（day1）计算机基础———计算机网络

前言

计算机网络，包括计算机网络体系结构、OSI模型各层级特点和功能、网络协议(如HTTP、TCP、UDP等)、网络设备(如路由器、交换机)等;

根据上一个复习的进度来看，复习是很难复习完的，而且也不能复习的太深，最主要的还是要先复习重点章节，重点概念，然后才是次要章节，次要概念。

这次的策略是先复习了重点章节和重点概念，然后刷题，错误的同时把相应的章节概念同时复习一下。也就是（重点章节+刷题+补充复习）

重点

一、介绍一下五层协议

二、说一说OSI七层模型

三、说一说TCP/IP四层模型

四、介绍一下域名系统

五、HTTP请求过程

六、简述HTTP中GET和POST的区别

七、HTTP与HTTPS区别

八、请简述一下TCP和UDP，以及它们的区别

九、说一说TCP的三次握手

十、IP地址分为哪几类？简单说一下各个分类

附加题：简述一下Cookie 和 Session的区别

---

总的来说，得复习ISO模型，复习比较常见的概念先。

一、概论

互联网的组成： 边缘部分： 由所有连接在互联网上的主机组成 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。（提供连通性和交换）

边缘部分

处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统 (end system)

端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：

客户-服务器方式（C/S方式）即 Client/Server 方式，简称为 C/S 方式。
客户端特点：
- 被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
- 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。 
服务店特点：
- 一直不断地运行着，被动地等待。服务器程序不需要知道客户程序的地址。
- 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持

客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。

对等方式（P2P方式）即 PeertoPeer 方式 ，简称为 P2P 方式。
- 每一个主机既是客户又是服务器。
- 对等连接工作方式可支持大量对等用户（如上百万个）同时工作。

互联网的核心部分采用了分组交换技术。

1. 电路交换

“交换”(switching)的含义就是转接 —— 把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。

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）。

特点：计算机数据具有突发性、通信线路的利用率很低

1. 分组交换

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。

• 添加首部构成分组
• 分组交换的传输单元
• 收到分组后剥去首部
• 最后还原成原来的报文

分组交换的传输单元

• 每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）等控制信息。
• 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
• 每个分组在互联网中独立地选择传输路径。
• 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。

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：
  • 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
  • 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；
  • 把分组送到适当的端口转发出去。

分组交换带来的问题

• 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。
• 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。

• 若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。
• 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
• 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

1. 几种不同类别的网络

范围分类：

• 广域网 WAN (Wide Area Network)：作用范围通常为几十到几千公里。
• 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)：作用距离约为 5~50 公里。
• 局域网 LAN (Local Area Network) ：局限在较小的范围（如 1 公里左右）。
• 个人区域网 PAN (Personal Area Network) ：范围很小，大约在 10 米左右。
• 若中央处理机之间的距离非常近（如仅 1 米的数量级甚至更小些），则一般就称之为多处理机系统，而不称它为计算机网络。

使用者分类：

• 公用网 (public network) ：按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网。
• 专用网 (private network) ：为特殊业务工作的需要而建造的网络。

公用网和专用网都可以提供多种服务。如传送的是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用计算机网络。

用来把用户接入到互联网的网络： 接入网 AN (Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网。 接入网是一类比较特殊的计算机网络，用于将用户接入互联网。 接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分。 接入网是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器（也称为边缘路由器）之间的一种网络。 从覆盖的范围看，很多接入网还是属于局域网。 从作用上看，接入网只是起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用。

1. 计算机网络的性能指标 速率 带宽 吞吐率 时延 时延带宽积 往返时间 RTT 利用率

速率：比特（bit）是计算机中数据量的单位。速率的单位是 bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s等。速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。

带宽:用来表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是 bit/s

吞吐量:单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

时延:时延 (delay 或 latency) 是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。分为：发送时延、传播时延、处理时延、排队时延

