Created: February 29, 2024 8:11 PM

提高域名服务器的可靠性

1. DNS 域名服务器都把数据复制到几个域名服务器来保存，其中的一个是主域名服务器，其他的是辅助域名服务器。
2. 当主域名服务器出故障时，辅助域名服务器可以保证 DNS 的查询工作不会中断。
3. 主域名服务器定期把数据复制到辅助域名服务器中，而更改数据只能在主域名服务器中进行，保证了数据的一致性。

邮件发送协议SMTP和POP3的使用范围

通过三个阶段的应用层交互完成邮件传输：握手阶段、邮件传输阶段、关闭阶段、

SMTP特点

• 只能传送7位ASCII码文本内容
• 传送的邮件内容中不能包含 CRLF.CRLF（回车换行），因为用该信息表示邮件内容结束
• 是推动协议（HTTP 是拉动协议）
• 使用的TCP连接是持久的

邮件读取协议

• 第三版邮局协议（POP3）：授权阶段、事务处理阶段、更新阶段；操作不会反应在服务器上
• 互联网邮件访问协议（IMAP）：对邮件的操作会反应的服务器上，支持仅读取邮件部分内容
• Web 邮件系统的邮件读取协议（HTTP）：浏览器网页邮箱

码元速率和信息速率

1. 码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为$k$进制码元，而该时长称为码元宽度。
2. 码元传输速率$1$波特等于$1$码元每秒，码元速率表示单位时间内传送码元的个数。单位是波特。
3. 信息速率：单位时间内传输二进制码元个数，单位是bit/s。

💡 码元传输速率与码元的进制无关，只与码元的时长有关。

奈奎斯特定理

$$ 理想低通信道下的极限数据传输速率=2W\log_{2}{V}\tag{1} $$

$W$：理想低通信道的带宽。

$V$：每个码元离散电平的数目。

香农定理

$$ 信道的极限数据传输速率=W\log_{2}{(1+\frac{S}{N})} \tag{2} $$

$W$：信道的带宽。

$S$：信道所传输信号的平均功率。

$N$：信道内部的高斯噪声功率。

波分多路复用（WDM）

波分多路复用即光的频分多路复用，它在一根光纤中传输多种不同波长的光信号，由于波长不同，各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来。由于光波处于频谱的高频段，有很高的带宽，因而可以实现多路的波分复用。

光纤通讯

优点

1. 光通信容量非常大。
2. 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
3. 抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。
4. 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
5. 体积小重量轻。这在现有电缆管道已拥塞不堪的情况下特别有利。

实现

在发送端有光源，它们在电脉冲作用下产生出光脉冲在接收端利用光电二极管做成光检测器，在检测出光脉冲时还原成电脉冲。

数据链路层、透明传输、传输差错分类

数据链路层三个基本问题：

1. 封装成帧：将网络层的数据包封装为数据链路层的帧的过程。帧是数据链路层传输的基本单位，包含了数据和一些控制信息，如帧起始和结束的标志、地址信息、帧校验序列等。通过封装，数据链路层能够在传输中正确地识别帧的开始和结束，确保数据的完整性和可靠性。
2. 透明传输：数据链路层在传输数据时应该是透明的，即不关心传输的数据内容。它保证了在数据链路上传输的数据不受数据内容的影响，无论数据中包含何种信息，数据链路层都应该能够可靠地传输。这种透明性使得数据链路层能够处理各种类型的数据，包括文本、图像、音频等。
3. 差错控制：数据链路层通过一定的手段来检测和纠正在数据传输过程中可能发生的错误。在数据链路上传输过程中，由于噪声、干扰或其他原因，数据可能会发生位错误。为了确保数据的可靠传输，数据链路层通过使用差错检测和纠正技术，如循环冗余检验和奇偶校验，来检测并纠正这些错误，从而提高数据传输的可靠性。

封装成帧

在一段数据的前后分别添加首部和尾部然后就构成一个帧。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

最大传送单元MTU：规定了所能传送的帧的数据部分长度上限。以太网最大不能超过$1500$字节。

帧的首部开始：控制字符SOH

帧的结束：控制字符EOT

透明传输

💡 透明传输：无论发送什么样的比特组合的数据，这些数据都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。

如果数据中的某个字节的二进制代码恰好和SOH或EOT一样，数据链路层就会错误地“找到帧的边界”，导致错误。

解决方法：用“字节填充”或“字符填充”法解决透明传输的问题

差错检测

传输差错：在传输过程中可能会产生比特差错：1 → 0， 0 → 1。

误码率：在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率称为误码率 BER (Bit Error Rate)。

循环冗余检

1. 在发送端，先把数据划分为组。假定每组$k$个比特。
2. 在每组 $M$ 后面再添加供差错检测用的 $n$ 位冗余码，然后构成一个帧发送出去。一共发送 $(k + n)$ 位。

计算过程：

1. 用二进制的模 $2$ 运算进行 $2n$ 乘 $M$ 的运算，这相当于在 $M$ 后面添加 $n$ 个$0$。
2. 得到的 $(k + n)$ 位的数除以事先选定好的长度为 $(n + 1)$ 位的除数 $P$，得出商是 $Q$ ，余数是 $R$，余数 $R$ 比除数 $P$ 少 $1$ 位，即 $R$ 是 $n$ 位。
3. 将余数 $R$ 作为冗余码拼接在数据 $M$ 后面，一起发送出去。

