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数据通信网络基础.md

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1.1 计算机网络

通过介质将网络设备和终端连接起来,实现操作系统,应用软件,应用程序互相通讯,资源共享、信息传递、数据互通。

1.2 网络通信与数据通信网络

网络通信: 终端设备 之间通过计算机网络进行的通信

数据通信网络:由 路由器 、交换机、防火墙、无线控制器、无线接入点,以及个人电脑、网络打印机、服务器等设备构成的通信网络

1.3 数据通信网络的组成

  • 设备Device: 路由器 、交换机、防火墙、无线控制器、无线接入点,以及个人电脑、网络打印机、服务器等设备
  • 介质Media:双绞线、光纤、无线、同轴电缆、串口电缆

1.3.1 网络设备

1.3.1.1 交换机

?> 距离终端用户最近的设备,用于终端用户接入网络、对数据帧进行交换等。

  • 终端设备(PC、服务器等)的网络接入
  • 二层交换(Layer 2 Switching)

1.3.1.2 路由器

网络层设备,可以在因特网中进行数据报文转发。路由器根据所收到的 报文 的目的地址选择一条合适的路径,将报文传送到下一个路由器或目的地,路径中最后的路由器负责将报文送交目的主机。

  • 实现同类型网络或异种网络之间的通信
  • 隔离广播域
  • 维护路由表(Routing Table)、运行路由协议
  • 路径(路由信息)选择、IP报文转发
  • 广域网接入、网络地址转换
  • 连接通过交换机组建的二层网络

1.3.1.3 防火墙

网络安全设备,用于控制两个网络之间的安全通信。它通过监测、限制、更改跨越防火墙的数据流,尽可能地对外部屏蔽网络内部的信息、结构和运行状况,以此来实现对网络的安全保护。

  • 隔离不同安全级别的网络
  • 实现不同安全级别网络间的访问控制(安全策略) 用户身份认证
  • 实现远程接入功能
  • 实现数据加密及虚拟专用网业务
  • 执行网络地址转换
  • 其他安全功能

?> 数据流(data stream)是一组有序,有起点和终点的字节的数据序列。包括输入流和输出流。------百度百科

1.3.1.4 无线设备

数据通信网络基础2022-03-14-15-47-02

1.3.2 网络介质 :id=netmedia

1.3.2.1 同轴电缆

以太网标准 电缆类别 最长有效传输距离 接头 传输速率
10BASE5 粗同轴电缆 9.5mm 500米 N型接头 10Mbps
10BASE2 细同轴电缆 5mm 185米 BNC接头 10Mbps

1.3.2.2 双绞线Twisted Pair

以太网标准 线缆类别 最长有效传输距离
10BASE-T 两对3/4/5类双绞线 100米
100BASE-TX 两对5类双绞线 100米
1000BASE-T 双绞线(CAT-5/CAT-5e/CAT-6/CAT-7) 100米
1000BASE-TX 双绞线(CAT-6/CAT-7) 100米
1.3.2.2.1 双绞线种类
  • 屏蔽双绞线(STP)于线外有金属网以屏蔽电磁干扰。
  • 非屏蔽双绞线(UTP)
1.3.2.2.2 双绞线制作及线序
  • **交叉线:**一端是 568A标准,另一端是 568B标准的双绞线。常用于电脑和电脑间的连接。

  • **直连线:**两端都是 568A标准,或者两端都是 568B标准。常用于电脑和交换机间的连接。

?> 生活中最常用的是 568B直连线
现代交换机路由器的PHY芯片,大都带有自动识别转换功能,无论是交叉线还是直连线,均可自动转换连通。

9492c07e57c514d9b26f8838f40c6340.png

Pin Name Description
1 TX+ Transmit Data +(数据发送+)
2 TX- Transmit Data - (数据发送-)
3 RX+ Receive Data + (数据接收+)
4 N/C 未用
5 N/C 未用
6 RX- Receive Data - (数据接收-)
7 N/C 未用
8 N/C 未用

