计算机网络基础（图文详细）
目录
一、参考模型与协议模型
二、开发系统互联参考模型（OSI/RM）
三、TCP/IP协议模型
四、OSI/RM模型与TCP/IP模型比较
五、计算机网络数据传输过程
1. 网络编址
六、信源、信道、新宿
番外
1. HTTP与HTTPS
2. 网络传输介质
3. 频分多路复用和时分多路复用
4. 物理地址与网络地址
5.比特（bit）与字节（Byte）
一、参考模型与协议模型
协议模型和参考模型是两类不同的网络模型:协议模型:
是实际运行在网络中的具体协议集合,比如TCP/IP模型。 各层协议明确定义,如IP、TCP等。 面向实际实现和应用。 不同厂商产品通过遵循同一套协议来实现互操作。 参考模型:
是一种理论框架,比如OSI参考模型。 定义了通信体系结构的基本原理和概念。 层次分明但没有规定具体协议。 面向标准化和理论研究。 为不同系统和产品提供通用参考。 两者的区别和关系:
协议模型解决实际问题,参考模型解决理论问题。 协议模型遵循参考模型的设计原则,但不一定完全对应。 TCP/IP模型是最成功的协议模型,OSI模型是最完整的参考模型。 参考模型指导和规范了协议模型的研发。 协议模型的实践促进和完善了参考模型的理论。 参考模型与协议模型
二、开发系统互联参考模型（OSI/RM）
开放系统是指遵从国际标准的、能够通过互连而互相作用的系统。 1979年，ISO公布了开放系统互联参考模型（Open System Interconnection/Reference Mpdel, OSI/RM）。 从OSIRM模型设计来上说，通信过程开始于信源的应用层，数据传送到下面的每一层，其所支持的数据被封装，直到它到达物理层并放到介质上。当数据到达目的地的时候，它在按照相反的方向通过每一层并解封装。 每一层通过将来自下层的信息准备好然后向直连的上层提供服务。 1. 实体（Entity）
OSI/RM模型是一种分层的体系结构。每一层次由一些实体组成。 所有的N实体在N-1层提供的服务的基础上向N+1层提供增值服务，实体与实体之间的连接由SAP提供。 2. 服务访问点SAP（Service Access Point）
在互连的各个开放系统中分布的所有N实体协同工作，为了所有的N+1实体提供服务。 层和层之间的服务逻辑接口 实体与SAP
三、TCP/IP协议模型
由著名的传输层协议TCP与网络层协议IP而得名 开放的标准，由行业内人员使用“请求注解（RFC）”一起合作开发完善的 网络接口层：控制网络的硬件设备和介质 网际层：确定通过网络的最佳路径。完成主机到主机的通信服务和数据报的路由选择。 传输层：支持设备间的通信和执行错误纠正。为网络应用程序完成进程到进程（端到端）的数据传输服务。 应用层：为用户表示应用数据。例如，HTTP在Internet浏览器的Web浏览器应用程序中为用户表示数据。网络应用程序。例如，文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）、超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）、简单邮传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）、远程登录协议（Remote Login Protocol，Telnet）、域名系统（Domain Name System，DNS）、简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）等，人们熟知的应用程序。 通信的过程： TCP/IP模型描述了组成TCP/IP协议族的各种协议的功能。在发送主机和接受主机上实现的这些协议通过网络交互，为应用程序提供端到端传送。
完整的通信过程包括以下步骤：
在发送方源终端设备的应用层创建数据； 当数据在源终端设备中沿协议族向下传递时对其分段和封装； 在协议族网络接口层的介质上生成数据； 通过由介质和任意中间设备组成的网际网络传输数据； 在目的终端设备中沿协议族向上传递时对其解封和重组； 将此数据传送到目的终端设备应用层的目的应用程序。 四、OSI/RM模型与TCP/IP模型比较
五、计算机网络数据传输过程
1. 网络编址
成功的通信需要发送者与接受者知道如何获取对方的信息。例如，邮政系统可以使用地理信息将邮件发送到物理位置。但计算机间获得信息要复杂的多。 在Internet上，计算机通信可以不考虑物理位置。工程师设计了使用网络地址编号的逻辑地址表，从而在计算机上取代了物理地址表。 在OSI模型的3个不同的层要求数据进行编址，在每一层增加不同的地址信息
六、信源、信道、新宿
信源：数字信号与模拟信号、数字传输与模拟传输 信道：数字信道（宽带表示：信道容量=最大的数据传输速率——比特率bps）与模拟信道（宽带表示：w=f2-f1） 码元速率等于波特率（Baud） 奈奎斯特定理：有限带宽无噪声 信道的极限波特率（最大数据传输速率）B=2W ，其中R为数据传输速率（bps），B为波特率（Baud），W为信道带宽（hz），N表示码元的种类数 香农定理： 分贝与信噪比的关系： 误码率（数据传输的可靠性）：，其中N_e表示出错的位数，N表示传送的总位数。 信道延迟：=传输距离/传输速度。电缆延迟：2.5us；卫星信道延迟：270ms 调制延迟：=数据帧大小/速率 发送数据总时间：=线路延迟+调制延迟 番外
