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数据通信与计算机网络知识要点
数据通信与计算机网络知识要点笔记，包括计算机网络体系结构、数据通信基础、OSI网络体系结构分层模式等内容。
编辑于2021-09-06 10:44:05- 数据通信
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通信与计算机网络
计算机网络体系结构
1. 什么是计算机网络?
利用通信线路将原本分散的、独立功能的计算机系统连接起来，实现数据交换和资源共享的系统。
2. 计算机网络的组成？
物理组成
硬件
包含服务器、交换机、路由器、计算机、传输介质等。
双绞线
用于交换机与主机之间。100米内
电缆
用于楼到层之间。1km
光缆
用于建筑群之间。6-8Km
软件
包括网络操作系统（windows系列（更易扩展易操作）、UNIX系统（历史悠久可靠安全）、Linux系列、apple系列等）和服务软件。
协议
计算机网络的核心，规定了网络传输数据时的所遵循的规范。（协议三要素）
语法
语义
同步
功能组成（如图）
通信子网
负责数据交换（包括网络线路、交换机、路由器、网关、调制解调器、网络软件、网络协议等）
资源子网
负责数据处理（包括计算机主机、终端显示器、重点控制器、外连设备、计算机软件等）

3. 计算机网络功能？
数据通信（最基本最重要）
可互传文件、图形图像、邮件、数据、程序等。
资源共享
可共享硬件资源、软件、目录、数据、传输通道。
负载均衡
分布式处理
提高系统的可靠性和稳定性
4. 计算机网络传输介质有哪些？
双绞线
用于交换机与主机之间。100米内。多用于局域网主机于应用终端之间的连接。应用最广泛。
电缆
用于楼到层之间。1km。多用于有线电视网。
光缆
用于建筑群之间。6-8Km。多用于电信主干线。
无线传输介质
信号传输衰减最小、信道最宽。
无线电广播
红外线
10km左右，受环境影响较大
微波（地面微波、卫星微波）
50-100km
激光
受环境影响较大
5. 计算机网络分类？
按覆盖范围
分为局域网、广域网、城域网。
按应用性质
专用网、公用网
按拓扑结构
总线型网络、环形网络、星型网络、树形网络、网状形网络、混合型网络。
按交换技术
电路交换网（电话）、报文交换网、分组交换网。
按传输介质
有线网、无线网
数据通信基础
1. 数据通信的定义是什么？
数据通信是指在在计算机之间、计算机与终端之间、终端与终端之间进行数字、图像、字符、语音的二进制0、1比特序列的过程。数据通信系统是由计算机、远程终端、数字电路壹级有关通信设备组成的一个完整系统。任何一个远程信息处理系统或计算机网络都必须实现数据通信与信息处理两方面的功能，前者为后者提供数据传输服务，后者在其提供的数据传输服务上实现系统的应用。
2. 数据通信系统的组成有哪些?
