网络通信基础

1 基本概念

• 网络种类:局域网（LAN,1km-10km），广域网（WAN，100km-1000km），城域网（MAN，10km以上），网际（Internet，1000km以上）

• 网络拓扑结构：（以点和线表示网络设备的物理链接结构）
  星型，环形，总线型，树型，网状型（广域网）

信道

• 信号传输的通道（若单位是1字节，则串行通信使用 1 信道，并行使用 8 信道）
• 信号速率：衡量数字信号，即单位时间内所传输的 bit 的位数 (bit/s)
• 波特率：衡量模拟信号，信号在调制过程中，调制状态每秒转换的次数，波特率（Baud/s)
• 信道带宽：单位为赫兹（Hz）？，范围上限减去范围下限
• 信道容量：信道传输数据速率的上限，单位时间内能够传输的最大比特数，超过这个上限信号将失真

信道容量与信道带宽成正比关系，信号带宽越宽，该信道的最高传输速率越大

通信方式

• 单工：一方只能收，一方只能发。如电视，广播
• 半双工：两方都能够收发，但在同一时刻，只能一方收，一方发。如对讲机
• 全双工：双方可以同时收发数据。如电话

同步技术：有效通信，就需要使数据的速率，每个比特持续的时间和时间间隔都必须相同

• 异步通信方式：发送端在每个字符上都要加上 1个起始位和 1~2 个停止位，接收端通过这个来判断一个新字符的开始和结束
• 同步通信方式：传输的信息是由二进制位组成的块（帧），块的首尾使用一个同步字符（SYN）来标识通信开始和结束

2 数据交换技术

将数据从一台主机传输到另一台主机的技术

电路交换

• 过程：线路建立 - 数据传输 - 线路释放
• 数据传输：建立一条实际的专用物理通路，进行点对点通信，专用，独占，即使空闲其他用户也不能使用，不具备容错控制能力，不具备数据存储能力

存储转发交换

交换设备先将途经的数据按数据单元储存，再选择合适的链路转发

• 报文交换：交换设备先将整个报文接收并储存，然后选择合适的链路发送到下一个节点
• 分组交换：与报文交换的本质区别在于参与交换的数据的长度不同，数据分组可以通过不同的路由先后到达同一个目标主机。然后目标主机根据分组顺序进行还原
  • 数据报分组交换：对数据报进行分割，将分组发往目标主机，到达顺序不能保证
  • 虚电路交换：在发送前先建立一条链路，所有数据只能通过该条链路到达目标主机，每个分组经过每个节点时仍需要存储，并等待队列输出

虚电路交换 对比.png

3 OSI 和 TCP/IP 模型

OSI 七层模型

• 物理层（bit）：传输比特流，传输信息所利用的物理传输介质不在物理层内
• 数据链路层（Frame-帧）：产生和识别帧边界，提供差错控制和流量控制的方法，保证数据在物理线路上的无差错传输，协议代表：SDLC, HDLC, PPP
• 网络层（packet-包，数据分组）：进行路由选择，阻塞控制，协议代表：IP，IPX，RIP
• 传输层（Message-报文）：形成报文，报文分组。为上层提供可靠的端到端服务（端到端：相互通信的两个节点不是直接通过传输介质联系起来的），协议代表：TCP，UDP，SPX
• 会话层：在文件传输过程时建立的连接突然断掉，是从文件开头重新穿还是断点续传，协议代表：NetBIOS
• 表示层：数据格式的转换，加解密，压缩与恢复，协议代表：ASCII，UTF8，JPEG
• 应用层：文件传输，电子邮件，远程登录等功能，协议代表：HTTP，Telnet，FTP，SNMP

TCP/IP 模型

实际上是一个协议簇，除了核心协议 TCP 和 IP 之外还包括一系列其他协议

• 主机—网络层：模型指出在这层上必须具有物理层和数据链路层的功能，包括了：以太网协议（Ethernet）、令牌环网协议（Token Ring）、分组交换协议（X.25）
• 互联层（Internet Layer）：提供无连接服务，负责将数据分组从源主机发送到目的主机。主机可以在同一个物理网内也可以在不同物理网内。定义了正式的数据分组协议，网际协议（IP），和控制协议（控制报文协议，地址解析协议，反向地址解析协议）
• 传输层：定义了两个端到端的协议（TCP - 面向连接 和 UDP - 无连接 协议）
• 应用层：向用户提供常用的应用程序：协议分为3类：面向连接的TCP，如文件传输协议，电子邮件协议；依赖于无连接的 UDP，如 聊天信息；依赖于两者的：域名系统协议

OSI和TCP/IP模型的比较

• 相似性：都是基于独立的协议栈概念（协议栈：从上到下的单向依赖关系）
• 区别：
  • OSI：7层模型，模型产生在协议发明之前，明确区分了服务，接口和协议，思想与面向对象思路类似。会出现在具体的层不知道用什么协议
  • TCP/IP：4层模型，先有协议，模型是对协议的描述。
  • 层之间的区别：
    • 网络层：OSI 支持无连接和面向连接通信，TCP 仅有无连接通信
    • 传输层：OSI 只有面向连接的通信，TCP 支持两种通信方式

什么是面向连接和无连接通信？
面向连接的通信，建立了一条数据通信信道，通信过程包括：建立通 道 - 传输数据 - 释放通道。而无连接通信不需要建立通道，它只要将数据分组发出就行，由于没有建立通道，数据到达目标主机的顺序可能不同，可能需要进行排序，当分组出错了，就要求重发。

• 性能比较：大多数网络上只有相对较少的错误，被破坏的分组很少，不需要很多时间来重发
• 面向连接的通信慢在哪？？？是建立通道和释放通道需要的时间长吗？

• http（超文本传输协议）：
  超文本：用超链接的方法，将各种不同空间的文字信息组织在一起的网状文本

4 网络互联

互联需要解决的问题：

类型

• LAN to LAN：通过网桥来实现
• LAN to WAN：通过路由器或者网关来实现
• LAN to WAN to LAN：通过路由器和网关实现
• WAN to WAN：通过路由和网关实现

网络互联设备

• 中继器：工作在物理层，作用为：对信号进行整形，放大，复制，以延伸网络
• 集线器：一种特殊的中继器，具有多端口（集线器平分带宽，交换器独享带宽）
• 网桥：工作在数据链路层，对数据帧进行存储，校验，转发
  • 可实现不同结构，类型局域网的互联
  • 可互联范围大
  • 可隔离错误信息
• 路由器：工作在网络层，功能：包过滤，存储转发，路径选择和协议转换
  将数据包从一个网络送到另一个网络中，包括选择合适的路径和数据包转发。接收的数据包中包含目的地的 IP 地址，路由器根据路由表选择最佳的路径来传输数据
  • 路由协议：RIP(routing information protocal) 使用跳数来衡量到达目的地的距离；OSPF；BGP
• 网关：工作在 4~7 层，实现应用系统级网络互联。具有路由其功能，还要实现网际协议的转换（将不是使用 TCP/IP 协议的网络，转换后，接入 Internet）

B/S(Browser/Server) 架构

B/S结构

• 概念: web 浏览器 通过 web 服务器与数据库进行数据交互
• 特点: 不需要另外再装软件了, 只要有 web 浏览器就能够进行工作