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网络工程师
这是一篇关于网络工程师的思维导图，主要内容包括：计算机网络概况，数据通讯基础，局域网。介绍详细，描述全面，希望对感兴趣的小伙伴有所帮助！
编辑于2025-03-25 09:04:21- 网络工程师
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网络工程师
计算机网络概况
计算机应用及发展
早期
早期应用
1951年：麻省理工学院林肯实验室为美国空军开发SAGE系统（半自动地面防空系统），1963年完成，是计算机与通信技术整合的先驱。 1960年初：SABRE-1（美航与IBM联合开发的飞机订票系统）成为计算机通信技术在民用系统的首次应用。 1968年：美国通用电气公司的信息服务系统投入运行，成为最大的商用数据处理网络，具有交互式和批量处理能力，利用时间差优化资源。
早期技术
采用多点通信线路、终端集中器和前端处理机，提高通信线路利用率，减轻主机负荷。 通信建立方式：主机轮询终端或终端连接成雏菊链形式。 远程通信需按通信规程对传输信息进行特殊处理。
现代
1960年中期： 大型机的出现催生了对远程共享资源的需求。 程控交换技术的发展为远程通信提供了可能。 ARPANET（1969年由DARPA开发）标志着现代计算机网络的诞生： 初始4个节点，以电话线路为主干。 1971年扩展至15个节点，70年代末超过60个节点、100多台主机，覆盖美洲大陆。 主要特点： 资源共享 分散控制 分组交换 专用通信控制处理机 分层网络协议 这些特点成为现代计算机网络的基础。 1970年中后期： 广域通信网快速发展，各国推动分组交换网络： 英国邮政局的EPSS（1973） 法国IRIA的CYCLADES（1975） 网络目的：实现计算机间远程数据传输和信息共享。 通信线路：主要租用电话线路，少数专用线路。 数据传输速率：约50kb/s。 这一时期被称为第二代网络，以远程大规模互连为特点。
标准化过程
1960-1970年初： 组网技术、方法和理论研究逐渐成熟。 各大计算机公司推出私有网络技术标准： 1974年：IBM推出SNA（系统网络体系结构）。 1975年：DEC推出DNA（数字网络体系结构）。 1976年：UNIVAC推出DCA（分布式通信体系结构）。 这些标准仅限于公司内部使用，导致市场各自为政，用户难以选择，阻碍多厂商公平竞争。 1977年： 国际标准化组织（ISO）的TC97技术委员会SC16分委会开始制定OSI参考模型（开放系统互连参考模型）。 OSI规定了计算机系统间的通信协议，符合OSI协议的产品称为“开放系统”。 如今，几乎所有网络产品厂商都遵循OSI标准，未遵从国际标准的产品逐渐被淘汰。 标准化推动了统一市场的形成，促进了网络技术的发展。
微型机局域网的发展
20世纪80年代初期： 微型计算机的出现深刻影响了社会生活，尤其适合办公室和家庭使用。 1972年：Xerox公司发明以太网，与微型机结合推动了微型机局域网的快速发展。 局域网将单位内部的微型计算机和智能设备互联，为办公自动化和信息共享提供了平台。 1980年： IEEE成立802委员会，开始制定局域网标准。 局域网厂商从一开始就遵循标准化和兼容性，促进了市场竞争。 用户在建设局域网时选择更多，设备更新更快。
国际因特网的发展时期
1985年： 美国国家科学基金会（NSF）利用ARPANET协议建立了NSFnet，用于科学研究和教育。 1990年： NSFnet取代ARPANET成为美国国家骨干网，并向公众开放。 1992年： Internet学会成立，将Internet定义为“组织松散的、独立的国际合作互联网络”，支持主机对主机的通信。 1993年： 美国伊利诺伊大学国家超级计算中心开发了Mosaic浏览器，极大方便了网上信息交流，推动了Internet的普及。 上网从科研人员的专利变为普通人的远程通信工具。 20世纪90年代后期： Internet高速发展，主机数量、上网人数、网络流量成倍增长
计算机网络分类及应用
计算机网络分类
网络组成元素
互联规模和通讯方式
使用方式
按照使用方式可以把计算机网络分为校园网(Campus Network)和企业网(Eaterprise Network)
计算机应用
1、办公自动化 2、远程教育 3、电子银行 4、娱乐和在线游戏
我国互联网的发展
