通信
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规范覆盖范围
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计算的关键方面之一是通信。例如，输入和输出设备需要与处理器通信，硬盘需要与内存通信，等等。
这种意义上的通信通过数据和指令的传输来实现。我们已经研究过计算机内部数据传输的许多示例。在本节中，我们更关注计算机和外围设备之间的通信，以及跨本地和全局网络的不同计算机之间的通信。本节还将包括构成互联网基础设施的详细记录。
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一般来说，在 A 级考试中，对网络等概念的定义所需的细节级别将高于 AS 考试。 |
网络是指任何数量的计算机连接在一起以进行通信、共享处理能力、存储容量和其他资源。为了连接到网络，计算机必须具有网络适配器，更常见的是称为网络接口卡 (NIC)。
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NIC 是一块印刷电路板，它像任何其他卡（例如图形和声卡）一样包含在计算机内部。NIC 将专门设计为允许计算机通过电缆或无线方式连接到正在使用的特定网络拓扑结构。卡的类型也决定了设备与网络之间可用的数据传输速度。这些通常已经集成到现代主板中。
网络通常用它们覆盖的地理区域和连接配置的方式（称为网络拓扑结构）来描述。
局域网 (LAN) 是在小范围内连接的计算机和外围设备的集合，覆盖一栋建筑物或一个地点。大多数 LAN 由一个或多个服务器和客户端组成。服务器是一台高规格的计算机，具有足够的处理能力和存储容量来为多个用户提供服务。客户端是指连接到网络的任何计算机。
广域网 (WAN) 是在很远的地理距离内连接的计算机和外围设备的集合。这意味着任何扩展到单个站点以外的网络，直到全球网络，如互联网。WAN 使用各种各样的通信介质，包括电话线、微波链路、卫星连接和光纤电缆。
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LAN 通常由单个组织拥有和运营。WAN 可能由多个组织拥有/运营，并且通常会使用第三方通信技术。 |
除了服务器和客户端之外，网络中的另一个关键设备是路由器。现代路由器实际上是将多个设备合并为一个设备。家庭网络的典型路由器
- 接收正在传输的每个数据包，读取数据包的标题，然后将其转发到目的地
- 充当防火墙，阻止某些数据包被转发
- 充当交换机，在网络上的两个设备之间创建连接
- 提供无线接入点，传输 WiFi 信号
- 充当调制解调器，将数字信号转换为模拟信号，以便它们可以向下传输标准电话线。
星型拓扑结构 的名称来自它可以以简化的方式在纸上表示，如下图所示。这显示了设备在概念上是如何连接在一起的。
上图显示了每个客户端通过单独的连接连接到中央服务器。主要特征是服务器和客户端之间的专用连接。实际上，它将是一个位于中心的交换机，服务器连接到其中一个端口。服务器将是一台高规格的机器，具有大量的处理能力和存储容量。客户端可以通过布线访问服务器。
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 快速连接速度，因为每个客户端都有一条专线 | 由于布线成本增加，因此设置成本高 |
| 当许多用户在线时，不会像其他网络拓扑结构那样减慢速度 | 如果电缆故障，则该客户端可能无法接收数据 |
| 故障排除更简单，因为单个故障更容易追踪 | 安装困难，因为需要多条电缆。如果 LAN 分布在多个建筑物中，问题会加剧 |
| 相对安全，因为从客户端到服务器的连接是唯一的 | 服务器可能会变得拥塞，因为所有通信都必须通过它 |
| 可以添加新客户端，而不会影响其他客户端 | |
| 如果一条电缆或客户端发生故障，则只有该客户端受到影响 |
另一种主要的网络拓扑结构是总线拓扑结构，其中网络中的所有节点都通过一根主电缆连接。如果有一个主服务器，所有客户端都通过这根主电缆连接到它。这根电缆承载着服务器和客户端之间的数据，每个客户端都从主总线电缆上分叉出来。
主电缆或骨干必须允许高速数据传输，因为所有数据都必须通过这一个通道传输。总线系统的常见实现是以太网网络系统。
优点和缺点
[edit | edit source]| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 安装成本比星型拓扑结构低，因为只需要一根主电缆 | 安全性不如星型网络，因为所有数据都通过一根主电缆传输 |
