计算机网络幻数_计算机网络的定义是什么

1、含义：计算机网络是将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

2、产生和发展：计算机网络发展经历了四个阶段。

诞生阶段，20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络以单个计算机为中心；形成阶段，20世纪60年代中期至70年代以多个主机通过通信线路互联；互联互通阶段，计算机网络具有统一的网络体系结构并遵守国际标准；高速网络技术阶段，发展为以因特网为代表的互联网。

3、分类：分为局域网、城域网、广域网、无线网。

4、功能：数据通信是计算机网络的最主要的功能之一，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息；资源共享；集中管理；实现分布式处理；负荷均衡。

5、应用：主要体现在商业、家庭。移动用户方面的应用。商业方面，提供通信媒介，如电子邮件、视频会议；电子商务活动；通过Internet与客户做各种交易，如书店、音像。家庭运用包括访问远程信息、个人通信、交互式娱乐等。

(1)计算机网络幻数扩展阅读：

计算机网络的性能指标

1、速率

计算机网络中最重要的一个性能指标。根据每帧图像存储时所占的比特数和传输比特率，可以计算数字图像信息传输的速度。字节（Byte）是构成信息的单位，在计算机中作为处理数据的基本单位，1字节等于8位，即 1 Byte = 8 bits。

2、带宽

在单位时间内通过网络中某一点的最高数据率，常用的单位为bps（又称为比特率，bit per second，每秒多少比特）。在日常生活中中描述带宽时常常把bps省略掉，例如：带宽为4M，完整的称谓应为4Mbps。

3、吞吐量

对网络、设备、端口、虚电路或其他设施，单位时间内成功地传送数据的数量。吐量的大小主要由网络设备的内外网口硬件，及程序算法的效率决定，尤其是程序算法。

B. 计算机网络的定义是什么

计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

从整体上来说计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。简单来说，计算机网络就是由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体。

计算机网络的分类：

计算机网络的分类与一般的事物分类方法一样，可以按事物所具有的不同性质特点（即事物的属性）分类。计算机网络通俗地讲就是由多台计算机（或其它计算机网络设备）通过传输介质和软件物理（或逻辑）连接在一起组成的。

总的来说计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质就是空间）以及相应的应用软件四部分。

C. 我们为什么要合成超重元素传说中的稳定岛真的存在吗

出品：科普中国

制作：张昊（大阪大学）

监制：中国科学院计算机网络信息中心

在上一篇文章（地球上那么多元素都怎么来的？你的金饰其实来自星星）中，我们为大家介绍了铀为止的各种元素在宇宙中渐次合成的机理。在这篇文章中，我们将继续沿着周期表中元素序号增加的方向，着眼于超重元素的人工合成这一话题。

什么是超重元素，自然界中为什么不存在超重元素？

原子核位于原子中心，占据整个原子绝大多数质量，由带正电荷的质子和电中性的中子构成。质子和中子统称为核子，二者通过核力彼此结合为整体。原子序数与质子数等同，质子数和中子数的和称为质量数。具有相同质子数而中子数不同的原子核称为同位体。 一般而言，原子序数越大，质量数也就越大，原子核也就越重。 因此，在本文中，我们用重原子核这一说法来表示原子序数非常大的原子核。其中，原子序数104以上的原子核，称为超重核。

截止1925年，人类已经在自然界中发现并分离出了92号元素铀及之前的全部元素，93号元素开始（即所谓的超铀元素），都是通过人工合成方式发现和确认的。我们已经在上一篇文章中提到了地球上铁之后的重元素几乎全部来自于太阳系诞生时期的超新星爆发或中子星合并。

那么，是否可以下结论说上述两种来源最多可以制成92号元素呢？答案是否定的，理论上来说，超新星爆发和中子星合并时候所产生的巨大能量足以合成更重的元素。例如，93、94号元素最初由人工方式合成，但之后在铀矿中发现了它们的痕量存在，这说明 自然来源的重原子核并非只能到92号元素铀为止 。

那为什么自然界中几乎不存在超铀元素呢？问题的关键在于，通常来说元素越重原子核的不稳定性越强，超重原子核存在极大的衰变倾向，制成后在极短的时间内就会转变为其它更轻的原子核，直到能够稳定存在为止。因此，即便超重原子核曾经被其它星体制造出来，它们也无法存留至今。

实际上，人类已知的有稳定同位素存在的最重原子核是82号元素铅，之后的各种重原子核都具有或多或少的衰变倾向。具体而言，重原子核的衰变方式有两种， 其一是α衰变 ，也就是通过释放α粒子（即He-4，氦核）变成原子序数减2的更轻原子核，这一过程会反复进行直到该核可以稳定存在为止。另外一种方式称为 自发核分裂 ，通常发生在原子序数在100号左右的超重核上，此时超重核将会自发分裂为两个原子序数相近的较轻原子核。

超重元素发生衰变的本质是什么？

1.什么是作用于核子间的核力？

那么，为什么重原子核，特别是超重原子核具有极大的衰变倾向呢？这个问题还要从构成原子核的核子们之间存在的复杂相互作用说起。我们已经提到过质子和中子之间存在相互吸引的作用力—核力。解释核力的成因涉及到粒子物理中的短程强相互作用，我们就不展开说明了，读者们只需要 将核力理解为核子之间的短距离相互吸引力 即可。

在原子核中心附近，核子被周围存在的其它核子所包围，核力在此处将发挥最大限度的效用。与之相对，位于原子核表面附近的核子由于外侧不存在其它核子，因此核子间的相互引力在原子核表面将变弱。对于原子序数较小且核子数目较少的轻原子核而言，其暴露于原子核表面附近的核子相对于全体核子数的比例较高，因此核子间的相互结合力较小。重原子核的情形与之相反，核子间的结合力相对较大。

