计算机网络简介
计算机网络概论
网路定义 ：以实现资源共享为目的，一些互相连接的、独立的自治系统（能够独立运行并提供服务的系统）的集合。
计算机网络体系结构
图一 计算机网络的分层结构
网络体系结构：分层结构和协议的集合。
物理层【传输媒介】
任务：指光纤、电缆或者电磁波等真实存在的数据传输系统，网络传输的基础。
数据：信号。
设备：集线器、放大器、中继器等
专有名词
简谐波：正弦波(sine wave)和余弦波(cosine wave)统称。
模拟信号：由有限次不同频率正弦波信号合成的接近原周期性模拟信号的信号。
数字信号：幅度为有限离散值的信号，数字信号改变幅度时，直接从一种幅度跳变到另一种幅度。
信号对比：
- 数字信号和模拟信号都是由多次谐波组成的（使用正弦波拟合）
- 数字信号和模拟信号通过物理链路传输都会引发失真
- 数字信号失真容易还原，模拟信号不容易还原
码元长度：数字信号中某个离散值维持不变的最小时间单位。
码元：将信号以码元长度为单位分隔，每一段码元长度内的信号。（码元是信号的基本单位）
编码
二进制位流转换成数字信号的过程称为编码。
调制
调制 是将正弦波信号（或余弦波信号）转换成表示二进制位流的模拟信号的过程。
解调 是从调制后的模拟信号中还原出二进制位流的过程。
传播介质
- 同轴电缆（现在很少使用）
- 双绞线
- 可以实现全双工通信、价格便宜、柔软性好，容易布线
- 频率特性不及同轴电缆、抗干扰能力差
- 光钎
- 容易布线、传输速率高、传输距离远、抗干扰性好、价格比同轴电缆便宜
- 光端口成本高，尤其是单模光纤光端口
主要性能指标为传输系统的数据传输速率，单位为每秒比特（b/s）取决于信道带宽和信号中每一个码元表示的二进制数位数。
数据链路层
主要介绍以太网，一个网络中的电脑怎样实现更好的数据传输。类比现实生活中的邮件系统相当于一个社区，社区里面很多用户（电脑）。
数据：帧
设备：网桥、交换机（多接口的网桥）
数据链路层的三个基本问题：封装成帧、透明传输（遇到特殊字符加一个转义字符ESC）、差错检测。
封装成帧 发什么
| Preamble | SFD | DST | SRC | Type | Payload (Data) | Pad | FCS | Extension |
帧格式
以太网的帧格式【序言+起始信号(0XAB)+目的地+发出地+数据类型（Ipv4|ARP）+数据（46-1500字符之间）+“”+CRC校验序列】
CSMA/CD 算法 怎么发
介绍：载波监听（检测总线是否有载波）多点接入（多个终端连接在总线上）冲突检测（检测总线上是否发生冲突） 载波：总线上产生有规律性的跳变。
工作步骤
- 先听后讲：侦听总线上是否有载波，总线无载波才能发送数据
- 等待帧间最小间隔：检测到总线上没有载波再等待一些时间
- 留出时间让接收终端腾出缓冲空间
- 避免一个终端连续发送多个MAC帧
- 让终端正确监测到先导码和帧开始分界符
- 边讲边听
- 发生冲突、使用后退算法，等待再次传输
设备
作用：通过分割网络或者划分 VLAN ，缩小广播域，每个网络的传播效率会更高。
网桥：具有地址学习、MAC帧转发等分组交换功能的设备。网桥连接在网络之间。
交换机： 多节口的网桥，增加了Vlan划分和其他提高网络效率的功能，Mac地址【交换机可以连接到主机上】。
网络层
连接各个网络，构成覆盖全球的 Internet 。通过 IP 地址找到一个局域网络，某个局域网络中通过IP地址，找到电脑MAC地址，找到主机。
数据：IP数据包
设备：路由器
网际协议 IP
图2 IP 数据报头部 最少20个字节
IP分类编址
IP协议族
- ARP协议： IP地址与MAC地址的对应是通过ARP协议传播到局域网的每个主机和路由。
- ICMP 网际控制报文： 是介于网络层和传输层的协议。它的主要功能是传输网络诊断信息。
- 实现 ping 命令和 traceroute 命令的基础。这两个工具常用于网络排错。
- IGMP 网际组管理协议： 网际组管理协议。
IP 分组
- 传输网络链路层帧净荷字段允许的最大长度称为最大传送单元（Maximum Transfer Unit，MTU）
- 以太网的数据字段长度最大1500B，一个IP分组长度不能超过1500B 【IP首部 20B+1480B】
路由器路由项的生成：RIP 或者 OSPF。
传输层
把信息发给电脑的某一个端口。
数据：UDP 数据包，TCP 字节流
协议：TCP 、 UDP
TCP 协议
面向字节流、面向连接、具有差错控制和拥塞控制。
图3 TCP 数据报文段头部格式 最少20个字节
使用编号和分段实现了TCP传输的有序，使用advertised window来实现了发送方和接收方处理能力的匹配，并使用重复发送来实现TCP传输的可靠性。
使用 ACK 和错误重送机制保证数据发送的正确性。
使用滑动窗口来提高效率，使用拥塞控制来传输保持稳定。
TCP的三次握手
TCP连接：每个连接有四个参数(两个IP，两个端口)，内核中的TCP模块生成连接之后，将连接分配给进程使用。
丢包因为 ACK 机制（记时等待），具有超时重发、快速重发等安全措施。
UDP 协议
面向报文、无连接、差错检验。
丢包就丢啦。
语法：格式，包括四个控制字段（发送端口、接收端口、长度、检验和）在IP分组的基础上，增加了源和目的端口号、检验和。
