计算机网络

计算机网络是通用，可编程的硬件组成的，并且这些设备可互连，并且可以传输不同类型的数据计算机网络不是只有软件概念，还有硬件设备，例如：网卡，网线，路由器等等网络作用范围：广域网（WAN），城域网（MAN），局域网（LAN）计算机网络发展历史 ARPANET（1969年，美国国防部创建的单个网络）三层结构互联网（现代互联网雏形，当时主要用于连接美国学校，实验室的计算机，主干网，地区网，校园网）多层次ISP互联网（ISP指网络服务提供商（Internet Service Provider），常见网络服务提供商有中国移动，中国电信，中国联通等等）多层次ISP互联网，分主干ISP（主要跨国通信），地区ISP（主要局部地区通信，例如广东移动，北京电信等等）中国创建了多个公共互联网，例如：中国电信互联网（CHINANET），中国移动互联网（CMNET），中国联通互联网（UNINET），中国教育与科研计算机网（CERNET），中国科学技术网（CSTNET）等等计算机网络层次结构（确保数据通信顺通，识别目标计算机的状态，数据是否存在错误）层次结构大概分3个，网络应用，数据通信，物理网络层次细分的话，有七层，也就是OSI七层模型（OSI国际标准定义的），而且每个层都是独立的（不干预其他层），只完成不同的工作 OSI七层模型：应用层（为计算机提供服务），表示层（数据处理），会话层（管理通信会话），传输层（管理通信连接），网络层（数据路由），数据链路层（管理节点之间的数据通信，例如传输数据到另一个局域网），物理层（计算机物理设备） OSI七层模型并没有成为广泛使用的标准，而是采用TCP/IP四层模型 TCP/IP四层模型：应用层（对于OSI七层模型的应用，表示，会话，HTTP协议），传输层（OSI七层模型的传输层，TCP/UDP协议），（OSI七层模型的网络层，IP/ICMP协议）网络层，（数据链路层和物理层，ARP/RARP协议）网络接口层计算机网络性能指标 bps=bit/s，1秒多少比特位，比特率时延：发送时延（数据bit除以bps），排队时延（数据等待被网络设备处理的时间），处理时延（数据到达目标机器后处理需要的时间），传输时延（传输路径除以bps）总时延 = 发送时延+排队时延+传输时延+处理时延往返时间RTT（Route-Trip Time）：数据报文在通信中来回一次的时间（可通过ping命令来查看RTT）物理层（连接不同的物理设备，传输比特流）物理层传输介质：双绞线（又分屏蔽和无屏蔽，区别就是增加了一层屏蔽层），同轴电缆，光纤（通过光传输，光纤内部是具有高折射率的纤芯，能折射光）电缆使用铜作为传输介质，光纤通过光来作为传输介质铜线中的电信号传播速度大约为2.3*10^8m/s 光纤中光信号的传播速度是2.0*10^8m/s 因此实质上电缆的传播速度比光纤快，因为光纤是利用光的反射来传输到远方的，实质光走的距离更长但是电缆的铜在远距离的情况下，会导致衰减（主要有2个原因导致，介质损耗（通过电磁波传导，会在介质中产生电场的电荷规则排序，这会消耗能量）和导线损耗），需要通过中继器来延续信号因此在跨市，跨城，跨省，跨国使用都是光纤（光纤的带宽比电缆好，也是一个原因），但是短距离，得益于电缆的传播速度，会更好，因此局域网内部大多使用电缆来传输（因为解析光信号，还需要个光信号调制调解器，计算机无法直接使用光纤传输的数据）比特流：通过高低电平来表示比特流，来传输数据信道（往一个方向传输信息的媒体，一个通信电路最少要有一个发送信道和接收信道）信道的分类：单工通信信道（只能往一个方向通信的信道，没有反馈的信道，例如电视机的电视闭路线），半双工通信信道（可以发送和接收信息，但是不能同时发送，同时接收），全双工通信信道（可以同时发送，同时接收）物理层会实现信道分用复用技术（提升信道的利