计算机网络与通信

基本概念

专有名词

• internet 通用名词，指多个计算机互连形成的计算机网络
• Internet 专有名词，指当前全球最大的，最开放的，由众多网络组成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信规则。
• ISP(Internet Service Provider)： 互连网服务提供者。
• IXP(Internet eXchange Point)： 互连网交换节点，让两个网络直接相连并交换分组。
• RFC(Request for Comments)：建议标准，需要再次确定才能成为互联网标准。
• 带宽：原本指信号的频率宽度。在计算机网络中，用来表示网络通过数据的能力，也就是“最高数据率”。
• STP 屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair)
• UTP 无屏蔽双绞线
• QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 正交调幅调制
• AS 自治系统
• MPLS(Multi Protocol Llabel Switching)：多协议标记交换。

互联网结构

• 基于 ISP 的多层结构的互联网
  
• 从工作方式上可以将互联网分为边缘部分、核心部分

端系统之间的两种通信方式 P11

• 客户服务器方式（C/S 方式）， 即Client/Server方式
• 对等方式（P2P 方式），即 Peer-to-Peer方式

交换技术

• 电路交换
• 报文交换
• 分组交换
  

计算机网络的分类 P20

• 按作用范围分类
  • 广域网 WAN (Wide Area Network)
  • 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
  • 局域网 LAN (Local Area Network)
  • 个人区域网PAN (Personal Area Network)
• 按通信传播方式划分
  • 点对点传播网络——网络中节点之间通过特定的连接来传递数据
  • 广播式传播网络——网络中节点共享传播介质，数据以广播方式传播

计算机网络的体系结构

• 网络协议(network protocol): 为进行网络中的数据交换而建立的规则标准或约定。包括三个要素：

  • 语法, 数据和控制信息的格式
  • 语义，如何控制、如何相应
  • 同步，事件的实现顺序的说明

• 实体(entity) 表示通信时能发送或接收信息的硬件模块或软件进程
  不同系统的同层实体称为对等实体。

• 同一系统中下层实体向上层实体提供服务，下层实体为服务提供者，上层实体为服务用户，服务是在**服务访问点（SAP，Service Access Point）**提供给上层使用的 。

• 服务数据单元SDU：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。

• 协议控制信息PCI：控制协议操作的信息。

• 协议数据单元PDU：协议交换的数据单位。
  

• 五层结构
  
  其中最下两层合称为网络接口层。

• OSI参考模型和TCP/IP模型的异同。

  • 相同点：两个协议都分层；网络层功能几乎一致；以传输层为界，其上层都依赖传输层提供端到端的与网络环境无关的传输服务。
  • 不同点：OSI对网络接口层做了细分；OSI现有分层模型，后有协议规范；OSI对协议和服务做出了明确的区别，TCP/IP没有。

硬件设备

• 集线器：在物理层扩充以太网，单工方式工作。
• 以太网交换机：实际上就是一个多接口的网桥。在数据链路层扩充局域网，全双工方式工作，可并行。
• 网桥：用于扩充局域网，基于 MAC 地址转发，工作在链路层。
• 路由器：连接不同的网络，路由器基于 IP 转发，工作在网络层。
• 网关：网络层以上使用的中间设备，用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。
• 适配器(网卡)的作用：进行串并/转换、对数据进行缓存、在计算机的操作系统中安装设备驱动程序、实现以太协议。

tips

• 计算机网络的基本特征是连通性和共享
• 从逻辑上，计算机网络分为资源子网和通信子网
• 常用的数据交换有线路交换、存储转发交换，后者包括报文交换、分组交换、虚电路交换。
• 脉冲编码调制的过程可概括为采样、量化、编码。
• 决定居于网特性的主要技术有拓扑结构、传输介质、介质访问控制技术。
• CRC可检验出多位突发性差错，不能纠错
• 根据RFC 950, 子网号全0或全1不可用，但随着CIDR的广泛使用，现在全1和全0的子网号可以使用了。取决于路由器的路由选择软件是否支持。
• 注意到除了计算机网络，还有电信网络、有线电视网络。
• 处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统 (end system)。包括手机电脑、网络摄像头等。
• 计算机网络的体系结构 (architecture) 是计算机网络的各层及其协议的集合。
• 一个服务通常是由一组原语（primitive）操作来描述的，用户进程通过这些原语操作可以访问服务。
  描述服务的原语通常由以下内容构成
  
• 拨号上网时一般使用PPP协议(数据链路层)。
• 以太网交换机通过交换表来转发帧，为了防止兜圈子，交换机使用生成树协议：不改变网络拓扑，在逻辑上切断某些链路，使得通信的网络成树状结构。
• 100BASE-T以太网的帧间间隔从原来的9.6$\mu s$缩短到0.96$\mu s$.

不同协议的比较

• MAC帧(802.3): 数据字段长度 46~1500；首尾部长18字节；尾部插入的帧校验序列采用FCS；以太网发送的数据都采用曼彻斯特编码。
• IP数据报：由于以太网的MTU是1500字节，所以要分片；首部长度20~60字节，必须是4的倍数；分片后的数据字段一定是8的整数倍；有TTL。
• ICMP：封装在IP数据报中，所以IP数据报中协议字段是ICMP。
• RIP报文：封装在UDP报文中，UDP报文又封装在IP报文中，使用UD