计算机网络基础

计算机网络基础知识总结，包括计算机网络概念、网络拓扑、网络的传输介质、网络传输介质的访问控制方式等内容。

计算机网络基础

• 计算机网络概念
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    • 计算机网络的产生
      • 1946年，世界上第一台数字电子计算机ENIAC问世。
      • 计算机网络概念：计算机网络是指将地理位置不同的，具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
    • 计算机网络的发展
      • 第一代计算机网络主要由以下缺点
        • 1.以主机为中心，联机系统上的终端没有独立的数据处理能力。
        • 2.主机既要负责数据处理，又要管理与终端的通讯，因此负担很重。
        • 3.一个终端单独使用一根通信线路，造成通信线路利用率低。
        • 4.每增加一个终端线路控制器的软硬件都需要很大的改动。
        • 5.采用集中控制方式。可靠性比较低。
      • 第二代计算机网络的特点
        • 1.实现了分布式的资源共享。
        • 2.具有分组交换的数据交换方式。
        • 3.采用专门的通信控制处理机。
        • 4.使用分层的网络协议。
      • 计算机网络在逻辑上可以分为两大部分
        • 资源子网
          • 由主机终端，终端控制器外设和各种软件资源组成，负责全网的数据处理和向网络用户提供网络资源和服务。
        • 通信子网
          • 通信子网由各种通信设备和线路组成，承担资源子网的数据传输，转接和变换等通信处理工作。
    • 计算机网络功能
      • 硬件资源共享
      • 软件资源共享
      • 用户间信息交换
    • 计算机网络特点
      • 可靠性
      • 高效性
      • 独立性
      • 扩充性
      • 廉价性
      • 分布性
      • 易操作性
    • 计算机网络的组成与分类
      • 按覆盖范围分类
        • 广域网
        • 局域网
        • 城域网
      • 按通信介质分类
        • 有线网络
          • 有线网络常用的介质有双绞线光纤和同轴电缆
        • 无线网络
          • 无线网络主要使用不同频率的电磁波，作为传输媒介
      • 按通信方式分类
        • 单播
        • 多播
        • 广播
      • 按使用范围分类
        • 公用网
          • 公用网一般是国家的邮电部门建造的网络
        • 专用网
          • 军队，铁路，电力等系统均由本系统的专用网
      • 按拓扑结构分类
        • 星状网络
        • 树状网络
        • 总线型网络
        • 环状网络
        • 网状网络
      • 按其他方式分类
        • 分为电路交换网，分文交换网，分组交换网，帧中继交换网
• 网络拓扑
  • 网络拓扑的概念
    • 拓扑学首先把实体抽象成与其大小环状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点线面之间的关系。
  • 局域网的拓扑结构
    • 星型拓扑结构（HxD3用的就是）
      • 优点
        • 1.控制简单
        • 2.故障诊断和隔离容易
        • 3.方便服务
      • 缺点
        • 1.电缆长度较长和安装工作作量大
        • 2.中央节点的负担较重，形成瓶颈效应
        • 3.成本高，可靠性低，能力较差
    • 环型拓扑结构（动力车主要用这个结构）
      • 站点连接站点的链路组成一个全闭环路
        • 优点
          • 可使用光纤传动速度快
        • 缺点
          • 节点的故障会引起全网故障
          • 拓展性能差
    • 总线型拓扑结构（传递方向从发送信息的节点向两端扩散）
      • 优点
        • 组网费低
        • 维护较容易
        • 易于扩充，增加或减少用户比较方便
    • 分布式拓扑结构
      • 优点
        • 1.具有很高的可靠性
        • 2.传输速率很高，但控制复杂
        • 3.便于全网范围内的资源共享
      • 缺点
        • 1.电缆长造价高
        • 2.网络管理软件复杂
        • 3.报文分组交换、路径选择、流向控制复杂
    • 树状结构（倒立的树状）
      • 优点
        • 1.易于扩充
        • 2. 故障隔离较容易
      • 缺点
        • 各个节点对根节点的依赖性太大，如果节点发生故障，则全网不能正常工作
    • 网状拓扑结构
      • 优点
