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Jetbrains全系列IDE稳定放心使用

这系列文章为计算机网络理论的学习笔记，学习笔记基于老师给的的PPT、他人学习笔记和维基百科、百度百科等一系列权威资料。学习笔记仅个人学习用，便于记录和复习，无广泛传播之意，若有侵权，请联系我删除。欢迎各位大佬指正和交流。

每部分都有相应的实验swf文件，便于大家更好的理解学习，由于CSDN不方便放出，有需要的可以找博主私信要。

1 局域网基本原理

局域网就是一个局部区域网络，分布范围有限，可大可小，大到一栋建筑楼与相邻建筑之间的连接，小到可以是学校机房之间的联系。

局域网自身相对其他网络传输速度更快，性能更稳定，框架简易，并且是封闭性的。

1.1 局域网与OSI参考模型

1.1.1 关于LLC和MAC的基本概念

LLC（Logical Link Control，逻辑链路控制）：局域网中数据链路层的上层部分，用户的数据链路服务通过LLC子层为网络层提供统一的接口。
MAC（Media Access Control，媒体接入控制）：介质访问控制子层，与物理层相关。MAC不是物理层！！！

在这里插入图片描述

1.1.2 OSI参考模型与局域网的对照

1.1.3 主要局域网技术

//具体内容，百度一下，你就知道

1.2 以太网技术基础（传输介质）

1.2.1 技术介绍

早期的以太网使用粗同轴电缆 (10BASE5)、细同轴电缆(10BASE2)和双绞线（10BASE-T）在总线型拓扑中连接计算机。
关于 10BASE2-T 的名称解释： 10 – 10 MBps； BASE – 基带传输； 2 – 传输距离/百米； T – 传输介质

最初的同轴粗缆和同轴细缆等物理介质被早期的 UTP 类电缆所取代。经过改良，物理拓扑改为使用集线器(Hub)与主机构成的物理星型拓扑。

1.2.2 MDI/MDIX

同类接口互连用交叉线，异类接口互连用直连线。
H3C以太网交换机支持MDI/MDIX自适应，不必考虑连线类型。

1.2.3 10BASE-T线缆和接口

1.2.4 CSMA/CD载波侦听 (多路访问介质中)

1.2.5 CSMA/CD冲突检测和退避 (多路访问介质中)

1.2.6 单播与广播

接收地址包括本卡（本地网卡）MAC地址、广播地址和本机所属组播组地址。
网卡丢弃与本卡（本地网卡）接收地址不匹配的帧。
网卡解开与本卡（本地网卡）接收地址匹配的帧，将数据递交上层处理。

1.2.7 以太网流量控制

在半双工线路上采用背压式流控

接收方反向发送电压信号制造冲突，使发送方停止发送。

在全双工线路上采用802.3 PAUSE流控

接收方向保留组播地址01-80-C2-00-00-01反向发送PAUSE帧，通知发送方停止发送。

1.2.8 关于全双工和半双工的工作原理

无论是全双工还是半双工都支持双向传输。

1.3 现代以太网技术

1.3.1 单模光纤与多模光纤

单模光纤

单模光纤(Single Mode Fiber)，光以一特定的入射角度射入光纤，在光纤和包层间发生全发射，当直径较小时，只允许一个方向的光通过，即为单模光纤。

单模光纤的中心玻璃芯很细，芯径一般为8.5或9.5μm，并在1310和1550nm的波长下工作。

多模光纤

多模光纤(Multi Mode Fiber)，就是允许有多个导模传输的光纤。多模光纤的纤芯直径一般为50μm/62.5μm，由于多模光纤的芯径较大，可容许不同模式的光于一根光纤上传输。

多模的标准波长分别为850nm和1300nm。还有一种新的多模光纤标准，称为WBMMF(宽带多模光纤)，它使用的波长在850nm到953nm之间。

单模光纤的纤芯与光波长相同，传送单一波长的光。
多模光纤的纤芯较粗，传输多种不同波长不同角度的光。
单模光纤衰耗小，传输距离可达数十千米。
多模光纤衰耗大，传输距离通常在千米以内吧。
单模光纤成本高，多模光纤成本低。

1.3.2 模拟信号的数字转换

脉冲编码调制的步骤：取样 ==> 量化 ==> 编码（二进制编码）

高电平1 低电平 0

1.3.5 交换机扩展以太网拓扑

冲突域的内容在：《以太网交换机 VLAN 生成树协议》

作用：

隔离冲突域，避免冲突域过大。
进一步扩大物理连接范围。
提高以太网带宽利用率，增加吞吐量。
适应不同的速率和不同的双工状况。

关于Hub和Switch，可以看对应的swf文件了解工作原理，博主就不录制动画了。

1.4 WLAN技术基础

WLAN，即Wireless Local Area Network，指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。

利用射频技术，使用电磁波，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络，在空中进行通信连接，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。

