通信基础

1.计算机网路组件，如下图：

    1）  节点（node）：节点主要是具有网络地址（IP）的设备，eg：一般PC，服务器，网络打印机，ADSL调制解调器等，但集线器不是节点，因为它不具有IP。

    2）  服务器主机（Server）：提供数据以响应给用户的主机，如http服务器，ftp服务器等

    3）  工作站（workstation）或客户端（client）：任何在计算机网络中输入的设备都可以是工作站，若以联机发起的方向来说，主动发起联机去请求数据的，就可以成为客户端。

    4）  网络卡（NetworkInterface Card，NIC）：内建或者外插在主机上面的一个设备，主要提供网络联机的卡片，目前大都使用具有RJ-45接头的以太网络卡。一般node上都具有一个以上的网络卡，以达成网络联机的功能。

    5）  网络形态或拓扑（topology）：各个节点在网络上面的链接方式，一般讲的是物理连接方式，如星形联机方式。

    6）  路由（route）或网关（gateway）：具有两个以上的网络接口，可以连接两个以上不同的网段设备，例如IP分享器就是一个常见的网关设备，而ADSL（调制解调器）却不是一个网关，因为调制解调器通常视为一个在主机内的网卡设备，我们可以在一般PC上面透过拨号软件，将调制解调器仿真称为一张实体网卡（ppp）。

2.局域网和广域网：

    1）  局域网：节点传输距离较近，使用较为昂贵的联机材料，网络速度较快，联机质量较佳且可靠的网络。eg，丛集式系统，分布式系统。

    2）  广域网：传输距离较远，网络速度较慢且可靠性较差。eg，email，ftp，http等。

3.OSI七层协定，如图：

    1）  越接近硬件的阶层为底层，越接近应用程序的则是高层。接收端和发送端，每一个阶层只认识对方的同一阶层数据。

    2）  每个数据报的部分，上层的包裹是放在下层的数据，而数据前面则是这个数据的表头。链路层是位于软件封包（packet）以及硬件讯框（frame）中间的一层，它必须将软件包裹放入硬件能够处理的包裹中，因此这个阶层又分为两个子层处理对应的数据，在数据报文中多了两个校验位。

    3）  各层负责的功能分别为：

    物理层（实体层）：由于网络媒体只能传送0与1这种位串，因此物理层必须定义所使用的媒体设备的电压与信号等，同时还必须了解数据讯框转成位串的编码方式，最后连接实体媒体并传送/接受位串。

    数据链路层：分两个子层，偏硬件媒体部分，主要负责的是MAC（Media Access Control），我们称这个数据包裹为MAC讯框，MAC是网络媒体所能处理的主要数据包裹，这个也是最终被物理层编码成位串的数据。MAC必须要经由通讯协议来取得媒体的使用权。偏向软件部分则是由逻辑链接层（logical link control，LLC）所控制，主要是多任务处理来自上层的封包数据并转成MAC的格式，负责的工作包括讯息交换，流量控制，失误问题的处理等等。

    传输层：这一层定义了发送端和接收端的联机技术（如TCP，UDP技术），同时包括该技术封包格式，数据封包的传输，流程的控制，传输过程的侦测检查与复原重新传送等等，以确保各个资料封包可以正确无误的到达目的端。

    会话层：这层主要定义了地址之间的联机信道之连接与挂断，此外，亦可建立应用程序的对话，提供其他加强型服务如网络管理，签到签退，对话控制等等。如果传输层是判断资料封包是否可以正确的到达目得地，那么会话层则是确定网络服务建立联机的确认。

    表现层：将本地端应用程序的数据格式转换（或者是重新编码）成为网络的标准格式，然后再交给底下传送层等的协议来进行处理，所以这个层级上主要定义的是网络服务（或程序）之间的数据格式的转换，包括数据的加密也是在这个分层上面处理。

    应用层：应用层并不属于应用程序所有，而是定义应用程序如何进入磁层的沟通接口，以将数据接收或者传送给应用程序，最终展示给用户。

4.TCP/IP协议

    1）  OSI与TCP/IP协议的关系如下图：

    

    2）  传输层按数据传送的可靠性将封包格式分为连接导向的TCP及非连接导向的UDP分包格式

5.TCP/IP链路层相关协议

    1）  广域网使用的设备

    传统电话拨接：透过ppp（Point-to-PointProtocol）协议，早期网络大概都只能透过调制解调器加上电话线以及计算机的九针串行端口（以前接鼠标或游戏杆的插孔），然后透过ppp协议配合拨接程序来取得网络IP参数，这样就能够上网了。但这样速度非常慢，而且当电话拨接后，就不能够讲电话了。ppp支持TCP/IP，NetBEUI，IPX/SPX等通讯协议，所以使用度非常高。

    整合服务数字网路（Integrated Service Digital Network，ISDN）：也是利用现有的电话线路来达成网络联机的目的，只是连接的两端都需要有ISDN的调制解调器来提供联机功能。ISDN的传输有多种通道可供使用，并且可以将多个信道整合应用，因此速度可以成倍成长。基本的B信道速度约为64Kbps。