2.库仑力是什么？

按照上述分析，原子核越重，核子间的核力将发挥更大的结合作用，重原子核似乎应该更加稳定才对。但是，这种想法忽略了存在于质子间的静电斥力，即库仑力。

库仑力是一种在整个原子核范围内都存在的长程作用，质子间由于都携带正电荷，因此将相互排斥。而原子核越重，所含有的质子也就越多，相互间的静电斥力就越强，也就越容易导致原子核的解体衰变。最终，平均到每一个核子上的结合能按照元素轻重顺序存在一个先增大后减小的过程，并在26号元素铁附近达到最大值。可以说，铁原子核是自然界中最为稳定的原子核。我们在上一篇文章中提到的中子星存在铁核心，以及地球内核主要由铁构成等事实皆与铁核的稳定性存在关联。

细微之处见真章——原子核内的核子排布大有玄机

1.影响原子核稳定的因素

如果我们再仔细的考察一下上篇文章中展示过的太阳系的元素含量分布图，可以发现随着元素序号的增加，在整体含量的下降趋势之下，还存在若干小型峰位，例如8号元素氧，28号元素铁以及82号元素铅等。

这些峰位的存在，暗示我们除了原子序数，还存在着其它可以影响原子核稳定性的因素。这一因素就是原子核内的核子排布方式。

与核外电子存在壳层结构类似，原子核内部的质子或中子也存在类似的排布规则。当质子或中子数正好达到填满某壳层时，原子核将处于最为稳定的“闭壳”状态。处于闭壳状态的原子核称为“幻核”，满足闭壳状态的质子数或者中子数称为“幻数”。如果质子数和中子数同时满足幻数，则称这种状态下的原子核为“双幻核”。

2.为什么满壳层的核子排布更稳定？

关于为什么满壳层的核子排布更加稳定，我们可以设想一个也许不太贴切的例子。当我们邮寄书籍一类较重的物品时，经常会想办法让书本尽量填满包装箱的全部空间。这种“尽量填满”的方式可以通过限制书本的相对位移来防止运输过程中书本位置的错动，从而防止包装箱遭到损坏。

满足幻数的质子数有，2、8、20、28、50、82……；满足幻数的中子数有2、8、20、28、50、82、126……。例如，含有82个质子和126个中子的铅-208就是非常稳定的双幻核，因此铅在太阳系中的含量相对其它近邻元素存在峰位就不足为奇了。至于幻数为什么取以上数值，我们就不展开讨论了，有兴趣的读者可以自行参考相关资料。

行舟稳定岛——是否存在铅之后的稳定重元素？

目前已知（已经得到验证）的质子幻数最大为82，很多读者或者已经想问，在此之后是否还存在更重的质子幻数？其实，物理学界对这一问题的兴趣已经维持了将近一个世纪。而且，如果真有更大的幻数存在，是否有可能形成铅以后的稳定超重原子核呢？

60年代起，针对上述讨论，物理学界提出了超重元素的 “稳定岛”假说 。如果说稳定存在的元素好比是高耸的陆地，不能稳定存在的元素好比是无边无际的海洋。那么能够稳定存在的超重元素就好像是海洋中露出水面的岛屿一般。为了寻找下一个满足幻数条件的重原子核，无数的研究人员怀揣着自身的执念和国家的尊严不懈努力着。

根据原子核物理的预测，质子数114，中子数184将成为下一个能够稳定存在的双幻数组合。不少实验事实已经给予了科学家们极大的鼓舞。例如，虽然目前其原子核内的中子数离幻数184仍然相去甚远，但已经制造成功的114号元素确实要比附近的超重元素拥有更长的寿命。此外，增加超重核内的中子数目以令其更接近幻数184同样能够增加超重核的寿命。例如，112号元素Cn的两种同位素中，Cn-285比Cn-277的寿命长了足足五万倍。

虽然稳定岛理论仍然停留在假说层面，但它所勾勒出的前景却足够令人心驰神往，诸多站在世界前沿的研究机构为了寻找到这座传说中的岛屿倾注着无数的资金与精力。即便稳定程度无法达到铅-208的水平， 但只要其寿命能不像其他同类元素一样转瞬即逝，我们就一定能找到这种超重元素的潜在用途 ，它将不再是只能在实验室中仅仅存在几毫秒的“镜花水月”。

意义非凡的超重元素合成伟业

合成超重元素的意义绝非仅仅只是为了寻找稳定岛。首先，合成超重元素的过程可以帮助我们进一步了解原子核内部的运行机制，这是物质世界的终极奥秘之一。只有在正确认识规律的基础上，才能尝试对其加以运用。人类科学史上类似的例子不胜枚举，电磁波和光的性质、重力和引力的性质以及基本例子的性质等等，都是在为人所了解和掌握多年后，才有了相应的大规模应用。

其次，虽然现有的原子核物理学理论已经可以对超重原子核的性质进行预测和推演，但“能够预测”和“实际观测”显然是两个完全不同的层次。在科学史上，与人类预测相违背的科学事实不在少数，预想外的规律在很多时候都成为了引发新科技革命的导火索。即便预测与实际取得了完美的一致，同样有着重大的意义。在目前的超重元素合成历程中，尚未出现颠覆式的科学发现，不过相对论力学、粒子物理和量子论等等现有科学理论却在此过程中得到了反复的确证和加强。