具有安装便捷、部署简单、易于进行网络规划和调整、灵活性和移动性高、故障定位容易、易于扩展等优点。

1.4.1 802.11协议

802.11协议的发展

	802.11	802.11b	802.11a	802.11g
标准发布时间	July 1997	Sept 1999	Sept 1999	June 2003
合法频宽	83.5MHz	83.5MHz	325MHz	83.5MHz
频率范围	2.400-2.483GHz	2.400-2.483GHz	5.150-5.350GHz 5.725-5.850GHz	2.400-2.483GHz
非重叠信道	3	3	12	3
调制技术	FHSS/DSSS	CCK/ DSSS	OFDM	CCK/OFDM
物理发送速率	1, 2	1,2,5.5, 11	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54	6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54
无线覆盖范围	N/A	100M	50M	<100M
理论上的最大UDP吞吐量(1500 byte)	1.7 Mbps	7.1 Mbps	30.9 Mbps	30.9 Mbps
理论上的TCP/IP吞吐量 (1500 byte)	1.6 Mbps	5.9 Mbps	24.4 Mbps	24.4 Mbps
兼容性	N/A	与11g产品可互通	与11b/g不能互通	与11b产品可互通

802.11b/g工作频段划分图

802.11无线网络的介质访问控制

1.4.2 无线覆盖原则－蜂窝式覆盖

任意相邻区域使用无频率交叉的频道，如1、6、11频道。（此处的1、6、11指的是802.11b/g工作频段划分图的频道）
适当调整发射功率，避免跨区域同频干扰。
蜂窝式无线覆盖实现无交叉频率重复使用。

无线网络典型部署应用

1. 热点覆盖

2. 办公地点无线互连

2 广域网基本原理

广域网 WAN是连接不同地区局域网(LAN)或城域网(MAN)计算机通信的远程网。覆盖的物理范围从几十公里到几千公里不等，基于电信运营商的通信网络设施建立远程连接，能连接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。

广域网 ≠ 互联网

2.1 广域网和OSI参考模型对照

广域网技术对应于OSI模型的数据链路层和物理层

2.2 广域网的连接方式

广域网连接方式分为专线方式、电路交换方式和分组交换方式。

2.3 点到点广域网技术介绍

专线连接模型：相当于有线连接。

用光缆、电缆，或者通过卫星、微波等无线通信方式，或租用电话专线、*N专线将网络连通。

点到点永久性独占线路，固定带宽。
典型技术：异步模拟专线、同步数字专线

电路交换连接模型：相当于拨号上网。

按需拨号建立连接，暂时性独占线路，带宽固定。
典型技术：PSTN、ISDN

2.4 分组交换广域网技术介绍

分组交换连接模型：在通信过程中，通信双方以分组为单位、使用存储-转发机制实现数据交互的通信方式，被称为分组交换。

分组交换的本质就是存储转发，它将所接受的分组暂时存储下来，在目的方向路由上排队，当它可以发送信息时，再将信息发送到相应的路由上，完成转发。

存储转发的过程就是分组交换的过程。

一个端系统设备可以通过虚电路连接到多个通信对端。

典型技术：X.25、帧中继、ATM……

3 IP基本原理

3.1 IP协议概述

IP是Internet Protocol（网际互连协议）的缩写，是TCP/IP体系中的网际层协议。

IP协议规定了数据的封装方式，网络节点的标识方法，用于网络上数据的端到端的传递。

IP是整个TCP/IP协议族的核心，也是构成互联网的基础。

3.1.1 IP及其相关协议

TCP：传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
UDP：用户数据报协议为应用程序提供一种无需建立连接就可以发送封装 IP 数据包的方法。

IP、TCP、UDP都有对应的swf文件，可以帮助理解他们的工作原理。

UDP协议与TCP协议都用于处理数据包。

在OSI模型中，两者都位于传输层，处于IP协议的上一层。

网络层包括：IP协议、ICMP控制报文协议、ARP地址转换协议、RARP反向地址转换协议。

IP是网络层的核心，通过路由选择将下一跳IP封装后交给接口层。IP数据报是无连接服务。

ICMP是网络层的补充，可以通过Ping命令回送报文，用来检测网络是否通畅。Ping命令就是发送ICMP的echo包，通过回送的echo relay进行网络测试。