• 1987年：钱天白教授通过意大利ITAPAC系统在北京发出中国首封电子邮件，开启中国使用Internet的序幕。 • 1989–1992年：国家计委组织建设中关村教育与科研示范网络（NCFC），连接北大、清华、中国科学院，建立超级计算中心。 • 1990–1993年：1990年中国在DDN-NIC注册顶级域名CN，1993年中国科学院提出符合国情的域名体系。 • 1994年：1月4日，NCFC通过美国Sprint的64k国际专线接入Internet，中国正式成为Internet国家；随后建设国家四大干网——中国金桥信息网、中国公用计算机互联网、中国教育科研网、中国科学技术网。 • 1996年以后：进入应用平台和增值业务开发阶段，中文网站、门户、专业站迅速兴起，推动电子商务、IP电话、视频点播、无线网络等业务发展，并逐步走向国际化。 • 1997年：6月3日，中国科学院成立中国互联网络信息中心（CNNIC），国务院成立相关工作委员会；11月CNNIC发布首份《中国Internet发展状况统计报告》，当时互联网数据包括约29.9万台上网计算机、62万用户、4066个CN域名和1500个网站，国际出口带宽18.64Mb/s。
2023年8月28日，CNNIC发布第52次《中国互联网发展状况统计报告》。 • 网民及普及率：截至6月，网民规模达10.79亿人，比2022年12月增加1109万，互联网普及率约76.4%。 • 网络基础资源： – 域名总数约3024万个； – IPv6地址数为68055块/32，活跃IPv6用户达7.67亿； – 宽带接入端口数量约11.1亿个； – 光缆线路总长度达到6196万公里。 • 移动网络发展： – 移动电话基站总数达1129万个，其中累计开通5G基站约293.7万个（占比26%）； – 移动互联网流量达到1423亿GB，同比增长14.6%； – 活跃App数量约260万，覆盖网民日常学习、工作和生活。 • 物联网发展： – 三大基础电信企业的蜂窝物联网终端用户达21.23亿户，较2022年12月净增2.79亿户，占移动网络终端连接数比重为55.4%。
计算机网络体系架构
计算机网络功能特性
特点
间歇性、突发性
功能
路由、寻址、控制、安全等等
分层概念
功能分界
位置分界
接口概念
用“接口”来描述相邻层之间的相互作用。在两个相邻层之间，下层为上层提供服务，上 层利用下层提供的服务实现规定给自己的功能，这种服务和被服务的关系就是人们所说的接口 关系。例如，Modem和 DLC之间必须按规定的电气接口相互作用；用户程序和网络之间也应 规定统一的接口关系，以便于程序的移植。
开放系统互联（OSI Open System Interconnection）参考模型基本概念
开放系统概念
所谓开放系统，是指遵从国际标准的、能够通过互连而相互作用的系统。系统之间的相互作用只涉及系统的外部行为，与系统内部的结构和功能无关。
七层协议
应用层
应用层是OSI的最高层。这一层的协议直接为用户服务，提供分布式处理环境。典型的应用层功能包括：在不同系统间传输文件的协议、电子邮件协议和远程作业输入协议等。
表示层
表示层的用途是提供一个可供应用层选择的服务的集合，使得应用层可以根据这些服务功 能解释数据的含义。表示层关心的是所传输数据的表现方式，以及它的语法和语义。
会话层
会话层支持两个表示层实体之间的交互作用。它提供的会话服务可分为以下两类： (1)把两个表示实体结合在一起，或者把它们分开，这叫作会话管理。 (2)控制两个表示实体间的数据交换过程，例如分段、同步等，这一类叫作会话服务。 使用校验点使会话在通信失效时从校验点恢复通信数据，其主要协议为 ADSP、ASP。
传输层
传输层在低层服务的基础上提供一种通用的传输服务。会话实体利用这种透明的数据传输服 务而不必考虑下层通信网络的工作细节，确保数据高效传输。传输层用多路复用或分流的方式优 化网络的传输效率。传输层协议是真正的从源端到目标端，由传输连接两端的传输实体处理。
网络层
网络层的功能属于通信子网，它通过网络连接交换传输层实体发出的数据。网络层把上层 传来的数据组织成分组在通信子网的节点之间交换传送。交换过程中要解决的关键问题是选择 路径，还有防止网络中出现局部的拥挤或阻塞。当传送的分组跨越一个网络的边界时，网络层 应对不同网络中分组的长度、寻址方式、通信协议进行变换，使异构型网络能互连互通。
数据链路层
数据链路层的功能是建立、维持和释放网络实体之间的数据链路且对网络层表现为一条无 差错的信道。相邻节点之间的数据交换是分帧进行的，各帧按顺序传送，并通过接收端的校验 检查和应答保证可靠的传输。数据链路层对损坏、丢失和重复的帧进行处理，相邻节点之间的 数据传输也有流量控制的问题，数据链路层把流量控制和差错控制合在一起进行。帧传输
物理层
物理层规定通信设备机械、电气、功能和过程的特性，建立、维持和释放数据链路实体间 的连接。bit传输
OSI协议集
数据通讯基础
带宽