        • 1. 网络可靠性高
        • 2. 网络可组建成各种形状，采用多种信道进行通信，拥有多种传输速率
        • 3.网内节点易于实现资源共享
        • 4.可改善线路的信息流量分配
        • 5.可选择最佳路径是传输延迟减小
      • 缺点
        • 1.控制复杂软件复杂
        • 2.线路费用高不易扩充
• 网络的传输介质
  • 概述
    • 有线传输使用的媒体包括双胶线同轴电缆和光纤
    • 无线传输的媒体为大气层使用的技术，主要包括微波红外线和激光
  • 传输介质的特性
    • 1.物理特性：说明传播介质的特征
    • 2.传输特性：包括信号形式、调制技术、传输速度及频带宽
    • 3.连通性：采用点到点连接还是多点连接
    • 4.地域范围：网络中各节点间的最大距离
    • 5.抗干扰性：防止噪声、电磁干扰对数据传输影响的能力
    • 6.相对价格：以元件、安装和维护的价格为基础
  • 有线传输介质（三种传输介质的连通性是相同的）
    • 有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分 它能将信号从一方传输到另一方，常用的有线传输介质主要有双绞线同轴电缆和光纤
      • 双绞线
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          • 双胶线是由两条相互绝缘的导线，按照一定的规格，互相缠绕在一起而制成的一种通用配线。
          • 双胶线是由一对相互绝缘的金属导线胶合成的。
          • 双胶线一般由两根22到26号绝缘铜导线相互缠绕而成。
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              • 双绞线特性
                • 物理特性：有螺旋排列的两队或者四个绝缘线组成。双胶线性一般是铜芯的，能提供良好的传导率。
                • 传输特性：可以用于传输模拟信号。也可以用于传输数字信号。
                • 连通性：双胶线普遍用于点到点的连接。也可以用于多点的的连接。
                • 地域范围：传输距离远，传输质量高。
                • 抗干扰性：在低频传输时，双胶线的抗干扰性与同轴电缆相当，但在数据传输速率超过10到100千赫兹时，同轴电缆就明显比双绞线优越。
                • 相对价格：价格低廉。
          • 局域网中常用的双胶线是四对，RJ-45日常生活中，用列车上面也用。
          • 双胶线分为屏蔽双胶线与非屏蔽双胶线
      • 同轴电缆
        • 同轴电缆可以分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。
          • 同轴电缆的优点
            • 所以在相对长的吴中，机器的线路上支持高带宽通信。
          • 同轴电缆的缺点
            • 1.体积大 2.不能承受缠结、压力和严重的弯曲 3.成本高
          • 同轴电缆的特性
            • 物理特性：有同心导体和绝缘层、保护层组成。
            • 传输特性：可以达到较高的速度，信号衰减小于双胶线。
            • 连通性：支持点到点连接也可多点连接。
            • 地域范围：基带同轴电缆在七千米范围内，宽带通轴电缆可达几十千米。
            • 抗干扰性：抗干扰能力较强。
            • 相对价格：高于双胶线。
          • 5-4-3选择：最大网段数5个、最多使用四个中继器进行扩展，三个网都段可以用来连接网络工作节点，其余为网络长度扩充时用
      • 光纤
        • 是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
        • 光纤外层的保护结构可防止周遭环境对光纤的伤害
        • 光缆包括光纤缓冲层及披覆
        • 光纤可分为多模光纤和单模光纤
          • 多模光纤一般采用普通的发光二极管LED作为光源，而单模光纤则需使用激光二极管LD做为光源
        • 光纤中信号传输基本原理：光的反射和折射
        • 光纤收发器由光电转换和电光转换两部分构成
  • 无线传输介质
    • 无线传输是指利用电磁波在自由空间内的传播进行通讯，常用于电光缆铺设不便的特殊地理环境，或者作为地面通信系统的备份和补充
      • 无线电波
      • 红外线
      • 激光
• 网络传输介质的访问控制方式
  • 介质访问控制方法概述
    • 介质访问控制方法就是传输介质的访问方法，是指网络中各节点之间的信息传输的控制方法。也可称为网络的控制制方法。
    • 我们集中式控制是指网络中有一个单独的集中控制器，或由一个控制整个网络的节点，由他控制各节点的通信。
    • 分布式控制是指网络中没有专门的集中控制器，也没有控制整个网络的点，网络中的所有节点都处于平等地位。
