通信基础概念
0x01 通信技術(shù)
通信技術(shù)
又稱(chēng)通信工程，是電子工程的重要分支，同時(shí)也是其中一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科
通信一般指電話(huà)系統(tǒng)、服務(wù)供應(yīng)商和電信服務(wù)，該學(xué)科關(guān)注的是通信過(guò)程中的信息傳輸和信號(hào)處理的原理和應(yīng)用，通信工程研究的是，以電磁波、聲波或光波的形式把信息通過(guò)電脈沖，從發(fā)送端 （信源）傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)接受端（信宿）
- 接受端能否正確辨認(rèn)信息，取決于傳輸中的損耗功率高低，信號(hào)處理是通信工程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其包括過(guò)濾，編碼和解碼等
- 專(zhuān)業(yè)課程包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、電路基礎(chǔ)、通信系統(tǒng)原理、交換技術(shù)、無(wú)線技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)、通信電子線路、數(shù)字電子技術(shù)、光纖通信等
通信傳輸?shù)姆N類(lèi)：
- 數(shù)字
- 模擬
- 無(wú)線
數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)：
銅線、同軸電纜、光纖、空氣、公共交換電話(huà)網(wǎng)PSTN、服務(wù)供應(yīng)商的光纜、交換機(jī)和路由器流動(dòng)
0x02 OSI參考模型
OSI七層模型（Open System Interconnection）
在1984年前后被引入，參考模型是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的一個(gè)用于計(jì)算機(jī)或通信系統(tǒng)間互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)體系，一般稱(chēng)為OSI參考模型或七層模型
協(xié)議
協(xié)議是一組規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)集，用于決定網(wǎng)絡(luò)通信的規(guī)則
OSI七層模型的每一層都有一個(gè)特殊的接口，可以與上下層以及對(duì)應(yīng)的層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換
應(yīng)用層
應(yīng)用層直接和應(yīng)用程序接口并提供常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，應(yīng)用層也向表示層發(fā)出請(qǐng)求。應(yīng)用層是開(kāi)放系統(tǒng)的最高層，是直接為應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)的。提供文件傳輸、消息轉(zhuǎn)換等功能，當(dāng)應(yīng)用需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給這一層上對(duì)應(yīng)的協(xié)議
應(yīng)用層協(xié)議例如：
簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議（SMTP），超文本傳輸協(xié)議（HTTP）、行式打印機(jī)后臺(tái)程序（LPD）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、普通文件傳輸協(xié)議（TFTP）、Telnet
表示層
表示層向上對(duì)應(yīng)用層服務(wù)，向下接受來(lái)自會(huì)話(huà)層的服務(wù)。表示層為在應(yīng)用過(guò)程之間傳送的信息提供表示方法的服務(wù)，它只關(guān)心信息發(fā)出的語(yǔ)法和語(yǔ)義，并將消息轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的格式（可用于計(jì)算機(jī)）
應(yīng)用層協(xié)議例如：
應(yīng)用ASCII碼（美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)編碼）轉(zhuǎn)換字符，利用標(biāo)簽圖像文件格式（TIFF）、圖形交換格式（GIF）、聯(lián)合圖像專(zhuān)家組（JPEG）、擴(kuò)展二進(jìn)制編碼十進(jìn)制交換模式（RBCDIM）
會(huì)話(huà)層
用于對(duì)兩側(cè)的應(yīng)用程序建立連接，利用傳輸層提供的服務(wù)，使應(yīng)用建立和維持會(huì)話(huà)，并能使會(huì)話(huà)獲得同步，包括三個(gè)步驟“鏈接建立”、“數(shù)據(jù)傳輸”，“連接釋放”，會(huì)話(huà)層運(yùn)用三種模式進(jìn)行程序之間的通信：
- 單工模式：通信單向發(fā)生
- 半雙工模式：雙向通行，但不能同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)
- 全雙工模式：雙向通行，能同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)
傳輸層
傳輸層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵層次之一，主要負(fù)責(zé)向兩個(gè)主機(jī)中進(jìn)程之間的通信提供服務(wù)，用于建立計(jì)算機(jī)間的聯(lián)系