用率）频分复用，时分复用，波分复用，码分复用数据链路层（封装成帧，透明传输，差错监测）数据帧：数据链路层中数据的基本单位，数据发送方会在网络层的一段数据的前后添加特定标记，而这一段数据就是数据帧，数据接收方根据特定标记来识别数据帧，是数据链路层内部数据处理成帧数据帧也分MAC帧（没有帧尾，因为MAC帧之间是96比特时间，帧头也是没有的，而是让物理层给MAC帧添加8bts的前导码），PPP帧（有帧头和帧尾，帧头到帧尾就是这个帧的长度）封装成帧：数据链路层会将网络层交付的数据报文添加帧头和帧尾，让其成为帧帧头和帧尾都是特定的控制字符（比特流），帧头（SOH）：00000001，帧尾（EOT）:00000100 透明传输：数据链路层对网络层提供的数据没有限制（控制字符在帧数据中，但是不会去当成数据去处理，就好像帧头和帧尾不存在一样）字节填充（对数据内部的数据填充ESC转义字符），比特填充（零比特填充法：在每5个连续的1后面插入比特0）数据链路层规定了帧的数据的长度限制，就是最大传输单元MTU（Maximun Transfer Unit）以太网的MTU（MAC帧）是1500字节路径MTU：由链路中MTU的最小值决定差错监测：因为物理层只负责传输比特流，没有控制出错的功能，因此数据链路层提供了差错监测的功能奇偶校验码：在发送的每个字节后加上一位，让字节中为1的数可以是奇数或者偶数，通过奇偶校验来确定数据是否出错，具体可以看https://zhizheng123.test.com/archives/77.html这篇文章，讲TCP的可靠性那里奇偶校验码的缺点就是如果发生2位的出错，就无法校验出来错误循环冗余校验码CRC（根据传输或者保存的数据来产生固定位数的校验码，校验码再附加到数据的后面）模二除法：通过异或来表示0或者1，例如00就是0，01就是1，异为1，或为0 选择用于校验的多项式，并且在数据后面添加多个0，添加多个0的数据，通过模二除法来除以校验的多项式的位串，得到的余数将填充到原来数据的添加多个0的位置，来得到可校验的位串假设校验的多项式为X3+X2+1，那么就是原数据后面添加3个0（添加多少个0取决多项式的最高阶，二进制位的最高位也取决于最高阶（最高幂次）二进制位数等于最高阶+1，这里就是表示的二进制位为4位的二进制数），二进制位串位计算就是1x3+1x2+0x1+1x0，就是1101 例如原数据为1010110，CRC校验码计算就是1010110000除以1101，得到的余数0001就是CRC校验码，在将原来填充0的位置填充CRC，就是10101100001，这个比特流就是要传输的数据接收数据进行校验通过，传输的数据除以位串，来得到余数，根据余数来进行判断校验（余数为0则表示数据正确）数据链路层只检测数据的错误，不会进行数据的纠错，数据错了，数据链路层将会丢弃错误的数据或者重新传输数据 MAC地址（物理地址，硬件地址，每个设备都有唯一的MAC地址，用48个比特位来表示，使用16进制） MAC地址表：映射MAC地址到硬件接口上以太网协议是数据链路层的协议，以太网协议是局域网技术，以太网协议用于完成相邻设备的数据帧传输网络层（数据路由，数据在网络传输的路径，跨局域网，跨节点）路由器的顶层是网络层，没有使用到传输层和应用层网络层的ip协议，子网划分虚拟互连网络（物理网络复杂，使用IP协议时，将无需关心物理网络的差异）网络层利用IP协议来将使用IP协议的计算机连接起来，就好像这些计算机只需要连接一个虚拟互连网络一样，无需关心底层经过了哪些网关，路由器，ISP等等，将专注于数据的转发工作 IP协议 IP地址（v4只有32位，v6有128位），ipv4使用点分十进制表示，使用4组从0到255的数字表示ip地址，ipv6使用冒分十六进制，用8组4位的16进制表示ipv6地址...