[笔记] 系统分析师 第四章 数据通信与计算机网络

文章目录前言4.1 数据通信基础知识4.1.1 信道特征信道传输方式信道传输效率时延传输质量4.1.2 数据传输技术1.并行传输和串行传输2.异步传输和同步传输3.数据传输的形式4.1.3 数据编码与调制奇偶校验检错码海明码循环冗余校验码CRC1.模拟信道传送模拟数据。2.数字信道传送模拟数据3.模拟信道传送数字数据4.数字信道传送数字数据4.2 网络体系结构与协议4.2.1 网络互联模型1.OSI/RM各层功能七层网络模型2.TCP/IP结构模型五层网络模型TCP/IP 模型与 OSI模型的对比Internet 的主要协议IP协议ICMP 协议TCP 协议UDP协议ARP协议和RARP协议应用层协议4.2.2 常见网络协议1.应用层协议2.传输层协议3.网络层协议4.2.3 网络地址与分配1.IP地址及表示方法2.子网的划分3.构造超网4.IPv64.3 局域网与广域网4.3.1 局域网基础知识1.星形结构2.总线结构3.环型结构4.网状结构4.3.2 以太网技术1.以太网基础2.帧结构3.以太网物理层规范4.3.3 无线局域网1.WLAN标准2.WLAN拓扑结构4.3.4 广域网1.广域网相关技术2.广域网的分类4.4 网络工程4.4.1 网络规划4.4.2 网络设计4.4.3 网络实施4.5 分布式系统1.分布式文件系统2.分布式缓存系统4.6 构件与中间件4.6.1 构件4.6.2 中间件4.7 Web服务1.Web服务的体系结构2.Web服务的技术平台4.8 云计算1.云计算的服务方式2.云计算的部署模式总结前言4.1 数据通信基础知识4.1.1 信道特征信道传输方式单工通信单向通信且只能同一时间一个方向的通信。半双工通信不能同时双向通信全双工通信能同时双向通信信道传输效率时延传输质量4.1.2 数据传输技术1.并行传输和串行传输2.异步传输和同步传输3.数据传输的形式1.基带传输2.频带传输3.宽带传输4.1.3 数据编码与调制奇偶校验检错码奇偶校验是最常用的检错方法其原理是在7位的ASCI代码后增加一位使码字中1的个数成奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。经过传输后如果其中一位(甚至奇数个位)出错则接收端按同样的规则就能发现错误。这种方法简单实用但只能对付少量的随机性错误。海明码1950年海明(Hamming)研究了用冗余数据位来检测和纠正代码差错的理论和方法。按照海明的理论可以在数据代码上添加若干冗余位组成码字。码字之间的海明距离是一个码字要变成另一个码字时必须改变的最小位数。例如7位ASCI码增加一位奇偶位成为8位的码字这128个8位的码字之间的海明距离是2。所以当其中一位出错时便能检测出来。两位出错时就变成另外一个码字了。循环冗余校验码CRC所谓循环码是这样一组代码其中任一有效码字经过循环移位后得到的码字仍然是有效码字不论是右移还是左移也不论移多少位。例如若(aa…aa)是有效码字则(a.-a.……a a.)、(a.,a.…aa,)等都是有效码字。循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check,CRC)是一种循环码它有很强的检错能力而且容易用硬件实现在局域网中有广泛应用。r 是生成多项式的最高次幂比如CRC-8r为8比如多项式x3x1,r为3k是生成多项式的有效数位比如x3x11011k有效位是3位3个1模二除法不进位不借位 所有运算都基于异或异为1其余为0的二进制除法具体编码步骤1.在原始信息位例如上图的1100后加k个000得到1100 0002.将1100 000 与生成多项式1011做模2除法得到余数010第一个0是补充的要跟000位数对齐3.将原始信息位与余数连接得到1100 010 最终CRC编码值。1.模拟信道传送模拟数据。2.数字信道传送模拟数据取样量化编码3.模拟信道传送数字数据4.数字信道传送数字数据4.2 网络体系结构与协议4.2.1 网络互联模型1.OSI/RM各层功能七层网络模型OSI层主要功能数据单元关键特性典型协议技术对应物理层实现设备间物理接口传输原始比特流定义机械/电气特性比特电缆类型、连接器特性、电位标准、透明位流传输IEEE 802.3、RS-232网线Cat5/6、光纤、中继器数据链路层提供可靠数据帧传输差错检测/控制流量控制帧MAC地址、差错控制如CRC、流量控制如滑动窗口HDLC、PPP、EthernetMAC交换机、网桥、NIC网卡网络层路由选择、拥塞控制、包顺序管理建立网络连接数据包IP地址、路由协议如OSPF、逻辑寻址、分包与重组IP、ICMP、OSPF、BGP路由器、三层交换机传输层端到端可靠数据传输流量控制连接管理数据段端口号、TCP/UDP协议、错误恢复、服务质量QoSTCP、UDP、SCTP防火墙L4、负载均衡器会话层建立/管理/终止会话同步数据交换消息会话控制全双工/半双工、检查点恢复、令牌管理NetBIOS、RPC、SSH会话ID、API网关表示层数据格式转换编码/加密/压缩语法协商格式化数据ASCII/Unicode转换、SSL/TLS加密、JPEG/MPEG压缩SSL/TLS、JPEG、MPEG加密芯片、转码服务器应用层直接为用户应用程序提供网络服务如HTTP/FTP/SMTP应用数据用户接口、高层协议DNS/DHCP、分布式服务实现HTTP、FTP、SMTP、DNSWeb服务器、邮件服务器2.TCP/IP结构模型五层网络模型TCP/IP层主要功能数据单元关键协议技术实现对应OSI层物理层比特流传输定义电气/机械接口如电压、线缆规格比特IEEE 