网络体系结构

1. 掌握计网的基本概念、基本原理和基本方法（游戏延迟）
2. 掌握计网的体系结构，网络协议，典型网络设备的组成特点（微信聊天）
3. 能够进行网络分析，设计和应用

1.计网体系结构

• 网络：网样的东西或网络系统，包括人体内神经网络，四网（电信网络，有线电视网络，电网，计算机网络）
• 计网：是一个将分散的，具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由软件实行资源共享和信息传递的系统。
• 功能：1.数据通信2.资源共享3.分布式处理4.提高可靠性5.负载均衡
• 网络把计算机连接在一起，互联网把许多网络连接在一起，因特尔是最大的互联网网络。（1）采取三级结构（2）多层次isp结构 （3）

2.计算机网络的组成与分类

• 按分布范围分类：广域网（交换技术），城域网，局域网（广播技术），个人区域网；
• 按使用者分 ：公用网，专用网；
• 按交换技术分 ：电路交换（电线），报文交换，分组交换（存储转发）；
• 按拓扑结构分：总线型，星型，环形，网状型；
• 按传播技术分为：广播式，点对点；

3.标准化工作及相关组织

• 标准的分类：法定标准（由权威机构制定的正式的，合法的标准）OSI 事实标准 （某些公司在竞争中占据了主流） TCP/IP；
• RFC上升为因特网的四个阶段 因特网草案，建议标准，因特网标准；
• ISO ITU IEEE IETF

4.性能指标

1. 速率（数据传输率或者比特率）：连接在计算机网上的主机在数字信道上传送数据位数的速率，单位是b/s kb/s Mb/s Gb/s Tb/s
2. 带宽，时延，吞吐量，时延带宽积，往返时间RTT，利用率

5.分层结构，协议，接口，服务

• WHY分层
• HOW分层
• 分层的conception

6.OSI参考模型（7）

• 7层分别为物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层 （物联网淑慧适用）
• 从上至下依次添加内容，最后经过物理层转化为01形式的比特位，通过中间协议，进行传输，传输到另一台机器，依次进行解码操作；

• 七个层次的具体讲解
• 应用层：和用户交互产生网络流量的程序：FTP，SMTP，HTTP；
• 表示层：处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，功能一：数据格式变换，数据加密解密，数据压缩恢复；
• 会话层：像表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序的传输数据，功能一：建立管理终止会话，功能二：使用校验点，可以恢复现场shi
• 传输层：负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据段，功能一：可靠传输，不可靠传输，功能二：差错控制，功能三：流量控制，功能四：复用分用；
• 网络层：把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务，网络层传输单位是数据报；
• 数据链路层：把网络层传下来的数据报组装成帧。功能一：成帧，功能二：差错控制，功能三：流量控制，功能四：访问控制；
• 物理层：在物理媒体上实现比特流的透明传输；单工，半双工，双工；

7.TCP/IP参考模型

• 与OSI相同点1.都分层，2.基于独立的协议栈概念，3.可以实现异构网络互连
• 不同点
  

参考模型

8.思维导图

物理层详解

思维导图：

1.物理层基本概念

• 物理层解决的是如何在传输媒体上传输比特流，而不是具体的传输媒体；
• 物理层任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性；
• 1.机械特性 （规定物理连接时采取的规格，接口形状，引脚数目）；2.电气特性（规定传输二进制时，线路信号的一些标准）；3.功能特性 （指明线路上电平代表何种意义）；4. 规程特性 （规定各条物理线路的工作规程和时序关系）；

2.数据通信的基础知识

1. 典型的通信模型

2. 数据通信相关术语
   数据：传输信息的实体，有意义的符号序列；
   信号：数据在传输过程中的体现，数字信号/离散信号，模拟信号/连续信号；
   信源：产生和发送数据的源头。
   信宿：接受数据的终点。
   信道：信号的传输媒介，按传输信号分：模拟信道，数字信道，按传输介质分：无线信道，有线信道；

