开发工具与关键技术：网络技术原理
作者：Itzhipan
撰写时间：2020.5.24
学习笔记：网络技术原理
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目录
什么是互联网
可以通过路由器把网络互联起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，即互联网。
网络的网络
基本概念
网络把许多计算机连接在一起。
互联网则把许多网络通过路由器连接在一起与网络相连的计算机常为主机。
ISP的多层结构的互联网
互联网的组成
工作方式：
（1）边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，
用来进行通讯（传输数据，音频或视频）和资源共享。
（2）核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分
提供服务的（提供连通性和交换）。
端系统在功能上可能有很大的差别。
端系统之间通信的含义
“主机A和主机B进行通信”实际上是指：“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。
即“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。简称为“计算机之间通信”。
两种通讯方式
客户---服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式，简称为C/S方式。
对等方式（P2P方式）即Peer--to--Peer方式，简称为P2P方式。
电路交换特点
电路交换必定是面向连接的。
电路交换分为三个阶段：
建立连接：建立一条专用的物理通路，以保证双方通话时所需的通信资源在通信时不会被其他用户占用。
通信：主叫和被叫双方就能互相通电话；
释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通路（释放刚才占用的所有通信资源）。
电路交换缺点
计算机数据具有突发性。
这导致在传送计算机数据时，通信线路的利用率很低（用来传送数据的时间往往不到10%甚至1%）。
分组交换的主要特点：
分组交换则采用存储转发技术。
在发送端，先把较长的报文划分成较短的固定长度的数据段。
路由器
在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。
路由器处理分组的过程是：
（1）把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
（2）查找转发表，找出到某个目的地址应从那个端口转发；
（3）把分组送到适当的端口转发出去。
主机和路由器的作用不同
主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接受分组。
路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。
分组交换的优点
高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
灵活：为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。
迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。
可靠：保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。
分组交换带来的问题
分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。
分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
计算机网络的类别
广域网：作用范围通常为几十到几千公里。
城域网：作用距离为5-50公里。
局域网：局限在较小的范围（如1公里左右）。
个人区域网：范围很小，大约在10米左右。
网络协议的三个组成要素
语法：数据与控制信息的结构或格式。
语义：需要发出何种动作控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
同步：事件实现顺序的详细说明。
由此可见，网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。
分层的好处与缺点
好处：
（1）各层之间是独立的。
（2）灵活性好。
（3）结构上可分割开。
（4）易于实现和维护。
（5）能促进标准化工作。
缺点：
（1）降低效率。
（2）有些功能会在不同的层次中重复出现，因而产生了额外开销。
层数多少要适当
（1）层数太少，就会使每一层的协议太复杂。
（2）层数太多，又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。
各层完成的主要功能
（1）差错控制：使相应层次对等方的通信更加可靠。
（2）流量控制：发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不要太快。
（3）分段和重装：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其
还原。
（4）复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接受端在进行
分用。
（5）连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接。
协议和服务在概念上是不一样的
（1）协议的实现保证了能够向上一层提供服务。
（2）本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。即下面的协议对上面服务用户是透明的。
（3）协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。
（4）服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。
物理层的基本概念
（1）物理层考虑的是怎样才能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。
（2）物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
（3）用于物理层的协议也常称为物理层规程。
物理层的主要任务
主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性。
（1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸，引线数目和排列，固定和锁定装置等。
（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
（4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
数据通信系统的模型
一个数据通信系统包括三大部分：源系统（或发送端，发送方），传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端，接收方）。
有关信道的几个基本概念
（1）信道---一般用来表示向某一个方向传来信息的媒体。
（2）单向通信（单工通信）---只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
（3）双向交替通信（半双工通信）---通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。
（4）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。
调制分为两大类
（1）基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号依然是基带信号。这种过程称为编码。
（2）带通调制：使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
（3）带通信号：经过载波调制后的信号。
常用编码方式
（1）不归零制：正电平代表1，负电平代表0。
（2）归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。
（3）曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1，但也可反过来定义。
（4）差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。
物理层下面的传输媒体
（1）传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
（2）传输媒体可分为两大类，即导引型传输媒体和非导引型传输媒体。
（3）在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播。
（4）非导引型传输媒体就是指自由空间。在非导引型传输媒体中，电磁波的传输常称为无线传输。
导引型传输媒体
双绞线
（1）最常用的传输媒体。
（2）模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般到为几到十几公里。
（3）无屏蔽双绞线UTP
（4）屏蔽双绞线STP
光纤的工作原理
只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某个临界角度，就可产生全反射。
光纤优点
（1）通信容量非常大。
（2）抗雷电和电磁干扰性能好。
（3）无串音干扰，保密性好。
（4）体积小，重量轻。
数据链路层使用的信道
（1）点对点信道：这种信道使用一对一的点对点通信方式。
（2）广播信道：这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。
（3）广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。
PPP协议应满足的需求
（1）简单---这就是首要的要求
（2）封装成帧---必须规定特殊的字符作为帧定界符。
（3）透明性---必须保证数据传输的透明性。
（4）多种网络层协议---能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议。
（5）多种类型链路---能够在多种类型的链路上运行。
（6）差错检测---能够对接收端收到的帧进行检测，并立即丢失有差错的帧。
（7）检测连接状态---能够及时自动检测出链路是否处于正常工作状态。
（8）最大传送单元---必须对每一种类型的点对点链路设置最大传送单元MTU的标准默认值，促进各种实现之间的互操作性。
（9）网络层地址协商---必须提供一种机制使通信的两个网络层实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址。
（10）数据压缩协商---必须提供一种方法来协商使用数据压缩算法
感悟
在网络技术原理课程上，我学到了许多知识，许多之前对计算机迷惑的地方，然后渐渐明白了。总结自己学到的东西，然后给出我的学习部分心得，每一层，每一个协议，都有自己独特的用处，都在某一时刻发挥自己的作用，各安其职，虽然发送一个数据中间需要经过如此多的过程，经过多次处理，在普通人眼里，就是点击鼠标，网页在毫秒级的时间就显示出来，我想这就是计算机精妙之处！！！