最后，不断挑战新的超重核制备不仅能对人类现有技术水平起到提升和促进的作用，这一过程本身也是对真理的追问和探求，是对人类最本源好奇心的不断满足。在超重元素领域，元素周期律还能否继续发挥作用？原子核能够成立的极限到底在哪里？新的元素是否能够一直被制造出来，元素序号的极限在哪里？稳定岛真的存在吗？……我们目前仍然无法回答的很多问题，将在未来逐渐找到答案。

在下一篇文章中，我们将为大家介绍合成超重元素的具体路径及其中各种常人难以想象的困难。

参考文献:

1.https://stonewashersjournal.com/2017/11/03/element/

新元素を作る意味、莫大な研究资金を费やす価値とは？

2.https://business.nikkei.com/atcl/opinion/15/217467/061100020/

“ニホニウム”に见る自然科学の意义と意味

3.https://kuir.jm.kansai-u.ac.jp/dspace/handle/10112/16478

Challenge to synthesis of superheavy elements

4.http://www.aesj.or.jp/~ndd/ndnews/pdf87/No87-12.pdf

超重元素合成研究の现状と展望

5.https://www.jstage.jst.go.jp/article/kakyoshi/65/3/65_120/_pdf

周期表はどこまで拡张されるか

6.http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/shinohara/researches/she01.html

重元素の基础知识

D. 计算机网络知识点

一、计算机网络概述

1.1 计算机网络的分类

按照网络的作用范围：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）；

按照网络使用者：公用网络、专用网络。

1.2 计算机网络的层次结构

TCP/IP四层模型与OSI体系结构对比：

1.3 层次结构设计的基本原则

各层之间是相互独立的；

每一层需要有足够的灵活性；

各层之间完全解耦。

1.4 计算机网络的性能指标

速率：bps=bit/s 时延：发送时延、传播时延、排队时延、处理时延往返时间RTT：数据报文在端到端通信中的来回一次的时间。

二、物理层

物理层的作用：连接不同的物理设备，传输比特流。该层为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。

物理层设备：

中继器【Repeater，也叫放大器】：同一局域网的再生信号；两端口的网段必须同一协议；5-4-3规程：10BASE-5以太网中，最多串联4个中继器，5段中只能有3个连接主机；

集线器：同一局域网的再生、放大信号（多端口的中继器）；半双工，不能隔离冲突域也不能隔离广播域。

信道的基本概念：信道是往一个方向传输信息的媒体，一条通信电路包含一个发送信道和一个接受信道。

单工通信信道：只能一个方向通信，没有反方向反馈的信道；

半双工通信信道：双方都可以发送和接受信息，但不能同时发送也不能同时接收；

全双工通信信道：双方都可以同时发送和接收。

三、数据链路层

3.1 数据链路层概述

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。

该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

有关数据链路层的重要知识点：

数据链路层为网络层提供可靠的数据传输；

基本数据单位为帧；

主要的协议：以太网协议；

两个重要设备名称：网桥和交换机。

封装成帧：“帧”是数据链路层数据的基本单位：

透明传输：“透明”是指即使控制字符在帧数据中，但是要当做不存在去处理。即在控制字符前加上转义字符ESC。

3.2 数据链路层的差错监测

差错检测：奇偶校验码、循环冗余校验码CRC

奇偶校验码–局限性：当出错两位时，检测不到错误。

循环冗余检验码：根据传输或保存的数据而产生固定位数校验码。

3.3 最大传输单元MTU

最大传输单元MTU(Maximum Transmission Unit)，数据链路层的数据帧不是无限大的，数据帧长度受MTU限制.

路径MTU：由链路中MTU的最小值决定。

3.4 以太网协议详解

MAC地址：每一个设备都拥有唯一的MAC地址，共48位，使用十六进制表示。

以太网协议：是一种使用广泛的局域网技术，是一种应用于数据链路层的协议，使用以太网可以完成相邻设备的数据帧传输：

局域网分类：

Ethernet以太网IEEE802.3：

以太网第一个广泛部署的高速局域网

以太网数据速率快

以太网硬件价格便宜，网络造价成本低

以太网帧结构：

类型：标识上层协议（2字节）

目的地址和源地址：MAC地址（每个6字节）

数据：封装的上层协议的分组（46~1500字节）

CRC：循环冗余码（4字节）

以太网最短帧：以太网帧最短64字节；以太网帧除了数据部分18字节；数据最短46字节；

MAC地址（物理地址、局域网地址）

MAC地址长度为6字节，48位；

MAC地址具有唯一性，每个网络适配器对应一个MAC地址；

通常采用十六进制表示法，每个字节表示一个十六进制数，用 - 或 : 连接起来；

MAC广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

四、网络层

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。数据交换技术是报文交换（基本上被分组所替代）：采用储存转发方式，数据交换单位是报文。

网络层中涉及众多的协议，其中包括最重要的协议，也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。

与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。具体的协议我们会在接下来的部分进行总结，有关网络层的重点为：

1、网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能；

2、基本数据单位为IP数据报；

3、包含的主要协议：

IP协议（Internet Protocol，因特网互联协议）;

ICMP协议（Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议）;

ARP协议（Address Resolution Protocol，地址解析协议）;

RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol，逆地址解析协议）。

4、重要的设备：路由器。

路由器相关协议

4.1 IP协议详解

IP网际协议是 Internet 网络层最核心的协议。虚拟互联网络的产生：实际的计算机网络错综复杂；物理设备通过使用IP协议，屏蔽了物理网络之间的差异；当网络中主机使用IP协议连接时，无需关注网络细节，于是形成了虚拟网络。

IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互联的网络；并且解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题。