3. 三种通信方式
   单工通信：只有一个方向通信却没有反方向的交互，只需一条信道；
   半双工通信：双方可以发送或接受，但不能同时，需要两条信道；
   全双工通信：双方可以同时发送和接受，需要两条信道；

4. 两种传输方式
   串行传输：将一个字符的8位二进制数从低向高发送，速度慢，费用低，适合远距离；
   并行传输：将一个字符的8为二进制同时向8条信道发送，速度快，费用高，适合近距离；

5. 同步传输

6. 码元
   
   

3.奈氏准则和香农定理

• 失真影响因素：1.码元传输速率2.信号传输距离3.噪声干扰 4.传输媒体质量
• 码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象
• 奈氏准则：在理想低通条件下，为了避免码间串扰，极限码元的传输速率为2W Baud，W是信道带宽，单位是Hz；
• 香农定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的传输速率有上限值；

4.数据的编码和调制

• 基带信号与宽带信号

• 编码：不论是数字数据还是模拟数据，只要是转化为数字信号的都是编码；
• 调制：不论是数字数据还是模拟数据，只要是转化为模拟信号的都是调制；
• 1.数字数据编码为数字信号，非归零编码（高1低0，编码容易实现，但没有检错功能，且无法判断一个码元的开始与结束）归零编码 （在一个编码内都得恢复到零的编码）反向不归零编码（信号电平翻转表示零，信号电平不变表示1）曼彻斯特编码 （将一个码元分为两个间隔，设定可根据自己喜好，特点是每一个码元中间出现跳变，既可作为时钟信号，也可作为数据信号） 差分曼彻斯特编码（同1异0，若为1，则前半个码元与前一个的后半个码元相同，否则相反，好处是抗干扰性优于曼彻斯特编码）4B5B （比特流中插入额外的比特来打破一连串的0或者1，编码效率为百分之80）
• 2.数字数据调制成模拟信号 调幅 （振幅A） 调频 （频率 f） 调相 （相位 fi）QAM （调幅 + 调相）
• 3.模拟数据编码为数字信号 （音频数字化）PCM 编码 （抽样、量化、编码）抽样 要满足采样定理 ：f采样频率 》= 2f信号最高频率
• 4.模拟数据调制为模拟信号 为了实现传播的效率问题， 可以对初始的信号进行调制；

5.数据交换方式

• WHY进行数据交换 通过某些交换中心，就可以降低成本

• 电路交换
  
  

• 报文交换
  

• 分组交换
  

• 数据交换方式的选择
  
  
  
  

6.物理层传输介质

• 传输介质是指在数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路；
• 并不是物理层，也可叫做第0层，原因是他只知道传输，并不知道传输的数据是什么；
• 导向型传输 （电磁波传输有固定的媒介） 非导向型传输 （自由空间，介质可以是空气，真空，海水）；
• 介质1 双绞线 介质2 同轴电缆 介质3 光纤 介质 4 无线电波 介质 5 微波 介质 6 红外线，激光；

7.物理层设备

• 中继器 （对信号进行再生和转发）集线器 （再生，放大信号）

8.思维脑图

计网 — 数据链路层

1.数据链路图功能概述

• 数据链路层的研究思想，就是本将一系列的操作简化为水平方向的操作进行研究；

• 数据链路层的一些基本概念 结点：主机，路由器；链路：网络中两个结点的物理通道，分为有线链路和无线链路；数据链路：网络中两个节点的逻辑通道，相关协议加上链路就可以构成数据链路；帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报
• 数据链路层的功能 在物理层提供服务的基础上，利用自己的特点，将来源于上级的数据可靠的传输到另一个上级处，功能一 : 为网络层提供服务；功能二 ： 链路管理；功能三：组帧；功能四：流量控制；功能五：差错控制；

2.分装成帧和透明传输

• 组装成帧就是在数据的前后部分分别添加首部和尾部，这样就可以确定一个数据的开始和结束（帧定界），组帧的四种方法 1.字符计数法， 2.字符填充法， 3.零比特填充法， 4.违规编码法

