笔记 计算机网络 计算机基础

计算机基础-计算机网络基础

"计算机基础"

Posted by yangsir on July 19, 2024

“计算机网络基础”

计算机网络基础

计算机网络概述

计算机网络：自主计算机(分布在不同地理位置的多台独立的主机)的互连(使用通信介质和网络设备将计算机相互连接起来，遵循工共同的网络协议，实现通信)集合

计算机网络是网络硬件和网络协议的统一体

三种交换技术

电路交换（面向连接）

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特点：

  • 面向连接的特性
  • 通信资源的独占性

电路交换不适合计算机网络通信

  • 突发性通信
  • 灵活性

报文交换（基于存储转发原理）

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优点：

  • 报文交换不需要事先建立连接，可以直接发送数据，比较灵活
  • 每个报文分段占用线路

缺点：

  • 时延要比电路交换大
  • 要完整地接受传来的整个报文，因此要求交换机有较大缓冲区

分组交换（把较长的报文划分成较短的”分组”，以分组为数据传输单元）

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特点：

  • 分组分段地占用通信链路，通信资源利用率高

  • 每个分组独立传输，灵活性好，网络适应能力强

​ 数据报方式

​ 虚电路方式

五种网络拓扑结构

星型拓扑

  • 由一个中心节点和一些外围节点组成
  • 缺点:中心节点如果故障，则整个网络无法正常工作

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环形拓扑

  • 节点分布在一个闭合环形线路上，数据沿一个方向绕环逐点传递
  • 缺点:可靠性差，只要一个节点故障，就会影响整个网络的运行

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总线型拓扑

  • 一条公共线路作为传输总线，每个节点连接到公共总线上
  • 缺点:存在总线争用的问题，节点增多时网络效率低

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树形拓扑

  • 形状像一棵倒置的树，结点按层次进行连接
  • 缺点:网络可靠性差，一旦根节点故障，则整个网络瘫痪
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网络型拓扑

  • 每两个节点之间都有一条线路相连，应用于广域网
  • 缺点:控制复杂

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数据通信技术基础

  • 信息发送前要编码成数据，数据要用信号表示才能发送到对方。

  • 对方从信号中还原出数据，进而得到信息

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信号

  • 模拟信号是连续的，取遍某个区间内的所有值
    • 幅移键控
    • 频移键控
    • 相移键控

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  • 数字信号是离散的，只包含几个值，如0，1。

    • 不归零编码
    • 曼彻斯特编码
    • 差分曼彻斯特编码

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数据传输方式

  • 并行传输:是指在两点之间的适当数量的并行路径上，一组信号元的同时传输。
  • 串行传输:是指信号元在两点之间的单一路径上的顺序传输。
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  • 单工传输:信息只能由一方A传到另一方B，则称为单工。
  • 半双工传输:信息既可由A传到B，又能由B传A，但只能由一个方向上的传输存在，称为半双工传输。
  • 全双工传输:线路上存在A到B和B到A的双向信号传输，则称为全双工。

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传输介质

  • 双绞线:是有两条相互绝缘的导线按照一定的密度相互缠绕在一起而制做成的一种通用配线。局域网中所使用的双绞线分为两类:屏蔽双绞线(STP)与非屏蔽双绞线(UTP)
  • 同轴电缆
  • 光纤
  • 无线介质

网络体系结构

  • 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的
  • “分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理
  • 计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合

OSI参考模型

  • OSI参考模型:理论模型
  • TCP/IP参考模型:因特网标准
  • OSI参考模型定义网络通信的层次结构、层次之间的相互关系与各层提供的服务
  • 只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信

OSI模型—分层原则

  • 网中各结点都具有相同的层次
  • 不同结点的同等层具有相同的功能
  • 同一结点内相邻层之间通过接口通信
  • 每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务
  • 不同结点的对等层通过协议来实现对等层次之间的通信

