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计算机网络
概述
ISP(Internet Service Provider)：因特网服务提供商
三种报文交换方式：
- 电路交换(Circuit Switching)：先建立连接
- 分组交换(Packet Switching)：分组
- 报文交换(Message Switching)：整个
计算机网络的定义：
一些互连、自治的计算机网络集合
按覆盖范围分：
- 广域网WAN(Wide Area Network)
- 城域网MAN(Metropolitan Area Network)
- 局域网LAN(Local Area Network)
- 个域网PAN(Personal Area Network)
按拓扑结构分：
带宽：
- 在模拟信号中：所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围(例如：300Hz~3.4kHz，带宽为3.1kHz)
- 在计算机网络中：单位时间内从网络中某点到零一点所能通过的“最高数据率”
吞吐量：
单位时间内通过某个网络（信道接口）的数据量
时延：
- 发送时延：分组长度(b) / 发送速率(b/s)
- 传播时延：信道长度(m) / 电磁波传播速率(m/s)
- 处理时延：不固定，不方便计算
时延带宽积：
传播时延 × 带宽 ———————–↘
第1个bit到达终点时，发送端已发送 (↘)个bit
又称为“以比特为单位的链路长度”
往返时间：RTT
利用率:
- 信道利用率：百分之几的时间被利用
- 网络利用率：全网信道利用率的加权平均
↗ 网络空闲时的时延 D↑
D0 | | | 增长越来越快
D = -------------- | - |
| 1 - U | _-` |
↓ ↘ D0|___--` |
当前网络时延 利用率 0+------------+----> U
丢包率：
丢包率 = 丢失分组数 / 总分组数
主要原因：分组误码、网络拥塞
OSI体系结构：
应用 ↑
表示 ↑
会话 ↑
运输 ↑
网络 ↑
数据链路 ↑
物理 ↑
TCP/IP体系结构
网络接口层、网际层、运输层、应用层
→→→→→→→→→→→→→→→→→→
学习时常用：
应用层 ↑ ：应用进程的交换来实现特定网络应用的问题
运输层 ↑ ：进程间基于网络的通信问题
网络层 ↑ ：分组在多个网络上传输(路由)问题
数据链路层↑ ：分组在一个网络(或一段链路)上的传输问题
物理层 ↑ ：何种信号表示何种比特
专用术语：
- 实体
- 实体是任何可发送接收信息的硬件/软件进程
- 对等实体是通信双方相同层次中的实体
- 协议
- 语法： 定义所交换信息的格式
- 语义： 定义收发双方索要完成的操作
- 同步： 定义收发双方的时序关系
- 服务
- 下层对上层提供服务，但下层的协议对上层是“透明(看不见)”的
物理层
编码与调制：
香农公式：
c = W × log2(1 + S/N)
c：信道的极限信息传输速率(b/s)
W：信道带宽(Hz)
S：信道内所传信号的平均功率
N：信道内的高斯噪声功率
S/N：信噪比(dB) 10 × log10(S/N)
奈氏准则
理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud
波特率：码元传输速率
数据链路层
奇校验：添加一位校验位，是的“1”的个数为奇数
循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)：
收发双方约定好一个生成多项式G(x)
例： G(x) = x^3 + x^2 + 1，发送101001
G(x) = 1·x^3 + 1·x^2 + 0·x^1 + 1·x^0
构成比特串：1101
发送： 接收：
待发送数据 + 生成多项式最高此项个数的0 接收方收到 101001001
101001 + 000 -> 101001000
1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1
____________________ ____________________
1101 | 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1101 | 1 0 1 0 0 1 0 0 1
丿 1 1 0 1 丿 1 1 0 1
⊕_________ ⊕__________
1 1 1 0 1 1 1 0
1 1 0 1 1 1 0 1
⊕____________ ⊕____________
1 1 1 0 1 1 1 0
1 1 0 1 1 1 0 1
⊕____________ ⊕____________
1 1 0 0 1 1 0 1
1 1 0 1 1 1 0 1
⊕_________ ⊕_________
1 0
余数为1 -> 001 余数为0，说明无误码
发送 ： 101001 + 001 -> 101001001
点对点协议PPP：
透明传输 —— 面向字节的异步链路采用插入转移字符的字节填充法
首部 帧数据部分 尾部
________________ ____________________ __________
| 7E | A | C | P | 7E 7D 03 | FSC | 7E |
---------------------/--\--/--\-/--\-------------
7D|5E 7D|5D 7D|23
↘每个ASCII码控制符(数值<0x20)
前面插入7D，该字符加上0x20
透明传输 —— 面向比特的同步链路采用插入比特0的比特填充法
首部 帧数据部分 尾部
____________ _________________________ ____________
|01111110|...| 1...1010..01111110......|...|01111110|
------------------------------↑---------------------
0
(一般由硬件实现) ↘只要发现连续5个比特1，立即填充1个比特0
以太网帧格式：
- 最小帧长64字节（512比特）
- 最大帧长1518字节（5000 + 18）
- 插入VLAN后的802.1Q帧的最大长度为1552字节（1500 + 22）
必须使用退避算法：
- 发送帧前检测到忙
- 重传数据帧
- 发送成功后要发下一帧
网络层
IP地址分类：
- ≤127：A类 （网络地址：左一字节）
- 128 ~ 191：B类 （网络地址：左二字节）
- 192 ~ 223：C类 （网络地址：左三字节）
不能分配：
- A类的0、127
- 主机号全0（网络地址）
- 主机号全1（广播地址）
分类编址的IPv4地址：
| 隔离冲突域 | 隔离广播域 | ||
|---|---|---|---|
| 中继器/集线器 | 物理层 | × | × |
| 网桥/交换机 | 数据链路层 | √ | × |
| 路由器 | 网络层 | √ | √ |
运输层
RIP OSPF BGP
↓ | ↓
UDP(端口号520) | TCP(端口号179)
↓17 ↓89 ↓6 } 协议字段的值
_____________________________
| IP |
------------------------------
TCP和UDP：
- 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)
- 无连接
- 一对一、一对多、多对多
- 对应用层交付的报文直接打包
- 尽最大努力交付（不可靠）
- 不适用流量控制/拥塞控制
- 首部开销小，仅8字节
- 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)
- 面向连接
- 每条TCP连接只能有2个端点EP（只能一对一）
- 面向字节流
- 可靠传输，使用流量控制和拥塞控制
- 首部最小20字节，最大60字节
应用层
电子邮件、域名系统、文件传输、万维网…