物联网技术-第4章物联网通信技术-4.1计算机网络

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
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(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

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(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。

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(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。

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(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。

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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
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网络适配器
工作站
服务器

1.2数据交换类型

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。

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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

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

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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。

1- 4 层完成网络通信, 5-7 层完成数据 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
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
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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 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
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(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
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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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