读普林斯顿计算机公开课08网络(上)

1. 网络

1.1. 传统的有线网络，如电话、电缆、以太网，然后是无线网络，其中最常见的是Wi-Fi和手机

1.2. 所有的通信系统都有共同的基本属性

• 1.2.1. 在发起的源头一端，它们将信息转换成可以通过某种媒介传输的表示形式

• 1.2.2. 在目的地，它们再将该表示转换回一种可用的形式

1.3. 带宽

• 1.3.1. bandwidth

• 1.3.2. 是任何网络最基本的属性，即网络传输数据的速度

• 1.3.3. 其范围从在电力或环境限制条件下运行的系统的每秒几比特，到跨越大陆和海洋传输因特网通信的光纤网络的每秒几太比特不等

1.4. 延迟

• 1.4.1. latency或delay

• 1.4.2. 度量特定信息块通过系统所需的时间

• 1.4.3. 高延迟并不意味着低带宽

• 1.4.3.1. 在全国各地驾驶装满磁盘驱动器的卡车有高延迟，但带宽巨大

1.5. 抖动

• 1.5.1. jitter

• 1.5.2. 指延迟的可变性

• 1.5.3. 在一些通信系统中也很重要，尤其是那些处理语音和视频的系统

1.6. 范围

• 1.6.1. range

• 1.6.2. 定义了在给定技术下网络在地理位置上的大小

• 1.6.3. 一些网络是局部的，最多只有几米，而另一些则跨越了世界

1.7. 网络广播

• 1.7.1. 多个接收者可以接收到一个发送者发送的信息

• 1.7.2. 就其机制而言更容易被窃听，这可能会带来安全问题

1.8. 点对点传输

• 1.8.1. 对特定的发送者和接收器进行两两配对

2. 电话

2.1. 电话网络是一个大型且成功的全球网络，最初是承载语音业务，最终发展到承载相当大的数据业务

2.2. 在家庭应用中，有线电话系统仍然主要传输模拟语音信号，而不是数据

2.3. 实现调制和解调的装置叫作调制解调器

• 2.3.1. 将携带了信息的模式施加到信号上的过程称为调制

• 2.3.2. 需要将该模式转换回原来的形式，这被称为解调

2.4. 电话调制解调器过去是一个又大又贵的独立电子元件盒，但今天它成为一个单独的芯片，而且几乎是免费的

2.5. 使用有线电话连接到互联网的做法现在已经不常见了，很少有计算机配有调制解调器

2.6. 需要一根专用电话线，所以如果你家里只有一根电话线，就必须选择是用这根线来建立网络连接还是进行语音通话

3. 有线电视

3.1. 模拟电话线传输信号的56Kbps速度限制是其设计固有的，这是60多年前开始向数字电话系统过渡时所作的工程决策的产物

3.2. 使用将有线电视传输到许多家庭的有线电视电缆

• 3.2.1. 有足够的剩余容量，可以用来将数据传输到家庭中，以及返回数据

• 3.2.2. 将电缆信号转换为比特供计算机使用的设备被称为有线调制解调器，因为它像电话调制解调器一样进行调制和解调，尽管它的运行速度要快得多

• 3.2.3. 通过加密来解决，它可以防止任何人读取我的数据

3.3. 有线网络就变成了双向的，这就为利用有线网络来实现计算机之间的数据通信提供了条件

• 3.3.1. 上传速度（从消费者到有线电视公司）通常比下载速度低得多，因为大部分流量都是用来下载的

3.4. 用于家庭的相当快的网络技术是基于家庭中已经存在的另一种系统，即老式电话

3.5. DSL

• 3.5.1. 通过一种不会干扰语音信号的技术在电话线上发送数据

• 3.5.2. 它不是共享媒介

• 3.5.3. 使用你家和电话公司之间的专用电线，但没有其他人同时使用这条线路，所以你不会与你的邻居共享容量，你的比特也不会跑去他们家

3.6. 光纤

• 3.6.1. 技术不断改进，家用光纤服务正在取代旧的同轴电缆或铜线

• 3.6.2. 光纤的维护成本更低，并允许提供互联网接入等额外服务

• 3.6.2.1. 在过去，手机从电池中获取电力，即使停电也能工作，但光纤电缆却不是这样的

• 3.6.3. 光纤系统比其他替代系统要快得多

• 3.6.3.1. 信号以光脉冲的形式沿着极纯的玻璃纤维传输，损耗极低，信号可以传播数千米，然后才需要被放大到全部强度

