【软考】 5 计算机网络
数据通信、资源共享、负载均衡、高可靠性
- 分类：局域网LAN 1000m、城域网MAN 10km、广域网WAN
网络拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、分布式
5.1 七层模型
物链网输会示用
物理层
二进制数据传输，物理链路和物理特性相关
设备：中继器（扩大信号）、集线器Hub（多路中继器）
数据链路层
数据封装成帧传输，传输到局域网内的物理主机
设备：网桥（分析帧地址）、交换机（多口网、mac地址表）
网络层
数据分组传输和路由选择，传输到互联网的网络主机
设备：路由器（连接多个逻辑上分开的网络、路由选择）
应用层
- 传输层：端到端的链接，传输到主机端口
- 会话层：管理主机之间的会话，提供会话管理服务（建立、维护、结束）
- 表示层：解释所交换信息含义，格式转换、压缩、加密
- 应用层：实现具体的功能，直接进程间的通信
设备：网关（连接不同类型且协议差别大的网络、协议转换）
传输介质
有线介质：双绞线（最大100m，需要RJ45插件）、同轴电缆、光纤
无线介质：微博、红外线和激光、卫星通信
组建网络
服务器、客户端、网络设备、通信介质、网络软件
5.2 协议
5.2.1 局域网
IEEE802.3标准以太网 CSMA/CD 10Mbps 同轴电缆
IEEE802.3u快速以太网 100Mbps 双绞线
IEEE802.3z千兆以太网 1000Mbps 光纤或双绞线
IEEE802.4令牌总线网
IEEE802.5令牌环网
无线局域网CSMA/CA（载波侦听多路访问方法）
5.2.2 广域网
PPP点对点协议（拨号上网）、xDSL数字用户线（ADSL上传网速和下载网速不对等，下载很快）、DDN数字专线（市内或长途的数据电路）、帧中继（以帧为传输单位）
5.2.3 TCP/IP
特性：
- 逻辑编址（网卡-物理地址，Internet-逻辑地址）
- 路由选择（定义路由器如何选择网络路径）
- 域名解析（域名解析为IP地址）
- 错误检测和流量控制（可靠性、防止拥塞）
5.2.3.1 分层：
应用层：具体应用功能
基于TCP的FTP、HTTP都是可靠传输，基于UDP的DHCP、DNS都是不可靠传输
- FTP
- HTTP、HTTPS
- SMTP、POP3：TCP邮件，邮件报文用ASCII表示
- Telnet：TCP远程连接
- TFTP：不可靠的小文件传输
- SNMP：简单网络管理协议，必须以管理员的身份登录完成配置
- DHCP：动态分配IP地址协议，C/S模型，租约默认8天，租约过半，客户机需要向服务器申请续租，租约超过87.5%如果没有和当初提供IP的DHCP服务器联系上，就联系其他服务器
DNS：域名解析协议
域名解析为IP地址
DNS服务器：维持域名和IP地址对应的表格，层次结构为：本地域名服务器、权威域名服务器、顶级域名服务器、根域名服务器
输入网址后，首先查询本地DNS缓存，无结果再查询本地DNS服务器，又分递归和迭代查询
- 递归查询：服务器代劳
- 迭代查询：主机自己一次次查询
主机向本地域名服务器查询采用递归，本地域名服务器向根域名服务器采用迭代
传输层：提供应用程序间端到端的通信
协议：
UDP协议：无连接，视频音频传送
TCP协议：面向连接
三次握手：
- A发送连接信息给B（SEQ=X）
- B收到后回复确认帧（SEQ=Y，ACK=X+1）
- A收到确认帧后再发送确认（SEQ=X+1，ACK=Y+1）
- SEQ为本机发送数据包的序号，A与B之间的SEQ分别计数
- ACK为确认帧，X+1代表确认收到X，期望收到X+1
TCP
- 停止等待协议：可靠传输协议。发送完一个分组就停止发送，等待确认再发送下一个分组
- 连续ARQ协议：可靠传输协议。发送方维护着一个窗口，有好几个分组，窗口大小由接收方返回的win值决定，动态变化，累计确认
- 滑动窗口协议：流量控制协议。可变的窗口不断向前走，允许发送方在停止并等待前发送多个数据分组
网际层：IP层，处理机器间的通信，数据以分组为单位
协议：
IP：无连接、不可靠
ICMP：因特网控制信息协议，用来检测网络通信是否顺畅
ARP和RARP：地址解析协议，ARP将IP地址转换为物理地址，RARP将物理地址转换为IP地址
路由选择策略
- 静态路由选择
- 固定式路由选择：每个节点存储一张表，记录对应某个节点的下个节点或链路
- 洪泛式路由选择：扩散法，一个分组由源站发送到与其相邻的所有节点，最先到达目的节点的一定最短路，应用于军事网络等强壮性很高的场合
- 随机路由选择：随机选一条相邻的节点
- 动态路由选择：一句网络状态决定，算法复杂，增加负担
- 分布式路由选择：基本算法有距离向量算法（各节点周期性的向所有相邻节点发送路由刷新报文）、链路状态算法（各节点独立计算最短通路，能快速适应网络变化，交换的路由信息少，复杂难以实现）