ARP是正向地址解析协议，通过IP地址寻找对应主机的MAC地址。

RARP是反向地址解析协议，通过MAC地址确定IP地址。比如无盘工作站和DHCP服务。

网络接口层：网络接口层不是一个独立的层次，只是一个接口。TCP/IP并没有对他定义什么具体的协议。

网络接口层可以使用各种网络，如LAN、MAN、WAN，甚至点对点链路。

3.1.2 IP的主要作用

标识节点和链路

用唯一的IP地址标识每一个节点。

用唯一的IP网络号标识每一个链路。

寻址和转发

确定节点所在网络的位置，进而确定节点所在的位置。

IP路由器选择适当的路径将IP包转发到目的节点。

适应各种数据链路

根据链路的MTU对IP包进行分片和重组。

为了通过实际的数据链路传递信息，须建立IP地址到数据链路层地址的映射。

3.1.3 IP网络的结构

IP网络由多个网段构成，每个网段对应一个链路。
路由器负责将网段连接起来，适配链路层协议，在网络之间转发数据包。

3.1.4 IP头格式

3.2 IP地址和地址映射

这部分内容也有对应的swf文件，可以先看看ARP.swf

3.2.1 IP 地址格式和表示方法

32位IP地址分为网络号和主机号两部分，用以标识网络和主机，网络号和主机号各有16位，每8位为1个块，每块由0和1组成，用二进制转换后表示IP地址。

3.2.2 网络号和主机号

网络号用于区分不同的IP网络。
主机号用于标识该网络内的一个IP节点。

3.2.3 IP地址分类

特殊的IP地址

3.2.4 ARP

ARP协议用于把已知的IP地址解析为MAC地址。

3.2.5 RARP

RARP用于在数据链路层地址已知时解析IP地址

3.3 IP包转发

主机将跨网段IP包交给默认网关，路由器负责跨网段转发数据包。

3.3.1 主机单播IP包发送

若目的地址所处网络号与本机所处网络号相同，则目的处于直连网段。

3.3.2 路由器单播IP包转发

若目的地址所处网络号与本机任一接口的网络号相同，则目的处于相应接口直连网段。
路由器通过查找路由信息判断下一跳路由器地址。

3.3.3 主机接收IP包

如果IP包的目的地址符合下列情况之一，则主机接收此包，否则主机的网络层丢弃此IP包。

目的IP地址等于自己的IP地址。
目的IP地址是一个广播地址。
目的IP地址是一个组播地址，而本机的某个服务属于此组播组。

3.3.4 广播风暴

路由器转发广播将导致全网充斥广播，可能引发广播风暴。
路由器默认不转发广播。

3.4 其他相关协议介绍

3.4.1 代理ARP

可以看 ARP_IP_Indirect_delivery.swf 文件进行理解学习。

3.4.2 ICMP

ICMP定义了网络层控制和传递消息的功能。

ICMP定义了错误报告和其它关于IP数据包处理情况的消息。
ICMP可用于报告IP数据包传递过程中发生的错误、失败等信息，提供网络诊断等功能。
ICMP消息可分为ICMP差错消息和ICMP查询消息。

4 TCP和UDP基本原理

TCP和UDP通过端口号标识上层应用和服务

4.1 TCP/IP传输层的作用

提供面向连接或无连接的服务
维护连接状态
对应用层数据进行分段和封装
实现多路复用
可靠地传输数据
执行流量控制

4.2 TCP基本原理

可以看TCP-flow.swf进行学习。

TCP通过校验和进行差错校验，通过序列号确认和超时重传机制实现可靠传输，通过滑动窗口实现流量控制。

4.2.1 TCP封装

4.2.2 TCP三次握手（建立连接）

TCP三次握手的过程如下：

客户端发送SYN（SEQ=x）报文给服务器端，进入SYN_SEND状态。
服务器端收到SYN报文，回应一个SYN （SEQ=y）的ACK（ACK=x+1）报文，进入SYN_RECV状态。
客户端收到服务器端的SYN报文，回应一个ACK（ACK=y+1）报文，进入Established状态。

三次握手完成，TCP客户端和服务器端成功地建立连接，可以开始传输数据了。

4.2.3 TCP四次握手（连接终止）

TCP四次握手的过程如下：

（1）某个应用进程首先调用close，称该端执行“主动关闭”（active close）。该端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。

（2）接收到这个FIN的对端执行 “被动关闭”（passive close），这个FIN由TCP确认。

注意：FIN的接收也作为一个文件结束符（end-of-file）传递给接收端应用进程，放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后，因为，FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。

（3）一段时间后，接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN。

（4）接收这个最终FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的那一端）确认这个FIN。 [3]

既然每个方向都需要一个FIN和一个ACK，因此通常需要4个分节。

无论是客户还是服务器，任何一端都可以执行主动关闭。

通常情况是，客户执行主动关闭，但是某些协议，例如HTTP/1.0却由服务器执行主动关闭。

4.3 UDP基本原理

可以看UDP.swf进行学习。

UDP实现简单，资源占用少，实时性强，适用于可靠性高的网络和延迟敏感的应用

4.3.1 UDP封装

4.4 TCP与UDP的对比

TCP 是面向连接的传输控制协议，而UDP 提供了无连接的数据报服务；

TCP 具有高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序；UDP 在传输数据前不建立连接，不对数据报进行检查与修改，无须等待对方的应答，所以会出现分组丢失、重复、乱序，应用程序需要负责传输可靠性方面的所有工作；

UDP 具有较好的实时性，工作效率较 TCP 协议高；

UDP 段结构比 TCP 的段结构简单，因此网络开销也小。

TCP 协议可以保证接收端毫无差错地接收到发送端发出的字节流，为应用程序提供可靠的通信服务。对可靠性要求高的通信系统往往使用 TCP 传输数据。

发布者：全栈程序员-用户IM，转载请注明出处：https://javaforall.cn/180229.html原文链接：https://javaforall.cn

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