码元长度。1码元可以携带nbit的信息量。 | |
| 有关 |
有关信道的几个基本概念
信道一般表示向一个方向传送的媒体。所以咱们说平常的通信线路往往包含一条发送信息的信道和一条接受信息的信道。（我发送你接收就是一个简单的信道）
| 名称 | 概念 |
|---|---|
| 单向通信（单工通信） | 只能有一个方向的通信而没有反向的交互，类似于广播电视台 |
| 双向交替通信（半双工通信） | 通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）,类似于对讲机 |
| 双向同时通信（全双工通信） | 通信的双方可以同时发送和接收信息 |
基带信号换人带通信号
基带信号
来自信号源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号就是发出去直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。
带通信号
把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）
因此在传输距离较近时，计算机网路都采用基带传输方式由于在近距离范围内基带信号的衰弱不大，从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。例如计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带信号。
几种最基本的调制方法
| 方法名称 | 方法的功能 |
|---|---|
| 调幅（AM） | 载波的振幅随基带数字信号而变化 |
| 调频（FM） | 载波的频率随基带数字信号而变化 |
| 调相（PM） | 载波德初始相位随基带数字信号而变化 |
 |
常用编码
| 编码名称 | 编码的功能 |
|---|---|
| 单极性不归零码 | 只使用一个电压值，用高电压表示1，没电压表示0 |
| 双极性不归零码 | 用正电平和负电平分别表示二进制数据的1和0，正负幅值相等 |
| 双极性归零码 | 正负零三个电平，信号本身携带同步信息 |
| 曼彻斯特编码 | |
| 差分曼特斯特编码 | |
| (a)单极性不归零码 （b）双极性不归零码 | |
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| (a)单极性归零码 （b）双极性归零码 | |
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| 曼彻斯特编码 | |
| 采用曼彻斯特编码，一个时钟周期只可表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个bit，但它能携带时钟信号，且可表示没有数据传输。 | |
| bit中间有信号低-高跳变为0 | |
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| bit中间有信号高-低跳变为1 | |
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| 差分曼彻斯特编码 | |
| 差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码相同，但抗干扰性能强于曼彻斯特编码 | |
| bit中间有信号跳变，bit与bit之间也有信号跳变，表示下一个bit为0 | |
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| bit中间有信号跳变，bit与bit之间无信号跳变，表示下一个bit为1 | |
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| 将10001001111进行曼彻斯特和差分曼彻斯特编码 | |
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| 信道的极限容量 | |
| 有失真，但可识别 | |
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| 失真大，无法识别 | |
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| 奈氏准则 | |
| 1924年，奈奎斯特就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。 | |
| 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。 | |
| 如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。 |
理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaud
W是理想低通信道的带宽，单位为HZ。
Baud是波特，是码元传输速率的单位。
波特（Baud）与bit 的区别
波特在调解器中经常出现，bit 是信息量
如果一个码元含有3个bit 信息量则 1波特 = 3bit/s
信噪比
香农（shannon）用信息论的理论推导出了带宽。受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。
信道的极限信息传输速率 C可表达为
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为信道内部的高斯噪音功率
香农公式表明
信道的带宽或信道中的噪音比越大，则信息的极限传输速率就越高。
只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
若信道带宽W或信噪比S/N没有上才能（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率C也就没有上限。
奈氏准则和香农公式的应用范围
物理层下面的传输媒体
电信领域使用的电磁波的频谱
波速一定，波长越长，频率越低。
导向传输媒体
导向传输媒体中，电磁波沿着固体媒体传播。
双绞线
1.屏蔽双绞线（STP）抗干扰能力强，适合用于长距离传
2.无屏蔽双绞线（UTP）
同轴电缆
1.50Ω同轴电缆 用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆
2.75Ω同轴电缆用于模拟传输，即宽带同轴电缆。
光缆（光纤）
单模光纤与多模光纤
单模光纤指只能传输一种电磁波模式，多模光纤只可以传输多个电磁波模式，实际上单模光纤和多模光纤之分，也就是纤芯的直径之分。单模光纤细，多模光纤粗。在有线电视网络中使用的光纤全是单模光纤，其传播特性好，宽带可达10GHZ,可以再一根光纤中传输60套PAL——D电视节目。
非导向传输媒体
非导向车损书媒体就是指自由空间，其中的电磁波传输被称为无线传输。
无线传输所使用的频段很广。
短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。
微波在空间主要是直线传播
1.地面微波接为通信
2.卫星通信
集线器
这是一个以前的设备，现在都改用交换机，集线器是一个大的冲突域，在某个时间域里只允许一个信道通信，半双工，集线器连的网不安全，计算机越多，带宽越少。
工作特点：他的网络中只起到信号放大和重发作用，其目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力
最大传输距离：100m
信道复用技术
复用是通信技术中的基本概念
频分复用 FDM
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
频道复用的所有用户在同样的时间占用不同的宽带资源（注意：这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
打电话利用的就是频分复用技术。
时分复用技术 TDM
时分复用则是将时间划分为一段段等长时间的时分复用帧。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度对应的时间）。
TDM信号也称等时信号。
时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
统计时分复用 STDM
放数据的时候加上标记，不用排好顺序，只有在传输中加标记
波分复用 WDM
波分复用其实就是频分复用，因为波长一定，频率固定波长就固定
码分复用 CDM
常用名词是马粪多址(CDMA),手机利用的就是码分复用。
各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
这种系统发送的信号有很强的干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
每一个比特时间划分为m个短的时间间隔，称为码片。
缺点：本来发送1bit现在需要mbit才能解决。
CDMA的工作原理
码片序列的正交关系
和其他码片正交的值必须是0
正交关系的另一个重要特性
任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。
一个码片向量和该码片反向量的规格化内积值都是-1。
数字传输技术
电话运用的是脉码调制 PCM 体制，最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路电话
带宽接入技术
xDSL(用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改进)
xDLS就是把0~4kHz地段频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
光纤同轴混合网HFC
HFC王是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。
HFC网除可传送CATY外，还提供电话，数据和其他宽带交互型业务。
现有的CATV网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单项传输。而HFC网则需要对CATV网进行改造。
FTTx 技术
FTTx也是一种实现宽带居民接入网的方案，这里字母x可代表不同意思
光纤到家FTTH：光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方案。
光纤到大楼FTTB:光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。
光纤到路边HTTC：从路边到各用户可使用星型结构双绞线作为传输媒体。
数据链路层
数据发送模型
数据链路层的信道类型
数据线路层使用的信道主要有一下两种类型：
1.点对点信道：这种信道使用一对一的点对点通信方式。
2.广播信道：这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。光波通信上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
链路与数据链路
链路
链路是一条点到点的物理线路段，中间没有任何其他的点。
一条链路只是一条通路的一个组成部分
数据链路
数据链路除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把视线这些协议的硬件和软件加到连路上，就构成了数据链路。
帧
帧是链路层传输的内容。
数据链路层的三个问题
封装成帧
封装成帧就是在一段数据的前后添加首部和尾部，然后就构成了一个帧，确定帧的界限。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧的定界。
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