计算机网络基础
2025-06-10 14:23:09 1 举报AI智能生成
计算机网络基础是信息技术领域的核心组成部分，涉及计算机间的数据传输、共享资源以及远程处理的能力。它的核心内容包括网络体系结构（如OSI模型和TCP/IP模型）、网络协议（如HTTP、FTP、TCP和IP）、网络设备（如路由器、交换机、网桥和集线器）、以及网络安全（加密、认证和防火墙等）。这些元素共同构建了稳定的、可靠的网络环境，使得用户可以高效且安全地交换信息。 通过理解网络的工作原理和设计原则，人们可以创建多种类型的网络：从局域网（LANs）到广域网（WANs），再到互联网和因特网（The Internet）。除此之外，网络基础还包括故障诊断、网络管理和网络设计等技能。这一领域随着云计算、物联网以及无线通信技术的快速发展而不断进步，形成了众多专业分支和应用方向，为个人和企业提供了高效沟通和协作的手段。
作者其他创作
大纲/内容
概念
是计算机技术与通信技术相结合的产物，它实现了远程通信、远程信息处理和资源共享
功能
数据通信、资源共享、负载均衡、提高系统可靠性
网络的拓扑结构
• 总线型:利用率低、干扰大、价格低
分支主题
• 星型:交换机形成的局域网、中央单元负荷大
分支主题
• 环型:流动方向固定、效率低、扩充难
分支主题
• 树型:总线型的扩充、分级结构
分支主题
• 分布式:任意节点连接、管理难成本高
分支主题
OSI七层模型
从下到上分别是
• 物理层:二进制bit数据传输，该层包括物理连网媒介， 为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体，常见的协 议有RS-232、RJ-45、FDDI
• 数据链路层:控制网络层与物理层之间的通信，将数据 封装成帧，传送至局域网内的物理主机上，并采用差错 控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错 的数据链路，常见的协议有IEEE802.3、HDLC、PPP等
• 网络层:数据分组传输和路由选择，能准确的将数据传 送至互联网的网络主机上，将网络地址(IP地址)转对应的 物理地址(网卡地址)，并决定如何将数据从发送方路由到 接收方，常见的协议有IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP 等
• 传输层:模型中最重要的一层，是第一个端到端，即主机 到主机的层次，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，常见的协议是TCP、UDP
• 会话层:管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、 终止进程之间的会话， 常见的协议有RPC、NFS
• 表示层:应用程序和网络之间的翻译官，提供解释所交换 信息含义的服务，包括数据之间的格式转换、压缩、加密 等操作，对数据进行处理，常见的协议有JPEG、ASCII、 GIF、DES、MPEG
• 应用层:负责为操作系统或网络应用程序提供访问网络服 务的接口。应用层提供的服务包括文件传输、文件管理以 及电子邮件的信息处理。浏览器或者说WWW(万维网) 也属于应用层;常见的协议有FTP、HTTP、SMTP、 Telnet、DNS、WWW、POP3等;
记忆要点：单位、协议、作用、硬件设备
网络设备
• 物理层:中继器(扩大信号)、集线器Hub(多路中继器)，这些设备负责原始比特流的传输，确保数据可以在各种物 理媒体上传输。
• 数据链路层:网卡、网桥(分析帧地址)、交换机(多口网桥，MAC地址表)，这些设备在物理层提供的服务基础上， 向网络层提供服务，确保数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。
• 网络层:路由器(连接多个逻辑上分开的网络，路由选择)、防火墙，这些设备通过寻址来建立两个节点之间的连接， 包括通过互连网络来路由和中继数据。
• 应用层:网关(连接不同类型且协议差别较大的网络，协议转换)
传输介质
• 有线介质:双绞线(最大长度100m，每端需要一个RJ45水晶头)、同轴电缆、光纤。