其中，版本指IP协议的版本，占4位，如IPv4和IPv6；首部位长度表示IP首部长度，占4位，最大数值位15；总长度表示IP数据报总长度，占16位，最大数值位65535；TTL表示IP数据报文在网络中的寿命，占8位；协议表明IP数据所携带的具体数据是什么协议的，如TCP、UDP。

4.2 IP协议的转发流程

4.3 IP地址的子网划分

A类（8网络号+24主机号）、B类（16网络号+16主机号）、C类（24网络号+8主机号）可以用于标识网络中的主机或路由器，D类地址作为组广播地址，E类是地址保留。

4.4 网络地址转换NAT技术

用于多个主机通过一个公有IP访问访问互联网的私有网络中，减缓了IP地址的消耗，但是增加了网络通信的复杂度。

NAT 工作原理：

从内网出去的IP数据报，将其IP地址替换为NAT服务器拥有的合法的公共IP地址，并将替换关系记录到NAT转换表中；

从公共互联网返回的IP数据报，依据其目的的IP地址检索NAT转换表，并利用检索到的内部私有IP地址替换目的IP地址，然后将IP数据报转发到内部网络。

4.5 ARP协议与RARP协议

地址解析协议 ARP（Address Resolution Protocol）：为网卡（网络适配器）的IP地址到对应的硬件地址提供动态映射。可以把网络层32位地址转化为数据链路层MAC48位地址。

ARP 是即插即用的，一个ARP表是自动建立的，不需要系统管理员来配置。

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)协议指逆地址解析协议，可以把数据链路层MAC48位地址转化为网络层32位地址。

4.6 ICMP协议详解

网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol），可以报告错误信息或者异常情况，ICMP报文封装在IP数据报当中。

ICMP协议的应用：

Ping应用：网络故障的排查；

Traceroute应用：可以探测IP数据报在网络中走过的路径。

4.7网络层的路由概述

关于路由算法的要求：正确的完整的、在计算上应该尽可能是简单的、可以适应网络中的变化、稳定的公平的。

自治系统AS：指处于一个管理机构下的网络设备群，AS内部网络自治管理，对外提供一个或多个出入口，其中自治系统内部的路由协议为内部网关协议，如RIP、OSPF等；自治系统外部的路由协议为外部网关协议，如BGP。

静态路由：人工配置，难度和复杂度高；

动态路由：

链路状态路由选择算法LS：向所有隔壁路由发送信息收敛快；全局式路由选择算法，每个路由器计算路由时，需构建整个网络拓扑图；利用Dijkstra算法求源端到目的端网络的最短路径；Dijkstra(迪杰斯特拉)算法

距离-向量路由选择算法DV：向所有隔壁路由发送信息收敛慢、会存在回路；基础是Bellman-Ford方程（简称B-F方程）；

4.8 内部网关路由协议之RIP协议

路由信息协议 RIP(Routing Information Protocol)【应用层】，基于距离-向量的路由选择算法，较小的AS（自治系统），适合小型网络；RIP报文，封装进UDP数据报。

RIP协议特性：

RIP在度量路径时采用的是跳数（每个路由器维护自身到其他每个路由器的距离记录）；

RIP的费用定义在源路由器和目的子网之间；

RIP被限制的网络直径不超过15跳；

和隔壁交换所有的信息，30主动一次（广播）。

4.9 内部网关路由协议之OSPF协议

开放最短路径优先协议 OSPF(Open Shortest Path First)【网络层】，基于链路状态的路由选择算法（即Dijkstra算法），较大规模的AS ，适合大型网络，直接封装在IP数据报传输。

OSPF协议优点：

安全；

支持多条相同费用路径；

支持区别化费用度量；

支持单播路由和多播路由；

分层路由。

RIP与OSPF的对比（路由算法决定其性质）：

4.10外部网关路由协议之BGP协议

BGP（Border Gateway Protocol）边际网关协议【应用层】：是运行在AS之间的一种协议,寻找一条好路由：首次交换全部信息，以后只交换变化的部分,BGP封装进TCP报文段.

五、传输层

第一个端到端，即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。

传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳的利用网络资源，为两个端系统的会话层之间，提供建立、维护和取消传输连接的功能，负责端到端的可靠数据传输。在这一层，信息传送的协议数据单元称为段或报文。

网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点，而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。

有关网络层的重点：

传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题；

包含的主要协议：TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）、UDP协议（User Datagram Protocol，用户数据报协议）；

重要设备：网关。

5.1 UDP协议详解

UDP(User Datagram Protocol: 用户数据报协议)，是一个非常简单的协议。

UDP协议的特点：

UDP是无连接协议；

UDP不能保证可靠的交付数据；

UDP是面向报文传输的；

UDP没有拥塞控制；

UDP首部开销很小。

UDP数据报结构：

首部:8B，四字段/2B【源端口 | 目的端口 | UDP长度 | 校验和】数据字段：应用数据

5.2 TCP协议详解

TCP(Transmission Control Protocol: 传输控制协议)，是计算机网络中非常复杂的一个协议。

TCP协议的功能：

对应用层报文进行分段和重组；

面向应用层实现复用与分解；

实现端到端的流量控制；

拥塞控制；

传输层寻址；

对收到的报文进行差错检测（首部和数据部分都检错）；

实现进程间的端到端可靠数据传输控制。

TCP协议的特点：

TCP是面向连接的协议；

TCP是面向字节流的协议；

TCP的一个连接有两端，即点对点通信；

TCP提供可靠的传输服务；

TCP协议提供全双工通信（每条TCP连接只能一对一）；

5.2.1 TCP报文段结构：

最大报文段长度：报文段中封装的应用层数据的最大长度。

TCP首部：

序号字段：TCP的序号是对每个应用层数据的每个字节进行编号

确认序号字段：期望从对方接收数据的字节序号，即该序号对应的字节尚未收到。用ack_seq标识；

TCP段的首部长度最短是20B ，最长为60字节。但是长度必须为4B的整数倍

TCP标记的作用：

5.3 可靠传输的基本原理

基本原理：

不可靠传输信道在数据传输中可能发生的情况：比特差错、乱序、重传、丢失

基于不可靠信道实现可靠数据传输采取的措施：

差错检测：利用编码实现数据包传输过程中的比特差错检测确认：接收方向发送方反馈接收状态重传：发送方重新发送接收方没有正确接收的数据序号：确保数据按序提交计时器：解决数据丢失问题；

