2024-2025-1 20241301 《计算机基础与程序设计》第十五周学习总结

|这个作业属于哪个课程|2024-2025-1-计算机基础与程序设计|
|这个作业要求在哪里|2024-2025-1计算机基础与程序设计第一周作业|
|这个作业的目标|<复习知识，巩固基础>|
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一、教材学习内容
（一）《计算机科学概论》第十五章 网络
由于不清楚具体是哪本《计算机科学概论》中第十五章网络的详细内容呀，不过通常来讲，这一章节可能会涵盖以下几方面常见的要点总结：

网络基础概念

会介绍网络的定义，即通过通信链路和交换设备等将多个计算机等设备连接起来，实现资源共享、信息交互的系统。解释节点（如计算机、服务器等）、链路（有线或无线连接线路）等基本构成元素，以及网络的分类，比如按覆盖范围分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）等。

网络协议

讲解网络通信中各种重要协议，像最为基础的TCP/IP协议簇。其中会详细说明TCP（传输控制协议）是如何提供可靠的、面向连接的通信服务，保障数据准确有序传输；IP（网际协议）怎样负责网络中数据包的寻址和路由选择，使得数据能准确到达目标节点。还可能涉及到如HTTP（超文本传输协议，用于网页浏览等）、FTP（文件传输协议）等应用层协议的功能和用途。

网络拓扑结构

介绍常见的网络拓扑形式，例如总线型拓扑，所有节点连接在一条总线上，共享传输介质；星型拓扑，以中心节点（如交换机）为核心，其他节点与之相连，便于集中管理但中心节点一旦故障影响范围大；环型拓扑，节点依次连接形成环形，数据沿环单向传输等，并且会分析不同拓扑结构在可靠性、扩展性、成本等方面的优缺点。

网络设备

阐述像路由器、交换机、集线器等网络设备的作用。路由器主要用于不同网络之间的互联，依据IP地址进行数据包的转发和路由选择；交换机能够识别MAC地址，实现局域网内数据的快速转发，提高网络效率；集线器则相对简单，只是将接收到的数据向所有端口广播等。

网络传输介质

会说到有线传输介质如双绞线（常见的网线类型，分为屏蔽和非屏蔽等，不同类别有不同传输特性）、同轴电缆、光纤（传输速度快、抗干扰能力强，适合长距离传输等优势），还有无线传输介质包括无线电波（用于Wi-Fi等无线通信场景）、微波、红外线等各自的特点及适用场景。

网络安全

提及网络面临的安全威胁，比如黑客攻击（病毒、木马植入等恶意行为）、网络窃听、数据篡改等，以及对应的防范措施，像防火墙的设置（可以基于规则对进出网络的流量进行过滤）、加密技术（对数据进行加密，保证传输和存储时的保密性和完整性）、身份认证机制（验证访问者的合法身份）等内容，以保障网络稳定、安全运行。

互联网应用

介绍一些基于网络的常见应用，例如电子邮件系统的工作原理（涉及邮件服务器、客户端收发等环节）、网页浏览如何通过浏览器与服务器交互获取页面内容、即时通讯软件是怎样实现实时信息传递等，展现网络在人们日常工作、生活中的广泛应用情况。
（二）《C语言程序基础》第十五章文件