4. 局域网

4.1. 电话和电缆是将计算机连接到更大系统的网络技术，通常是在相当远的距离的情形下

4.2. 每个以太网设备都有一个与所有其他设备不同的48位识别号，称为它的（以太网）地址

4.3. 嗅探的做法曾经是大学宿舍以太网的一个常见安全问题

• 4.3.1. Wireshark的开源程序进行嗅探

4.4. 数据包(Packet)是一组比特或字节的序列，其中包含精确定义格式的信息，以便将其打包发送，并在接收时破解

4.5. 原来的同轴电缆已经被一种带有标准连接器的8线电缆所取代，这种电缆可以让每个设备插入一个“交换机”或“集线器”​，将传入的数据广播给其他连接设备

4.6. 有线连接将始终是幕后的主要网络组件，特别是在高带宽和长距离的情景下

5. 无线网络

5.1. 以太网有一个显著的缺点：它需要电线和真正的物理设备

5.2. 无线系统使用无线电来传输数据，所以它可以在任何有足够信号的地方进行通信

5.3. 无线网络的正常范围是几十米到几百米

5.4. 无线不一定要在视线范围内，因为无线电波可以穿透一些材料，当然不是全部材料都可以穿透

5.5. 在其他条件相同的情况下，高频率的无线电波通常比低频率的无线电波更易于接收

5.6. 无线系统使用电磁辐射来传输信号

• 5.6.1. 辐射是一种特定频率的波，是以H作为单位的，更可能采用的是MHz或GHz

5.7. 接收到的信号强度与发射机的功率水平成正比，与发射机到接收机距离的平方成反比

• 5.7.1. 距离两倍远的接收机接收到的信号强度只有距离一倍远的接收机的1/4

5.8. 无线标准有一个很吸引人的名字IEEE 802.11

• 5.8.1. 802.11是标准号，该标准有十几个组成部分，分别用于代表不同的速度和基础技术

• 5.8.2. 802.11无线网络中的数据包与以太网中的数据包类似，因此可以用无线连接代替以太网连接

• 5.8.2.1. 两者的传输距离也相近，只不过无线网络少了电缆的麻烦

5.9. Wi-Fi，这是一个行业组织Wi-Fi联盟的商标

5.10. 无线以太网设备的工作频率在2.4～2.5GHz、5GHz和更高的频率

• 5.10.1. 其他设备也在使用同样拥挤的频段，包括一些无绳电话、医疗设备，甚至微波炉

5.11. 蓝牙

• 5.11.1. 以丹麦国王哈拉尔·蓝牙（约935—985年）命名

• 5.11.2. 蓝牙用于短距离的特定通信

• 5.11.3. 蓝牙用于短距离的特定通信

• 5.11.4. 被广泛应用于电视遥控器、无线麦克风、耳塞、键盘、鼠标和游戏控制器

• 5.11.4.1. 保持低功耗至关重要

• 5.11.5. 也被用于汽车的免提电话中

5.12. 射频识别(RFID)

• 5.12.1. 种低功耗的无线技术，用于电子门锁、各种商品的识别标签、自动收费系统、宠物植入芯片，甚至是护照等文件

• 5.12.2. 标签基本上是一个小型无线电接收器和发射器，以比特流的形式广播其标识

• 5.12.3. 无源标签没有电池，而是从用于接收RFID传感器广播信号的天线获得能量

• 5.12.4. 当芯片离传感器足够近时，通常只有几英寸，它就会以用于识别的标识信息做出反应

• 5.12.5. RFID芯片使人们能够悄无声息地监控人和物的位置

5.13. 全球定位系统(GPS)

• 5.13.1. 一种重要的单向无线系统，在汽车和电话导航系统中很常见

• 5.13.2. GPS卫星发送精确的时间和位置信息

• 5.13.3. GPS接收器利用三四颗卫星发出信号达到接收器所需的时间来计算其在地面上的位置

5.14. 对于无线系统来说，频谱是一种至关重要的资源，而且需求永远不会被满足

• 5.14.1. 多方都在争夺频谱空间。一种解决办法是更有效地利用现有频谱

• 5.14.2. 尽管频谱和带宽有限，无线会成为未来网络的常见形式

5.15. 无线网络是一种广播媒介，所以任何人都可以监听，而加密是控制访问和保护信息传输的唯一方法

• 5.15.1. 目前的加密标准如WPA（Wi-Fi Protected Access，Wi-Fi保护访问）则更好一些