802.3以太网、RS-232网线、光纤、中继器、HUBOSI物理层数据链路层帧封装、MAC寻址、差错控制管理直接相连的节点通信帧EthernetMAC、PPP、ARP、HDLC交换机、网桥、网卡NICOSI数据链路层网络层逻辑寻址IP、路由选择、分包与重组数据包IP、ICMP、IGMP、OSPF、BGP路由器、三层交换机OSI网络层传输层端到端连接管理可靠传输TCP或高效传输UDP数据段TCP、UDP、SCTP防火墙L4、负载均衡器OSI传输层应用层为用户应用程序提供网络服务整合OSI会话层、表示层、应用层功能应用数据HTTP/HTTPS、FTP、DNS、SMTP、SSH、DHCP、RTPWeb服务器、DNS服务器、VPNOSI会话层至应用层TCP/IP 模型与 OSI模型的对比Internet 的主要协议IP协议ICMP 协议TCP 协议特点面向连接协议流式传输可靠保证顺序格式UDP协议特点无连接协议不可靠不保证顺序协议ARP协议和RARP协议ARP地址解析协议RARP反向地址解析协议作用ARP的作用是将P地址转换为物理地址RARP的作用是将物理地址转换为地址。网络中的任何设备主机、路由器和交换机等均有唯一的物理地址该地址通过网卡给出每个网卡出厂后都有不同的编号这意味着用户所购买的网卡有着唯一的物理地址。另一方面为了屏蔽底层协议及物理地址上的差异IP协议采用的是正地址因此在数据传输过程中必须对地址与物理地址进行相互转换。用ARP进行正P地址到物理地址转换的过程为:当计算机需要与任何其他的计算机进行通信时首先需要查询 ARP高速缓存如果ARP高速缓存中这个地址存在便使用与它对应的物理地址直接将数据报发送给所需的物理网卡。如果ARP高速缓存中没有该PP地址那么ARP便在局域网上以广播方式发送一个ARP请求包。如果局域网上IP地址与某台计算机中的IP地址相一致那么该计算机便生成一个ARP应答信息信息中包含对应的物理地址。ARP协议软件将P地址与物理地址的组合添加到它的高速缓存中这时即可开始数据通信。-RARP 负责物理地址到地址的转换为了完成这个转换过程网络中有一个RARP服务器网络管理员事先必须把网卡上的正地址和相应的物理地址存储到IPRARP 服务器的数据库中。应用层协议为了让不同平台的计算机能够通过计算机网络获得一些基本的、相同的服务也就应运而生了一系列应用级的标准,实现这些应用级标准的专用协议被称为应用级协议相对于OSI参考模型来说它们处于较高的层次所以也称为高层协议常用的应用层协议有NFS、Telnet、SMTP、DNS、SNMP和FTP 等。4.2.2 常见网络协议1.应用层协议FTPHTTPTFTPSMTPDHCPTelnet:DNS:SNMP:2.传输层协议TCP:UDP:3.网络层协议IP:ICMP:IGMP:ARP:RARP:4.2.3 网络地址与分配1.IP地址及表示方法2.子网的划分3.构造超网利用网络地址将多个子网合并为一个网络4.IPv64.3 局域网与广域网4.3.1 局域网基础知识1.星形结构2.总线结构3.环型结构4.网状结构4.3.2 以太网技术1.以太网基础2.帧结构3.以太网物理层规范4.3.3 无线局域网1.WLAN标准2.WLAN拓扑结构4.3.4 广域网1.广域网相关技术2.广域网的分类4.4 网络工程4.4.1 网络规划4.4.2 网络设计4.4.3 网络实施4.5 分布式系统1.分布式文件系统2.分布式缓存系统4.6 构件与中间件4.6.1 构件构件又称为组件是一个自包容、可复用的程序集通过源程序或二进制代码的方式提供整体向外提供统一的访问接口构件外部只能通过接口来访问构件而不能直接操作构件的内部。构件的两个最重要的特性是自包容与可重用。4.6.2 中间件中间件是为应用提供通用服务和功能的软件数据管理、应用服务、消息传递、身份验证和 API管理通常都要通过中间件。中间件可以帮助开发人员更有效地构建应用。4.7 Web服务Web服务是指由企业发布的、完成其特别商务需求的在线应用服务其他公司或应用软件能够通过互联网来访问并使用这种在线服务。1.Web服务的体系结构2.Web服务的技术平台4.8 云计算云计算指通过计算机网络(多指因特网)形成的计算能力极强的系统可存储、集合相关资源并可按需配置向用户提供个性化服务。从狭义上讲云计算就是一种提供资源的网络使用者可以随时获取“云”上的资源按需求量使用并且“云”可以看成是无限扩展的只要按使用量付费。从广义上说云计算是与信息技术、软件、互联网相关的一种服务这种计算资源共享池叫做“云”云计算把许多计算资源集合起来通过软件实现自动化管理只需要很少的人参与就能快速提供资源。1.云计算的服务方式2.云计算的部署模式总结