计算机网络

计算机网络知识思维导图，主要内容有因特网、分组交换、“三网”、五层协议的体系结构。

计算机网络

• 零零点点
  • 世界上第一个计算机网络
    • ARPANET
  • ISP：英特网服务提供者（eg.移动、联通）
  • 网络：结点（node）+链路（link）
  • 互联网：网络的网络（网络+路由器）
  • 因特网是世界上最大的互联网
• 因特网
  • 核心部件
    • 路由器
      • 路由器是实现分组交换的关键组件
  • 边缘部件
• 分组交换
  • 过程：
    • （1）拆分为组+首部<包含地址等控制信息>
    • （2）传输<以“整租”为单位传输>
    • （3）到达后进行去首部合并原信息的操作
  • 与电路交换的不同
    • 电路交换有建立连接、传输、断连接的过程
  • 存在的问题
    • 时间
      • 组与组间传输要排队
    • 空间
      • 存首部控制信息需要额外的空间
• “三网”
  • 广域网（WAN）
  • 城域网（MAN）
  • 局域网（LAN）
    • 按其网络拓扑分类
      • 星形网
      • 环形网
      • 总线网
• 五层协议的体系结构
  • 五层
    • 5 应用层
    • 4 运输层
    • 3 网络层
      • 采用不可靠的信息通信、尽最大努力交互
      • 两种服务、两个层面
        • 提供的两种服务
          • 虚电路服务
            • 所有的数据都在虚电路上传送
          • 数据报服务
            • 数据传送的路径不确定
          • 对比总结
        • 网络层的两个层面
          • 数据层面（转发层面）
            • 该层面上的协议IP
              • 网际协议IP
                • 地址协议IP（ARP）
                • 网际控制报文协议（ICMP）
                • 网际组管理协议（IGMP）
                • 配套使用的三个IP关系
          • 控制层面
            • 该层面上的路由选择协议
          • 发展：SDN（软件定义网络）<远程控制器>
      • 虚拟互联网络
        • 指利用IP协议使性能各异（具有异构性）的网络统一为IP网，就好像在单个网络上通信一样，彼此看不见互连网络的具体细节
        • • 直接交付与间接交付、一“跳（hop）”是指一次转发
        • 实现网络互连的一些中间设备
          • 物理层：转发器
          • 数据链路层：网桥或桥接器以及交换机
          • 网络层：路由器
          • 在网络层以上：网关
      • IP地址
        • 定义：IP地址是给连接在互联网上的每一台主机（或路由器）的每一个接口，分配一个在全世界范围内唯一的32位标识符
        • 点分十进制记法
        • 使用的IP地址
          • 分类的IP地址
            • 在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的
            • IP地址 ::= {<网络号>，<主机号>}
              • 特殊情况全零或全一时做特殊用途，所以需要减二；eg.C类主机数 ：2的12次方-2=254
          • 无分类编址（CIDR）
            • IP地址::={<网络前缀>,<主机号>}
            • 斜线记法（CIDR记法）
        • IP地址的特点
          • 每一个IP都有两个等级：网络前缀和主机号
          • IP地址是标记一台主机（或路由器）和一条链路的接口
            • 一个路由器至少应该有两个不同的IP地址
          • 一个网络是指具有相同网络前缀的主机的集合，所以用转发器或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络
          • 在IP地址中，所有分配到的网络都是平等的，即互联网平等对待每一个IP地址
        • IP数据报
          • IP数据报的格式
          • 分组转发
      • IP地址与MAC地址
        • APR高速缓存：里面存储所在局域网（注意这里要是同一局域网）的各主机和路由器的IP地址和硬件地址的映射表
          • 若能找到，直接通信
          • 若没找到
    • 2 数据链路层
      • 主要功能
        • 链路管理
        • 帧定界
        • 流量控制（速率控制）
        • 差错控制*
          • 循环冗余检验CRC
        • 透明传输
          • 解决帧尾部编码在数据部分误判的问题
          • 常用方法：字节（字符）填充
        • 寻址
      • 信道类型
        • 点对点信道
          • 最广泛使用的协议：点对点协议ppp
            • 透明传输
              • 字节填充
              • 零比特填充（用在SONEY/SDH链路时，使用同步传输）
        • 广播信道
          • CSMA/CD协议
      • 协议数据单元
        • 帧
          • 规定传送帧的数据部分长度上线--最大传送单元MTU
      • 适配器（网卡）
        • 功能
          • 进行数据串、并行传输的转换
          • 装有数据缓存的芯片
            • 网络和计算机总线上的数据率不同
          • 过滤功能
            • 单播帧
            • 广播帧
            • 多播帧
      • 以太网
        • CSMA/CD协议（载波监听多点接入/碰撞检测）
          • 要点
            • 多点接入
            • 载波监听
              • 发数据之前、中，每个站都在检测信道
            • 碰撞检测
              • 适配器边发送数据边检测信道上的信号电压变化
          • 只能进行双向交替通信（半双工通信）
          • 碰撞
            • 争用期（碰撞窗口）
              • 检测碰撞的时间就是争用期，过期便不会再碰撞
              • 基本规避时间为争用期（51.2微秒/512比特时间/64字节）
              • 凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧
        • MAC层
          • 帧的格式
            • DIX Ethernet V2标准（以太网V2标准）
            • IEEE802.3标准
        • 传的帧之间有间隙实现了那些功能
          • 流量控制
          • 实现了帧结束定界
          • 规避了透明传输
        • 在数据链路层的扩展
          • 以太网交换机
            • 全双工方式
            • （帧）交换表（又称为地址表）
            • “兜圈子”问题的解决
              • 制定了生成树协议STP：不改变网络的实际拓扑，只在逻辑上切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径是无环路的树状结构
          • 网桥（最初使用）
    • 1 物理层
      • 物理层的一些特性
        • 机械特性
        • 电气特性
        • 功能特性
        • 过程特性
      • 零零点点
        • 通信的目的是传送消息
        • 数据是运输消息的实体
        • 信号是数据的电气或电磁的表现
      • 信道
        • 信道的分类
          • 单向信道
          • 双向交替通信
          • 双向同时信道
        • 信道的极限容量
          • 影响信号质量的因素
            • 码元传输的速率（反比）
            • 信号传输的距离（反比）
            • 噪声干扰（反比）
        • 信道的挖掘
          • 依据
            • 奈氏准则
              • 在假定理想条件下，频带宽就可以用更高速率来传输信号
            • 香农定理
              • 信道极限信息传输速率C=W log2(1+S/N) (bit/s)
          • 实现
            • 用编码的方法让每个码元携带更多比特的信息量
            • 静态信道划分
              • 信道复用技术
                • 频分复分
                  • 同时不同频
                • 时分复用
                  • 同频不同时
                • 统计时分复用
                • 波分复用
                • 码分复用
                  • 同频同时，时间换空间
            • 动态媒体接入控制
              • 随机接入
                • 碰撞解决的协议---CSMA/CD
              • 受控接入
                • 代表
                  • 分散控制的令牌环局域网
                  • 集中控制的多点线路探询/轮询
  • 传输简图