    • 常用的分布式控制方法：有带有冲突检测的载波监听多路访问、令牌总线令牌环
  • CSMA/CD
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  • 介质访问控制的令牌方式
    • • （b）是网上传输的帧格式。他用开始标志表示帧头，目的地只是该帧的接收站点地址；源地址是发送该帧的地址；报文即为帧中的数据；校验和用来表示对针进行差错检查的结果；状态位则用来表示此帧发出后是否为目的的战所接收；结束标志用来表示该帧的结尾。
    • 令牌环工作原理：
• 网络互连设备
  • 网络互连概述
    • 为了实现更广泛的资源共享和信息交流。两个或多个计算机网络需要被互联在一起网络互联的核心是网络之间的硬件连接和网间互联协议
  • 物理层互连设备
    • 调制解调器
      • 调制解调器是通过普通电话线连接网络的小型设备
    • 中继器与集线器
      • 中继器与集线器是osi模型中物理层的设备，中继器在放大信号的同时，已经噪声放大了，而且中继器没有信号纠错的功能，中继器仅作用于物理层，只具有简单的放大再生物理信号的功能，所以他只能连接完全相同的局域网。
  • 数据链路层互连设备
    • 网桥
      • 网桥又称桥接器，是一种储存转发设备
      • 网桥的基本特征：网桥在数据链路层上实现局域网互联；网桥能够互联两个采用不同数据连路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络。
    • 交换机（MAC地址表）
      • 地址学习，帧的转发/过滤，回路防止
    • 网卡
      • 网卡是工作在数据链路层的网络组件，是局域网中连接计算机和传输介质的接口
  • 网络层互连设备
    • 路由器是局域网与广域网互连的设备
    • 路由器工作原理：路由器在网络层实现网络互联，主要完成网络层的功能。
    • 当两台连接在不同子网上的计算机需要进行通讯时，所通讯的信息必须经过路由器的转发，由路由器将信息分组通过互联网沿着一条路径从源端传送到目的端。路由器通过确定到达目的端，下一跳路由器的地址来确定，通过互联网到达目的端的最佳路径。
  • 应用层互连设备
    • 网关就是将两个或多个在高层使用不同协议的网络断连接在一起的软硬件。
• 网络体系结构
  • 实体
    • 每一层中的活动元素通常被称为实体，不同系统中同一层的实体统称为对等实体层次间的关系，也可看成是层次实体间的关系。
    • 对等实体：相互通信的两个不同，机器上的同一层次
  • 概述
    • 网络体系结构就是为了完成计算间的通讯，把计算机互联的功能层次化，并明确规定，同层实体通讯的协议及相邻层之间的接口服务。因此，网络的体系结构就是计算机网络分层，各层协议和功能、层间接口的集合。
  • 协议
    • 协议和相关服务的关系：协议的实现，保证了下一层能够向上一层提供服务，协议是水平的，技协议是控制对等实体之间的信规则。而服务是垂直的，记服务是由下层向上层，通过简洁接口提供的。
  • 面向连接的服务
    • TCP协议就是一种面向连接的服务的协议，电话系统是一种面向连接的模式。
  • 无连接服务
    • UDP就是无连接网络协议
  • 服务原语
    • 在统一开放系统中N+1实体向N实体请求服务时，服务用户和服务提供者之间要进行交互，交互信息称为服务原语。服务员与由服务动作和原语类型两部分组成。
  • 协议数据单元
    • 协议数据单元是指对等层次之间传递的数据单位
  • 开放系统互连参考模型
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      • 上面三层与应用问题有关。而下面四层则主要处理网络控制和数据传输接收问题
      • OSI/RM特点
        • 每层的对应实体之间都通过各自的协议进行通信
        • 各个计算机系统都有相同的层次结构
        • 不同系统的相应层次具有相同的功能
        • 同一系统的各层次之间通过接口联系
        • 相邻的两层之间，下层为上层提供服务，上层使用，下层提供的服务
      • 在数据链路层的两个实体之间，建立，维持和释放物理连接，规定在物理层传送零点壹数据的参数规定所用的连接器，机械电械功能特性和规程特性。
      • 数据链路层：数据连路的建立，维持和释放。
      • 帧
        • 帧的分界和同步
        • 差错检测与控制
        • 流量控制
• 局域网
  • 局域网简介
    • 局域网是一个在一定区域内的数据通信网若该区域内的各种通讯设备互相连在一起进行通讯
    • 局域网是封闭型的
  • 局域网体系结构与IEEE802标准
  • 局域网的物理层和数据链路层
    • 物理层组成包括
      • 物理介质
      • 物理介质连接设备
      • 连接单元和物理收发信号格式
    • 物理层主要功能
      • 建立维持和拆除物理链路
      • 实现比特流的传输和接收在物理层实体间发送和接收比特数据流
      • 信号的编码与密码提供发送和接收的能力，包括对宽带的频道分配和对基带信号调制
      • 产生和删除同步用的前同步码