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。

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。