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计算机网络技术
计算机网络的定义没有统一标准，根据计算机网络发展的阶段或侧重点不同对于计算机网络有不同的定义。内容详实、条理清晰、易于理解。
编辑于2025-02-18 19:55:26- 认识开放系统互联参考模型
- TCP/IP参考模型
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计算机网络技术
基础计算机网络分类
六个章节
1.计算机网络定义
计算机网络的定义没有统一标准， 根据计算机网络发展的阶段或侧重点 不同对于计算机网络有不同的定义
A.把分布在不同地理位置的电脑， 使用网络传输介质和网络设备连起来；
B.按照一定的规则和协议进行通信， 从而实现资源共享
2.计算机网络的功能
数据通信
数据通信是计算机网络的基本的功能
资源共享
充分利用计算机网络中提供的资源（包括硬件，软件 和数据等）是计算机网络组网的主要目标之一
提高系统的可靠性
在一些用于计算机实时控制和要求高可靠性的场合， 通过计算机网络实现备份，可以提高计算机系统的可靠性
分布式网络处理和负载均衡
当某台计算机负担过重，或该计算机正在处理某项工作时， 网络可将新任务转交给空闲的计算机来完成，这样处理了均衡 和计算机的负载提高处理问题的时事性
3.计算机网络的组成
计算机网络的系统组成
通信子网
通信子网负责计算机间的数据通信，也就是信息的传输 ；通信子网除了包括传输信息的物理媒体，还包括诸如转发器， 交换机之类的通信设备
资源之子网
通过通信子网互联在一起的计算机负责运行，对信息进行处理的应用程序 ，早期的资源子网主要是主机与终端，伴随着时代的发展这种模式有逐 渐的被局域网取代。
计算机网络的软件
网络协议软件
实现网络协议功能，如传输控制协议/ 网际协议，IPX/SPX等
网络通信软件
用于实现网络中各种设备之间的通信的软件
网络操作系统
实现系统资源共享管理用户的应用程序， 对不同资源的访问
网络管理软件和网络应用软件
网络管理软件是用来对网络资源进行管理， 以及对网络进行维护的软件
4.计算机网络分类
按网络的作用范围划分
城域网
城域网的规模局限于在一座城市的范围内，覆盖地理位置为几千米至数百米
城域网既可以支持数据和语音传输，又可以与有线电视相连
局域网
局域网一般在几十米到几十千米范围内，局域网新布于较小的地理范围内， 因为采用了不同的传输介质，所以不同局域网的传输距离也不同
局域网可以分为许多种类，主要有以太网（Ethernet）令牌环网(Token Ring)和FDDI环网
局域网体系结构中的数据链路层被划分成MAC和LLC两个子层
🌟局域网的优点是距离短，延迟小，数据传输速率高和传输可靠
广域网
广域网是将分布在各地的局域网连接起来的，网络地理范围非常大， 从数百千米至数千千米甚至可以跨越国际洲际达到全球范围
广域网技术主要有公共交换电话网（PSTN），综合业务数字网（ISDN），帧中继（FR）
在广域网中，通常利用电信部门提供的各种公共交换网， 将分布在不同地理区域的计算机系统互联起来，达到资源共享的目的。
广域网使用的主要技术为存储转发技术
按网络的传输技术划分
广播网络
仅有一条通信信道，网络上的所有计算机都共享这个通信信道
定义：在广播网络中，若某个分组发出以后，网络上的每一台机器都接收并处理它则称这种方式为广播； 若分组是发送给网络中的某些计算机，则称为多点播送或组播； 若分组只发送给网络中的某一台计算机则称为单播； 无线网和总线型网络一般采用广播传输方式
点到点网络
点到点网络是由机器之间的多条连线组成的
小的网络采用广播方式，而大的网络则采用点到点的方式
按网络的使用范围划分
公用网
公用网由电信部门或其他提供通信服务的经营部门组建管理和控制
专用网
