计算机网络学习笔记

第1课 绪论、传输介质

【知识点回顾】

• 两种导线可以减小电磁干扰：
  • 双绞线（分为非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线）（RJ-45用）
  • 同轴电缆（短距离使用）
• 网络通信的基本单位：位（bit）
• 内存存储的基本单位：字节（byte）
• 信号是信息的载体，信道是信号的传输媒介，信道噪声是噪声和干扰的总称
• 光纤的优缺点：
  • 优点：免受电气噪声干扰，信号损耗小，高带宽，保密性好，体积小，中继距离长
  • 缺点：费用高，需要专门人员与设备，易折断

第2课 局域异步通信

【知识点回顾】

• 同步通信：先用同步字符同步，然后逐位收发，空数据要填充
• 异步通信：开始结束都加标志，接收方时刻监听信道
• 同步串行传输类型适合于视频传输，异步串行传输适合于计算机键盘连接。

• 内存存储以低地址为端，网络通信以零时刻为端。
• 串行异步通信标准RS-232
  • RS-232 DB9使用的是全双工传输。
  • 电气特征：连线长度小于50ft，[3V, 15V]表示0，[-15V, -3V]表示1（空闲期为负电压，开始位0，结束位1）。
  • 帧格式按照位小端序，也就是按位写的话要倒过来。
    • 7位为1个发送单元，再加上1个开始位至少1个结束位
• 信号带宽
  • 传统定义：某个信号具有的频带宽度
  • 新定义：该信号的各种不同频率成分所占据的频率范围
  • 数字信道的带宽：在信道上能够传送的数字信号的速率
  • 波特率：单位为bps（二进制环境下）
• 两大定理
  • 奈奎斯特定理：硬件带宽与理论最大数据发送速率间关系

D = 2Blog_2k (bps)

• • 香农定理：引入噪声的传输系统可以达到的最大数据速率

C = Blog_2(1+\frac{S}{N}), 信噪比为10lg(\frac{S}{N})

第3课 远程通信

【知识点回顾】

• 载波：远距离通信系统发送连续震荡的信号。
  • 通常是正弦波，可在频率、幅度或相位被调制来传输
  • 即便没有信号被发送，载波仍持续震荡
• 调制：使载波的某些特性按信息的波形或信号而变化的处理方法。
  • 解调制：根据频带信号恢复出调制信号（载波信号丢弃）
  • 载波信号是模拟信号，调制信号是数字信号
  • 调制解调器（Modem）：双工设备
• 复用：指多个信源的信息流组合在一条共享介质上传播。
  • 解复用：将信息流组合分隔回分开的信息流
  • 复用的基本形式：
    • 频分多路复用FDM：划分为不同频带的子信道，每个子信道可以并行
    • 波分多路复用WDM：FDM的光形式
    • 时分多路复用TDM：分为同步时分多路复用和统计时分多路复用
    • 码分多路复用CDM：划分为码片，码片序列必须互相正交

第4课 差错控制

【知识点回顾】

• 传输差错（Transmission Errors）：所有通信系统都容易犯错
  • 原因：物理特性；未达到工业标准
  • 分类：干扰（Intererence）、失真（Distortion）、衰减（Attenuation）
  • 错误检测增加开销，错误处理是一个权衡
  • 克服信道错误的两种方法：
    • 冗余可用于纠错
    • 信道编码是可用于克服传输错误的数学方法
• 简单的校验方法
  • 关于块错误码
    • (n, k) 码，数据字k位，校验码r位，n=k+r，度量的好坏是码率 R=k/n
  • 奇偶校验（parity check）（可检测错误的信道编码中的一种弱形式）
    • 只能检测部分错误，不能纠正错误
  • Internet校验和（Internet checksum）
    • 每16位作为一个整数计算总和，结果大于16位重复上述过程
• 循环冗余校验码（CRC）
  • Cyclic Redundancy Codes：一种根据网络数据包或文件等数据产生简短固定位数校验码的散列函数，主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误。

第5课 局域网分组与编址

【知识点回顾】

• 分组：网络系统将数据分为小的分块（分组），独立发送。
  • 分组交换（统计时分复用）信道利用率高，电路交换独立信道实时性高
• 帧：用于具体网络类型的分组，在分组交换网络中，每个帧对应一个分组。
  • 头部：包含元数据，消息不透明
  • 载荷：包含发送的数据，包含只对发送者和接受者有意义的字节序列
• 编址：分组解复用
  • 分层处理：
    • 网卡：检测帧是否存在，有效性检验，判断是否接受
    • CPU：判断是否传给上层处理
    • 目的是减少CPU的负荷
• 以太网的帧格式

第6课 以太网、拓扑与无线网技术

【知识点回顾】

• 拓扑：
  • 网状拓扑(Mesh)：点对点通信，安全稳定但成本高，常用于远距离通信
  • 星型拓扑(Star)：中心节点与其他点对点，容易增加新节点，但中心坏整个瘫痪
  • 环形拓扑(Ring)：邻接点到点，易监控易安装，难增新节点，一个异常影响其他
  • 总线型拓扑(Bus)：所有点共享信道，不如星增加新节点易，介质故障全网瘫痪
• 以太网
  • 使用总线型，形成星型，使用曼彻斯特编码，直方波
  • 下降沿表示0，上升沿表示1
  • 不传递信息帧时，以太网没有电信号，传统以太网10Mbps
  • 不可靠的尽力而为的交付
  • 工作机制：
    • 争用型的介质访问控制协议——带冲突检测的载波监听多路访问技术（CSMA/CD)
      • 载波侦听：先听后发
      • 冲突检测：边发边听，冲突停发，两边都失效，用\tau表示端对端往返时延
      • 二进制指数退避：随机延迟后重发，基本退避时间d，n次冲突随机延迟(0,2^{n-1}]d
  • 强化碰撞：发现碰撞立刻停止发送，再发送若干人为干扰信号
• 其他网络
  • LocalTalk：总线型，应用CSMA/CD
  • IBM令牌环：环形，应用令牌传递网络
  • 光纤分布数据互连(FDDI)：环形，双向令牌环
  • 异步传输模式(ATM)：星型，利用交换技术，面向连接，无冲突，速度快性能好

第7课 局域网的布线、拓扑、接口硬件

【知识点回顾】

• 网络布线
  • 以太网的三种重要布线
    • 原始粗缆以太网布线（10Base5）——总线拓扑
    • 细缆以太网布线（10Base2）——总线拓扑
    • 双绞线以太网（10Base-T）——星型拓扑
      • T568B颜色顺序：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕
    • 光纤以太网（10Base-F）
• 中继器（Repeaters）
  • 工作在物理层，不理解帧格式，也没有物理地址
  • 主要功能：通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
  • 网络设计的“五四三二一”原则
    • 5个网段
    • 4个中继器
    • 3个网段可以连接计算机
    • 2个网段只能用于扩展局域网距离
    • 它们共同处于1个广播域
• 集线器（Hub）
  • 半双工，物理层，可以连成更大的局域网，但都在一个碰撞域中
  • 优点：可跨碰撞域通信（跨原来的）；扩大了局域网地理范围
  • 缺点：吞吐量未提高，如果不同碰撞域使用不同数据率就不能连
• 网桥（Bridges）
  • 数据链路层，连接两个局域网的互联设备，CPU+内存+两个网络接口的计算机
  • 功能：过滤帧，同一个LAN段就扔；不同就转发；其他情况扩散除入口以外所有端口