1.3.2.3 光纤

以太网标准 线缆类别 最长有效传输距离
10BASE-F 单模/多模光纤 2000米
100BASE-FX 单模/多模光纤 2000米
1000BASE-LX 单模/多模光纤 316米
1000BASE-SX 多模光纤 316米
1000BASE-LX10 单模光纤(使用波长为1310nm的激光) 10千米
1000BASE-EX 单模光纤(使用波长为1310nm的激光) 超过40千米
1000BASE-ZX 单模光纤(使用波长为1550nm的激光) 超过70千米
1000BASE-BX10 单路单模光纤(下行使用波长为1490nm的激光,上行使用波长为1310nm的激光) 10千米
1.3.2.3.1 光纤连接器核心部件:插芯

插芯的制成材料有陶瓷、金属或塑料。陶瓷插芯是应用较为广泛的,主要材质是二氧化锆,具有热稳定性好,硬度高,熔点高,耐磨,加工精度高等特点。套筒是连接器的另一个重要部件,套筒起对准的作用,以便于连接器的安装固定。陶瓷套筒的内径比插芯的外径稍小,开缝的套筒箍紧两个插芯,实现精密对准。

1.3.2.3.2 光纤连接器类型

  • LC连接器

    LC 型连接器(Lucent connector)是采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。LC连接器采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一般,为1.25mm,所以其外观尺寸仅为SC/FC的一半。

  • SC连接器

    SC连接器(‘Subscriber Connector’ or ‘Standard Connector’)的接头是卡接式标准方型接头,紧固方式是采用插拔销闩式,不需旋转。此类连接器采用工程塑料,价格低廉,插拔操作方便。

  • FC连接器

    FC光纤连接器(Ferrule Connector)与SC连接器的尺寸是相同的,不同的是FC是采用金属套,紧固方式为螺丝扣。结构简单,操作方便,制作容易,耐用,可用于高振动环境。

  • ST连接器

    ST光纤连接器(Straight Tip)的外壳呈圆形,采用2.5mm的环形塑料或金属外壳,紧固方式为螺丝扣,常用于光纤配线架。

  • MTP/MPO连接器

    MTP/MPO光纤连接器,是一种特殊类型的多光纤连接器。MPO连接器的结构比较复杂,它将12或24根光纤连接在一个矩形光纤插芯中。通常用于高密度连接场景,如数据中心等。

1.3.2.4 串口线缆

线缆类别 速率 串口电缆标准
V.24 1.2Kbit/s~64Kbit/s RS-232标准的欧洲版
V.35 1.2Kbit/s~2.048Mbit/s RS-422/RS-485

1.3.3 双工模式 :id=shuanggong

  • 半双工:

    在半双工模式(half-duplex mode)下,通信双方都能发送和接收数据,但不能同时进行。当一台设备发送时,另一台只能接收,反之亦然。对讲机是半双工的典型例子。

  • 全双工

    在全双工模式(full-duplexmode)下,通信双方都能同时接收和发送数据。电话网络是典型的全双工例子。

以太网上的通信模式包括半双工和全双工两种:

  • 半双工模式下,共享物理介质的通信双方必须采用CSMA/CD机制来避免冲突。例如,10BASE5以太网的通信模式就必须是半双工模式
  • 全双工模式下,通信双方可以同时实现双向通信,这种模式不会产生冲突,因此不需要使用CSMA/CD机制。例如,10BASE-T以太网的通信模式就可以是全双工模式

!> 同一物理链路上相连的两台设备的双工模式必须属持一致。

1.4 网络的演进

  • network网络,一组相互连接、通讯的设备
  • internet互联网,多个互联互通的网络
  • Internet因特网,互联全世界的网络

?> ISP:Internet Service Providers,因特网服务提供商,向用户提供互联网接入业务、信息业务、和增值业务的,俗称运营商,如:电信、移动、联通

