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计算机网络基础概念解析从入门到再入门

网络基础 zchao 376℃ 0评论

下面的内容参照计算机网络这本书进行相关概念的解读

概述

相关概念
网络是指“三网”,即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
共享——即资源共享。可以是信息共享、软件共享,也可以是硬件共享。
网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
互联网是“网络的网络”(network of networks)。
连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。
internet(互联网或互连网)
Internet(因特网)
三级计算机网络,分为主干网、地区网和校园网(或企业网)。
因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。
两种通信方式
客户/服务器方式(C/S 方式)
即Client/Server方式
对等方式(P2P 方式)
即 Peer-to-Peer方式
客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方。
对等连接(peer-to-peer,简写为 P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。
路由器是实现分组交换(packet switching)
电路交换的三个阶段:
建立连接
通信
释放连接
从网络的作用范围进行分类
广域网 WAN (Wide Area Network)
局域网 LAN (Local Area Network)
城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
个人区域网 PAN (Personal Area Network)
从网络的使用者进行分类
公用网 (public network)
专用网 (private network)
在计算机界,K = 210 = 1024
M = 220, G = 230, T = 240。

五层协议的体系结构
应用层(application layer)
运输层(transport layer)
网络层(network layer)
数据链路层(data link layer)
物理层(physical layer)

 

物理层

物理层的基本概念
机械特性
电气特性
功能特性
过程特性
有关信号的几个基本概念
单向通信(单工通信)
双向交替通信(半双工通信)
双向同时通信(全双工通信就)
最基本的二元制调制方法有以下几种:
调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而变化。
调频(FM):载波的频率随基带数字信号而变化。
调相(PM) :载波的初始相位随基带数字信号而变化。
导引型传输媒体
双绞线
屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)
无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)
同轴电缆
50 Ω 同轴电缆
75Ω 同轴电缆
光缆
信道复用技术
频分复用、时分复用和统计时分复用

 

数据链路层

数据链路层使用的信道主要有以下两种类型:
点对点信道。
广播信道。

数据链路层传送的是帧
三个基本问题
(1) 封装成帧
(2) 透明传输
(3) 差错控制
CRC 是一种常用的检错方法,而 FCS 是添加在数据后面的冗余码。
现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)。
PPP 协议有三个组成部分
一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。
链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。
网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。
局域网的拓扑
星形网
总线网
环形网
静态划分信道
频分复用
时分复用
波分复用
码分复用
动态媒体接入控制(多点接入)
随机接入
受控接入 ,如多点线路探询(polling),或轮询。
载波监听多点接入/碰撞检测 CSMA/CD
在局域网中,硬件地址又称为物理地址,或 MAC 地址。
发往本站的帧”包括以下三种帧:
单播(unicast)帧(一对一)
广播(broadcast)帧(一对全体)
多播(multicast)帧(一对多)
在数据链路层扩展局域网是使用网桥。
虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。

 

网络层

网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
网际协议IP
地址解析协议 ARP
(Address Resolution Protocol)
网际控制报文协议 ICMP
(Internet Control Message Protocol)
网际组管理协议 IGMP
(Internet Group Management Protocol)
网际层的 IP 协议及配套协议
应用层:HTTP, FTP, SMTP 等
运输层:TCP, UDP
网络层(网际层):ICMP,IGMP,IP,ARP
网络接口层:与各种网络接口

中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。
物理层中继系统:转发器(repeater)。
数据链路层中继系统:网桥或桥接器(bridge)。
网络层中继系统:路由器(router)。
网桥和路由器的混合物:桥路器(brouter)。
网络层以上的中继系统:网关(gateway)

IP 地址的编址方法
分类的 IP 地址。
子网的划分。
构成超网。
两级的 IP 地址可以记为:
IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>}
地址解析协议 ARP
ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址。
划分子网
IP地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>}

 

运输层

运输层向它上面的应用层提供通信服务
TCP/IP 的运输层有两个不同的协议:
(1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)
(2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)
两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。
TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment)
UDP 传送的数据单位协议是 UDP 报文或用户数据报。

UDP 的主要特点
UDP 是无连接的
UDP 使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付
UDP 是面向报文的
UDP 的首部开销小,只有 8 个字节。
TCP 最主要的特点
是面向连接的
每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint),每一条 TCP 连接只能是点对点的(一对一)。
TCP 提供可靠交付的服务。
TCP 提供全双工通信。
面向字节流。
套接字 socket = (IP地址: 端口号)

TCP 报文段的首部格式
紧急 URG —— 当 URG = 1 时,表明紧急指针字段有效。
确认 ACK —— 只有当 ACK =1 时确认号字段才有效。当 ACK ? 0 时,确认号无效。
推送 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段,就尽快地交付接收应用进程,而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。
复位 RST (ReSeT) —— 当 RST = 1 时,表明 TCP 连接中出现严重差错(如由于主机崩溃或其他原因),必须释放连接,然后再重新建立运输连接。
同步 SYN —— 同步 SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。
终止 FIN (FINis) —— 用来释放一个连接。FIN = 1 表明此报文段的发送端的数据已发送完毕,并要求释放运输连接。
最大报文段长度 MSS
运输连接就有三个阶段,即:连接建立、数据传送和连接释放。
TCP 连接的建立都是采用客户服务器方式。
主动发起连接建立的应用进程叫做客户(client)。
被动等待连接建立的应用进程叫做服务器(server)。
用三次握手建立 TCP 连接
客户SYN = 1, seq = x
服务器SYN = 1, ACK = 1, seq = y, ack= x +  1
客户ACK = 1, seq = x + 1, ack = y +  1
TCP 的连接释放
客户FIN = 1, seq = u
服务器
ACK = 1, seq = v, ack= u + 1
服务器
FIN = 1, ACK = 1, seq = w, ack= u + 1
客户
ACK = 1, seq = u + 1, ack = w + 1