• 透明传输即不论数据怎样，都能够进行传输，而不会因为数据与某些控制信息相同而耽误传输。字符计数法：用一个首字节记录之后会有多少个字节 （比较容易出错）；字符填充法：在发送时填充转义字符，表明不是结束字符，在解码时去掉转移字符；零比特填充法：5110，意思是在数据段每5个1就在后面加1个0，解码时去掉即可；违规编码法：用两种编码不会用到的编码来定界帧的起始和终止；

3.差错控制

• 首先明确数据链路层的编码与物理层的编码与调制不同，物理层解决的是单个比特，且传输是否同步等问题，而数据链路层解决的是一组比特，通过冗余技术判断比特串是否在传输过程中出现了差错。
• 检错编码之奇偶校验码 （n - 1 位信息元，1位校验元）检错能力为 50 %；

• 检错编码之CRC循环冗余码
  

• 纠错编码
  
  海明码 ： 1.确定校验码位数 2.确定校验码和数据的位置 3.求出校验码的位置 4.检错并纠错

4.流量控制与可靠传输机制

• 流量控制：主要是怕发送方与接收方的能力不匹配，数据链路层接收方收不下就不回复确认，传输层：接收端给发送端一个窗口广告； 停止等待协议与滑动窗口协议 （GBN， SR）

• 停止等待协议
  
  
  
  缺点 ： 信道利用率低

• 后退n帧协议（GNR）
  
  
  
  滑动窗口不可无限，因为区分不开新帧和旧帧，优点：提高了信道利用率；缺点：在传送失败后必须重新传输，传送效率低；
  

• 重新选择协议 （SR）
  
  
  
  

5.信道划分介质访问控制

• 传输数据使用的两种链路：点对点链路（两个相邻节点通过一个链路相连，没有第三者PPP协议，常用于广域网），广播式链路（所有主机共享通信介质，常用于局域网）；

• 介质访问控制–静态
  
  
  
  
  

• 介质访问控制–动态 （信道并非在用户通信时固定分配配给用户）随机访问介质控制：所有用户可以随机发送信息，发送信息时占全部带宽（ALOHA协议，CSMA协议，CSMA/CD协议，CSMA/CA协议）ALOFA协议（想发就发）
  

• CSMA协议 （先听再发） 坚持CSMA 空闲则立马传输，忙则一直监听，有冲突在等一个随机时间，重复上述过程；
  
  

• CSMA/CD协议 （先听再发，边听边发）
  
  
  

• CSMA/CA协议

• 介质访问控制动态–轮询访问介质控制
  
  
  

6.局域网的基本概念和体系结构

• 局域网是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组，使用广播信道，特点：覆盖范围小，传输速率高，误码率低，可靠性高，共享传输信道，能够进行广播和组播；

• 网络拓扑：

• 局域网的分类：
  
  

7.以太网

8.无线局域网

9.广域网

• 广域网的通信子网主要是使用分组交换技术，利用公用分组交换网，将分布在不同地区的局域网和计算机系统互联起来，达到资源共享的目的，因特网是世界范围内最大的广域网；

• PPP协议：使用最广泛的数据链路层协议，支持全双工链路
  
  
  
  
  

• HDLC协议

10.链路层设备

• 以太网缺点：效率不高，容易造成冲突。
  
  
  
  
  
  

网络层

• 思维导图

• 功能概述 ： 主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务，网络层的传输单位是数据报，一：路由选择和分组转发；二：异构网络互联；三：拥塞控制（开环控制，闭环控制）。

1.数据报格式

*

2.ipv4地址

• ip编址的历史：分类的ip地址，子网的划分，构成超网（无分类的编址方法）；

• 分类的ip地址
  
  
  
  

• 子网划分和子网掩码
  
  
  
  

• 无分类编址CIDR
  
  
  

3.ARP协议

4.DHCP协议

5.ICMP协议

6.ipv6

7.路由算法与路由协议

8.RIP协议与距离向量算法

9.OSPF协议与链路状态转化算法

10.BGP协议

11.组播

12.移动IP

13.网络层设备

传输层