停止等待协议：是最简单的可靠传输协议，但是该协议对信道的利用率不高。

连续ARQ(Automatic Repeat reQuest：自动重传请求)协议：滑动窗口+累计确认，大幅提高了信道的利用率。

5.3.1TCP协议的可靠传输

基于连续ARQ协议，在某些情况下，重传的效率并不高，会重复传输部分已经成功接收的字节。

5.3.2 TCP协议的流量控制

流量控制：让发送方发送速率不要太快，TCP协议使用滑动窗口实现流量控制。

5.4 TCP协议的拥塞控制

拥塞控制与流量控制的区别：流量控制考虑点对点的通信量的控制，而拥塞控制考虑整个网络，是全局性的考虑。拥塞控制的方法：慢启动算法+拥塞避免算法。

慢开始和拥塞避免：

【慢开始】拥塞窗口从1指数增长；

到达阈值时进入【拥塞避免】，变成+1增长；

【超时】，阈值变为当前cwnd的一半（不能<2）；

再从【慢开始】，拥塞窗口从1指数增长。

快重传和快恢复：

发送方连续收到3个冗余ACK，执行【快重传】，不必等计时器超时；

执行【快恢复】，阈值变为当前cwnd的一半（不能<2），并从此新的ssthresh点进入【拥塞避免】。

5.5 TCP连接的三次握手（重要）

TCP三次握手使用指令：

面试常客：为什么需要三次握手？

第一次握手：客户发送请求，此时服务器知道客户能发；

第二次握手：服务器发送确认，此时客户知道服务器能发能收；

第三次握手：客户发送确认，此时服务器知道客户能收。

建立连接（三次握手）：

第一次：客户向服务器发送连接请求段，建立连接请求控制段（SYN=1），表示传输的报文段的第一个数据字节的序列号是x，此序列号代表整个报文段的序号（seq=x）；客户端进入 SYN_SEND （同步发送状态）；

第二次：服务器发回确认报文段，同意建立新连接的确认段（SYN=1），确认序号字段有效（ACK=1），服务器告诉客户端报文段序号是y（seq=y），表示服务器已经收到客户端序号为x的报文段，准备接受客户端序列号为x+1的报文段（ack_seq=x+1）；服务器由LISTEN进入SYN_RCVD （同步收到状态）;

第三次：客户对服务器的同一连接进行确认.确认序号字段有效(ACK=1),客户此次的报文段的序列号是x+1(seq=x+1),客户期望接受服务器序列号为y+1的报文段(ack_seq=y+1);当客户发送ack时，客户端进入ESTABLISHED 状态;当服务收到客户发送的ack后，也进入ESTABLISHED状态;第三次握手可携带数据;

5.6 TCP连接的四次挥手（重要）

释放连接（四次挥手）

第一次：客户向服务器发送释放连接报文段，发送端数据发送完毕，请求释放连接（FIN=1），传输的第一个数据字节的序号是x（seq=x）；客户端状态由ESTABLISHED进入FIN_WAIT_1（终止等待1状态）；

第二次：服务器向客户发送确认段，确认字号段有效（ACK=1），服务器传输的数据序号是y（seq=y），服务器期望接收客户数据序号为x+1（ack_seq=x+1）;服务器状态由ESTABLISHED进入CLOSE_WAIT（关闭等待）；客户端收到ACK段后，由FIN_WAIT_1进入FIN_WAIT_2；

第三次：服务器向客户发送释放连接报文段，请求释放连接（FIN=1），确认字号段有效（ACK=1），表示服务器期望接收客户数据序号为x+1（ack_seq=x+1）;表示自己传输的第一个字节序号是y+1（seq=y+1）；服务器状态由CLOSE_WAIT 进入 LAST_ACK （最后确认状态）；

第四次：客户向服务器发送确认段，确认字号段有效（ACK=1），表示客户传输的数据序号是x+1（seq=x+1），表示客户期望接收服务器数据序号为y+1+1（ack_seq=y+1+1）；客户端状态由FIN_WAIT_2进入TIME_WAIT，等待2MSL时间，进入CLOSED状态；服务器在收到最后一次ACK后，由LAST_ACK进入CLOSED；

为什么需要等待2MSL?

