导图社区 计算机网络原理
根据课程《计算机网络原理》创建的思维导图,涵盖所有核心内容,使人易于记忆和理解,非常方便大家学习。
编辑于2025-02-23 12:22:06计算机网络原理
第一章 计算机网络概述
第一节 计算机网络基本概念
计算机网络的定义:利用通信设备与通信链路互连不同地理位置的计算机系统,实现数据交换。
协议的定义:网络中通信实体之间需要遵循的规则或约定。
计算机网络的功能:硬件资源共享、软件资源共享、信息资源共享。
计算机网络的分类:按覆盖范围分为个域网、局域网、城域网、广域网;按拓扑结构分为星形、总线型、环形、网状、树形、混合拓扑结构。
第二节 计算机网络结构
网络边缘:连接到网络上的所有端系统(主机、智能手机等)。
接入网络:实现端系统与网络核心连接的网络,如电话拨号、ADSL、HFC、局域网、移动接入网络。
网络核心:由分组交换设备(路由器、交换机)构成,负责数据中继与转发。
第三节 数据交换技术
电路交换:建立专用电路进行数据传输,适用于语音通信。
报文交换:存储-转发方式传输整个报文,适用于突发性数据通信。
分组交换:将报文分割成分组独立传输,适用于计算机网络。
第四节 计算机网络性能
速率与带宽:速率指单位时间内传送的数据量,带宽指链路的最高数据速率。
时延:数据从源结点到目的结点的传输时间,包括处理时延、排队时延、传输时延、传播时延。
时延带宽积:链路的传播时延与带宽的乘积。
丢包率:网络拥塞导致数据包丢失的比例。
吞吐量:单位时间内实际送达的数据量。
第五节 计算机网络体系结构
OSI参考模型:七层模型(物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层)。
TCP/IP参考模型:四层模型(网络接口层、网络互联层、传输层、应用层)。
五层参考模型:结合OSI和TCP/IP模型的五层模型(物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层)。
第六节 计算机网络与因特网发展简史
ARPAnet:第一个分组交换网络,奠定了因特网的基础。
TCP/IP协议簇:因特网的核心协议,包括TCP、UDP、IP等。
万维网(WWW):基于HTTP协议的信息检索系统,推动了因特网的普及。
第二章 网络应用
第一节 计算机网络应用体系结构
客户/服务器(C/S)结构:服务器提供集中服务,客户端请求服务。
纯P2P结构:对等端直接通信,无中心服务器。
混合结构:结合C/S和P2P特点,有中心服务器和对等端直接通信。
第二节 网络应用通信基本原理
客户/服务器通信:客户端主动请求,服务器被动响应。
应用层协议:定义通信规则,如HTTP、SMTP、FTP等。
第三节 域名系统(DNS)
层次化域名空间:域名由顶级域名、二级域名等组成。
域名服务器:负责域名解析,分为根域名服务器、顶级域名服务器等。
域名解析过程:递归解析和迭代解析。
第四节 万维网应用
Web服务器与浏览器:基于HTTP协议进行通信。
HTTP协议:定义请求和响应格式,支持持久连接和非持久连接。
Cookie机制:用于用户跟踪和会话管理。
第五节 Internet电子邮件
电子邮件系统:包括邮件服务器、SMTP、POP3/IMAP等协议。
SMTP协议:用于邮件发送,基于TCP连接。
MIME扩展:支持非ASCII字符和多媒体内容的传输。
第六节 FTP
文件传输协议:用于在网络中传输文件,基于TCP连接。
控制连接与数据连接:控制连接用于命令传输,数据连接用于文件传输。
第七节 P2P应用
P2P技术特点:去中心化、高可用性、负载均衡。
典型应用:BitTorrent、Gnutella等。
第八节 Socket编程基础
