第一章 引言
网络协议
定义
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，即网络协议。
通信双方需要共同遵守，相互理解。
三要素
- 语法：规定传输数据的格式（如何讲）
- 语义：规定所要完成的功能（讲什么）
- 时序：规定各种操作的顺序（双方讲话的顺序）
协议分层结构
- 层次栈：为降低网络设计的复杂性，网络使用层次结构和协议栈，每一层使用下一层提供的服务，并为上一层提供服务。
- 对等实体：不同机器上构成相应层次的实体称为对等实体
- 接口：在每一对相邻层次之间的是接口；接口定义了下层向上层提供哪些服务原语
- 网络体系结构：层和协议的集合为网络体系结构，一个特定的系统所使用的一组协议，即每层的协议，成为协议栈
服务原语
- 服务
- 典型服务：面向连接传输服务，无连接传输服务
- 原语告诉服务执行某些操作或报告对等实体所采取的操作
- 六个核心服务原语
（以面向连接服务为例）
服务与协议的关系
- 协议是“水平”的，服务是“垂直”的
- 实体使用协议来实现其定义的服务
- 上层实体通过接口使用下层实体的服务
参考模型
OSI七层参考模型【物链网淑（输）慧（会）试（示）用】
-
物理层
- 定义如何在信道上传输0、1
- 有机械接口、电子信号、时序接口、介质等
-
数据链路层
- 实现相邻网络实体间的数据传输
- 功能：成帧等（成帧：从物理层的比特流中提取出完整的帧）
-
网络层
- 将数据报跨越网络从源设备发送到目的设备
- 功能：路由等
-
传输层
- 将数据从源端口发送到目的端口（进程到进程）
- 网络层的控制主要面向运营商，传输层为终端用户提供端到端的数据传输控制
-
会话层
- 利用传输层提供的服务，在应用程序之间建立和维持会话，并能使会话获得同步
-
表示层
- 关注所传递信息的语法和语义
-
应用层
- 通过应用层协议，提供应用程序便捷的网络服务调用
TCP/IP参考模型（以最主要的两个协议TCP/IP命名）
- 网络接口层
- 描述了为满足无连接的互联网络层需求，链路必须具备的功能
- 互联网层
- 允许主机将数据包注入网络，让这些数据包独立地传输至目的地，并定义了数据包格式和协议（IPv4和IPv6协议）
- 传输层
- 允许源主机与目标主机上的对等实体，进行端到端的数据传输：TCP、UDP
- 应用层
- DNS、HTTP、FTP、SMTP…
OSI与TCP/IP模型的比较
- OSI７层，TCP/IP４层。(答题时写TCP/IP的…层与OSI的…层大致对应)
- 设计思想:通用性与实用性
- OSI:先有模型后有协议设计,不局限于特定协议,明确了服务/协议/接口等概念,更具有通用性
- TCP/IP:仅仅对已有协议的描述
- OSI无连接和面向连接;TCP/IP仅支持无连接
- 二者的不足
- OSI:从未被真正实现,技术实现糟糕,被认为是政府和机构的强加标准
- TCP/IP:核心概念未能实现,不具备通用性,混用接口与分层设计,模型欠缺完整性
度量单位(KMGT速率10的3,容量2的10)
- 比特率/带宽/吞吐量
- 时延(传输传播处理排队)/往返时延RTT(2传播+末端处理,不含传输)/时延抖动/时延带宽积(传播时延带宽)
- 包转发率PPS/丢包率/利用率(有数据通过的时间/所有的时间)
第二章 物理层
功能
- 是网络体系结构中的最低层
- 不是连接计算机的具体物理设备,也不是负责信号传输的具体物理媒体
- 考虑如何在连接各计算机的传输媒体上传输数据比特流
- 尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异,为数据链路层提供一个统一的数据传输服务
接口特性
机械特性
接线器的形状\尺寸\引线数目和排列\固定和锁定装置等
电气特性
发送器和接收器有关电气电路的特性
“电平”/V/Ω
[指明电压的范围]
功能特性
接线器的每一引脚/针脚的作用
[指明某一电压表示什么意义]
过程特性
不同功能的各种可能事件的出现顺序
常用标准
(知道传统以太网10BASE-T中10表示数据率10Mbps,BASE表示基带传输,T表示双绞线)
多路复用技术
目的:允许用户使用一个共享信道进行通信
频分复用(FDM)
将多路基带信号调制到不同频率载波上,再进行叠加形成一个复合信号.
所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(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)
时分复用(TDM)与统计时分复用(STDM)
- 时分复用:将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)
- 每个用户所占时间间隙周期性出现
- 所有用户在不同的事件占用同样的频带宽度
- 不足:可能会造成线路资源的浪费
- 统计时分复用: 动态地按需分配共用信道的时隙,只需要传送数据的终端接入共享信道
波分复用(WDM)
利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术(理解为光的频分复用)
码分复用(CDMA)
-
利用码序列相关性实现的多址通信,基本思想是靠不同的地址码来区分地址.
-
具体实现:每个站的码片序列各不相同,相互正交.
-
计算:求规格化内积(1-发了1;-1-发了0;0-没有发)
第三章 数据链路层基础
位置和功能
位置
向下:利用物理层提供的位流服务
向上:向网络层提供明确的服务接口
功能(弥补网络层的缺陷)
- 成帧:将比特流划分成帧
- 为了检测和纠正物理层在比特传输中可能出现的错误
- 数据链路层功能需要借助"帧"的各个域来实现
- 差错控制:处理传输中出现的差错
- 流量控制:确保发送方的发送速率不大于接收方的处理速率,避免接收缓冲区溢出
差错检测和纠正(???)
需要知道的概念
- 码字:(n,m)码-m个数据位r个校验位的n位单元(m+r=n)
- 码率:码字中非冗余部分的比例(m/n)
- 海明距离:两个码字之间不同对应比特的数目(各个比特位互相对应,有几位不同)
- 为了检查d个错可使用海明距离d+1的编码
- 为了纠正d个错可使用海明距离2d+1的编码
检错码
(只可推断是否错,不可知道哪位错,可请求重传解决,主要用于高可靠信道)
奇偶校验
增加一位校验位,奇/偶指的是1的个数
校验和(TCP/IP常用)
循环冗余校验CRC(???)
https://www.bilibili.com/video/BV19E411D78Q?p=21 从14:05开始
- 发送方:加0->模2除->余数加进去传输(生成多项式有几位就加几位减一个0)
生成多项式由收发双方提前商定;注意模2除和普通除法不一样(善用异或运算) - 接收方:对照校验码是否一致
纠错码
(可判断是否错并定位出错位置纠正错误,主要用于错误发生比较频繁的信道)
海明码(发现双比特错,纠正单比特错)
校验位:位置在2的幂次,数值要看是奇/偶校验
接收方根据校验位可以定位行/列
基本的数据链路层协议
演进:乌托邦单工协议->无错信道单工停止-等待协议->有错信道单工停止-等待协议