专用网是由用户部门组建经营的网络，不允许其他用户或部门使用
专用网也可以使用自己铺设的线路，但成本非常高
按网络的传输介质划分
有线网
有线网是指采用双绞线同轴 电缆光缆连接的计算机网络
双绞线：双绞线网是目前最常见的互联方式之一，他比较经济，安装方便， 传输速率和抗干扰能力一般，广泛应用于局域网中，它可以通过电 话线上网，通过现有电力网导线电网
同轴电缆：同种电缆网可以通过专用的粗电缆或细电缆组网， 他还可通过有线电视电缆使用电缆调制解调器上网
光纤：光纤网采用光导纤维作为传输介质，光纤传输距离长，传输速率高， 可达每秒数千兆比特抗干扰性强，不易受到电子监听设备的监听， 是高安全性网络的理想选择
有线网的传输介质
无线网
无线网使用电磁波传送数据 ，它可以传播无线电波和卫星信号
无线电话：通过手机上网已成为新的热点
无线电视网：普及率高，但无法在一个频道上和用户进行实时交互
微波通信网：通信保密性和安全性较可好
卫星通信网：能进行远距离通信，但价格昂贵
无线网
按企业和公司管理划分
内联网
内联网是指企业的内部网是由企业内部原有的各种网络环境和软件平台组成的
外联网
外联网相对于企业内部网泛指企业之外，需要扩展连接到与自己相关的其他企业网，采用互联网技术
因特网
因特网是目前最流行的一种国际互联网
5.计算机网络发展史
以单计算机为中心的连接系统
20世纪50年代
分组交换网的诞生
20世纪60年代中后期
网络体系结构与协议标准化
20世纪80年代
高速计算机网络
20世纪90年代
移动互联网
现在
6.网络拓扑结构
在拓扑学中，事物被抽象成节点，事物间 的关系被抽象成连线组成的图形，这称为拓扑
按照拓扑结构分类，基本上可以分为两大类， 一类是有规则的拓扑，还有一类是无规则的拓扑
1.星形拓扑结构（有规则的拓扑）
多个节点连接在一个中心节点上，构成星形拓扑结构。 星型结构的中心点不是一台主机，而是一个集线器或交换机， 这类设备由于采用大规模集成电路技术，因此可靠性非常高， 是一种非常可靠的组网形式
树形拓扑结构（有规则的拓扑）
在数形拓扑结构中，网络中的各节点形成了一个层次化的结构 树中的各节点都为计算机 一般来说数形结构层次结构的层不宜过多，以免转接开销过大使高层节点的负荷过重
总线型拓扑结构（有规则的拓扑）
在总线型拓扑结构中，所有节点共享一条数据通道，一个节点发出的信息可以被网络上的多个节 点接收，所以又称为广播方式的网络
环形拓扑结构图（有规则的拓扑）
在环形拓扑网络中节点通过点到点通信线路连接成闭合环路。环中节点出现故障，有可能造成网络瘫痪， 对于环形网络，网络节点的加入，退出及环路的维护管理都比较复杂
网状拓扑结构（无规则的拓扑）
网状拓扑结构分为全连接网状和不完，全连接网状两种形式
🌟优点：网状拓扑结构的最大优点是单一节点或者电缆区段的故障不会引起网络崩溃
🌟缺点：网状拓扑结构实现的成本非常高，布线也很麻烦
认识开放系统互联参考模型
计算机网络体系结构
网络系统的层次结构
1，层次结构研究方法的优点
A，各层之间相互独立
B，灵活性好
C，各层都可以采用最合适的技术来实现
D，易于实现和维护
E，有利于促进标准化
层次结构优点
分层的原则
功能分工的原则：每一层的划分都应有他自己明确的与其他层不同的基本功能
隔离稳定的原则：层与层的结构要相对独立和互相隔离，从 而使某一层内容或结构的变化对其他层的影响很小，各层的功能结构相对稳定
分支扩张的原则：公共部分与各分支部分划分在不同层，这 样有利于分支部分的灵活扩充和公共部分的相对稳定，减少结构上的重复
方便实现的原则：方便标准化的技术实现
计算机网络体系 结构的分层思想
网络体系结构及协议概念
网络体系结构对计算机网络应用实现的功 能进行了精确的定义，体系结构是抽象的 ，而其通过能够运行的一些软件和硬件 的实现却是具体的