最后一个报文没有确认；

确保发送方的ACK可以到达接收方；

2MSL时间内没有收到，则接收方会重发；

确保当前连接的所有报文都已经过期。

六、应用层

为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。应用层重点：

数据传输基本单位为报文；

包含的主要协议：FTP（文件传送协议）、Telnet（远程登录协议）、DNS（域名解析协议）、SMTP（邮件传送协议），POP3协议（邮局协议），HTTP协议（Hyper Text Transfer Protocol）。

6.1 DNS详解

DNS（Domain Name System:域名系统）【C/S，UDP，端口53】：解决IP地址复杂难以记忆的问题,存储并完成自己所管辖范围内主机的域名到 IP 地址的映射。

域名解析的顺序：

【1】浏览器缓存，

【2】找本机的hosts文件，

【3】路由缓存，

【4】找DNS服务器（本地域名、顶级域名、根域名）->迭代解析、递归查询。

IP—>DNS服务—>便于记忆的域名

域名由点、字母和数字组成，分为顶级域（com，cn，net，gov，org）、二级域（,taobao,qq,alibaba）、三级域（www）(12-2-0852)

6.2 DHCP协议详解

DHCP（Dynamic Configuration Protocol:动态主机设置协议）：是一个局域网协议，是应用UDP协议的应用层协议。作用：为临时接入局域网的用户自动分配IP地址。

6.3 HTTP协议详解

文件传输协议（FTP）：控制连接（端口21）：传输控制信息（连接、传输请求），以7位ASCII码的格式。整个会话期间一直打开。

HTTP（HyperText Transfer Protocol:超文本传输协议）【TCP，端口80】：是可靠的数据传输协议，浏览器向服务器发收报文前，先建立TCP连接，HTTP使用TCP连接方式（HTTP自身无连接）。

HTTP请求报文方式：

GET：请求指定的页面信息，并返回实体主体；

POST：向指定资源提交数据进行处理请求；

DELETE：请求服务器删除指定的页面；

HEAD：请求读取URL标识的信息的首部，只返回报文头；

OPETION：请求一些选项的信息；

PUT：在指明的URL下存储一个文档。

6.3.1 HTTP工作的结构

6.3.2 HTTPS协议详解

HTTPS(Secure)是安全的HTTP协议，端口号443。基于HTTP协议，通过SSL或TLS提供加密处理数据、验证对方身份以及数据完整性保护

原文地址：https://blog.csdn.net/Royalic/article/details/119985591

E. 计算机网络包括什么

计算机网络通常由资源子网、通信子网和通信协议三部分组成。

根据网络覆盖范围大小的分类方法，计算机网络可分为局域网、城域网和广域网。

1.局域网

局域网( Local Area Network，LAN)是一种在有限区域内使用的网络，其传送距离一般在几千米以内，适用于一个部门或一个单位组建的网络。例如办公室网络、企业与学校的主干局域网、机关和工厂等有限范围内的计算机网络等都是典型的局域网。

2.城域网

城域网( Metropolitan Area Network，MAN)是介于广域网与局域网之间的一种高速网络，其设计目标是满足几十千米范围内的大量企业、学校、公司的多个局域网的互联需求，以实现大量用户之间的信息传输。