• 无线介质:微波、红外线、激光和卫星通信。
组建网络的组成部分
服务器、客户端、网络设备、通信介质、网络软件。
网络协议
局域网的协议
• IEEE802.3标准以太网(CSMA/CD)，速度为10Mbps，传输介质为同轴电缆; • IEEE802.3u为快速以太网，速度为100Mbps，传输介质为双绞线;
• IEEE802.3z为千兆以太网，速度为1000Mbps，传输介质为光纤或双绞线。
• IEEE802.4令牌总线网和IEEE802.5令牌环网。
• 无线局域网CSMA/CA(载波侦听多路访问方法)。
广域网的协议
• 点对点协议PPP:拨号上网
• 数字用户线xDSL:ADSL上传网速和下载网速不对等，下载网速一般很快 • 数字专线DDN:市内或长途的数据电路
• 帧中继:以帧为传输单位
TCP/IP
TCP/IP作为Internet的核心协议，被广泛应用于局域网和广域网中，包含许多重要的基本特性
作用
• 逻辑编址:每一块网卡在出厂时就由厂家分配了一个独一无二的永久性的物理地址。在Internet中，为每台连入因特网 的计算机分配一个逻辑地址，这个逻辑地址被称为IP地址。
• 路由选择:在TCP/IP中包含了专门用于定义路由器如何选择网络路径的协议，即IP数据包的路由选择。
• 域名解析:将域名映射为IP地址的操作称为域名解析。域名具有较稳定的特点，而IP地址较易发生变化。
• 错误检测和流量控制:检测数据信息的传输错误(保证到达目的地的数据信息没有发生变化)，确认已传递的数据信 息已被成功地接收，监测网络系统中的信息流量，防止出现网络拥塞。
分层模型
应用层:具体应用功能
传输层:提供应用程序间端到端的通信
网际层:又称IP层，处理网络中机器间的通信 网络接口层:又称为数据链路层，负责接收IP数据包并把数据包通过选定的网络发送出去
协议族
网际层协议
• IP:最重要核心的协议，无连接、不可靠。
• ICMP:因特网控制信息协议，用来检测网络通信是否顺畅。
• ARP和RARP:地址解析协议，ARP是将IP地址转换为物理地址，RARP是将物理地址转换为IP地址。
传输层协议
• UDP协议:不可靠连接，因为数据传输只管发送，不用对方确认，因此可能会有丢包现象。一般用于视频、音频数据 传输。
• TCP协议:可靠连接，因为有验证机制，每发送一个数据包，都要求对方回复确认:初始建立连接，有三次握手机制， 断开连接有四次挥手机制
应用层协议
• 基于TCP的FTP、HTTP等都是可靠传输。基于UDP的DHCP、DNS等都是不可靠传输。
• FTP:可靠的文件传输协议。
• HTTP:超文本传输协议，用于上网。使用SSL加密后的安全网页协议为HTTPS。
• SMTP和POP3:邮件传输协议，邮件报文采用ASCII格式表示。
• Telnet:远程连接协议。
• TFTP:不可靠的小文件传输协议。
• SNMP:简单网络管理协议，使用的是无连接的UDP协议。
• DHCP:动态分配IP地址协议，客户机/服务器模型，租约默认为8天，当租约过半时，客户机需要向DHCP服务器申请 续租，当租约超过87.5%时，如果仍然没有和当初提供IP地址的DHCP服务器联系上，则开始联系其他DHCP服务器。
DNS
域名解析协议，将域名解析为IP地址
DNS服务器
维持域名和IP地址对应的表格，层次结构为:本地域名服务器、权威域名服务器、顶级域名服务器、根域名服务 器。
输入网址(即域名)后，首先会查询本地DNS缓存，无果后再查询本地
递归查询
主机向本地域名服务器的查询采用递归查询
迭代查询
本地域名服务器向根域名服务器的查询通常采用迭代查询。(依据是域名服务器是否空闲)
虚拟局域网VLAN
优点
隔离:每个VLAN 内的计算机可以相互通信，但不同VLAN 的计算机互不影响。
• 管理:可以为每个VLAN 设置不同的IP 段、安全规则，方便分类管理。
• 共享:设备虽然在不同的VLAN内，但仍然共享同一个交换机，节省成本
模型对比
分支主题
网络三层模型
核心层、汇聚层和接入层
IPv6
IPv4
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