1. HTTP与HTTPS
HTTP（Hypertext Transfer Protocol）和HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）都是用于在网络上传输数据的协议，但它们之间有一些重要的区别。
安全性：最显著的区别是安全性。HTTP是明文协议，数据在传输过程中不加密，因此容易被黑客窃取和篡改。而HTTPS使用了SSL（Secure Sockets Layer）或TLS（Transport Layer Security）协议来加密数据传输，确保数据的机密性和完整性。 端口号：HTTP默认使用端口号80进行数据传输，而HTTPS默认使用端口号443。 认证：HTTPS通过使用SSL证书来验证服务器的身份，确保用户与正确的服务器建立安全连接。这样可以防止中间人攻击和伪造网站。 SEO影响：搜索引擎更倾向于显示使用HTTPS协议的网站，因为HTTPS提供了更高的安全性和隐私保护。 综上所述，HTTPS在安全性方面比HTTP更加可靠。对于涉及敏感信息（如个人身份信息、信用卡数据等）的网站或应用程序，使用HTTPS是必要的。而对于一般的网站，使用HTTP也是可以接受的。
2. 网络传输介质
网络传输的主要介质有以下几种:
铜线:包括同轴电缆、双绞线 等,是最常见的有线传输介质。传输速度快,但成本较高。 光纤 :采用光学信号进行传输,传输速度极快,不受电磁干扰影响,但成本也较高。2）无线传输:
微波:用于长距离无线传输,如卫星通信。 红外线:用于短距离无线传输,如遥控器。 蓝牙:用于短距离无线传输,通常距离在10米以内。 WiFi:采用射频技术进行短距离无线传输,覆盖范围大约在100米内。 移动通信网络:包括2G、3G、4G、5G等移动网络,用于无线宽带接入。 卫星通信:通过卫星进行长距离无线传输。 所以总体来说,网络传输的主要介质包括铜线、光纤以及各种无线传输技术所使用的电磁波或光波等。不同介质的应用取决于传输距离、速度和成本等多个因素。
3. 频分多路复用和时分多路复用
1）频分多路复用和时分多路复用是两种常见的多路复用技术:
频分多路复用(Frequency Division Multiplexing, FDM) :通过将信道分配在不同的频率上实现多路传输。每个用户占用一个独立的频率子通道进行通信,不同用户之间通过频率隔离。时分多路复用(Time Division Multiplexing, TDM) :通过将信道按时间序列分割成多个时间槽实现多路传输。每个用户依次和按顺序占用整个频谱进行短时间传输,以实现多用户传输。2）两种技术的主要区别在于:
FDM是通过频率来分离不同用户的信号,每个用户独占一个频率子通道;而TDM是通过时间来分配给不同用户,每个用户按时间顺序依次访问全频带。 FDM需要频率子通道不重叠以避免干扰,但频率资源有限;TDM可以高效利用频谱资源,但需要同步和快速开关以实现时隙分配。 FDM适用于传输带宽较宽的信号,如语音和视频;TDM适用于传输带宽较窄但需要高速传输的信号,如数字信号。 现代通信主要采用FDM和TDM结合使用,如FDMA、TDMA等技术,以提高频谱利用率。 4. 物理地址与网络地址
1）物理地址和网络地址是两种不同类型的地址:
物理地址(Physical Address) :也称为硬件地址、MAC地址(Media Access Control Address)。它是网络接口卡在生产时被烧写的唯一标识,长度通常是48位。网络地址(Network Address) :也称为IP地址(Internet Protocol Address)。它是根据网络拓扑结构动态分配或静态配置的,用于标识主机在网络中的位置。IPv4地址长度为32位,IPv6地址长度为128位。2）两者的主要区别在于:
地址类型不同:物理地址标识网络接口卡,网络地址标识主机在网络中的位置。 地址长度不同:物理地址通常为48位MAC地址,网络地址为32/128位IP地址。 分配方式不同:物理地址在生产时烧写,网络地址可以动态或静态分配。 使用范围不同:物理地址仅在本地网络内有效,网络地址在整个互联网内唯一。 层次不同:物理地址工作在数据链路层,网络地址工作在网络层。 5.比特（bit）与字节（Byte）
1) 定义
bit:位 （小写b) 也称比特 ——是英文 binary digit的缩写。二进制数系统中，每个0或1就是一个位(bit)。位是数据存储（计算机中信息）的最小单位。计算机中的CPU位数指的是CPU一次能处理的最大位数。Byte:字节(大写B) ——8bit就称为一个字节（Byte）, 1Byte=8bit，记为Byte或B,是计算机中信息的基本单位。2）基础关系
1比特(bit)=0.125字节(B)，1B就是1个字节 Bit——比特 计算机内存的基本单位 B ——字节 1 B = 8 bit KB——千字节 1 KB = 1024 B MB——兆字节 1 MB = 1024 KB GB——吉字节 1 GM = 1024 MB TB——太字节 1 TB = 1024 TB 1kbps＝10^3bps；1Mbps＝10^6kbps；1Gbps＝10^9bps（比特是标准的十进制） 1B/s=8b/s(或1Bps=8bps)；1KB/s=1024B/s；1MB/s=1024KB/s（字节相邻单位数量级为1024）