OSI模型—层次结构

  • 应 应用层(applicationlayer):为应用软件提供多种网络服务，例如万维网、文件传输、电子邮件与其它服务等
  • 表 表现层(presentationlayer):处理两个通信的计算机系统的数据表示方式，完成数据的格式变换、加密与解密、压缩与恢复
  • 会 会话层(session layer):维护两个通信计算机之间的进程通信，管理数据交换
  • 传 传输层(transportlayer):向高层用户提供可靠的“端-端”通信服务向高层屏蔽下层数据通信的具体细节
  • 网 网络层(network layer):实现路由选择、分组转发与拥塞控制等功能，为分组”传输选择“最佳”的路由
  • 数 数据链路层(data linklayer):采用差错控制与流量控制方法，使得有差错的物理线路变成无差错的数据链路
  • 物 物理层(physical利用传输介质layer):实现比特序列的传输

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OSI和TCP/IP的区别

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  • 网络接口层:是TCP/IP参考模型的最低层，它负责通过网络发送和接收IP数据报
  • 互联网层:使用IP协议提供“尽力而为(best effort)“的网络分组传输服务。将运输层报文段封装成IP数据报，选择适当的发送路径，并将数据报转发到下一个结点
  • 运输层:负责在会话的进程之间建立和维护“端-端”的连接。定义了两种不同的协议:传输控制协议(TCP)与用户数据报协议(UDP)
  • 应用层:和OSI参考模型的应用层类似，为应用软件提供多种网络服务

CSMA/CD协议

以太网使用载波监听多路访问/冲突检测协议(CSMA/CD)来解决总线使用权的问题，处理网络中产生的冲突问题

  • 多路访问:网络中的每个节点都能访问总线，通过总线发送数据
  • 载波侦听:在发送数据前，节点需要先“听”一下总线上是否有数据信号。如果检测到有数据信号，节点便等待直到总线空闲。如果“听”到总线没有数据信号，那么节点就将数据帧发送出去
  • 冲突检测:在发送数据帧的同时，还需要继续监听总线，检测是否发生了冲突。如果检测到了冲突，就马上停止数据发送。等待一个随机的时间后，再次重发

IP地址

为了在通信时能够相互识别，接入Internet中的每一台主机都被分配有一个唯一的标识–32位二进制地址，该地址称为IP地址

  • 一个IP地址可以唯一确定IP网络中的一个站点
  • 每个IP地址是一个32比特(4字节)的二进制数字
  • 采用了点分十进制的写法

IP地址结构

  • IP地址采用了层次结构的表达方式
  • 每个IP地址分为两部分:网络号和主机号
  • 网络号代表主机或路由器所处的物理网络
  • 主机号代表在所处物理网络中的编号
  • 在相同的一个网段中，所有IP地址的网络号都相同，但所有IP地址的主机号必须不相同

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IP子网

将原来属于主机位的比特“借”过来作为子网号

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TCP和UDP的区别

TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）是互联网协议族（TCP/IP）中的两种重要的传输层协议，它们在数据传输方面有一些关键的区别：

  1. 连接方式：
    • TCP 是一种面向连接的协议，它在数据传输之前需要通过三次握手建立连接。
    • UDP 是一种无连接的协议，它不需要预先建立连接，可以直接发送数据包。
  2. 可靠性：
    • TCP 提供可靠的数据传输，它确保数据包按顺序到达，并且没有错误或丢失。如果数据包丢失，TCP 会重新发送。
    • UDP 不保证数据包的可靠传输，它不进行错误检查或重传，因此数据包可能会丢失或乱序。
  3. 速度：
    • 由于 TCP 的连接管理和错误恢复机制，它的传输速度相对较慢。
    • UDP 因为没有这些机制，所以传输速度更快。
  4. 流量控制和拥塞控制：
    • TCP 具有内置的流量控制和拥塞控制机制，可以动态调整数据传输速率以避免网络拥塞。
    • UDP 没有这些控制机制，因此它可能会加剧网络拥塞。
  5. 报文结构：
    • TCP 报文是基于字节流的，没有边界概念，应用程序需要自己处理数据的分段和重组。
    • UDP 报文是基于数据报的，每个数据报都有明确的边界，应用程序可以直接处理每个数据报。
  6. 应用场景：
    • TCP 适用于需要高可靠性和准确性的应用，如文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）、网页浏览（HTTP）等。
    • UDP 适用于实时性要求高、可以容忍少量数据丢失的应用，如实时语音/视频通信（VoIP）、在线游戏、实时流媒体等。
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