王道计算机网络学习笔记

1.计算机网络基础概念

1.计算机网络的概念

计算机网络：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，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

计算机网络是互连(互联互通)的、自治(无主从关系)的计算机集合。

2.计算机网络的功能

1. 数据通信(连通性)
2. 资源共享 (硬件，软件，数据)
3. 分布式处理(多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分)
4. 提高可靠性(替代机)
5. 负载均衡(各计算机之间更亲密)

3.计算机网络的组成

1. 组成部分 硬件、软件、协议
2. 工作方式：边缘部分(用户直接使用)：分为C/S方式和P2P方式；核心部分(为边缘部分服务)
   
3. 功能组成:通信子网(实现数据通信);资源子网(实现资源共享/数据处理)。
   

3.计算机网络的分类

1. 按分布范围分:广域网WAN(交换技术)、城域网MAN、局域网WAN(广播技术)、个人区域网PAN。
2. 按使用者分:公用网(中国电信，中国移动等)；专用网(军队，政府等网络)
3. 按交换技术分：电路交换、报文交换，分组交换
4. 按拓扑结构分：
   
5. 按传输技术分:广播式网络(共享公共通信信道);点对点网络(使用分组存储转发和路由选择机制)。

4.总结

2.标准

1.标准的分类

2.标准化工作

RFC(Request For Comments)-----------因特网标准的形式
RFC要上升为因特网正式标准的四个阶段:

2021年以后就不要第三步了。

3.标准化工作相关组织

4.总结

3.性能指标

1.速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率
比特:1/0(表现形式) 位(单位)
速率：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。
单位：b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s。

2.带宽

1. 带宽原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹(Hz)。
2. 计算机网络中，带宽用来网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的"最高数据率"。单位比特每秒。
   网络设备所支持的最高速率。
   

3.吞吐量

吞吐量:表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。单位b/s,kb/s,Mb/s等。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

它的实际理想情况最大是100Mb/s，但是两个服务器所需速率相加就是吞吐量。

4.时延

时延：指数据(报文/分组、比特流)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位是s。

5.时延带宽积

6.往返时延RTT

概念：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认(接收方收到数据后立即发送确认)总共经历的时延。

RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。
RTT包括:往返传播时延(传播时延*2)、末端处理时间。

7.利用率

4.分层

1.怎么分层？

1. 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
2. 每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
3. 结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
4. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
5. 整个分层结构应该能促进标准化工作。

2.正式认识分层结构

1. 实体:第n层的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。
2. 协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。语法(规定传输数据的格式)、语义(规定所要完成的功能)、同步(规定各种操作的顺序)。
3. 服务：下层为相邻上层提供的功能调用。
4. 接口(访问服务点SAP):上层使用下层服务的入口。
5. SDU服务数据单元:为完成用户所要求的功能而应传送的数据。
6. PCI协议控制信息:控制协议操作的信息。
7. PDU协议数据单元:对等层次之间传送的数据单位。
   

3.OSI参考模型

下三层是点对点通信，上四层是端对端通信。

1.应用层

所有能和用户交互产生网络流量的程序。
典型应用层服务:文件传输(FTP)、电子邮件(SMTP)、万维网(HTTP)。

2.表示层

用于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(翻译官)
功能二：数据加密解密
功能三：数据压缩和恢复

3.会话层

向表示层实体/用户提供建立连接并在连接上有序地传输数据。
这是会话，也是建立同步（SYN）。

功能一：建立、管理、终止会话
功能二：使用校验点可使会话在通信生效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。
适用于传输大文件。

4.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

5.网络层

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。网络层传输单位是数据报。

功能一：路由选择 最佳路径
功能二：流量控制
功能三：差错控制
功能四：拥塞控制

6.数据链路层

主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层/链路层的传输单位是帧 。

功能一：成帧(定义帧的开始和结束)
功能二：差错控制 帧错+位错
功能三：流量控制
功能四：访问控制 控制对信道的访问

7.物理层

主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。
物理层传输单位是比特

透明传输:指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。

功能一：定义接口特性
功能二：定义传输模式 (单工、半双工、双工)
功能三：定义传输速率
功能四：比特同步
功能五：比特编码

主要协议：Rj45、802.3

4.TCP/IP参考模型

1.区别

2.五层参考模型

1.物理层

1.物理层的基本概念

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性

1. 机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的`规格、接口形状、引线数目、引脚数量``和排列情况。
2. 电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。
3. 功能特性：指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。
4. 规程特性：定义各条物理线路的工作规程和时序的关系。

2.数据通信的基础知识

通信的目的是传送消息。
数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。
信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。

信源：产生和发送数据的源头。
信宿：接收数据的终点。
信道：信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

1.三种通信方式

从通信双方信息的交互方式看，可以有三种基本方式：

1. 单工通信 只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。
2. 半双工通信 通信的双方都可以发送或接受信号，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。
3. 全双工通信 通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道。

2.两种数据传输方式

3

1.码元

码元是指哦那个一个固定时长的信号波形(数字脉冲)了，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时（M大于2），此时码元为M进制码元。

1码元可以携带多个比特的信息量。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种表示0，一种表示1状态。
例：
4进制码元→码元的离散状态有四个→4个高低不同的洗脑波形 00、01、10、11

2.速率

速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率。

1）码元传输速率：它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数，单位是波特(Baud)。1s传输多少个码元。

2） 信息传输速率：别名信息速率比特率等，表示单位时间内数据通信系统传输的二进制码元个数(即比特数)，单位是比特/秒。1s传输多少个比特。

关系:若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M×n bit/s。

带宽：表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所通过的最高数据率，常用来表示传输数据的能力。单位是b/s。

3.失真

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。

4.奈氏准则

奈氏准则：在理想低通(无噪声，带宽受限)条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速度位2W Baud,W是信道带宽，单位是Hz。

5.香农定理

香农定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。

6.“Nice"和"香浓”

4.编码和调制

1.基带信号和宽带信号

2.编码和调制

3.数字数据编码为数字信号

1. 非归零编码[NRZ]：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和结束，以至于收发双方难以保持同步。
2. 曼彻斯特编码：前高后低表示1，前低后高表示0。每个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2
3. 差分曼彻斯特编码：同1异0。若为1，则与前一个相同，若为0，则与前一个相反。
4. 归零编码[RZ]: 信号电平在一个码元之内都要恢复到0的这种编码成编码方式。
5. 反向不归零编码[NRZI]:信号电平翻转表示0，信号电平不变表示1
6. 4B/5B编码：比特流中插入额外的比特以打破一连串的0或1，就是用5个比特来编码4个比特的数据，之后再传给接收方，因此4B/5B。编码效率为80%
   
   

4.模拟信号编码为数字信号

5.模拟数据调制为模拟信号