通訊基礎

1.計算機網路組件，以下圖：

    1）  節點（node）：節點主要是具備網絡地址（IP）的設備，eg：通常PC，服務器，網絡打印機，ADSL調制解調器等，但集線器不是節點，由於它不具備IP。

    2）  服務器主機（Server）：提供數據以響應給用戶的主機，如http服務器，ftp服務器等

    3）  工做站（workstation）或客戶端（client）：任何在計算機網絡中輸入的設備均可以是工做站，若以聯機發起的方向來講，主動發起聯機去請求數據的，就能夠成爲客戶端。

    4）  網絡卡（NetworkInterface Card，NIC）：內建或者外插在主機上面的一個設備，主要提供網絡聯機的卡片，目前大都使用具備RJ-45接頭的以太網絡卡。通常node上都具備一個以上的網絡卡，以達成網絡聯機的功能。

    5）  網絡形態或拓撲（topology）：各個節點在網絡上面的連接方式，通常講的是物理鏈接方式，如星形聯機方式。

    6）  路由（route）或網關（gateway）：具備兩個以上的網絡接口，能夠鏈接兩個以上不一樣的網段設備，例如IP分享器就是一個常見的網關設備，而ADSL（調制解調器）卻不是一個網關，由於調制解調器一般視爲一個在主機內的網卡設備，咱們能夠在通常PC上面透過撥號軟件，將調制解調器仿真稱爲一張實體網卡（ppp）。

2.局域網和廣域網：

    1）  局域網：節點傳輸距離較近，使用較爲昂貴的聯機材料，網絡速度較快，聯機質量較佳且可靠的網絡。eg，叢集式系統，分佈式系統。

    2）  廣域網：傳輸距離較遠，網絡速度較慢且可靠性較差。eg，email，ftp，http等。

3.OSI七層協定，如圖：

    1）  越接近硬件的階層爲底層，越接近應用程序的則是高層。接收端和發送端，每個階層只認識對方的同一階層數據。

    2）  每一個數據報的部分，上層的包裹是放在下層的數據，而數據前面則是這個數據的表頭。鏈路層是位於軟件封包（packet）以及硬件訊框（frame）中間的一層，它必須將軟件包裹放入硬件可以處理的包裹中，所以這個階層又分爲兩個子層處理對應的數據，在數據報文中多了兩個校驗位。

    3）  各層負責的功能分別爲：

    物理層（實體層）：因爲網絡媒體只能傳送0與1這種位串，所以物理層必須定義所使用的媒體設備的電壓與信號等，同時還必須瞭解數據訊框轉成位串的編碼方式，最後鏈接實體媒體並傳送/接受位串。

    數據鏈路層：分兩個子層，偏硬件媒體部分，主要負責的是MAC（Media Access Control），咱們稱這個數據包裹爲MAC訊框，MAC是網絡媒體所能處理的主要數據包裹，這個也是最終被物理層編碼成位串的數據。MAC必需要經由通信協議來取得媒體的使用權。偏向軟件部分則是由邏輯連接層（logical link control，LLC）所控制，主要是多任務處理來自上層的封包數據並轉成MAC的格式，負責的工做包括訊息交換，流量控制，失誤問題的處理等等。

    傳輸層：這一層定義了發送端和接收端的聯機技術（如TCP，UDP技術），同時包括該技術封包格式，數據封包的傳輸，流程的控制，傳輸過程的偵測檢查與復原從新傳送等等，以確保各個資料封包能夠正確無誤的到達目的端。

    會話層：這層主要定義了地址之間的聯機信道之鏈接與掛斷，此外，亦可創建應用程序的對話，提供其餘增強型服務如網絡管理，簽到簽退，對話控制等等。若是傳輸層是判斷資料封包是否能夠正確的到達目得地，那麼會話層則是肯定網絡服務創建聯機的確認。

    表現層：將本地端應用程序的數據格式轉換（或者是從新編碼）成爲網絡的標準格式，而後再交給底下傳送層等的協議來進行處理，因此這個層級上主要定義的是網絡服務（或程序）之間的數據格式的轉換，包括數據的加密也是在這個分層上面處理。

    應用層：應用層並不屬於應用程序全部，而是定義應用程序如何進入磁層的溝通接口，以將數據接收或者傳送給應用程序，最終展現給用戶。

4.TCP/IP協議

    1）  OSI與TCP/IP協議的關係以下圖：

    

    2）  傳輸層按數據傳送的可靠性將封包格式分爲鏈接導向的TCP及非鏈接導向的UDP分包格式

5.TCP/IP鏈路層相關協議

    1）  廣域網使用的設備

    傳統電話撥接：透過ppp（Point-to-PointProtocol）協議，早期網絡大概都只能透過調制解調器加上電話線以及計算機的九針串行端口（之前接鼠標或遊戲杆的插孔），而後透過ppp協議配合撥接程序來取得網絡IP參數，這樣就可以上網了。但這樣速度很是慢，並且當電話撥接後，就不可以講電話了。ppp支持TCP/IP，NetBEUI，IPX/SPX等通信協議，因此使用度很是高。

    整合服務數字網路（Integrated Service Digital Network，ISDN）：也是利用現有的電話線路來達成網絡聯機的目的，只是鏈接的兩端都須要有ISDN的調制解調器來提供聯機功能。ISDN的傳輸有多種通道可供使用，而且能夠將多個信道整合應用，所以速度能夠成倍成長。基本的B信道速度約爲64Kbps。