由于一個(gè)主機(jī)同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，因此運(yùn)輸層具有復(fù)用和分用功能
提供更可靠的數(shù)據(jù)傳輸、錯(cuò)誤檢測(cè)、糾錯(cuò)、恢復(fù)以及流量控制
傳輸層協(xié)議例如：
傳輸控制協(xié)議（TCP）、用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）、安全套接字層（SSL）、序列包交換（SPX）
網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層作為紐帶連接著感知層和應(yīng)用層，它由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無(wú)線通信網(wǎng)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將感知層獲取的信息，安全可靠地傳輸?shù)綉?yīng)用層，然后根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行信息處理
用于在數(shù)據(jù)包的首部插入具體信息，可以將數(shù)據(jù)正確的編址和路由，發(fā)送到目的地
網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議例如：
網(wǎng)際控制消息協(xié)議（ICMP）、路由信息協(xié)議（RIP）、開(kāi)放最短路徑優(yōu)先（OSPF）、邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）、互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）
數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供的服務(wù)的基礎(chǔ)上向網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)，其最基本的服務(wù)是將源自物理層來(lái)的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)的目標(biāo)機(jī)網(wǎng)絡(luò)層
負(fù)責(zé)通信，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物理層能看得懂的格式
數(shù)據(jù)鏈路層分為兩個(gè)子層
- 邏輯鏈路控制（LLC）層
- 介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）層
數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議例如：
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）、ATM、第2層隧道協(xié)議（L2TP）、FDDI、以太網(wǎng)（IEEE 802.3）、令牌環(huán)（IEEE 802.5）、無(wú)線以太網(wǎng)（IEEE 802.11）
物理層
為傳輸數(shù)據(jù)所需要的物理鏈路創(chuàng)建、維持、拆除，而提供具有機(jī)械的，電子的，功能的和規(guī)范的特性，用于將轉(zhuǎn)換成的數(shù)據(jù)用于電壓
物理層協(xié)議例如：
綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)（ISDN）、數(shù)字用戶(hù)線路（DSL）、同步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET）
0x03 分布式網(wǎng)絡(luò)
分布式網(wǎng)絡(luò)是由分布在不同地點(diǎn)且具有多個(gè)終端的節(jié)點(diǎn)機(jī)互連而成的
網(wǎng)中任一點(diǎn)均至少與兩條線路相連，當(dāng)任意一條線路發(fā)生故障時(shí)，通信可轉(zhuǎn)經(jīng)其他鏈路完成，具有較高的可靠性，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)充，網(wǎng)中無(wú)中心節(jié)點(diǎn)
分布式網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
- 可靠性高
- 網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)共享資源容易
- 可改善線路的信息流量分配
- 可選擇最佳路徑，傳輸延時(shí)小
- 控制復(fù)雜
- 軟件復(fù)雜
- 線路費(fèi)用高，不易擴(kuò)充
分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議3（DNP3）
Distributed Network Protocol 3
分布式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議3，這個(gè)協(xié)議在各種工業(yè)系統(tǒng)中都應(yīng)用很多。它比起s7comm大刀闊斧做的協(xié)議棧要簡(jiǎn)單的多，是完全基于TCP/IP的，只是修改了應(yīng)用層（但比modbus的應(yīng)用層要復(fù)雜得多），在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的分片、校驗(yàn)、控制等諸多功能
DNP借助TCP在以太網(wǎng)上運(yùn)行，使用的端口是20000端口
0x04 TCP/IP
傳輸控制協(xié)議/Internet協(xié)議
IP協(xié)議
為每個(gè)數(shù)據(jù)包提供尋址和路由功能的無(wú)連接協(xié)議，用于封裝傳輸層數(shù)據(jù)
TCP協(xié)議
傳輸控制協(xié)議