计算机网络体系结构就是为了完成计算机之间的通信合作 ，把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次， 并规定同层次进行通信的协议及相邻层之间的接口服务。
网络体系结构
网络协议：网络协议是为网络数据交换而制定的规则约定与标准
语义：用于解释比特流每一部分的意义
语法：用于数据与控制信息的结构式格式， 以及数据出现顺序的意义
时序：事件实现顺序的详细说明
网络协议的三要素 有语义，语法和时序
实体：在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成，实体是通信时能发送和接收信息的任何软硬件设施
接口：接口是同一节点内相邻层之间交换信息的连接点 ，同一节点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务
服务：服务是指某一层及其以下各层的一种能力或功能，通过接口提供给其相邻上层
协议是水平的，服务是垂直的
OSI/RM的层次结构
1979年发布OSI/RM OSI中的开放是指只要遵循OSI标准
物理层
管理通信设备和网络媒体之间的互联互通。传输介 质为数据链路层提供物理连接，实现比特流的透明传输
物理层涉及的内容包括以下6个方面
通信接口与传输媒体的物理特性
机械特性：机械特性规定物理连接器的规格尺寸 插针或插孔的数量和排列情况相应通信介质的参数和特性等
电气特性
电气特性规定了与在链路上传输二 进制比特流有关的电路特性
功能特性
功能特性规定各信号线的功能或作用
规程特性
规程特性定义DTE和DCE通过接口连接时 各信号线进行二进制位流传输的一组操作规程
物理层的数据交换单元为二进制比特
为了传输比特流，可能需要对数据链路的数据进行调制或编码
比特的同步
物理层规定了通信的双方必须在时钟上保持同步的方法
线路的连接
线路的连接是指通信设备之间的连接方式
物理拓扑结构
物理拓扑定义了设备之间连接的结构关系
传输方式
传输方式是设备之间连接的传输方式，如单工，半双工和全双工
数据链路层
数据链路层只是负责同一网络中相 邻两节点之间的链路管理及帧的传输的问题
数据链路层主要负责
组帧：数据链路层把从网络层接收的数据划分成可以处理的数据单元，即帧
物理编址：如果这些帧需要发送给网络上的不同系统，那么数据链路层就要把首部加到帧上，以明确帧的发送端或接收端
流量控制：如果接收端接收数据的速率小于发送端产生的速率，那么数据链路层就应使用流量控制机制来预防接收端因过载而无法工作
差错控制：数据链路层增加了一些措施来检测和重传损坏或丢失的帧，因而给物理层增加了可靠性
接入控制：当两个或更多的设备连接到同一条链路时，数据链路层就必须决定哪一个设备在什么时刻对链路有控制权
介质访问控制（MAC）技术是决定局域网特性的关键技术
网络层
解决的是网络与网络之间及网际 的通信问题，而不是同一网段内部的事
网络层主要负责
逻辑地址寻址
路由功能：具有路由功能的设备
流量控制
拥塞控制：信道带宽，节点发送与接收缓冲区，处理机速度 的称为网络资源，一般采取用拥塞控制的方法限制网络资源的使用
拥塞是进入网络的分组数太多造成的 ，拥塞的结果最终有可能导致死锁。 通过拥塞控制，能防止出现拥塞和死锁
传输层
是承上启下的一层是OSI/RM中至关重要的一层， 基护所有著名的网络体系结构都保留有传输层
会话层
会话层的作用主要是在网络中不同用户，节点之间建立和维护 通信通道，两个节点之间的会话决定通信是否被中断及中断时 决定重合处重新发送
传输层是资源子网与通信子网的接口和桥梁 ，无论通信子网提供的服务可靠性如何经传输 层处理后都应向上层提供可靠的透明的数据传输
表示层
数据编码、格式转换、数据加密。提供各种用于应用层数 据的编码和转换功能,确保一个系统的应用层发送的数据能 被另一个系统的应用层识别。
数据的解码与编码：两个系统中的进程，所交换信息 的形式通常都是字符串数字等。这些信息在传送之前必须变换位流