- 集中式路由选择：由网络控制中心NCC负责全网状态信息收集
- 混合式动态路由选择：分布+集中
网络接口层：数据链路层，负责接收IP数据报，并把数据报通过选定的网络发送出去
5.3 IP地址
分类
全0保留，全1广播
- A类：网络号占8位，主机号位24位。能分配的主机数为2^24-2（全0和全1不能分配）
- 0.0.0.0 - 127.255.255.255
- 网络号：0,0000000 - 0,1111111
- B类：网络号16位
- 128.0.0.0 - 191.255.255.255
- 网络号10,000000 00000000 - 10,11111111 11111111
- C类：网络号24位
- 192.0.0.0 - 223.255.255.255
- 网络号110…
- D类组播
- 224.0.0.0 - 239.255.255.255
- 网络号1110…
- E类保留
- 240.0.0.0 = 255.255.255.255
- 网络号1111
各类网络号开头固定，不会冲突
子网划分
将主机号拿出几位做子网号
IP = 网络号 + 子网号 + 主机号
网络号和子网号都为1，主机号都为0，称为子网掩码
聚合超网
子网的逆过程，网络号取出几位做主机号
无分类编制
128.168.0.11/20 - 网络号20位
IPv6
128位
两个IPv6节点通过IPv4网络通信，使用隧道技术
IPv6节点和纯IPv4节点通信，使用翻译技术
其他
NAT网络地址翻译：将大的地址集合映射到能访问因特网的少量IP地址集合
路由器可以阻断广播域和冲突域，交换机只能阻断冲突域
DHCP客户端可从DHCP服务器获得DNS服务器地址、DHCP服务器地址、默认网关地址，不能获得Web服务器地址和邮件服务器地址
层次化网络模型
接入层：功能单一，向本地网段提供用户接入
汇聚层：功能多样，可以有多层，包括网络访问策略、数据包的处理、过滤、寻址等中间操作
核心层：功能单一，只负责高速的数据交换
5.4 网络安全
物理层
物理手段 隔离屏蔽物理设备等
数据链路层
链路加密、PPTP、L2TP
网络层
防火墙、IPSec
防火墙
- 网络级：层次低、效率高；包过滤、状态监测手段，监测网络包外在属性是否异常，无法检测伪装的包
- 应用级：层次高、效率低；会拆开网络包；双宿主主机、屏蔽主机网关、被屏蔽子网（增加一个屏蔽子网DMZ）等
- 被屏蔽子网：存放邮件服务器、WEB服务器这些内外网数据交互的服务器
传输层
TLS、SET
应用层
PGP、HTTPS（使用SSL）、SSL（加强Web传输安全：HTTP、SMTP、NNTP）、SSH（加强Telnet/FTP安全的协议）
SSL
主要用于网银交易
服务：用户和服务器的合法性验证、加密数据已隐藏被传输的数据、保护数据的完整性
过程：接通阶段 - 密码交换阶段 - 会谈密码阶段-检验阶段-客户阶段-结束阶段
病毒和木马
5.5 多媒体
分类
感觉媒体：作用于感觉器官：视觉、听觉、触觉
表示媒体：传输感觉媒体的中介媒体，即用于数据交换的编码：文字、图形、动画、音频、视频
表现媒体：进行信息输入输出的媒体：键盘、鼠标和麦克风、显示器等
存储媒体：存储媒体的介质：硬盘等
传输媒体：传输媒体的截止：电缆等
声音
模数转换：采样、量化、编码
人耳能听到的频率：20Hz-20kHz
采样频率要为最高频率的2倍才能不失真
数据传输率bps = 采样频率Hz x 量化倍数bit x 声道数
声音信号数据量Byte = 数据传输率bps x 持续时间s / 8
数字音乐合成方法
数字调频合成法FM：使高频震荡波的频率按调制信号规律变化的调制方式
波表合成法Wavetable：将真实乐器发出的所有声音存储为一个波表文件，根据midi文件记录的乐曲信息播放
特性
音量：声波振幅
音高：声波振动频率
音调：声音本省的频率
音色：谐波频谱和包络决定
声音格式文件
数字语音采样频率定位8kHz，因为（语音信号最高值4k）
图形图像
亮度：彩色明暗深浅程度
色调：颜色的类别
饱和度：某一颜色的深浅程度
彩色空间 RGB YUV（电视） CMYK HSV（HSB，艺术家彩色空间）
计算
图像
知道像素位数：每个像素16位，图像为640 x 480，则640 x 480 x 16 / 8 B
知道像素色数：图像为640 x 480，236色图像，则：640 x 480 x log2256log_2^{256}log2256 / 8 B
音频
容量 = 采样频率Hz x 量化/采样位数bit x 声道数 / 8 B
视频
容量 = 每帧图像容量 x 每秒帧数 x 时间 + 音频容量 x 时间
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