物联网技术-第4章物联网通信技术-4.1计算机网络

news2024/11/26 11:41:33

目录

1.1计算机网络拓扑与组成

（1）全连通式网络

（2）星型网

（3）环形网

（4）总线网

（5）不规则型网

1.2数据交换类型

（1）电路交换网

（2）报文交换网

（3）分组交换网

1.3计算机网络的分类

1.4网络体系结构和网络协议

（1）背景

（2）网络体系结构

（3）什么是协议？

（4）OSI参考模型

（5）TCP/IP协议栈

1.5计算机网络的应用层

（1）服务

（2）协议

（3）URL

（4）DNS

（5）搜索引擎

1.6致谢

计算机网络定义： 将若干台具有 独立 功能的计算机系统，用某种或多种通信介质连接起来，通过完善的 网络协议 ，在 数据交换 的基础上，实现网络 资源共享 的系统称为计算机网络。
一个网络中包含多个 独立 的计算机系统。 “ 独立 ”的含义是指每台 计算机可运行各自独立的操作系统，各计算机系统之间的地位平等，无主从之分，任何一台计算机不能干预或强行控制其他计算机的正常运行。
                                        
网络协议 是组成计算机网络的基础，是关键技术。
数据交换 是网络的最基本功能，各种资源共享都是建立在数据交换的基础上的。
资源共享 是网络最终目的。

1.1计算机网络拓扑与组成

拓扑结构

（1）全连通式网络

5 个用户连接的情况 : n=5时，所用线路=4+3+2+1=10
n 个用户连接的情况 : 所用线路= n(n-1)/2
                                ​​​​​​​        

（2）星型网

传输介质从中央结点向外辐射连接其他节点。 任何两个节点之间的信息交换必须经过中央节点转发。中央节点的可靠性十分重要，一旦中央节点发生故障，会引起整个网络瘫痪

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

（3）环形网

网络上所有的结点通过传输介质连接成一个闭环， 任何两个结点的数据交换必须沿环进行 一旦结点或链路发生故障，则环路断开，导致网络瘫痪。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

（4）总线网

一条总线连接所有的结点，任何一个结点发送数 据，其他节点都能收到。 任何结点故障都不会影响整个网络正常运行。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

（5）不规则型网

每个结点至少要和其他两个结点连接；可靠性好，任何一个结点或一条链路发生故障都不会影响网络的连通性；布线灵活，几乎不受任何拓扑结构的约束。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

通信子网

由路由器和通线线路组成，完成网络通信任务。

通信线路提供数据传输的物理信道。

路由器是一种专用计算机，具有数据收发、路由选择、 差错控制、流量控制等功能。

资源子网

由连接到通信子网的服务器和主机系统组成，为网络用 户提供各种软硬件共享资源和数据处理能力。

硬件共享资源包括CPU、存储器、硬盘、磁带、打印机、 绘图仪等。

软件共享资源包括操作系统、数据库系统、工具软件和 应用程序等

计算机网络的组成
• 传输介质
        • 有线、无线
• 互连设备
        • 交换机、路由器、网桥、网关、中继器、HUB
        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        
• 网络适配器
• 工作站
• 服务器

1.2数据交换类型

按 数据交换 方式分类：
电路交换网
报文交换网
分组交换网

（1）电路交换网

在源节点与目的节点之间搭建一条实体电路（或信道），形成一个连接；
在整个通信期间，这个连接独占这个信道，直到通信完成。
电路交换的 优点 ：
         时延小、固定；
         对数据不进行存储、分析和处理，开销小效率高。 透明传输 。
         编码方式不受网络限制。
电路交换的 缺点 ：
         接续时间长，网络利用率低；
         电路利用率低 ；
         通信要使用相同的协议、格式、同步方式等，限制不同终端的互联；
         有呼损

（2）报文交换网

信息在网络中一跳一跳地接力传输。节点接收并存储上一节点发来的数据，校验无误后转发给一节点。

源节点与目的节点之间没有固定的电路连接。

要发送的信息“打包”→交换机存储（有空闲线路时）→转发…… →目的终端

报文格式：报头（收、发端地址等）、正文、报尾。

报文交换的 优点 ：
         可实现不同类型终端之间的交换；
         实现以报文为单位的 多路复用 ， 提高线路的利用率 。
报文交换的 缺点 ：
         时延 大，不适应实时通信；
         报文长 ，出错概率高；
         要求交换机存储容量大，利用率不高。

（3）分组交换网

分组交换----存储--转发

将报文分组（Packet）----长度短、格式统一。

在电路有空闲时，以“分组”为单位传送。

虚电路（逻辑连接）----可传输，不独占。

数据包可根据分组头中的地址，独立选择通路。

基本思路：

网络中没有中心控制节点，联网计算机独立地完成数据接收、转发、接收的功能。

发送数据的主机预先将待发送的数据封装成多个短的、有固定格式的分组。

如果发送主机与接收主机之间没有直接连接的通信线路，那么分组就需要通过中间节点“收储转发”，这种中间转发节点就是目前广泛使用的路由器。

每个路由器根据链路状态与分组的源地址、目的地址，通过路由选择算法为每个分组选择合适的传输路径。

目的主机接收到属于一个报文的所有分组之后，将分组中各个数据字段组合起来，还原成发送主机发送的报文。

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

分组交换的 优点 ：
         不同数据终端之间灵活沟通；
         时延小，能满足数据交互业务要求；
         在一条物理线路上同时提供多条信息通路；
         网络费用低。
分组交换的 缺点 :
         附加信息多 ;
         技术复杂。

1.3计算机网络的分类

按地理范围划分

局域网LAN (Local Area Network)