（TCP，Transmission Control Protocol）
是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，由IETF的RFC 793 定義
- 應(yīng)用層向TCP層發(fā)送用于網(wǎng)間傳輸?shù)摹⒂?位字節(jié)表示的數(shù)據(jù)流，然后TCP把數(shù)據(jù)流分區(qū)成適當(dāng)長(zhǎng)度的報(bào)文段（通常受該計(jì)算機(jī)連接的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層的最大傳輸單元（MTU）的限制）
- 之后TCP把結(jié)果包傳給IP層，由它來(lái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將包傳送給接收端實(shí)體的TCP層
- TCP為了保證不發(fā)生丟包，就給每個(gè)包一個(gè)序號(hào)，同時(shí)序號(hào)也保證了傳送到接收端實(shí)體的包的按序接收
- 然后接收端實(shí)體對(duì)已成功收到的包發(fā)回一個(gè)相應(yīng)的確認(rèn)（ACK）；如果發(fā)送端實(shí)體在合理的往返時(shí)延（RTT）內(nèi)未收到確認(rèn)，那么對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包就被假設(shè)為已丟失將會(huì)被進(jìn)行重傳
- TCP用一個(gè)校驗(yàn)和函數(shù)來(lái)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤；在發(fā)送和接收時(shí)都要計(jì)算校驗(yàn)和
TCP握手
圖片地址：https://hmurl.cn/aHk40hhW
發(fā)送方在通信前，會(huì)先給接收方發(fā)送一個(gè)同步包（SYN），接收方返回給一個(gè)同步包（SYN），一個(gè)應(yīng)答包（ACK），之后發(fā)送方通過(guò)發(fā)送應(yīng)答包（ACK）進(jìn)行應(yīng)答
ipv4地址分類(lèi)
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子網(wǎng)
對(duì)于一般由路由器和主機(jī)組成的互連系統(tǒng)，我們可以使用下列方法定義系統(tǒng)中的子網(wǎng)
為了確定網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，分開(kāi)主機(jī)和路由器的每個(gè)接口，從而產(chǎn)生了若干個(gè)分離的網(wǎng)絡(luò)島，接口端連接了這些獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的端點(diǎn)。這些獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)島叫做子網(wǎng)(subnet)
可以理解成將ip地址的主機(jī)分為多個(gè)部分
子網(wǎng)劃分
https://bkimg.cdn.bcebos.com/pic/2e2eb9389b504fc2a1a08a23e7dde71190ef6d1c
子網(wǎng)劃分定義
Internet組織機(jī)構(gòu)定義了五種IP地址，有A、B、C三類(lèi)地址
A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)有126個(gè)，每個(gè)A類(lèi)網(wǎng)絡(luò)可能有16777214臺(tái)主機(jī)，它們處于同一廣播域。而在同一廣播域中有這么多節(jié)點(diǎn)是不可能的，網(wǎng)絡(luò)會(huì)因?yàn)閺V播通信而飽和，結(jié)果造成16777214個(gè)地址大部分沒(méi)有分配出去。可以把基于每類(lèi)的IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步分成更小的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)子網(wǎng)由路由器界定并分配一個(gè)新的子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址，子網(wǎng)地址是借用基于每類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)地址的主機(jī)部分創(chuàng)建的
劃分子網(wǎng)后，通過(guò)使用掩碼，把子網(wǎng)隱藏起來(lái)，使得從外部看網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有變化，這就是子網(wǎng)掩碼
IPv6的特點(diǎn)
0x04 匯聚協(xié)議
匯聚協(xié)議是指控制網(wǎng)絡(luò)接入線路合并的協(xié)議
匯聚數(shù)據(jù)到基站是傳感網(wǎng)應(yīng)用程序的常見(jiàn)需求。常用的方法是建立至少一棵匯聚樹(shù)，樹(shù)根節(jié)點(diǎn)作為基站
- 當(dāng)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)要匯聚到根節(jié)點(diǎn)時(shí)，它沿著匯聚樹(shù)往上發(fā)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)時(shí)，則將它轉(zhuǎn)發(fā)給其他節(jié)點(diǎn)
- 有時(shí)匯聚協(xié)議需要根據(jù)匯聚數(shù)據(jù)的形式檢查過(guò)往的數(shù)據(jù)包，以便獲取統(tǒng)計(jì)信息，計(jì)算聚合度并抑制重復(fù)的傳輸
- 匯聚協(xié)議的數(shù)據(jù)流與一對(duì)多的分發(fā)協(xié)議相反，它提供了一種多對(duì)一、盡力、多跳將數(shù)據(jù)包發(fā)送到根節(jié)點(diǎn)的方法