数据的加密与解密：为了安全起见，要在发送前对数据进行加密处理， 在数据到达目的端后网络的表示层对接收的数据进行解密，变成用户能识别的信息
数据的压缩和解压：数据的压缩压缩了信息中所包含的位数
应用层
表示层处理的是两个系统所交换信息的语法和语义
收发电子邮件，属于ISO/OSIRM中应用层的功能
OSI/RM的结构模型共 分为7层，分别从下往上是
数据的封装与拆分
封装表示源IP和目的IP
TCP/IP参考模型
TCP/IP参考模型各层的功能
TCP/IP模型包括了IP协议，IP协议包括了IP地址；一个设备要接入网络的话，该设备必须要有一个IP地址
TCP IP参考模型是一个4层的体系结构，它包括网络接口层，网际层，传输层和应用层。
网络接口层
TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议
网络接口层，也称为网络访问层，包括了能使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，它对应OSI的物理层和数据链路层
主要功能
参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP数据报
允许主机联入网络时使用多种现成的与流行的协议，如局域网的以太网，令牌环网，分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等。
当一种物理网被用作传送IP数据报的通道时，就可以认为是这一层的内容
充分体现出TCP/IP的兼容性与适应性，它也为TCP/IP的成功奠定了基础
网际层
网际层是在互联网标准中正式定义的第一层，IP是这一层最核心的协议
主要功能
相当于OSI/RM网络层无连接网络服务
处理互联的路由选择，流量控制与网络拥塞问题
IP是无连接的，提供“尽力而为”服务的网络层协议
传输层（建立连接）
TCP/IP中的传输层对应OSI/RM中的传输层
主要功能
先发送再接收 在互联网中的源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端到端连接
TCP是一种可靠的面向连接协议
用户数据报协议（UDP）是一种不可靠的无连接协议
应用层
TCP/IP参考模型中的应用层对应OSI/RM中的会话层，表示层和应用层
主要功能
通过基于特定协议的应用软件为用户提供各项针对性的服务 ，如文件传输协议，超文本传输协议，简单邮件传输协议
分层结构
OSI/RM与TCP/IP参考模型都采用了分层结构，都是基于独立的协议栈的概念
OSI/RM于TCP/ IP参考模型的发展趋势
TCP/IP缺点：目前面临的主要问题，有的是空间问题，服务质量问题，安全问题等
OSI/RM缺点：太理想化，不易适应变化和不易实现
TCP/IP协议簇
1字节＝8bit
网际协议（IP）的任务是对数据包进行相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络
IP是一个无连接协议，在IP层的分组叫做数据报，数据报是可变长度的分组，它由两部分组成， 首部和数据。首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的，后面的一些可选字段，其长度是可变的
IP报文结构为IP协议头＋载荷，对IP头 部的分析是分析IP报文的主要内容之一
版本：占4bit，指IP协议的版本
首部长度：占4bit，以四字节为单位，取值范围是5~15，所以手不长度范围是20~50字节
服务类型（ToS）：占8bit，用来获得更好的服务
总长度：占16bit单位是字节，因此数据报的最大长度为65535字节
标识：占16bit用于数据报的分片与重组