| 比星型拓扑结构更容易安装 | 当网络上用户数量增加时，传输时间会变慢 |
| 通过从主电缆分支可以轻松添加新客户端 | 如果主电缆发生故障，所有客户端都会受到影响 |
| 由于依赖主电缆，可靠性不如星型网络 | |
| 更难找到故障 |
物理和逻辑拓扑结构
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需要区分网络的物理拓扑结构和逻辑拓扑结构。物理拓扑结构是指电缆的实际连接方式。然而，通过添加更多硬件和软件，以特定物理拓扑结构连接的网络可以以不同的方式运作。例如，一些以太网网络在物理上是以星型结构布局的，但使用集线器来重复信号，这实际上创建了一个总线网络。
客户端-服务器网络
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不要陷入认为客户端-服务器和点对点网络仅限于特定拓扑结构的陷阱。 |
在星型和总线拓扑结构中，图表显示了一个主服务器。虽然客户端在处理能力和存储容量方面拥有本地资源，但它们依赖于服务器。这是构建具有大量用户的局域网最常见的方式。服务器将是一台高端计算机，拥有大量的处理能力和存储容量。它需要足够大、足够快才能满足客户端的需求。
点对点网络
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在点对点网络中，没有一台计算机对整个网络进行控制。相反，每台计算机或工作站的资源都可供网络中的所有计算机使用。因此，每个工作站都可以充当客户端或服务器，具体取决于当前的任务。这在较小的网络中或在某些应用程序（如文件共享）中更为常见。
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点对点网络通常在家庭中使用，其中每台计算机和设备拥有平等的权利。 |
回顾：点对点和客户端-服务器网络比较
[edit | edit source]| 特征 | 点对点 | 客户端-服务器 |
|---|---|---|
| 谁负责？控制在哪里？ | 没有人 / 每个人 | 服务器 |
| 如何共享资源 | 以个别的方式 | 由服务器集中地提供给用户/组 |
| 是否需要特殊的操作系统？ | 不需要 | 需要 |
| 简单/难设置 | 简单 | 需要系统管理员 |
| 成本 | 低 | 高（服务器可能很贵，系统管理员软件也可能很贵） |
| 安全吗？ | 较低 | 更高（但需要专业知识） |
无线网络
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无线网络与有线网络的不同之处在于它不使用电缆来建立设备之间的物理连接。而是使用无线电波发送数据。无线网络可以在小范围或大范围的地理距离内实现，因此可以实现无线局域网 (WLAN) 和无线广域网 (WWAN)。许多企业和家庭网络都是无线设置的，消除了对昂贵布线的需求，并允许从任何具有无线网络适配器 (NIC) 的设备轻松访问网络。
网络上的所有设备都有一个媒体访问控制 (MAC) 地址。这是一个唯一的标识符，以六组由冒号分隔的两位十六进制数字的形式编码到网络接口卡 (NIC) 中，例如 02:32:45:77:89:ab。任何使用 WiFi 连接到网络的设备都将通过无线接入点连接，并且必须拥有自己的唯一 MAC 地址。每个制造的网卡都具有唯一的地址，这意味着它们可以用来唯一地标识每个设备。MAC 地址的前半部分是制造商代码，后半部分是分配给网络适配器 (NIC) 的唯一设备代码。
WiFi 是无线局域网 (WLAN) 的通用术语，在无线局域网中，设备可以无线连接到彼此，并且可以在其中建立到互联网的连接，前提是网络中的一台设备在线。WiFi 按照称为 IEEE 802.11 的通用标准运作，确保所有设备都符合标准并可以连接和在网络中传输数据。
无线网络的优缺点
[edit | edit source]| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 低设置成本 | 可能会出现干扰，并且比有线网络速度慢 |
| 不受特定位置的限制 | 连接不如有线网络稳定，可能会“断开” |
| 可以连接多个设备，无需额外的硬件 | 更容易受到黑客攻击 |
| 由于没有安装电线，对建筑物的干扰较小 | 它会因墙壁或障碍物而降低质量 |
服务集标识符 (SSID) 的用途
[edit | edit source]SSID 只是网络名称的技术术语。