1.5 网络的类型

!> 按照覆盖范围不同,组网技术不同(二层)

PAN:personal area network 个人区域网络

  • 无线连接:蓝牙,红外,NFC
  • 有线连接:USB电缆
  • 常用于传输小文件、如音乐、照片、日历、约定等

LAN:local area network 局域网

  • 由一组设备组成,如计算机、服务器、交换机、打印机等
  • 最常见的局域网类型是以太网,两台或多台计算机通过电缆连接到以太网交换机上

WLAN:wireless local area network无线局域网

  • 使用无线通信代替有线通信
  • 无线局域网的定义是至少有两个设备使用无线通信来形成局域网
  • 无线局域网通常具有一个Wi-Fi路由器或一个用于无线设备的无线接入点,无线设备包括笔记本电脑、平板电脑、无线桌面电脑以及智能手机
  • 简单地说,无线局域网是局域网的一种,但不使用电缆

CAN:campus area network校园区域网络

  • 一个校园区域网络是在有限区域内将两个或多个局域网连接在一起的网络
  • 例如,一个校园网络可以是一所大学在相同区域有多个建筑,彼此互联形成的大型网络,这些建筑可以是大学的不同院系,每个建筑所在的部门都有自己的局域网,然后这些建筑被连接起来形成一个校园区域网络

MAN:metropolitan area network 城域网

  • 这是一种比校园网区域网络还大的网络
  • 它是一种横跨一个城市或城镇的多个建筑的网络
  • 城域网通常使用高速连接,例如光缆
  • 城域网是一种高速网络,能够在城市中共享数据和资源提供服务

SAN:storage area network 存储区域网络

  • SAN是一种特殊的高速网络,它存储大量数据并提供对它们的访问
  • SAN的基本含义是,它是用于数据存储的专用网络,这种网络由多个磁盘阵列、交换机和服务器组成
  • 使用SAN的一个主要原因是SAN不受网络流量影响,比如在局域网中可能出现的瓶颈,这是因为SAN不是局域网的一部分,它被分隔开来作为一个单独的网络

WAN:wide area network 广域网

  • WAN是最大的网络类型,一个WAN可以包括多个LAN、CAN及MAN
  • 是一种跨越很大地理区域的网络,例如一个国家,一个大陆,甚至整个地球,广域网的一个很好的例子就是互联网

1.6 协议:Protocol

  • 协议总是指某一层的协议。准确地说,它是在同等层之间的实体通信时,有关通信规则约定的集合就是该层协议,例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。

  • 网络协议,也可简称协议,通常由三要素组成:

    1. 语法:即数据与控制信息的结构或格式;
    2. 语义:即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应;
    3. 时序(同步),即事件实现顺序的详细说明。
  • 是一系列的步骤: 它包括两方或多方,设计它的目的是要完成一项任务!

  • 是对数据格式和计算机之间交换数据时必须遵守的规则的正式描述。简单的说,网络中的计算机要能够互相顺利的通信,就必须讲同样的语言,协议就相当于语言,它分为Ethernet、NetBEUI、IPX/SPX以及TCP/IP协议。

1.7 网络的性能指标

1.7.1 带宽(bandwidth)

  • 描述在单位时间内从一个节点到另一个节点的数据量

  • 类似于水管的粗细、公路的宽度

  • bps(bit per second 比特每秒)为单位

  • 如:以太网带宽为10Mbps,快速以太网为100Mbps

?> 通常家庭百宽带指的是100Mbps,最大下载速度≈12.5Mb/s

1.7.2 延迟(delay)

描述在单位时间内从一个节点到另一个节点的时间以ms为单位

1.8 网络拓扑(topology )

用来描绘网络结构(网络类型、设备类型、设备数量、线缆、带宽、服务、数据走向等)示意图

1.8.1 拓扑类型

  • 根据接口、线缆、封装判断

1.8.2 多种类型网络拓扑图 :id=topology

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