模拟信号带宽
模拟信号是一种连续的信号，他在任何时间都有定义。比如温度，声音，光等等。模拟信号的带宽为信号最高的频率减去信号最低的频率。
数字信号
数字信号是指一种离散性的信号，通过一个数字脉冲表达一个码元的信息。 数字信号的带宽分为码元速率以及数据速率。 码元速率为该信道上规定时间内传输的码元数量，根据奈奎斯特定律，在有限带宽无噪声环境中，最大码元速率为B=2W。 因为数据可通过编码的方式，使一个码元携带多个数据信息。故当一个码元对应两个离散数据时，数据速率等于码元速率。
香农定律
噪声信道的极限数据速率
误码率
在有噪声的环境中，传输数据时会受到干扰，导致数据传输出现差错，在计算机网络通信中误码率一般不超过10^-6。及平均一兆位数据错一位。
信道延迟
信号在信道中传播，从源端到达宿端需要一定的时间。这个时间与源端和宿端的距离有关， 也与具体信道中的信号传播速度有关。以后考虑的信号主要是电信号，这种信号一般以接近光速的速度(300m/μs)传播，但随传输介质的不同而略有差别。例如，在电缆中的传播速度一般为光速的77%即 200m/μs 左右。
一般来说，考虑信号从源端到达宿端的时间是没有意义的，但对于一种具体的网络，我们 经常对该网络中相距最远的两个站之间的传播时延感兴趣。这时除了要计算信号传播速度外， 还要知道网络通信线路的最大长度。例如，500m 同轴电缆的时延大约是2.5μs,而卫星信道的时延大约是270ms。时延的大小对某些网络应用(例如交互式应用)有很大影响。
传输介质
双绞线
双绞线由粗约 1mm的互相绝缘的一对铜导线绞扭在一起组成，对称均匀地绞扭可以减少线 对之间的电磁干扰。双绞线分为屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。常用的无屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair,UTP)电缆由不同颜色的(橙、绿、监、棕)4对双绞线组成。屏蔽双绞线 (Shielded Twisted Pair,STP)电缆的外层由铝箔包裹着，价格相对高一些，并且需要支持屏蔽 功能的特殊连接器和适当的安装技术，但是传输速率比相应的无屏蔽双绞线高。由于双绞线价 格便宜，安装容易，适用于结构化综合布线，所以得到了广泛使用。日前在局域网中使用的无 屏蔽双绞线的传送速率是100Mb/s或1000Mb/s。
同轴电缆
同轴电缆的芯线为铜质导线，外包一层绝缘材料，再外面是由细铜丝组成的网状外导体， 最外面加一层绝缘塑料保护层，芯线与网状导体同轴，故名同轴电缆。同轴电缆的这种结构使 它具有高带宽和极好的噪声抑制特性。
光缆
光缆由能传送光波的超细玻璃纤维制成，外包一层比玻璃折射率低的材料。进入光纤的光 波在两种材料的界面上形成全反射，从而不断地向前传播。光纤信道中的光源可以是发光二极 管(Light Emitting Diode,LED)或注入式激光二极管(Injection Lascr Diode,ILD)。这两种器 件在有电流通过时都能发出光脉冲，光脉冲通过光导纤维传播到达接收端。接收端有一个光检测器 光电二极管，它遇光时产生电信号，这样就形成了一个单向的光传输系统，类似于单 向传输模拟信号的宽带系统。 光导纤维作为传输介质，其优点是很多的。首先，它具有很高的数据速率、极宽的频带、 低误码率和低延迟。数据传输速率可达1000Mb/s,甚至更高，而误码率比同轴电缆可低两个数 量级，只有10-9。其次，光传输不受电磁干扰，不可能被窃听，因而安全和保密性能好。最后， 光纤重量轻、体积小、铺设容易。
无线信道
通过空间传播的信号为无线信道，无线信道包括微波、红外、短波信道。 微波通信包括地面微波、卫星微波系统。微波通信的频率段为吉兆段的低端，一般是1～11GHz,因 而它具有带宽高、容量大的特点。于使用了高频率，因此可使用小型天线，便于安装和移动。 不过微波信号容易受到电磁干扰，地面微波通信也会造成相互之间的干扰，大气层中的雨雪会 大量吸收微波信号，当长距离传输时会使得信号衰减以至无法接收。
数据编码
二进制数字信息在传输过程中可以采用不同的代码，各种代码的抗噪声特性和定时功能各 不相同，实现费用也不一样。
数字调制技术
将数字信号调整为适合在信道传输的模拟信号
脉冲编码调制
与数字调制技术相反，脉冲编码调制技术是将模拟信号变换成数字信号并通过数字信号传输。
取样
每隔一定的时间，取模拟信号的当前值作为样本，该样本代表了模拟信号在某一时刻的瞬 时值。 如果取样速率大于模拟信号最高频率的两倍，则可以用得到的样本空间恢复原来的模拟信号。
量化
取样后得到的样本是连续值，这些样本必须量化为离散值，离散值的个数决定了量化的精度。