1. 文件的基本概念
   • 文件是存储在外部介质（如磁盘）上的数据集合。在C语言中，文件被看作是字节序列，这些字节可以是字符、数字等各种数据类型。通过操作文件，可以实现数据的长期保存和不同程序之间的数据共享。
   • 从文件的存储形式来看，有文本文件和二进制文件。文本文件是基于字符编码（如ASCII码）的文件，每个字符对应一个字节，内容可以直接通过文本编辑器查看。例如，一个存储整数1234的文本文件，实际上存储的是字符'1'、'2'、'3'、'4'对应的ASCII码值。而二进制文件则是以二进制形式存储数据，对于整数1234，它会按照整数在内存中的存储方式（例如，在32位系统中，以4个字节存储）直接存储其二进制值。
2. 文件指针
   • 文件指针是C语言中用于操作文件的关键概念。它是一个指向文件结构体（FILE）的指针，这个结构体中包含了文件的各种信息，如文件的当前位置、缓冲区信息、文件的打开模式等。
   • 定义文件指针的格式通常是“FILE *指针变量名;”，例如“FILE *fp;”。在使用文件之前，需要先通过文件指针来关联文件。
3. 文件的打开与关闭
   • 打开文件：使用函数fopen()来打开文件，其基本格式是“FILE *fp = fopen(文件名, 打开模式);”。文件名是一个字符串，包含文件的路径和名称。打开模式有多种，如“r”（只读模式，用于读取已经存在的文本文件）、“w”（只写模式，用于创建新文件或覆盖已有文件进行写入）、“a”（追加模式，在文件末尾添加内容）、“rb”“wb”“ab”（对应的二进制文件的读、写、追加模式）等。如果文件打开成功，fopen()函数返回一个指向文件的指针，否则返回NULL。
   • 关闭文件：在文件使用完毕后，必须使用fclose()函数关闭文件。格式是“fclose(文件指针);”。关闭文件的主要目的是释放文件相关的系统资源，确保数据的完整性。如果不关闭文件，可能会导致数据丢失、文件损坏等问题。
4. 文件的读写操作
   • 字符读写：
     • fgetc()函数用于从文件中读取一个字符。它的基本格式是“int ch = fgetc(文件指针);”，读取成功时返回读取到的字符（以ASCII码值的整数形式返回），如果遇到文件末尾，返回EOF（End - Of - File，通常是 - 1）。
     • fputc()函数用于向文件中写入一个字符。格式是“int result = fputc(字符, 文件指针);”，写入成功时返回写入的字符，失败时返回EOF。
   • 字符串读写：
     • fgets()函数用于从文件中读取一个字符串。格式是“char *fgets(char *str, int n, FILE *fp);”，它会读取最多n - 1个字符，并将其存储到str指向的字符数组中，读取到换行符或文件末尾时停止，最后会在字符串末尾添加'\0'作为字符串结束标志。
     • fputs()函数用于向文件中写入一个字符串。格式是“int fputs(const char *str, FILE *fp);”，将str指向的字符串写入文件中，成功时返回一个非负整数，失败时返回EOF。
   • 格式化读写：
     • fprintf()函数用于按照指定格式向文件中写入数据。例如，“fprintf(fp,"%d %s",num, name);”可以将整数num和字符串name按照指定格式写入文件fp。
     • fscanf()函数用于从文件中按照指定格式读取数据。例如，“fscanf(fp,"%d %s",&num, name);”可以从文件fp中读取整数和字符串，并分别存储到变量num和name中。
   • 块读写（二进制文件读写）：
     • fread()函数用于从二进制文件中读取数据块。格式是“size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp);”，它会从文件fp中读取count个大小为size字节的数据块，存储到ptr指向的内存区域中，返回实际读取的块数。
     • fwrite()函数用于向二进制文件中写入数据块。格式是“size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp);”，将ptr指向的内存区域中count个大小为size字节的数据块写入文件fp，返回实际写入的块数。
5. 文件的定位操作
   • ftell()函数用于获取文件指针的当前位置，返回值是相对于文件开头的偏移量（以字节为单位）。格式是“long int offset = ftell(文件指针);”。
   • fseek()函数用于移动文件指针的位置。格式是“int result = fseek(文件指针, 偏移量, 起始位置);”，起始位置可以是SEEK_SET（文件开头）、SEEK_CUR（当前位置）、SEEK_END（文件末尾）。通过调整文件指针的位置，可以实现随机读写文件的功能。
   • rewind()函数用于将文件指针重新定位到文件开头，相当于“fseek(fp,0,SEEK_SET);”，可以方便地重新读取文件内容。

二、教材学习中遇到的问题
（一）拓扑

1. 拓扑的基本概念

   • 拓扑（Topology）一词最初来源于数学领域，是研究几何图形或空间在连续变形下不变的性质的学科。在网络、几何、物理等众多领域都有应用。在计算机网络中，网络拓扑是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，也就是如何用线缆、设备等把计算机等网络节点连接起来。
   • 它描述了网络的物理结构，包括节点（如计算机、服务器、打印机等设备）和链路（如网线、光纤等连接线路）的排列方式。不同的拓扑结构会影响网络的性能、可靠性、成本等诸多方面。

