计算机网络简介

计算机网络概论

网路定义 ：以实现资源共享为目的，一些互相连接的、独立的自治系统（能够独立运行并提供服务的系统）的集合。

计算机网络体系结构

　　　　　　　　　　　　图一 计算机网络的分层结构

网络体系结构：分层结构和协议的集合。

物理层【传输媒介】

任务：指光纤、电缆或者电磁波等真实存在的数据传输系统，网络传输的基础。

数据：信号。

设备：集线器、放大器、中继器等

专有名词

简谐波：正弦波(sine wave)和余弦波(cosine wave)统称。

模拟信号：由有限次不同频率正弦波信号合成的接近原周期性模拟信号的信号。

数字信号：幅度为有限离散值的信号，数字信号改变幅度时，直接从一种幅度跳变到另一种幅度。

信号对比：

• 数字信号和模拟信号都是由多次谐波组成的（使用正弦波拟合）
• 数字信号和模拟信号通过物理链路传输都会引发失真
• 数字信号失真容易还原，模拟信号不容易还原

码元长度：数字信号中某个离散值维持不变的最小时间单位。
码元：将信号以码元长度为单位分隔，每一段码元长度内的信号。（码元是信号的基本单位）

编码
二进制位流转换成数字信号的过程称为编码。
调制
调制 是将正弦波信号（或余弦波信号）转换成表示二进制位流的模拟信号的过程。
解调 是从调制后的模拟信号中还原出二进制位流的过程。

传播介质

• 同轴电缆（现在很少使用）
• 双绞线
  • 可以实现全双工通信、价格便宜、柔软性好，容易布线
  • 频率特性不及同轴电缆、抗干扰能力差
• 光钎
  • 容易布线、传输速率高、传输距离远、抗干扰性好、价格比同轴电缆便宜
  • 光端口成本高，尤其是单模光纤光端口

主要性能指标为传输系统的数据传输速率，单位为每秒比特（b/s）取决于信道带宽和信号中每一个码元表示的二进制数位数。

数据链路层

主要介绍以太网，一个网络中的电脑怎样实现更好的数据传输。类比现实生活中的邮件系统相当于一个社区，社区里面很多用户（电脑）。

数据：帧 

设备：网桥、交换机（多接口的网桥）

数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输（遇到特殊字符加一个转义字符ESC）、差错检测。

封装成帧 发什么

Preamble

SFD

DST

SRC

Type

Payload (Data)

Pad

FCS

Extension

 帧格式

以太网的帧格式【序言+起始信号(0XAB)+目的地+发出地+数据类型（Ipv4|ARP）+数据（46-1500字符之间）+“”+CRC校验序列】

CSMA/CD 算法 怎么发

介绍：载波监听（检测总线是否有载波）多点接入（多个终端连接在总线上）冲突检测（检测总线上是否发生冲突） 载波：总线上产生有规律性的跳变。

工作步骤

1.  先听后讲：侦听总线上是否有载波，总线无载波才能发送数据
2.  等待帧间最小间隔：检测到总线上没有载波再等待一些时间
   1. 留出时间让接收终端腾出缓冲空间
   2. 避免一个终端连续发送多个MAC帧
   3. 让终端正确监测到先导码和帧开始分界符
3.  边讲边听
4.  发生冲突、使用后退算法，等待再次传输

设备

作用：通过分割网络或者划分 VLAN ，缩小广播域，每个网络的传播效率会更高。

网桥：具有地址学习、MAC帧转发等分组交换功能的设备。网桥连接在网络之间。

交换机： 多节口的网桥，增加了Vlan划分和其他提高网络效率的功能，Mac地址【交换机可以连接到主机上】。

网络层

连接各个网络，构成覆盖全球的 Internet 。通过 IP 地址找到一个局域网络，某个局域网络中通过IP地址，找到电脑MAC地址，找到主机。

数据：IP数据包

设备：路由器

网际协议 IP

 　　　　　　　　　　　 图2 IP 数据报头部 最少20个字节

 IP分类编址

IP协议族

• ARP协议： IP地址与MAC地址的对应是通过ARP协议传播到局域网的每个主机和路由。
• ICMP 网际控制报文： 是介于网络层和传输层的协议。它的主要功能是传输网络诊断信息。
  • 实现 ping 命令和 traceroute 命令的基础。这两个工具常用于网络排错。
• IGMP 网际组管理协议： 网际组管理协议。

IP 分组

• 传输网络链路层帧净荷字段允许的最大长度称为最大传送单元（Maximum Transfer Unit，MTU）
• 以太网的数据字段长度最大1500B，一个IP分组长度不能超过1500B 【IP首部 20B+1480B】

路由器路由项的生成：RIP 或者 OSPF。

传输层

把信息发给电脑的某一个端口。

数据：UDP 数据包，TCP 字节流 

协议：TCP 、 UDP

TCP 协议

面向字节流、面向连接、具有差错控制和拥塞控制。

　　　　　　　　　　图3 TCP 数据报文段头部格式 最少20个字节

使用编号和分段实现了TCP传输的有序，使用advertised window来实现了发送方和接收方处理能力的匹配，并使用重复发送来实现TCP传输的可靠性。

使用 ACK 和错误重送机制保证数据发送的正确性。

使用滑动窗口来提高效率，使用拥塞控制来传输保持稳定。

TCP的三次握手

TCP连接：每个连接有四个参数(两个IP，两个端口)，内核中的TCP模块生成连接之后，将连接分配给进程使用。

 丢包因为 ACK 机制（记时等待），具有超时重发、快速重发等安全措施。

UDP 协议

面向报文、无连接、差错检验。

丢包就丢啦。

语法：格式，包括四个控制字段（发送端口、接收端口、长度、检验和）在IP分组的基础上，增加了源和目的端口号、检验和。