 

应用层

域名服务器有以下四种类型
根域名服务器
顶级域名服务器
权限域名服务器
本地域名服务器
文件传送协议 FTP (File Transfer Protocol) 是因特网上使用得最广泛的文件传送协议。
简单文件传送协议 TFTP (Trivial File Transfer Protocol)
远程终端协议 TELNET
万维网是分布式超媒体(hypermedia)系统,它是超文本(hypertext)系统的扩充。
超文本传送协议 HTTP (HyperText Transfer Protocol)。
超文本标记语言 HTML (HyperText Markup Language)
URL 的一般形式是:
<协议>://<主机>:<端口>/<路径>
使用 HTTP 的 URL 的一般形式
http://<主机>:<端口>/<路径>
使用统一资源定位符 URL (Uniform Resource Locator)
HTTP 请求报文的一些方法
OPTION 请求一些选项的信息
GET 请求读取由 URL所标志的信息
HEAD 请求读取由 URL所标志的信息的首部
POST 给服务器添加信息(例如,注释)
PUT 在指明的 URL下存储一个文档
DELETE 删除指明的 URL所标志的资源
TRACE 用来进行环回测试的请求报文
CONNECT 用于代理服务器
状态码都是三位数字
1xx 表示通知信息的,如请求收到了或正在进行处理。
2xx 表示成功,如接受或知道了。
3xx 表示重定向,表示要完成请求还必须采取进一步的行动。
4xx 表示客户的差错,如请求中有错误的语法或不能完成。
5xx 表示服务器的差错,如服务器失效无法完成请求。
Java 技术装三个主要组成部分
(1) 程序设计语言
(2) 运行(runtime)环境
(3) 类库(class library)
在万维网中用来进行搜索的程序叫做搜索引擎。
全文检索搜索引擎是一种纯技术型的检索工具。
最著名的全文检索搜索引擎:
Google(谷歌)(www.google.com)
百度 (www.baidu.com)
最著名的分类目录搜索引擎:
雅虎 (www.yahoo.com)
雅虎中国 (cn.yahoo.com)
新浪 (www.sina.com)
搜狐 (www.sohu.com)
网易 (www.163.com)
发送邮件的协议:SMTP
读取邮件的协议:POP3 和 IMAP
MIME 在其邮件首部中说明了邮件的数据类型(如文本、声音、图像、视像等),使用 MIME 可在邮件中同时传送多种类型的数据。
SMTP 通信的三个阶段
连接建立
邮件传送
连接释放
协议配置
(1) IP 地址
(2) 子网掩码
(3) 默认路由器的 IP 地址
(4) 域名服务器的 IP 地址
动态主机配置协议 DHCP 提供了即插即用连网(plug-and-play networking)的机制

 

网络安全

计算机网络上的通信面临以下两大类威胁:
被动攻击。主要是截获,即从网络上窃听他人的通信内容。
主动攻击
(1) 篡改——故意篡改网络上传送的报文。
(2) 恶意程序—— 包括计算机病毒、计算机蠕虫、特洛伊木马和逻辑炸弹等。
(3) 拒绝服务——包括分布式拒绝服务。
数据加密标准 DES
数字签名必须保证以下三点:
(1) 报文鉴别
(2) 报文的完整性
(3) 不可否认
运输层安全协议
安全套接字层 SSL (Secure Socket Layer)
运输层安全 TLS (Transport Layer Security) 。
防火墙内的网络称为“可信的网络”(trusted network),而将外部的因特网称为“不可信的网络”(untrusted network)。
防火墙的功能有两个:阻止和允许。
防火墙技术一般分为两类
(1) 网络级防火墙
(2) 应用级防火墙
入侵检测系统 IDS (Intrusion Detection System)

 

 

因特网上的音频/视频服务

 

目前因特网提供的音频/视频服务大体上可分为三种类型
流式(streaming)存储音频/视频 ——边下载边播放。
流式实况音频/视频 ——边录制边发送 。
交互式音频/视频——实时交互式通信。
流媒体(streaming media),即流式音频/视频。
流媒体特点就是“边下载边播放” (streaming and playing) 。
H.323 基于分组的多媒体通信系统
H.323 标准指明的四种构件
(1) H.323 终端
(2) 网关
(3) 网闸(gatekeeper)——
(4) 多点控制单元 MCU (Multipoint Control Unit)——

 

 

无线网络

802.11 的物理层有以下几种实现方法:
直接序列扩频 DSSS
正交频分复用 OFDM
跳频扩频 FHSS (已很少用)
红外线 IR (已很少用)
数据帧的三大部分
MAC 首部
帧主体
帧检验序列 FCS
无线个人区域网 WPAN 和个人区域网 PAN (Personal Area Network)

 

下一代因特网

 

下一代的网际协议 IPv6 (IPng)
在 RFC 2460 中定义了六种扩展首部:
逐跳选项
路由选择
分片
鉴别
封装安全有效载荷
目的站选项
IPv6 数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一:
(1) 单播(unicast)
(2) 多播(multicast)
(3) 任播(anycast)
冒号十六进制记法
每个 16 位的值用十六进制值表示,各值之间用冒号分隔。
68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF
零压缩(zero compression),即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。
FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成:
FF05::B3
特殊地址
未指明地址
环回地址 即 0:0:0:0:0:0:0:1(记为 ::1)。
基于 IPv4 的地址 前缀为 0000 0000 保留一小部分地址作为与 IPv4 兼容的。
本地链路单播地址

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