套接字类型:流式套接字(TCP)、数据报套接字(UDP)、原始套接字(RAW)。
Socket API函数:创建套接字、绑定、监听、接受、发送和接收数据。
第三章 传输层
第一节 传输层的基本服务
传输层功能:复用与分解、流量控制、拥塞控制。
端口号:标识传输层的进程。
第二节 传输层的复用与分解
无连接的多路复用与多路分解:UDP协议。
面向连接的多路复用与多路分解:TCP协议。
第三节 停-等协议与滑动窗口协议
可靠数据传输:通过确认和重传来保证数据的正确性。
停-等协议:每次只能发送一个分组,等待确认后再发下一个。
滑动窗口协议:允许发送多个分组,提高信道利用率。
第四节 用户数据报协议(UDP)
UDP数据报结构:源端口、目的端口、长度、校验和等字段。
UDP校验和:简单校验,不保证数据正确性。
第五节 传输控制协议(TCP)
TCP报文段结构:源端口、目的端口、序号、确认号等字段。
TCP连接管理:三次握手和四次挥手。
TCP可靠数据传输:序列号、确认号、重传机制。
TCP流量控制:滑动窗口机制。
TCP拥塞控制:基于AIMD算法的拥塞避免和快速重传。
第四章 网络层
第一节 网络层服务
网络层寻址:IP地址用于标识网络中的设备。
转发与路由:根据目的地址选择合适的路径转发数据包。
第二节 数据报网络与虚电路网络
数据报网络:每个分组独立选择路径,如IP网络。
虚电路网络:建立虚拟连接,如X.25网络。
第三节 网络互连与网络互连设备
异构网络互连:通过路由器实现不同网络的互连。
路由器功能:路由选择、数据转发、隔离广播域。
第四节 网络层拥塞控制
流量感知路由:根据链路负载选择路径。
准入控制:限制进入网络的流量。
流量调节:控制数据注入网络的速度。
负载脱落:丢弃过载的数据包以减轻网络负担。
第五节 Internet网络层
IPV4协议:版本号4的互联网协议,规定IP地址分配和管理。
ICMP协议:用于网络诊断和错误报告。
ARP协议:将IP地址转换为MAC地址。
RARP协议:将MAC地址转换为IP地址。
NAT协议:网络地址转换,缓解IP地址短缺问题。
IPV6协议:版本号6的互联网协议,支持更大的地址空间和自动配置。
第六节 路由算法与路由协议
距离向量路由算法:如RIP,基于距离矢量计算路由。
链路状态路由算法:如OSPF,基于链路状态计算路由。
层次化路由:分层管理路由信息,提高可扩展性。
BGP协议:边界网关协议,用于互联网自治系统间的路由选择。
第五章 数据链路层与局域网
第一节 数据链路层服务
数据链路层功能:帧同步、差错控制、流量控制。
组帧:将数据封装成帧进行传输。
第二节 差错控制
差错控制基本方式:奇偶校验、循环冗余校验(CRC)等。
差错编码的检错与纠错能力:不同编码方法的检错和纠错能力不同。
第三节 多路访问控制协议
信道划分MAC协议:如TDMA、FDMA、WDMA,通过分配不同的信道来实现多路访问。
随机访问MAC协议:如CSMA/CD,通过竞争的方式来访问信道。
受控接入MAC协议:如CSMA/CA,通过预约的方式来访问信道。
第四节 局域网
局域网特点:高传输速率、低误码率、短距离传输。
以太网:最常用的局域网技术,基于CSMA/CD协议。
交换机工作原理:学习MAC地址,实现数据帧的快速转发。
虚拟局域网(VLAN):逻辑上划分局域网,提高安全性和管理灵活性。
第五节点对点链路协议
PPP协议:点对点链路协议,支持多种网络层协议。
HDLC协议:高级数据链路控制协议,常用于广域网连接。
第六章 物理层
第一节 数据通信基础
数据通信基本概念:信号编码、传输介质、传输模式。
数据通信系统模型:发送端、传输介质、接收端。
第二节 物理介质
双绞线:常用的传输介质,成本低,适用于短距离传输。
同轴电缆:传输性能好,适用于有线电视和宽带网络。