    非对称数位用路回路（Asymmetric Digital Subsciber Line，ASDL）:透过pppoe协议，也是透过电话来拨接后取得IP的一个方法，只不过这个方式使用的是电话的高频部分，与一般讲电话的频率不同。因此可以一边使用ADSL上网同时透过同一个电话号码来打电话聊天。

    电缆调制解调器：主要透过有线电视使用的缆线作为网络讯号媒体，同样需要具备调制解调器来连接到ISP，以取得网络参数来上网。

    2）  局域网使用的设备――以太网

    以太网的传输速率与标准：

    以太网络（Ethernet）：速度，10Mbs

    高速以太网络（Fast Ethernet）：速度，100Mbs，网络线等级，CAT 5

    超高速以太网络（Gigabit Ethernet）：速度，1000Mbs，网络线等级，CAT 5e/Cat 6

    3）  以太网的网络线接头（跳线/并行线）：目前以太网最常见的是RJ-45网络接头，共有八蕊，根据每条蕊线的对应不同而分为568A与568B接头，这两款接头的对应蕊线如下：

    568A：1，白绿；2，绿；3，白橙；4，蓝；5，白蓝；6，橙；7，白棕；8，棕

    568B：1，白橙；2，橙；3，白绿；4，蓝；5，白蓝；6，绿；7，白棕；8，棕

    实际上只用1，2，3，6蕊而已，其他则是某些特殊场合才用到。根据接头的不同，网络线又可分为：

       跳线：一边为568A一边为568B的接头时称为跳线，用在直接链接的两部主机的网络卡

    并行线：两边接头同为568A或同为568B时称为并行线，用在链接主机网络卡与集线器之间的线材。

    4）  以太网的传输协议：CSMA/CD

    以太网络的传输主要就是网络卡对网络卡之间的数据传递而已。每张以太网卡出厂时，就会赋予一个独一无二的卡号，那就是所谓的MAC（Media Access Control）。理论上，网卡卡号是不能修改的，不过某些笔记本电脑的网卡卡号是能够修改的。以太网网卡之间数据是通过CSMA/CD（Carrier Sense Multiupe Access with Collision Detection，带有冲突监测的载波侦听多址访问，IEEE 802.3的标准）传输的。

    集线器：一种网络共享媒体，网络共享器在单一时间点内，仅能被一部主机所使用。

    CSMA/CD的传输流程：

    监听媒体使用情况：在发送网络封包前，需要先对网络媒体进行监听，确认没人使用后，才能够发送讯框。

    多点传输：当一个主机将讯息发送给集线器时，集线器会复制一份，然后传送给所有连接到此集线器的主机，只是非目标主机会将该封包丢弃。

    碰撞侦测：当两台以上的主机同时发送讯框时，两台主机发送的讯框会损毁，然后这些主机各自随机等待一个时间，重新发送讯框。

    5）  以太网络标准讯框大小为1500bytes。

6.MAC封装格式：

    1）  MAC就是讯框（frame），这个讯框包含了两个重要的数据，就是目标与来源网卡卡号，因此我们又简称网卡卡号为MAC。MAC可以理解为一个在网络线上面传递的包裹，而这个包裹是整个网络硬件上面传送数据的最小单位。MAC的格式如下图：  

    目的地址与来源地址指的是网卡卡号（hard address，硬件地址），硬件地址00:00:00:00:00:00到FF:FF:FF:FF:FF:FF（16进位法）这6bytes中，前三bytes为厂商的代码，后3bytes则是该厂商自行设定的装置码了。需要注意的是：在MAC的传送中，网络卡卡号仅在局域网内生效。另外要注意的上面主要资料的最小单位是46Bytes，那是因为CSDA/CD要侦测碰撞，则讯框数据量最小得有64Bytes，减去来源地址，目标地址，检查码（前导码不算），就得到数据量最小有46Bytes了，如果传输的数据小于4Bytes，那我们的系统会主动填上一些填充码。

7.MTU最大传输传输单位：

    1）  标准以太网络讯框所能传送的数据量的最大可以达到1500Bytes，这个数值就叫做MTU（Maximumu Transmission Unit，最大传输单位）。

    2）  IP封包最大可以到65535bytes，比MTU大很多，但IP封包可以拆成小的讯框，来发送。

    3）  GIgabit的以太网络媒体支持Jumbo Frame其MTU为9000，但通用性还不是很好。

8.集线器、交换机相关机制

    1）  交换器（switch）与集线器最大的差异，在于交换器内有一个特别的内存，这个内存可以记录每个switch port与其连接的PC的MAC地址，所以，当来自switch两端的PC要互传数据时，每个讯框将直接透过交换器的内存数据而传送到目标主机上，所以switch不是共享媒体，且switch的每个端口都具有独立的带宽。

    2）  交换机已经克服了封包碰撞问题。

    3）全双工与半双工：八蕊的网线实际上仅有两对被使用，一对用在传送，另一对用在接收。如果两端的PC同时支持全双工时，那表示Input/Output均可达到10/100bps，亦即数据的传输与接收均可达到10/100bps，总带宽则可达到20/200Mbps，如果网络环境要达到全双工，就不能使用Hub（集线器）了，因为网络脚位的关系，无法使用共享媒体来达到全双工（可以用支持全双工的switch）。