3.广域网

广域网(Wide Area Network，WAN)又称远程网，可覆盖一个国家、地区，甚至横跨几个洲，形成国际性的远程计算机网络。

F. 计算机网络CRC检验中为什么选择16或32位效验码，效率最高

循环冗余校验（CRC）是一种根据网络数据封包或电脑档案等数据产生少数固定位数的一种散列函数，主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误。生成的数字在传输或者储存之前计算出来并且附加到数据后面，然后接收方进行检验确定数据是否发生变化。一般来说，循环冗余校验的值都是32位的整数。由于本函数易于用二进制的电脑硬件使用、容易进行数学分析并且尤其善于检测传输通道干扰引起的错误，因此获得广泛应用。它是由W.WesleyPeterson在他1961年发表的论文中披露[1]。{{noteTA|T=zh-hans:循环冗余校验;zh-hant:循环冗余校验;|1=zh-hans:循环冗余校验;zh-hant:循环冗余校验;}}'''循环冗余校验'''（CRC）是一种根据网路数据封包或[[电脑档案]]等数据产生少数固定位数的一种[[散列函数]]，主要用来检测或校验数据传输或者保存后可能出现的错误。生成的数字在传输或者储存之前计算出来并且附加到数据后面，然后接收方进行检验确定数据是否发生变化。一般来说，循环冗余校验的值都是32位的整数。由于本函数易于用二进制的[[电脑硬件]]使用、容易进行数学分析并且尤其善于检测传输通道干扰引起的错误，因此获得广泛应用。它是由[[W.WesleyPeterson]]在他1961年发表的论文中披露{{citejournal|author=Peterson,W.W.andBrown,D.T.|year=1961|month=January|title=CyclicCodesforErrorDetection|journal=ProceedingsoftheIRE|doi=10.1109/JRPROC.1961.287814|issn=0096-8390|volume=49|pages=228}}。==简介==CRC“校验和”是两个位元数据流采用二进制除法（没有进位，使用XOR异或来代替减法）相除所得到的余数。其中被除数是需要计算校验和的信息数据流的二进制表示；除数是一个长度为n+1的预定义（短）的二进制数，通常用多项式的系数来表示。在做除法之前，要在信息数据之后先加上n个0.CRCa是基于[[有限域]]GF(2)([[同余|关于2同余]])的[[多项式环]]。简单的来说，就是所有系数都为0或1（又叫做二进制）的多项式系数的集合，并且集合对于所有的代数操作都是封闭的。例如：:(x^3+x)+(x+1)=x^3+2x+1\equivx^3+12会变成0，因为对系数的加法都会模2.乘法也是类似的：:(x^2+x)(x+1)=x^3+2x^2+x\equivx^3+x我们同样可以对多项式作除法并且得到商和余数。例如，如果我们用''x''3+''x''2+''x''除以''x''+1。我们会得到：:\frac{(x^3+x^2+x)}{(x+1)}=(x^2+1)-\frac{1}{(x+1)}也就是说，:(x^3+x^2+x)=(x^2+1)(x+1)-1这里除法得到了商''x''2+1和余数-1，因为是奇数所以最后一位是1。字符串中的每一位其实就对应了这样类型的多项式的系数。为了得到CRC,我们首先将其乘以x^{n}，这里n是一个固定多项式的[[多项式的阶|阶]]数,然后再将其除以这个固定的多项式，余数的系数就是CRC。在上面的等式中，x^2+x+1表示了本来的信息位是111,x+1是所谓的'''钥匙''',而余数1（也就是x^0）就是CRC.key的最高次为1,所以我们将原来的信息乘上x^1来得到x^3+x^2+x，也可视为原来的信息位补1个零成为1110。一般来说，其形式为：:M(x)\cdotx^{n}=Q(x)\cdotK(x)+R(x)这里M(x)是原始的信息多项式。K(x)是n阶的“钥匙”多项式。M(x)\cdotx^{n}表示了将原始信息后面加上n个0。R(x)是余数多项式，既是CRC“校验和”。在通讯中，发送者在原始的信息数据M后加上n位的R（替换本来附加的0）再发送。接收者收到M和R后，检查M(x)\cdotx^{n}-R(x)是否能被K(x)整除。如果是，那么接收者认为该信息是正确的。值得注意的是M(x)\cdotx^{n}-R(x)就是发送者所想要发送的数据。这个串又叫做''codeword''.CRCs经常被叫做“[[校验和]]”,但是这样的说法严格来说并不是准确的，因为技术上来说，校验“和”是通过加法来计算的，而不是CRC这里的除法。“[[错误纠正编码]]”常常和CRCs紧密相关，其语序纠正在传输过程中所产生的错误。这些编码方式常常和数学原理紧密相关。==实现====变体==CRC有几种不同的变体*shiftRegister可以逆向使用，这样就需要检测最低位的值，每次向右移动一位。这就要求polynomial生成逆向的数据位结果。''实际上这是最常用的一个变体。''*可以先将数据最高位读到移位寄存器，也可以先读最低位。在通讯协议中，为了保留CRC的[[突发错误]]检测特性，通常按照[[物理层]]发送数据位的方式计算CRC。*为了检查CRC，需要在全部的码字上进行CRC计算，而不是仅仅计算消息的CRC并把它与CRC比较。如果结果是0，那么就通过这项检查。这是因为码字M(x)\cdotx^{n}-R(x)=Q(x)\cdotK(x)可以被K(x)整除。*移位寄存器可以初始化成1而不是0。同样，在用算法处理之前，消息的最初n个数据位要取反。这是因为未经修改的CRC无法区分只有起始0的个数不同的两条消息。而经过这样的取反过程，CRC就可以正确地分辨这些消息了。*CRC在附加到消息数据流的时候可以进行取反。这样，CRC的检查可以用直接的方法计算消息的CRC、取反、然后与消息数据流中的CRC比较这个过程来完成，也可以通过计算全部的消息来完成。在后一种方法中，正确消息的结果不再是0，而是\sum_{i=n}^{2n-1}x^{i}除以K(x)得到的结果。这个结果叫作核验多项式C(x)，它的十六进制表示也叫作[[幻数]]。按照惯例，使用CRC-32多项式以及CRC-16-CCITT多项式时通常都要取反。CRC-32的核验多项式是C(x)=x^{31}+x^{30}+x^{26}+x^{25}+x^{24}+x^{18}+x^{15}+x^{14}+x^{12}+x^{11}+x^{10}+x^8+x^6+x^5+x^4+x^3+x+1。==错误检测能力==CRC的错误检测能力依赖于关键多项式的阶次以及所使用的特定关键多项式。''误码多项式''E(x)是接收到的消息码字与正确消息码字的''异或''结果。当且仅当误码多项式能够被CRC多项式整除的时候CRC算法无法检查到错误。*由于CRC的计算基于除法，任何多项式都无法检测出一组全为零的数据出现的错误或者前面丢失的零。但是，可以根据CRC的[[#变体|变体]]来解决这个问题。*所有只有一个数据位的错误都可以被至少有两个非零系数的任意多项式检测到。误码多项式是x^k，并且x^k只能被i\lek的多项式x^i整除。*CRC可以检测出所有间隔距离小于[[多项式阶次]]的双位错误，在这种情况下的误码多项式是E(x)=x^i+x^k=x^k\cdot(x^{i-k}+1),\;i>k。如上所述，x^k不能被CRC多项式整除，它得到一个x^{i-k}+1项。根据定义，满足多项式整除x^{i-k}+1的{i-k}最小值就是多项是的阶次。最高阶次的多项式是[[本原多项式]]，带有二进制系数的n阶多项式==CRC多项式规范==下面的表格略去了“初始值”、“反射值”以及“最终异或值”。*对于一些复杂的校验和来说这些十六进制数值是很重要的，如CRC-32以及CRC-64。通常小于CRC-16的CRC不需要使用这些值。*通常可以通过改变这些值来得到各自不同的校验和，但是校验和算法机制并没有变化。CRC标准化问题*由于CRC-12有三种常用的形式，所以CRC-12的定义会有歧义*在应用的CRC-8的两种形式都有数学上的缺陷。*据称CRC-16与CRC-32至少有10种形式，但没有一种在数学上是最优的。*同样大小的CCITTCRC与ITUCRC不同，这个机构在不同时期定义了不同的校验和。==常用CRC（按照ITU-IEEE规范）=={|class="wikitable"!名称||多项式||表示法：正常或者翻转|-|CRC-1||x+1(用途：硬件，也称为[[奇偶校验位]])||0x1or0x1(0x1)|-|CRC-5-CCITT||x^{5}+x^{3}+x+1([[ITU]]G.704标准)||0x15(0x??)|-|CRC-5-USB||x^{5}+x^{2}+1(用途：[[USB]]信令包)||0x05or0x14(0x9)|-|CRC-7||x^{7}+x^{3}+1(用途：通信系统)||0x09or0x48(0x11)|-|CRC-8-ATM||x^8+x^2+x+1(用途：ATMHEC)||0x07or0xE0(0xC1)|-|CRC-8-[[CCITT]]||x^8+x^7+x^3+x^2+1(用途：[[1-Wire]][[总线]])|||-|CRC-8-[[Dallas_Semiconctor|Dallas]]/[[Maxim_IC|Maxim]]||x^8+x^5+x^4+1(用途：[[1-Wire]][[bus]])||0x31or0x8C|-|CRC-8||x^8+x^7+x^6+x^4+x^2+1||0xEA(0x??)|-|CRC-10||x10+x9+x5+x4+x+1||0x233(0x????)|-|CRC-12||x^{12}+x^{11}+x^3+x^2+x+1(用途：通信系统)||0x80For0xF01(0xE03)|-|CRC-16-Fletcher||参见[[Fletcher'schecksum]]||用于[[Adler-32]]A&BCRC|-|CRC-16-CCITT||''x''16+''x''12+''x''5+1([[X25]],[[V.41]],[[Bluetooth]],[[PPP]],[[IrDA]])||0x1021or0x8408(0x0811)|-|CRC-16-[[IBM]]||''x''16+''x''15+''x''2+1||0x8005or0xA001(0x4003)|-|CRC-16-[[BBS]]||x16+x15+x10+x3(用途：[[XMODEM]]协议)||0x8408(0x????)|-|CRC-32-Adler||See[[Adler-32]]||参见[[Adler-32]]|-|CRC-32-MPEG2||See[[IEEE802.3]]||参见[[IEEE802.3]]|-|CRC-32-[[IEEE802.3]]||x^{32}+x^{26}+x^{23}+x^{22}+x^{16}+x^{12}+x^{11}+x^{10}+x^8+x^7+x^5+x^4+x^2+x+1||0x04C11DB7or0xEDB88320(0xDB710641)|-|CRC-32C(Castagnoli)||x^{32}+x^{28}+x^{27}+x^{26}+x^{25}+x^{23}+x^{22}+x^{20}+x^{19}+x^{18}+x^{14}+x^{13}+x^{11}+x^{10}+x^9+x^8+x^6+1||0x1EDC6F41or0x82F63B78(0x05EC76F1)|-|CRC-64-ISO||x^{64}+x^4+x^3+x+1(use:ISO3309)||(0xB000000000000001)|-|CRC-64-[[EcmaInternational|ECMA]]-182||x^{64}+x^{62}+x^{57}+x^{55}+x^{54}+x^{53}+x^{52}+x^{47}+x^{46}+x^{45}+x^{40}+x^{39}+x^{38}+x^{37}+x^{35}+x^{33}+x^{32}+x^{31}+x^{29}+x^{27}+x^{24}+x^{23}+x^{22}+x^{21}+x^{19}+x^{17}+x^{13}+x^{12}+x^{10}+x^9+x^7+x^4+x+1(asdescribedin[CRC16toCRC64collisionresearch]*[index.htm#SAR-PR-2006-05ReversingCRC–TheoryandPractice.]{{math-stub}}[[Category:校验和算法]][[bg:CRC]][[ca:Controlderendànciacíclica]][[cs:Cyklickýrendantnísoučet]][[de:ZyklischeRendanzprüfung]][[en:Cyclicrendancycheck]][[es:Controlderendanciacíclica]][[eu:CRC]][[fi:CRC]][[fr:Contrôlederedondancecyclique]][[he:בדיקתיתירותמחזורית]][[id:CRC]][[it:Cyclicrendancycheck]][[ja:巡回冗长検査]][[ko:순환중복검사]][[nl:CyclicRendancyCheck]][[pl:CRC]][[pt:CRC]][[ru:Циклическийизбыточныйкод]][[simple:Cyclicrendancycheck]][[sk:Kontrolacyklickýmkódom]][[sv:CyclicRendancyCheck]][[vi:CRC]]