光纤:传输容量大,适用于长距离高速传输。
无线介质:如微波、红外线、蓝牙等,适用于移动设备和特殊环境。
第三节 信道与信道容量
信道分类与模型:有线信道和无线信道,带宽限制信道容量。
信道传输特性:衰减、噪声、干扰等影响传输质量。
信道容量:香农公式计算理论最大传输速率。
第四节 基带传输
基带传输基本概念:直接传输基带信号,适用于数字信号。
数字基带传输编码:如曼彻斯特码、差分曼彻斯特码等,用于时钟恢复和差错控制。
第五节 频带传输
频带传输基本概念:调制高频载波传输信号,适用于模拟信号和数字信号的频带传输。
频带传输中的三种调制方式:调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)。
第六节 物理层接口规程
物理层接口概述:定义物理设备的连接和通信规则。
物理层接口特性:机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。
第七章 无线与移动网络
第一节 无线网络
无线网络基本结构:基站、移动终端、接入点等组成。
无线链路与无线网络特性:带宽有限、易受干扰、移动性管理复杂。
第二节 移动网络
移动网络基本原理:蜂窝结构、频率复用、呼叫处理。
寻址与路由选择:动态地址分配和路由选择算法适应移动性。
第三节 无线局域网IEEE802.11
IEEE802.11体系结构:基础设施模式和对等模式。
MAC协议(CSMA/CA):避免碰撞的随机访问协议。
帧结构:包含MAC头、有效载荷和CRC校验等字段。
第四节 蜂窝网络
蜂窝网络体系结构:基站、移动交换中心、归属位置寄存器等组成。
移动性管理:位置更新、呼叫转移、漫游等管理功能。
2G/3G/4G/5G网络特点:不断提高传输速率和服务质量。
第五节 移动IP网络
代理发现与注册:移动节点通过代理获取转交地址并注册给家乡代理。
隧道技术:实现跨网段的数据封装和传输。
第六节 其他典型无线网络简介
WiMax:基于IEEE802.16标准的宽带无线接入技术。
蓝牙:短距离低功耗无线通信技术,适用于设备间的数据交换。
ZigBee:低功耗、低速率的无线传感器网络标准。
第八章 网络安全基础
第一节 网络安全概述
基本概念:保护网络数据的保密性、完整性和可用性。
网络安全威胁:窃听、篡改、拒绝服务攻击等。
第二节 数据加密
传统加密方式:对称密钥加密和非对称密钥加密。
对称密钥加密算法:DES、AES等,加密速度快但密钥管理困难。
非对称密钥加密算法:RSA、ECC等,安全性高但计算复杂。
第三节 消息完整性与数字签名
消息完整性检测方法:摘要算法(MD5、SHA)和哈希函数。
数字签名:用于验证消息来源和完整性,防止伪造和篡改。
第四节 身份认证
基于共享对称密钥的身份认证:双方预先共享密钥,通过预共享密钥进行认证。
基于公开密钥的身份认证:数字证书和公钥基础设施(PKI)。
一次性随机数的作用:增加认证的不可预测性和安全性。
第五节 密钥分发中心与证书认证机构
KDC的作用:安全分发密钥,防止密钥泄露。
CA的作用:颁发和管理数字证书,建立信任机制。
基于KDC或CA的认证过程:简化认证流程,提高安全性。
第六节 防火墙与入侵检测系统
防火墙基本概念:控制进出网络的流量,保护内部网络安全。
防火墙分类:包过滤防火墙、状态检测防火墙、应用层防火墙。
入侵检测系统(IDS):监测和分析网络流量,发现并报警入侵行为。
第七节 网络安全协议
安全电子邮件协议(S/MIME):加密和签名电子邮件,保证传输安全。
安全套接层协议(SSL)和传输层安全协议(TLS):为Web通信提供加密和认证服务。
虚拟专用网(VPN)和IP安全协议(IPSec):通过加密通道实现远程安全通信。