2. 常见的网络拓扑结构

   • 总线型拓扑（Bus Topology）
     • 结构特点：所有节点都连接在一条称为总线（Bus）的公共传输介质上。数据在总线上以广播方式进行传输，任何一个节点发送的数据，其他节点都能接收到。
     • 优点：结构简单，易于理解和实现，成本较低。布线相对容易，只要将各个节点连接到总线上即可。
     • 缺点：故障诊断和隔离比较困难。因为所有节点共享总线，如果总线出现故障，整个网络就会瘫痪。而且随着节点数量的增加，网络性能会下降，因为冲突（多个节点同时发送数据时产生冲突）的概率会增大。例如，在一个小型办公室网络中，如果采用总线型拓扑，当多个员工同时试图发送文件时，就可能出现冲突，导致数据传输延迟或失败。
   • 星型拓扑（Star Topology）
     • 结构特点：有一个中心节点（通常是交换机或集线器），其他节点都与这个中心节点相连。中心节点负责接收和转发数据到目标节点。
     • 优点：易于管理和维护。如果某个节点出现故障，只会影响该节点本身，不会影响其他节点和整个网络的正常运行。例如，在一个企业网络中，某台员工的计算机出现故障，不会导致其他员工无法正常使用网络。同时，通过升级中心节点设备，可以方便地提升网络性能。
     • 缺点：中心节点的依赖性过强。如果中心节点发生故障，整个网络就会崩溃。而且，相对来说，需要更多的线缆来连接各个节点和中心节点，成本较高。
   • 环型拓扑（Ring Topology）
     • 结构特点：各个节点通过通信线路连接成一个闭合的环形。数据在环中沿着一个方向逐点传输，每个节点都接收前一个节点传来的数据，经过处理后再转发给下一个节点。
     • 优点：数据传输具有固定方向，路径选择简单。在环型网络中，数据传输的顺序比较固定，便于控制和管理。
     • 缺点：可靠性差。如果环中的某一个节点或链路出现故障，整个网络就会瘫痪。而且，由于数据是单向传输的，网络的扩展和重新配置比较复杂。例如，要在环型拓扑网络中添加一个新节点，需要中断整个网络的运行来进行连接。
   • 树型拓扑（Tree Topology）
     • 结构特点：它是一种层次化的结构，类似于一棵树，有一个根节点，然后从根节点向下分支，形成多个层次的节点。通常由多个星型拓扑结构组成，顶端是根节点，下面的分支是叶节点。
     • 优点：易于扩展，可以很方便地添加新的分支和节点。同时，它能够有效地利用带宽，因为不同层次的节点可以分别处理不同类型的数据。例如，在一个校园网络中，以学校的网络中心为根节点，各个教学楼的网络设备为分支节点，教室中的计算机为叶节点，这样可以很好地组织和管理网络。
     • 缺点：根节点的故障会影响整个树形结构，而且随着层次的增多，网络的维护和管理成本会增加。
   • 网状拓扑（Mesh Topology）
     • 结构特点：每个节点都与其他多个节点直接相连，节点之间有多条路径可供选择。在完全网状拓扑中，每一个节点都与其他所有节点相连；在部分网状拓扑中，只有部分节点之间有直接连接。
     • 优点：具有很高的可靠性。因为有多个连接路径，即使某些链路或节点出现故障，数据仍然可以通过其他路径传输。例如，在军事通信网络等对可靠性要求极高的网络中，常采用网状拓扑。
     • 缺点：成本高，因为需要大量的线缆和网络接口来实现节点之间的连接。而且网络配置和管理复杂，需要复杂的路由算法来选择最佳的数据传输路径。

3. 拓扑结构在其他领域的应用

   • 在几何和图形学领域，拓扑用于研究图形的连通性、孔洞数量等性质。例如，在拓扑学中，一个甜甜圈和一个带有把手的咖啡杯在拓扑上是等价的，因为它们都有一个孔洞，这种性质在研究图形的形状和结构的本质特征时非常重要。
   • 在电子电路设计中，也会用到拓扑概念。电路板上的元件布局和连接方式的拓扑结构会影响电路的性能，如信号传输速度、电磁干扰等方面。例如，合理的电源布线拓扑可以减少电源噪声，提高电路的稳定性。
     （二）ISO模型

4. ISO模型简介

   • ISO（国际标准化组织）模型，即开放系统互连参考模型（OSI - Open Systems Interconnection Reference Model），是一个用于计算机网络通信的分层架构模型。它的目的是为了使不同厂商的网络设备和软件能够相互兼容和通信，提供了一个标准的网络通信框架。该模型将网络通信过程划分为7个不同的层次，每个层次都有特定的功能，并且为上一层提供服务，同时利用下一层的服务来完成自己的任务。

