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计算机科学释放，第1章：连接

William Shakespeare

Mar 20, 2025 am 10:30 AM

Wladston Ferreira Filho的计算机科学释放的摘录介绍了为万维网提供动力的基础技术。这些技术经常被认为是理所当然的，但这些技术既重要又令人惊讶。发现将简单的计算机连接转换为全球，近乎近代且几乎免费的通信网络的巧妙工程。

互联网推动的数字革命促进了前所未有的全球连通性，对经济和政治产生了深远的影响。但是，大多数用户仍然不知道其内部工作。本章使您能够加入那些了解和利用这些技术的人的行列，教您：

将计算机连接到形成网络，
使用Internet协议集成网络，
通过其互联网地址识别收件人，
确定互联网上的路线，
在应用程序之间传输数据。

前互联网通信取决于直接的物理链接。 1950年代看到单个电话直接连接到中央车站，要求操作员手动连接呼叫。长途电话涉及物理连接的复杂链。

互联网彻底改变了这一点。而不是直接的物理链接，而是通过互连设备逐步中继到其目的地。这消除了对操作员和中央协调的需求，从而使许多同时连接共享相同的电线，从而产生了瞬间，负担得起且可访问的全球通信。

但是，现代网络与使用分层协议相比，现代网络比早期电话要复杂得多。让我们探索这些层，从最基本开始。

1.1网络链接

直接的计算机对计算机连接使用传输介质：物理通道（铜线，光纤电缆或电波）。每台计算机都有一个网络接口来发送和接收信号。例如，手机使用无线电芯片和天线。

这些接口根据链接层定义的规则运行。两台计算机之间的专用链接使用P OINT - POCORCOL （ PPP ），以确保识别和准确的数据交换。

但是，共享媒体很普遍。

共同的联系及其挑战

办公网络通常将计算机连接到中央集线器，其中所有人都收到了一台计算机的信号。 Home Wi-Fi的运行方式类似。此共享访问提出了两个关键挑战：

碰撞- 同时传输导致干扰和数据腐败（碰撞）。这类似于一个小组对话，声音重叠，使理解困难。避免碰撞技术仅在介质清晰并在发生碰撞后随机延迟后重新接触传输时才进行传输。但是，高传输尝试可能导致链接饱和度，使通信无效。

物理寻址- 在共享媒介中，计算机如何识别预期的接收者？每个网络接口都有一个唯一的物理地址或硬件地址。传输包括发件人和收件人地址，允许计算机过滤无关的消息。这些唯一的标识符称为MAC地址。

MAC地址及其含义

每个网络接口（Wi-Fi，蓝牙，以太网）都有一个在制造过程中分配的独特MAC地址。 IEEE协调MAC地址分配以防止重复。 MAC地址是十六进制的数字，上半年识别制造商（例如，苹果）。广播地址（FF：FF：FF：FF：FF：FF：FF：FF）针对网络上的所有计算机。

监视所有传输（混杂模式）的能力允许发现隐藏的网络并可能拦截数据。这突出了加密的重要性。恶意演员使用他人的MAC地址的Mac Spoofing是一个安全问题。

帧和错误检测

大邮件分为较小的帧，以有效地传输。 WiFi帧通常的最大大小为2,346个字节，而有线网络通常使用1,526个字节。 FCS （ F RAME C HECK S Eqeence）通过比较计算和接收的校验和来确保数据完整性。类型字段指示应如何解释有效载荷。

1.2互联网层

Internet层（或网络层）处理间接连接的计算机之间的通信。路由器具有多个网络接口，网络之间继电器消息。

本地和广域网络

路由器可以在不同网络上的计算机之间进行通信。通过路由器互连的紧密位置网络形成了一个元素（ LAN ）。连接遥远的兰斯会产生一个局部（ WAN ）。互联网是世界上最大的WAN。

互连：过境和凝视

可以通过Transit获得Internet连接，这是一种付费服务，其中消息通过第三方网络。另外，对方允许组织之间的免费消息交换，通常会降低成本。

路由和位置地址

路由器跨网络转发消息。与物理地址（位于位置无关的物理地址）不同，Internet协议使用层次地址指导消息路由。

互联网协议（IP）

Internet协议（IP）控制消息转发。 IP数据包包含发送者和收件人位置地址和数据。路由器基于目标地址转发IP数据包。

1.3 IP地址

IP地址是128位数字，通常用十六进制编写。路由前缀标识组织，然后标识子网和接口ID 。 IANA （ I nternet a sssigned n umbers a uthority）和rir s（ r egional i nternet r egistries）管理IP地址分配。

Iana和Rirs

IANA将IP地址分配委托给五个RIR，每个RIR负责地理区域。组织请求其区域RIR的前缀。

互联网服务提供商（ISP）

ISP为个人和组织提供互联网访问，分配IP地址并管理连接性。

1.4 IP路由

路由器使用表确定每个IP数据包的下一个跳跃。 IP地址层次结构简化了路由决策。

互联网交换点（IXP）

IXP促进网络之间有效的凝视。

Internet骨干和TIER-1网络

Tier-1网络形成了Internet的骨干，将区域ISP互连。

动态路由

动态路由器交换路由信息，适应链接更改并确保最佳路由。

路由循环和跃点极限

使用IP数据包中的HOP限制字段阻止路由循环。

诊断和ICMP

ICMP （ Internet C Ontrol M Essage p rotocol）处理错误报告和网络诊断。常见的ICMP消息包括time exceeded ， destination unreachable ， packet too big和parameter problem 。 ICMP还支持信息消息，例如echo request和ping和traceroute使用的echo reply 。