编码
把量化后的样本值变成相应的二进制代码，可以得到相应的二进制代码序列，其中每个二 进制代码都可用一个脉冲串(4位)来表示，这4位一组的脉冲序列就代表了经PCM编码的模 拟信号。
通讯方式和交换方式
数据通信方式
通信方向
单工通信
通信方向只能是单向的，只能发或只能收
无线广播、电视广播
半双工通信
通信方向是双向的，但是通信时只能进行单向通信。
无线电、hub
全双工通信
同时进行双向信息传送
电话
同步方式
在通信过程中，发送方和接收方必须在时间上保持同步才能准确地传送信息。前面曾提到 过信号编码的同步作用，叫作码元同步。
同步传输
发送方在发送数据之前先发送串同步字符 SYNC,接收方只要检测到连续两个以上SYNC字符就确认已进入同步状态，准备接收信息。 随后的传送过程中双方以同一频率工作(信号编码的定时作用也表现在这里),直到传送完指 示数据结束的控制字符。
异步传输
把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息。
交换方式
电路交换
电路交换双方建立连接后开始通信，建立通信后，该线路为临时专用线路。电话采用的就是电路交换。
报文交换
节点将要发送的数据组成报文，由传送节点将报文多次存储发送到目标节点。报文交换要求传输节点缓存节点足够大。
分组交换
分组交换中的数据包有固定的长度，发送节点将传输的数据进行信息分组，每个信息分组都增加上传输信息的头部，即将一整个数据分为多个小数据报发送，降低了中间传输节点缓存性能需求。而分组交换又有两种方式，一种是数据包，一种是虚电路。
数据报
数据报的交换方式与报文交换类似，需要注意的是数据报采用的分组交换传输路径和时间都是由传输网络情况决定的，可能会出现数据包的顺序与发送的数据不一致。所以数据包需要在发送端对数据包进行分组、编号，在接收端对数据包进行重组。
虚电路
虚电路类似于电路交换，发送端需发送请求与接收端建立需连接，后续的分组消息通过该虚链路传输，直到会话结束拆除会话。与电路交换不同的是，虚电路建立的是虚拟链路，他具有链路共享的优点。
多路复用技术
多路复用技术可以将多个低速信道组合成一个高速信道的技术。反过来也可以将一个高速信道分为多个低速信道传输。在低转多的场景下，发送端需要多路复用器（Multiplexe）根据某种约定的规则把多个低带宽的信号复合成一 个高带宽的信号，多路分配器(Demultiplexer)在接收端根据同一规则把高带宽的信号分解成 多个低带宽的信号。
频分多路复用
频分多路复用(Frequency Division Multiplexing, FDM)是在一条传输介质上使用多个频率 不同的模拟载波信号进行多路传输，这些载波可以进行任何方式的调制，如 ASK、FSK、PSK以及它们的组合，每一个载波信号形成了一个子信道，各个子信道的中心频率不相重合，子信道之间留有一定宽度的隔离频带。
波分多路复用
波分多路复用(Wave Division Multiplexing, WDM)使用在光纤通信中，不同的子信道用 不同波长的光波承载，多路复用信道同时传送所有子信道的波长。
时分多路复用
时分多路复用(Time Division Multiplexing,TDM)要求各个子通道按时间片轮流地占用整个带宽。时间片的大小可以按一次传送一位、一个字节或一个固定大小的数据块所需的时间来确定。 时分多路技术可以用在宽带系统中，也可以用在频分制下的某个子通道上。时分制度又分为同步时分和统计时分。
同步时分
在同步时分制下，整个传输时间被划 分为固定大小的周期。每个周期内，各子通道都在固定位置占有一个时槽。这样，在接收端可以 按约定的时间关系恢复各子通道的信息流。
统计时分
统计时分是对同步时分进行的升级，它在每个时槽增加了一个控制字段，以此分别所属的子通道。
同步数字系列
数字传输系统
差错控制
通信过程中出现的差错可大致分为两类：类是由热噪声引起的随机错误；另一类是由冲 击噪声引起的突发错误。
差错码
奇偶校验
其原理是在7位的 ASCII代码后增加一位，使码字中1的 个数成奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。经过传输后，如果其中一位(甚至奇数个位)出错， 则接收端按同样的规则就能发现错误。这种方法简单实用，但只能应对少量的随机性错误。
校验和
这种方法把数据块中的每个字节 当作一个二进制整数，在发送过程中按模 256相加。
海明码
循环冗余校验码
局域网
局域网技术概论
拓扑结构和传输介质决定了各种LAN的特点，决定了它们的数据速率和通信效率，也决定 了其适合传输的数据类型，甚至决定了网络的应用领域。
拓扑结构
总线型
星型
环形
传输介质