覆盖范围一般不超过数公里。通常安装在一幢大楼内，大学校园内或厂区内

城域网MAN (Metropolitan Area Network)

覆盖范围通常是一个大城市，大约数十公里到上百公里。

广域网WAN (Wide Area Network)

覆盖范围一般在数百公里以上

Internet就是目前最大的广域网

1.4网络体系结构和网络协议

（1）背景

为了减少网络设计的复杂性，便于网络互联和扩，展需要将整个网络功能 划分为若干个层次 ，每个层次只完成某种特定功能，并由一个特定的协议来描述如何实现这个功能。

（2）网络体系结构

网络 分层结构及其协议的集合 称为网络体系结构

（3）什么是协议？

         通信双方事先规定好的通信规则叫做 “协议”
“协议”包括：语义、语法与时序
         语义：做什么？
         语法：怎么做？
         时序：按什么顺序去做？

（4）OSI参考模型

        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

OSI参考模型----低层

物理层（PH） 完成原始数据位流在物理介质上传输，而不管位流的信息含义。  

数据链路层（DL） 完成报文分组（数据帧）在相邻的结点间“透明”传输。“透明”的含义是：无差错、无丢失、无重复、无顺序错误。

网络层（N ） 完成报文分组在 源 /目的结点之间传输。

传输层（T ） 完成报文段在源 /目的主机进程之间的透明传输。

OSI参考模型----高层

会话层（S ） 进行会话管理，包括通信方向控制（单工，半双工，全双工）谁是发送者？谁是接收者？谁付费？如何进行故障点恢复等。

表示层（P ） 数据格式转化、数据加密/解密、数据压缩/解压。

应用层（A ） 为用户提供各种网络服务，包括文件服务，电子邮件服务，数据库服务，WWW，DNS等。

注 ： 1- 4 层完成网络通信， 5-7 层完成数据 处 理。

（5）TCP/IP协议栈

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）协议栈是一个分层的网络通信模型，它被广泛用于互联网通信中。这个模型分为四个主要层次，每一层都承担着特定的功能，相互协作以实现数据的有效传输。

  1. 应用层 (Application Layer):

    这是最顶层，直接与用户的应用程序交互。它包括了如HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）、DNS（域名系统）等多种协议，负责处理高层的数据组织和展示。

  2. 传输层 (Transport Layer):

    负责在应用程序之间提供端到端的通信服务。这一层有两个主要的协议：
    • UDP (User Datagram Protocol): 提供了无连接、不可靠的数据传输服务，适用于对实时性要求较高但可以容忍一定丢包率的场景。
    • TCP (Transmission Control Protocol): 提供了面向连接、可靠的数据传输服务，通过确认、重传机制确保数据的正确无误到达。

  3. 网络层 (Internet Layer):

    负责在不同的网络间路由数据包。这一层的核心协议是IP（Internet Protocol），它定义了数据包如何在网络中寻址和转发，以及如何分割和重组较大的数据包。

  4. 链路层 (Link Layer) 或称作 网络接口层 (Network Interface Layer):

    这是最底层，负责实际物理连接的建立、维护和拆除，以及在两个相邻网络实体间传输数据帧。这一层的具体实现依赖于物理媒介（如以太网、Wi-Fi等）和技术规范，常见的协议有以太网的IEEE 802.3标准、PPP（点对点协议）等。

1.5计算机网络的应用层

（1）服务

远程登录
运用 Telnet 协议，在本地终端（键盘，显示器等）上使用远程主机的CPU ， RAM ， OS 等。
文件传输
利用 FTP 在两台主机间传输文件。
电子邮件
利用 SMTP 发送邮件 , 利用 POP3 从邮件器服务接收电子邮件。
数据库服务
以 C/S 方式访问远方数据库系统。
WWW服务
通过 HTTP 协议浏览分布在任何地方的网页，并通过超级链接，继续浏览下一个指定网页。
即时通信
网络聊天， IP 语音、视频会话等

（2）协议

  Internet 参考模型的 应用层 （大体对应OSI的应用层、表示层和会话层） 协议
        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        
主要包括 :
FTP （文件传输协议）
SMTP （简单报文传输协议）
TELNET （远程网络登陆协议）
DNS （域名服务）
HTTP （超文本传输协议）
…….

（3）URL

URL 是 统一资源定位符 ，对可以从互联网上得到的资源的位置和访问方法的一种简洁的表示，是互联网上标准资源的地址。互联网上的每个文件都有一个唯一的URL ，它包含的信息指出文件的位置以及浏览器应该怎么处理它。
例如 http://ci.hfut.edu.cn/main.htm
URL 由三部分组成：
1. 协议名称( http 超文本传输协议 )
2. 主机名或主机的DNS( ci.hfut.edu.cn )
3. 文件路径和文件名(main.htm 超文本标记语言 )

（4）DNS

在网络层 IP 包采用 IP 地址进行通信。
在应用层，为了便于记忆，采用域名来标识
        ​​​​​​​        

（5）搜索引擎

WWW 上包含着非常丰富的信息，但要找到自己所需的内容并不是件很容易的事。
为了使人们能够方便、快捷地找到对他们有用的页面，研究人员写出了用多种
方法索引 WWW 的网络应用程序。
索引 WWW 的程序被称作 搜索引擎
(Search Engine) ，如 yahoo 、 google 、百度、bing等
        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        

1.6致谢

 后续会陆续更新分享物联网技术课程相关知识，大家可以关注留言哈！希望可以和大家一起学习物联网技术，感受物联网技术的魅力！作者水平有限，不足之处还请大家批评指正！希望能和大家一起进步哟

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