帧检验序列：在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列FCS。

⏰ 循环冗余检验 CRC 和帧检验序列 FCS 并不等同。

1. CRC是一种常用的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码。
2. FCS可以用CRC这种方法得出，但CRC并非用来获得FCS的唯一方法。
3. 用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受 (accept)。

“无比特差错”与“无传输差错”

可靠传输：数据链路层的发送端发送什么，在接收端就收到什么。

传输差错：

1. 比特差错：数据传输的过程中，由于信号受到噪声、干扰或其他不良条件的影响，导致数据位发生错误的现象。在比特差错中，一个或多个数据位的值可能被翻转，从而改变了原始数据的内容。比特差错通常发生在数字信号通过通信媒介（如电缆、光纤、空气等）传输的过程中。
2. 传输差错：整个数据帧或数据包因为噪声、干扰、衰减等原因而出现错误。这种差错可能导致整个数据帧的丢失或损坏，而不仅仅是某个比特的错误。传输差错可能由于物理媒介的问题，如信号衰减、多径效应等，或者由于通信设备的问题，如传输速率不匹配、时钟偏差等，引起整个数据帧的错误。

在数据链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。要做到可靠传输，还必须再加上帧编号、确认和重传等机制。

PPP协议

特点

1. 简单：协议设计应当简单易懂，以促进易于实施和维护。
2. 封装成帧： 数据在传输过程中需要被封装成帧的形式，而且帧之间的边界需要用特殊字符来明确定义。
3. 透明性：即便在底层发生错误或存在特殊情况时，传输的数据也应该能够保持正确性，确保接收端能够正确解析数据。
4. 多种网络层协议：协议需要支持在同一物理链路上运行多种不同的网络层协议，以满足不同网络需求。
5. 多种类型链路：协议需要适应多种不同类型的链路，例如有线、无线等，以提供更广泛的应用。
6. 差错检测：协议需要具备检测接收到的数据帧是否存在错误的机制，并在发现错误时立即处理，以保证数据的完整性。
7. 检测连接状态：协议需要能够主动或被动地检测链路的连接状态，确保及时发现并处理连接问题。
8. 最大传送单元：针对每种链路类型，需要规定最大传送单元的标准默认值，以促进不同实现之间的互操作性。
9. 网络层地址协商：协议需要提供一种机制，使通信的两端能够协商、了解或配置彼此的网络层地址。
10. 数据压缩协商：协议需要支持通过协商的方式确定是否使用数据压缩算法，以优化数据传输效率。

组成

1. 一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
2. 一个链路控制协议LCP(Link Control Protocol)。
3. 一套网路控制协议NCP(Network Control Protocol)。

帧格式

字节填充

零比特填充

工作过程

1. 用户拨号接入ISP后，就建立了一条从用户个人电脑到ISP的物理连接。
2. 用户个人电脑向ISP发送一系列的链路控制协议LCP分组（封装成多个PPP帧），以便建立LCP连接。
3. 之后进行网络层配置。网路控制协议NCP给新接入的用户个人电脑分配一个临时的IP地址。
4. 当用户通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。LCP释放数据链路层连接。
5. 最后释放的是物理层的连接。

静态文档和动态文档

• 静态文档：该文档创作完毕后就存放在万维网服务器中，在被用户浏览的过程中，内容不会改变。
• 动态文档：文档的内容是在浏览器访问万维网服务器时才由应用程序动态创建。
• 动态文档和静态文档之间的主要差别体现在服务器端：文档内容的生成方法不同。从浏览器的角度看，这两种文档并没有区别。

网络地址（IP 地址）

💯 计算机要实现网络通信，就必须要有一个用于快速定位的网络地址。IP地址就是计算机在网络中的唯一身份id。

表示方法

1. 点分十进制记法：将每$8$位的二进制数转换为十进制数。
2. 网络地址+主机地址(又称：主机号和网络号组成)。

分类

无分类编址CIDR

表示方法：斜线记法 (slash notation)

a.b.c.d / n：二进制IP地址的前n位是网络前缀。例如：128.14.35.7/20：前$20$位是网络前缀。

地址掩码（子网掩码）

✅ 由一连串$1$和接着的一连串$0$组成，$1$的个数就是网络前缀的长度，能够让机器从IP地址迅速算出网络地址。

二进制相移键控（2PSK）

✅ $1$ 的波形由 $0$ 开始往下画；$0$ 的波形由 $0$ 开始往上画。

CSMA/CD 协议

💡 先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发。

每个站点在发送前和发送中都必须不停地检测信道。

载波监听

• 在发送前检测信道是为了获得发送权。
• 在发送中检测信道是为了及时发现发送的数据是否发生了碰撞。
• 站点在发送前要先监听信道，只有信道空闲才能发送。

碰撞检测

• 边发送边监听，如果监听到了碰撞，则立即停止数据发送。
• 等待一段时间后，重新开始尝试发送数据。