5. 各层的功能概述

   • 物理层（Physical Layer）
     • 这是OSI模型的最底层，主要负责处理物理介质上的信号传输。它定义了网络设备的物理接口特性，包括电缆类型（如双绞线、光纤等）、接口形状（如RJ - 45接口）、信号的电气特性（如电压、电流、信号频率等）。例如，在以太网中，物理层规定了网线的线序、传输速率（如10Mbps、100Mbps、1000Mbps等）以及信号的编码方式（如曼彻斯特编码）。其主要功能是将数字信号转换为适合在物理介质上传输的电信号、光信号或无线信号，并将接收到的信号转换回数字信号。
   • 数据链路层（Data Link Layer）
     • 主要功能是将物理层接收到的原始信号组成帧（Frame），并进行错误检测和纠正。帧是数据链路层的数据传输单元，它包含了源地址、目标地址、数据部分和一些控制信息。例如，在以太网中，数据链路层使用MAC（Media Access Control）地址来识别网络中的设备。MAC地址是一个48位的二进制数，固化在网络设备的网卡中，用于在局域网内唯一标识一个设备。该层还负责介质访问控制，在共享介质的网络中（如总线型局域网），通过一定的算法（如CSMA/CD - 载波监听多路访问/冲突检测）来协调多个设备对介质的访问，避免数据冲突。
   • 网络层（Network Layer）
     • 负责将数据从源节点传输到目标节点，主要的功能是进行寻址和路由选择。它处理的是网络中的逻辑地址，如IP（Internet Protocol）地址。IP地址是一个32位（IPv4）或128位（IPv6）的二进制数，用于在全球互联网范围内标识一个网络节点。网络层的设备如路由器，根据IP地址和路由表（记录了到不同网络的路径信息）来转发数据包（Packet）。数据包是网络层的数据传输单元，比数据链路层的帧更抽象，包含了源IP地址、目标IP地址和数据部分等。通过路由选择算法（如距离矢量算法、链路状态算法），网络层能够在复杂的网络环境中找到最佳的数据传输路径。
   • 传输层（Transport Layer）
     • 主要提供端到端（End - to - End）的通信服务，确保数据能够准确无误地在不同主机的应用程序之间传输。它有两种主要的协议，即TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）。TCP是一种面向连接的、可靠的传输协议。它在通信双方建立连接时，需要经过三次握手过程来确认连接的建立，在传输过程中通过序列号、确认号等机制来确保数据的顺序和完整性，并且提供流量控制和拥塞控制功能。例如，在网页浏览、文件传输等需要保证数据准确传输的应用场景中，通常使用TCP协议。UDP则是一种无连接的、不可靠的传输协议，它不建立连接，也不保证数据的顺序和完整性，但具有传输速度快的特点，适用于一些对实时性要求高但对数据准确性要求相对较低的应用场景，如视频直播、在线游戏等。
   • 会话层（Session Layer）
     • 负责建立、维护和管理会话（Session）。会话是指在两个或多个通信实体之间进行的一次完整的通信过程，例如，一次文件传输、一次远程登录等。该层可以对会话进行建立、拆除、同步等操作。例如，在一个大型文件传输过程中，如果传输过程被中断，会话层可以在条件允许的情况下恢复会话，继续传输文件。它还可以通过在数据中插入检查点来实现会话的同步，使得通信双方能够在出现问题后从最近的检查点重新开始会话。
   • 表示层（Presentation Layer）
     • 主要处理数据的表示形式，包括数据的加密、解密、压缩、解压缩、格式转换等功能。例如，在不同操作系统或应用程序之间进行数据传输时，可能需要对数据的格式进行转换。如将ASCII码数据转换为EBCDIC码数据（这两种是不同的字符编码方式），或者对敏感数据进行加密，以保证数据的安全性。在接收数据时，进行相反的操作，将数据还原为原始的、可理解的形式。
   • 应用层（Application Layer）
     • 这是OSI模型的最顶层，直接面向用户和应用程序。它提供了各种网络应用服务，如HTTP（Hypertext Transfer Protocol - 超文本传输协议，用于网页浏览）、FTP（File Transfer Protocol - 文件传输协议，用于文件的上传和下载）、SMTP（Simple Mail Transfer Protocol - 简单邮件传输协议，用于电子邮件的发送）等。这些协议使得用户能够通过网络进行信息浏览、文件交换、电子邮件通信等各种操作。应用层是用户与网络交互的接口，通过调用下面各层提供的服务来实现各种网络应用。

6. OSI模型的意义和应用

   • OSI模型提供了一个标准化的网络通信框架，使得网络设备制造商、软件开发者和网络工程师能够在统一的标准下进行工作。它有助于理解网络通信的复杂过程，通过将整个过程划分为多个层次，每个层次专注于特定的功能，便于对网络故障进行定位和排除。例如，如果网络出现问题，可以从底层的物理层开始逐步向上排查，看是信号传输问题、数据链路问题、还是更高层次的协议或应用问题。同时，在网络设计和开发新的网络协议时，也可以以OSI模型为参考，确定新协议在整个网络通信体系中的位置和功能。不过在实际的互联网应用中，TCP/IP协议簇是更为广泛使用的网络通信协议体系，它的分层结构与OSI模型类似，但更加简洁和实用。
     三、基于AI的学习