G. 计算机网络的概念

计算机网络通俗地讲就是由多台计算机（或其它计算机网络设备）通过传输介质和软件物理（或逻辑）连接在一起组成的。总的来说计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质就是空间）以及相应的应用软件四部分。

计算机网络的分类与一般的事物分类方法一样，可以按事物所具有的不同性质特点（即事物的属性）分类。

由于计算机网络是一个非常复杂的系统，为了简化其设计，通常采用结构化的设计方法。

计算机网络体系结构是指整个网络系统逻辑结构和功能分配。计算机网络系统是一个十分复杂的系统。将一个复杂系统分解成若干个容易处理的系统，然后分而治之，这种结构化设计方法是工程设计中最常见的手段。分层就是系统分解的最好方法之一。

层次结构的好处在于是每一层实现一种相对独立功能。分层结构还有一与交流、理解和标准化。计算机网络的层次结构一般以垂直分层模型还表示。

H. 计算机网络包括什么

计算机网络包括局域网、城域网、广域网、无线网。

虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。

局域网一般来说只能是一个较小区域内，城域网是不同地区的网络互联，不过在此要说明的一点就是这里的网络划分并没有严格意义上地理范围的区分，只能是一个定性的概念。下面简要介绍这几种计算机网络。

(8)计算机网络幻数扩展阅读：

计算机网络幻数

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