以太網(wǎng)光纖通道
以太網(wǎng)光纖通道（FCoE）是一種存儲(chǔ)協(xié)議，可以確保光纖通道通信直接在以太網(wǎng)上傳輸，FCoE的目的是統(tǒng)一輸入/輸出（I/O）端口，簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)，同時(shí)減少對(duì)電纜和接口卡的計(jì)數(shù)
多協(xié)議標(biāo)簽交換
多協(xié)議標(biāo)簽交換（英語(yǔ)：Multi-Protocol Label Switching，縮寫(xiě)為MPLS）是一種在開(kāi)放的通信網(wǎng)上利用標(biāo)簽引導(dǎo)數(shù)據(jù)高速、高效傳輸?shù)男录夹g(shù)
多協(xié)議的含義是指MPLS不但可以支持多種網(wǎng)絡(luò)層層面上的協(xié)議，還可以兼容第二層的多種數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)
互聯(lián)網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口
Internet 小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（iSCSI）是一種基于 TCP/IP 的協(xié)議，用來(lái)建立和管理 IP 存儲(chǔ)設(shè)備、主機(jī)和客戶(hù)機(jī)等之間的相互連接，并創(chuàng)建存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）
SAN 使得 SCSI 協(xié)議應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)成為可能，這種傳輸以數(shù)據(jù)塊級(jí)別（block-level）在多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行
0x05 傳輸類(lèi)型
根據(jù)傳輸方式：
- 模擬
- 數(shù)字
控制機(jī)制：
- 同步
- 異步
線路：
- 基帶
- 寬帶
模擬信號(hào)
模擬信號(hào)是指用連續(xù)變化的物理量表示的信息，其信號(hào)的幅度，或頻率，或相位隨時(shí)間作連續(xù)變化，或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，其代表信息的特征量可以在任意瞬間呈現(xiàn)為任意數(shù)值的信號(hào)
數(shù)字信號(hào)
數(shù)字信號(hào)指自變量是離散的、因變量也是離散的信號(hào)，這種信號(hào)的自變量用整數(shù)表示，因變量用有限數(shù)字中的一個(gè)數(shù)字來(lái)表示，在計(jì)算機(jī)中，數(shù)字信號(hào)的大小常用有限位的二進(jìn)制數(shù)表示
同步和異步
同步：發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，等待返回，然后再發(fā)送下一個(gè)請(qǐng)求
異步：發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求，不等待返回，隨時(shí)可以再發(fā)送下一個(gè)請(qǐng)求
寬帶
它是能夠滿(mǎn)足人們感觀所能感受到的各種媒體在網(wǎng)絡(luò)上傳輸所需要的帶寬，因此它也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、發(fā)展的概念
基帶
基帶和頻帶相對(duì)應(yīng)，頻帶：對(duì)基帶信號(hào)調(diào)制后所占用的頻率帶寬（一個(gè)信號(hào)所占有的從最低的頻率到最高的頻率之差)
一個(gè)信號(hào)的基帶帶寬是它的前帶寬調(diào)制和復(fù)用 ，或在多路分離和解調(diào)。復(fù)合視頻信號(hào)在錄像機(jī)、游戲機(jī)和 DVD 播放機(jī)是一種常用的基帶信號(hào)
0x06 線纜
線纜是光纜、電纜等物品的統(tǒng)稱(chēng)
線纜的用途有很多，主要用于控制安裝、連接設(shè)備、輸送電力等多重作用，是日常生活中常見(jiàn)而不可缺少的一種東西。由于電纜帶電，所以安裝需要特別謹(jǐn)慎
同軸電纜
同軸電纜(Coaxial Cable)
是一種電線及信號(hào)傳輸線，一般是由四層物料造成：最內(nèi)里是一條導(dǎo)電銅線，線的外面有一層塑膠（作絕緣體、電介質(zhì)之用）圍攏，絕緣體外面又有一層薄的網(wǎng)狀導(dǎo)電體（一般為銅或合金），然后導(dǎo)電體外面是最外層的絕緣物料作為外皮
https://tse1-mm.cn.bing.net/th/id/R-C.b3fd8870550074cc4d0bd6826c87149b
雙絞線
雙絞線（twisted pair，TP）是一種綜合布線工程中最常用的傳輸介質(zhì)，是由兩根具有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線組成的。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起，每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射出來(lái)的電波會(huì)被另一根線上發(fā)出的電波抵消，有效降低信號(hào)干擾的程度
https://tse1-mm.cn.bing.net/th/id/R-C.d64b1e0657d4a7a0c90442ab2dd954bb
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總結(jié)
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