标志：占三位，表示数据报的分片信息，目前只用低位的两个比特 最低位（MF）：MF＝1表示后面还有分片的数据报； MF＝0表示这已经是若干数据照片中的最后一个 中间位（DF）：DF＝1表示不能分片；DF＝0表示允许分片
片偏移：占13位，以8个字节为偏移单位
生存时间（TTL）数据报在网中的寿命，单位是秒
协议：占8bit协议字段指此数据报携带的数据是使用何种协议
首部校验和：占16位，IP首部校验和只检验IP数据报的首部，不包括数据部分
ICMP因物网控制报文协议；ICMP为IP提供差错报告；ICMP是IP正式协议的一部分；PING使用的是ICMP协议
IGMP互联网组管理协议是在多波环境下使用的协议
ARP和RARP
地址解析协议（ARP）：ARP以广播形式发送。ARP发广播找IP对应的MAC 反向地址解析协议（RARP）：负责将物理地址转换成逻辑地址；
子主题
IP编址技术
IP地址的划分
1，判断IP地址的第1段属于哪一类 2，看子网掩码的情况来划分子网
32位（由32个二进制数组成）4段（每8位分为一段）两部分（网络ID和主机ID）五类（A类B类C类D类）
IPV4
A类：第1字节的第1位是0，有效范围1~126，7位网络号，24位主机号，默认子网掩码255.0.0. B类：前两位“10”有效范围128~191，16位主机号，16位网络号，默认子网掩码255.255.0 C类：前三位“110”有效范围192~223，24位网络号，8位主机号，默认子网掩码255.255.255.0 D类：前4位“1110”有效范围224~239， E类：前4位“1111”
D类用于多播地址 B类全零和全一的可能不能使用 子网掩码又叫网络掩码， 是一种用来指明一个IP地 址的网络位与主机位
🌟网络ID变化一次，主机ID循环一轮
几种特殊的IP地址
广播地址：如果主机地址全为一代表广播地址
广播地址是IP地址不是子网掩码
有限广播地址：32比特全为1的IP地址用于本网广播，因此该地址称为有限广播地址，常用255.255.255.255
回送地址：（回环地址）常用于测试本机的网卡是否正常，常用127.0.0.1
0地址：主机号全为0时表示“本地网络”
网段地址（主机ID全为0） 广播地址（主机地址全为1） 有效的IP地址（可以分配给主机，可以上网使用） 特殊地址
专用IP地址
专用IP地址＝私用地址＝内用地址
地址解析
ARP工作过程
局域网内部设备如果使用了内部地址响于局域网外部设备通信时后要使用NAT进行地址转换
子网技术
子网划分核心思想“借位”
划分子网的目的，1充分利用地址，2更安全的管理网络
网络中只有在同一个子网内的主机才能进行直接通信， 不同的子网可分配给不同的部门部门之间增加了网络的安全性
划分子网的方法：从网络的主机号借用若干个比特作为子网号，而主机号也就相应减少若干个比特（借走的网络号变成子网号）
子网掩码：
子网划分的规则
由于网络号全为0，代表的是本网络，所以网络地址中的子网号也不能全为0，子网号全为零表示本子网网络
由于网络号全为一表示的是广播地址，所以网络地址中的子网号也不能全为一全为一的地址用于向子网广播
可变长子网划分和无类别域间路由选择都支持全0和全1字网
在网络中不同的子网连接的主机数可能🈶很大的差别，这就需要 在一个主网络中定义多个子网掩码，我们将这种方式称为可变长子网掩码
再次划分子网时注意是从原来的子网中选择的那一个子网🍀
VLSM的优点
VLSM使IP地址更加有效
减少了子网中IP地址的浪费
允许对已经划分过子网的网络继续进行子网划分
提高了路由汇总能力
可以减少路由表中的条目
提高路由器的工作效率
划分子网后要满足两个条件
🌟划分的子网数要满足需求的子网数
🍔划分子网以后主机ID所构成的有效的IP地址的数量要满足需求的主机数量
网线制作与安装
使用数据链路层互连设备
认识使用路由器
网络操作系统Windows Server2008 R2的安装和配置
广域网技术
网络安全与管理
网络综合布线
子网ID和主机ID的关系