    非對稱數位用路迴路（Asymmetric Digital Subsciber Line，ASDL）:透過pppoe協議，也是透過電話來撥接後取得IP的一個方法，只不過這個方式使用的是電話的高頻部分，與通常講電話的頻率不一樣。所以能夠一邊使用ADSL上網同時透過同一個電話號碼來打電話聊天。

    電纜調制解調器：主要透過有線電視使用的纜線做爲網絡訊號媒體，一樣須要具有調制解調器來鏈接到ISP，以取得網絡參數來上網。

    2）  局域網使用的設備——以太網

    以太網的傳輸速率與標準：

    以太網絡（Ethernet）：速度，10Mbs

    高速以太網絡（Fast Ethernet）：速度，100Mbs，網絡線等級，CAT 5

    超高速以太網絡（Gigabit Ethernet）：速度，1000Mbs，網絡線等級，CAT 5e/Cat 6

    3）  以太網的網絡線接頭（跳線/並行線）：目前以太網最多見的是RJ-45網絡接頭，共有八蕊，根據每條蕊線的對應不一樣而分爲568A與568B接頭，這兩款接頭的對應蕊線以下：

    568A：1，白綠；2，綠；3，白橙；4，藍；5，白藍；6，橙；7，白棕；8，棕

    568B：1，白橙；2，橙；3，白綠；4，藍；5，白藍；6，綠；7，白棕；8，棕

    實際上只用1，2，3，6蕊而已，其餘則是某些特殊場合纔用到。根據接頭的不一樣，網絡線又可分爲：

       跳線：一邊爲568A一邊爲568B的接頭時稱爲跳線，用在直接連接的兩部主機的網絡卡

    並行線：兩邊接頭同爲568A或同爲568B時稱爲並行線，用在連接主機網絡卡與集線器之間的線材。

    4）  以太網的傳輸協議：CSMA/CD

    以太網絡的傳輸主要就是網絡卡對網絡卡之間的數據傳遞而已。每張以太網卡出廠時，就會賦予一個獨一無二的卡號，那就是所謂的MAC（Media Access Control）。理論上，網卡卡號是不能修改的，不過某些筆記本電腦的網卡卡號是可以修改的。以太網網卡之間數據是經過CSMA/CD（Carrier Sense Multiupe Access with Collision Detection，帶有衝突監測的載波偵聽多址訪問，IEEE 802.3的標準）傳輸的。

    集線器：一種網絡共享媒體，網絡共享器在單一時間點內，僅能被一部主機所使用。

    CSMA/CD的傳輸流程：

    監聽媒體使用狀況：在發送網絡封包前，須要先對網絡媒體進行監聽，確認沒人使用後，纔可以發送訊框。

    多點傳輸：當一個主機將訊息發送給集線器時，集線器會複製一份，而後傳送給全部鏈接到此集線器的主機，只是非目標主機會將該封包丟棄。

    碰撞偵測：當兩臺以上的主機同時發送訊框時，兩臺主機發送的訊框會損毀，而後這些主機各自隨機等待一個時間，從新發送訊框。

    5）  以太網絡標準訊框大小爲1500bytes。

6.MAC封裝格式：

    1）  MAC就是訊框（frame），這個訊框包含了兩個重要的數據，就是目標與來源網卡卡號，所以咱們又簡稱網卡卡號爲MAC。MAC能夠理解爲一個在網絡線上面傳遞的包裹，而這個包裹是整個網絡硬件上面傳送數據的最小單位。MAC的格式以下圖：  

    目的地址與來源地址指的是網卡卡號（hard address，硬件地址），硬件地址00:00:00:00:00:00到FF:FF:FF:FF:FF:FF（16進位法）這6bytes中，前三bytes爲廠商的代碼，後3bytes則是該廠商自行設定的裝置碼了。須要注意的是：在MAC的傳送中，網絡卡卡號僅在局域網內生效。另外要注意的上面主要資料的最小單位是46Bytes，那是由於CSDA/CD要偵測碰撞，則訊框數據量最小得有64Bytes，減去來源地址，目標地址，檢查碼（前導碼不算），就獲得數據量最小有46Bytes了，若是傳輸的數據小於4Bytes，那咱們的系統會主動填上一些填充碼。

7.MTU最大傳輸傳輸單位：

    1）  標準以太網絡訊框所能傳送的數據量的最大能夠達到1500Bytes，這個數值就叫作MTU（Maximumu Transmission Unit，最大傳輸單位）。

    2）  IP封包最大能夠到65535bytes，比MTU大不少，但IP封包能夠拆成小的訊框，來發送。

    3）  GIgabit的以太網絡媒體支持Jumbo Frame其MTU爲9000，但通用性還不是很好。

8.集線器、交換機相關機制

    1）  交換器（switch）與集線器最大的差別，在於交換器內有一個特別的內存，這個內存能夠記錄每一個switch port與其鏈接的PC的MAC地址，因此，當來自switch兩端的PC要互傳數據時，每一個訊框將直接透過交換器的內存數據而傳送到目標主機上，因此switch不是共享媒體，且switch的每一個端口都具備獨立的帶寬。

    2）  交換機已經克服了封包碰撞問題。

    3）全雙工與半雙工：八蕊的網線實際上僅有兩對被使用，一對用在傳送，另外一對用在接收。若是兩端的PC同時支持全雙工時，那表示Input/Output都可達到10/100bps，亦即數據的傳輸與接收都可達到10/100bps，總帶寬則可達到20/200Mbps，若是網絡環境要達到全雙工，就不能使用Hub（集線器）了，由於網絡腳位的關係，沒法使用共享媒體來達到全雙工（能夠用支持全雙工的switch）。