当您设置无线家庭网络时，您会给它起一个名称，以将其与您附近其他网络区分开来。
当您将计算机连接到无线网络时，您会看到此名称。
SSID 是与 802.11 无线局域网 (WLAN) 相关联的主要名称，包括家庭网络和公共热点。
在家庭 Wi-Fi 网络上，宽带路由器或宽带调制解调器存储 SSID，并允许管理员更改它。
路由器可以广播此名称，以帮助无线客户端找到网络
无线网络如何保护
[edit | edit source]可以使用 WPA/WPA2、禁用 SSID (服务集标识符) 广播、MAC (媒体访问控制) 地址白名单来实现传输数据的强加密
- WPA - 无线保护访问
Wi-Fi 保护访问 (WPA) 是一种为配备无线连接的计算机用户提供的安全标准。它是对原始 Wi-Fi 安全标准有线等效隐私 (WEP) 的改进，并有望取代它。WPA 提供比 WEP 更复杂的加密数据方法，并提供用户身份验证。WEP 仍然被认为对家庭用户有用，但对于企业环境来说还不够，因为大量的信息流动会让黑客更容易发现加密密钥。
- WPA2
代表 Wi-Fi 保护访问 2，是 WPA 的后续安全方法，用于无线网络，提供更强大的数据保护和网络访问控制。它为企业和消费级 Wi-Fi 用户提供了高度的保证，确保只有授权用户才能访问他们的无线网络。基于 IEEE 802.11i 标准，WPA2 提供政府级别的安全
- 禁用 SSID 广播
大多数路由器和其他无线接入点会自动定期（每隔几秒）传输其网络名称 (SSID)。Wi-Fi 网络协议的这种 SSID 广播功能旨在允许客户端动态发现无线网络 (WLAN) 并漫游到其他无线网络。出于安全考虑，可以禁用此功能。安全性和设置新网络客户端的便利性之间存在权衡。
- MAC 地址白名单
媒体访问控制地址 (MAC 地址)，也称为物理地址，是分配给网络接口卡 (NIC) 的唯一标识符，用于物理网络上的通信。许多网络管理员设置 MAC 地址白名单或 MAC 地址过滤器来控制谁可以访问他们的网络。当加密不是一种实用的解决方案或与加密一起使用时，可以使用此方法。
与有线网络一样，协议描述了发送方和接收方遵循的数据通信规则。CSMA/CA 用于在冲突发生之前防止冲突。
- 只要一个节点接收到要发送的数据包，它就会检查（载波侦听）以确保信道是空闲的（此时没有其他节点正在传输）。
- 如果信道是空闲的，则数据包将成功发送 - 接收确认。
- 如果信道不空闲，则节点会等待随机选择的时间段，然后再次检查信道是否空闲。这段时间称为退避因子，由退避计数器递减。如果退避计数器达到零时信道是空闲的，则节点传输数据包。如果退避计数器达到零时信道不空闲，则重新设置退避因子，并重复该过程。
载波侦听：在传输之前，节点首先监听共享介质（例如监听无线网络中的无线信号）以确定是否有其他节点正在传输。
冲突避免：如果听到其他节点，则发射器会等待随机时间段，等待该节点停止传输，然后再再次监听空闲的通信信道。
请求发送/清除发送 (RTS/CTS) 在此时用于协调对共享介质的访问。在无线网络中，接入点一次只向一个节点发出清除发送。
将请求发送/清除发送 (RTS/CTS) 想象成“发言权”——只有拥有“发言权”的节点才能“说话”（传输）。
传输：如果确定介质是空闲的，或者节点收到了 CTS 明确指示它可以发送，则它会完整地发送帧。
节点等待接收来自接入点的确认数据包，以指示数据包已接收并正确校验和。
如果在合理的时间内没有收到这种确认，则它假定数据包与其他传输发生冲突，导致节点进入退避阶段，然后尝试重新传输。
缺点：对于小数据传输，RTS、CTS 和传输的开销很大。
握手是在两个实体之间建立的通信信道上，在信道上的正常通信开始之前，动态设置通信信道参数的自动协商过程。
RTS / CTS 是握手协议的示例。
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练习：网络 带有 RTS/CTS 的 CSMA/CD 是握手协议的示例。解释握手协议的一种目的。
答案 确保一次只有一个传输设备进行传输，从而防止通信介质上的冲突。
说出星形拓扑相对于总线拓扑的两个优点，并解释它是如何实现的。
答案
问题
答案 答案
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答案 答案
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答案 答案
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