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[网络协议]计算机网络1-2章基础知识点

计算机网络

计算机网络概要

大众熟悉的网络有三大类：

电信网络：提供电话，电报及传真等服务
有线电视网络：向用户传送各种电视节目
计算机网络：使用户能在计算机之间传送数据文件

发展最快的并起到核心作用的是计算机网络

互联网具有两个重要基本特点（之所以能够为用户提供许多服务）：

连通性：
- 使上网用户之间都可以交换信息（数据，以及各种音频视频），仿佛这些用户的计算机都可以彼此直接联通一样
- 互联网是虚拟的，无法准确的知道对方是谁，也无法知道对方的位置。
共享性：
- 指资源共享
- 资源共享的含义使多方面的，可以是信息共享，软件共享，也可以是硬件共享
- 由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样方便使用

端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：

客户-服务器方式（c/s方式）
对等方式（p2p方式）

三种交换的比较：电路交换报文交换分组交换

（此处应有文章）

按照网络的作用范围进行分类：

**广域网(WAN)：**作用范围通常为几十到几千公里
**城域网(MAN)：**作用距离为5-50公里
**局域网(LAN)：**局限在较小的范围（如一公里左右）
**个人区域网（PAN）：**范围很小，大约在十米左右

若中央处理机之间的距离非常近（如仅一米的数量级甚至更小），则一般称之为多处理机系统，而不称她为计算机网络

计算机网络的性能一般是指她的几个重要的性能指标，主要包括：速率带宽时延时延带宽积往返时间RTT

速率：

比特：是计算机中的数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位
**比特来源与 binary digit：**意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个1或0
**速率是计算机网络中最重要的性能指标：**值得是数据的传送速率，它也称为数据率或比特率
**速率的单位是：**bit/s kbit/s mbit/s gbit/s
速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率

带宽

“带宽”本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或奇纳和，兆赫等等）
在计算机网络中，带宽用来表示网络中“某通道传送数据的能力”。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是bit/s。

上述两种表述中，前者为频域称谓，后者为时域称为，其本质是相同的

一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也就越高

时延

**时延：**是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间
有时也称为延迟或迟延
在网络中的时延由以下几个不同的部分组成：
- 发送时延
  - 也称为传输时延
  - 发送数据时，数据帧从结点进入到传播媒体所需要的时间
  - 也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
    *
- 传播时延
  - 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间
  - 发送时延与传播时延有本质上的不同
  - 信号发送速率和信号在信道上的传播速率时完全不同的概念
- 处理时延
  - 主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部，提取数据，差错检验或查找路由）所花费的时间
- 排队时延
  - 分组在路由器输入输入对联中排队等待处理所经理的时延
  - 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量

数据在网络中经理的总时延是发送时延传播时延处理时延排队时延之和

必须指出，在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体分析

时延带宽积

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度
只有在代表链路的管道都充满比特是，链路才得到了充分利用

往返时间RTT

互联网上的信息不仅仅是单向传输，而是双向交互的。因此，有时很需要知道双向交互一次所需时间
往返时间表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接受方的确认，总共经历的时间
在互联网中，往返时间还包括各中间节点的处理时延，排队时延以及转发数据时的发送时延
当使用卫星通信时，往返时间RTT相对较长，是一个很重要的性能指标

网络协议的三个组成要素

**语法：**数据与控制信息的结构与格式
**语义：**需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
**同步:**时间实现顺序的详细说明

网络协议时计算机网络的不可缺少的组成部分

计算机的体系结构

在这里插入图片描述

TCP/IP的体系结构

在这里插入图片描述

物理层

一个数据通信系统包括三大部分：

源系统：发送方，发送端
传输系统：传输网络
目的系统：接受端，接受方

在这里插入图片描述

常用术语：

**数据：**运送消息的实体
**信号：**数据的电器或电磁的表现
**模拟信号：**代表消息的参数的取值时连续的
**数字信号：**代表消息的参数的取值时离散的
**码元：**在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形

信道的基本概念:

**信道：**一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体
**单向通信：**只能有一个方向的通信而没有反方向的交互
**双向交互通信（半双工通信）：**通信的双方都可以发送消息，但不能双方同时发送（也不能同时接收）
**双向同时通信（全双工通信）：**通信的双方可以同时发送和接收信息

常用的编码方式

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基本的带通调制方法

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极限，无差错的信息传输速率（香农公式）：

在这里插入图片描述

导引型传输媒体

双绞线
- 最常用的传输媒体
- 模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里
- 屏蔽双绞线STP
  - 带金属屏蔽层
- 无屏蔽双绞线UTP
同轴电缆
- 同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据
- 同轴电缆的带宽取决于电缆的质量
光缆
- 光纤时光纤通信的传输媒体
- 由于可见光的频率非常高，因此一个光纤通信系统的传输带宽大于目前其他各种传输媒体的带宽

非导引型传输媒体

将自由空间称为“非导引型传输媒体”
短波通信（即高频通信）主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差，传输速率低。
微波在空间珠岙是直线传播
传统微波通信有两种方式：
- 地面微波接力通信
- 卫星通信

频分复用，时分复用和统计时分复用

复用是通信技术的基本概念

它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率

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频分复用

将整个带宽分为多分，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带
频分复用的所有用户在同样的时间占用不用的带宽资源

时分复用

时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。时分复用（TDM，Time-division multiplexing）就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用

波分复用

波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号

码分复用