对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。

以下说法是错误的： “在高速链路（或高带宽链路）上，比特会传送得更快些”。

时延带宽积：链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

往返时间:往返时间 RTT (round-trip time) 表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。

在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。

当使用卫星通信时，往返时间 RTT 相对较长，是很重要的一个性能指标。

利用率:分为信道利用率和网络利用率。

• 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。 完全空闲的信道的利用率是零。
• 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

信道利用率并非越高越好。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。

1. 网络协议

网络协议 (network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

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。

OSI 的七层协议体系结构的概念清楚，理论也较完整，但它既复杂又不实用。

TCP/IP 是四层体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。

但最下面的网络接口层并没有具体内容。

因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构 。

OSI 参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的**协议数据单元 PDU **(Protocol Data Unit)。这个名词现已被许多非 OSI 标准采用。

任何两个同样的层次把数据（即数据单元加上控制信息）通过水平虚线直接传递给对方。这就是所谓的“对等层”(peer layers)之间的通信。

各层协议实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定。

二、物理层

1. 物理层的基本概念

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。 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。 用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。

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。 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。 过程特性 ：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

1. 数据通信的基础知识

模型

基本概念

基带信号（即基本频带信号）—— 来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。

基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制 (modulation)。

调制分为两大类：

• 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。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码 (coding)。
• 带通调制：使用载波 (carrier)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） 。
• **带通信号 **：经过载波调制后的信号。

常用编码方式

• 不归零制：正电平代表 1，负电平代表 0。
• 归零制：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。
• 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。
• 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。

曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力。

基本的带通调制方法：

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。
正交幅度调制（QAM，Quadrature Amplitude Modulation）是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式。这两个载波通常是相位差为90度（π/2）的正弦波，因此被称作正交载波。这种调制方式因此而得名。

信道的极限容量

限制码元在信道上的传输速率的因素：信道能够通过的频率范围、信噪比

奈氏准则

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。

信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为S/N，并用分贝 (dB) 作为度量单位。即：信噪比(dB) = 10 log10(S/N ) (dB)

香农 (Shannon) 用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率（香农公式）。

香农公式表明

• 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
• 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。

ps:用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。

1. 物理层下面的传输媒体

导引型传输媒体:屏蔽双绞线 STP、无屏蔽双绞线 UTP 导引型传输媒体:同轴电缆、光缆

1. 信道复用技术

时分复用TDM (Time Division Multiplexing)： 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。

统计时分复用 STDM (Statistic TDM)

波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)

码分复用 CDM (Code Division Multiplexing) ：每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片 (chip)。

CDMA 的重要特点：

• 每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交 (orthogonal)。
• 在实用的系统中是使用伪随机码序列。

三、数据链路层

链路 (link) 是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。

数据链路 (data link) 除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

三个基本问题：

发送端的数据链路层在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(其十六进制编码是1B)。

透明：“在数据链路层透明传送数据”表示无论发送什么样的比特组合的数据，这些数据都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。

差错检测：在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变成 0， 而 0 也可能变成 1。

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)。

适配器的作用

网络接口板又称为通信适配器 (adapter) 或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“网卡”。 
适配器的重要功能：
进行串行/并行转换。
对数据进行缓存。
在计算机的操作系统安装设备驱动程序。
实现以太网协议。

CSMA/CD：

CSMA/CD 含义：载波监听多点接入 / 碰撞检测  (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 。
“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。 
总线上并没有什么“载波”。因此， “载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。

碰撞检测：

“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。
每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。 ![image-15](/assets/blog_res/2023-10-14-jisuanjijichu3/image-15.png)
争用期：最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2 （两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。以太网的端到端往返时延 2  称为争用期，或碰撞窗口。

虚拟局域网

虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。

网络层

（哎，又犯错，不够时间了，得抓重点了，还是不每章都看才行，剩下时间单看，重点和记不住的才记录

IP地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又译为网际协议地址。