数据通信系统有发送机（信源）、发射器、信道、接收器、接收机（信宿）。
3. 信息传输系统的组成有哪些？
信息传输系统有信源、信号变换器、信道、噪声源、信宿。
4. 数据、信号与码元
信息：人对事务运动状态的某种认识。如图像、声音、文字、动画等。
数据：对于数据通信来说，被传送的二进制代码称为“数据”。数据是传输信息的载体。如数字、字符、符号。
信号：信号是数据在传输过程中的电气或电磁表现，数据在传输过程中的存在形式。
分类
模拟信号
连续变化的电信号
数字信号
离散不连续的电信号
传输方式
基带传输
频带传输
5. 信源、信道和信宿
信源：产生和发送数据的源头
信道：传输数据的通道
信宿：接收数据的终点。
6. 速率、带宽和信噪比
速率：单位时间内传输的数据量。即信息传输速率 b/s
带宽：网络的通信线路所能传送数据的能力。即通道承载传输的最大能力 b/s
信道带宽越大，则传输信号的速率越大。
信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比。
香农公式：想要提高最大传输速率，就应该想方设法提高信道带宽或提高信号的信噪比。
7. 数据通信的传输方式有哪几种？
并行传输与串行传输
一次同时传输一字节8位、一次只能传输一位。串行传输虽效率低，但可减少通讯线路投资，一般都选择串行传输。通过网卡解决计算机与信道并/串转换与串/并转换。
单工通信、半双工通信和全双工通信
只能一个固定方向、两个方向不可同时传输、两个方向可以同时传输。
频带传输与基带传输
基带传输一般是指对数字信号的传输方式，频带传输一般是对模拟信号的传输方式。
同步传输与异步传输
同步通信的通信双方必须先建立同步，即双方的时钟调整在同一个频率，传输过程中通信双方发送和接受同步的比特流。异步通信的发送方可以在任意时间发送数据，这就要求我们的接收方应时刻做好接收的准备，此外，发送方应在数据的开始和结束加上标志，以便我们接收方收到数据时能够正确的接受。异步通信的优点是实现简单，缺点是传输速率低。
8. 数据通信的基本方式（包含数据的传输、转换、存储、处理的全过程通信技术）
单工通信，只能以一个固定的方向进行数据传送。如电话、电视、收音机
半双工通信，两个方向不能同时进行数据的发送和传输，只能同一时间同一方向。如对讲机
全双工通信，两个方向上可同时进行数据的发送与接收。如计算机
9. 数据交换方式（数据传输过程的技术）
电路交换（电话）
建立连接、传输数据和连接释放，优点没有冲突，缺点是建立连接延时长。
报文交换
存储和转发方式。优点是无建立连接，提高线路利用率。缺点是转发延时大和有缓存。
分组交换
分组存储和转发。优点是无建立延时，线路利用率高。缺点是有传输演示，易丢包。
OSI网络体系结构分层模式
1. 物理层
1. 定义
物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层为设备之间的原始比特流数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
2. 主要解决哪些问题？
（1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。 （2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。 （3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。
3. 功能：利用传输介质为数据链路层提供物理连接，通过对原始信号组位，实现比特流的透明传输。
建立和拆除物理连接
组位
信号转换和编码
4. 特性：物理层提供建立、维护和拆除物理链路所需的电气、功能、机械和规程特性。
5. 协议：如rs-232c协议、rj-45协议等
6. 对应的硬件设备：中继器（2端口）、集线器（多端口）。功能是信号再生和扩大，在不同的电缆段复制位信号，延长网络传输距离。
2. 数据链路层
1. 作用：为网络层提供服务，把物理层的数据位组<-->帧，从而进行数据的可靠传输。
2. 链路、通路和数据链路的区别？
链路（物理线路）：是数据传输中任何相邻节点的点到点的物理线路段，链路间没有任何其他节点存在，网络中的链路是一个基本的通信单元。
通路：从一个节点到另一个节点想要实现数据传输，需要许多个链路串接而成的，这就是通路。
数据链路（逻辑线路）：在一条物理线路之上，通过一些规程或协议来控制这些数据的传输，以保证被传输数据的正确性。实现这些规程或协议的硬件和软件加到物理线路，这样就构成了数据链路。
3. 数据链路层的基本功能是什么？
链路管理
组帧定界与同步
流量控制
差错控制
可靠传输
寻址
4. 按网卡MAC地址寻找
5. 协议：PPP协议、ARQ协议、ATM协议、FDDI协议。
6. 对应的硬件设备：网桥（2端口）、交换机（多端口）。功能是实现局域网之间存储转发数据帧，实现对局域网的连接。对网络进行分段，保证各端口高效传输。
3. 网络层
1. 功能：将数据链路层传输的数据帧打包、分段和组块，通过协议转换和路径选择，在不同的网络之间存贮转发组，属于主机之间的通信
建立和拆除网络连接
打包分段和组块
有序传输和流量控制
路由选择和中继
差错检验和恢复
2. 按计算机主机IP地址寻找
3. 协议：IP协议、IPX协议
4. 对应的硬件设备：路由器。功能在不同网络之间存储转发数据组，实现不同协议转换和路径选择，确保数据能够在不同网络之间可靠传输。
4. 传输层
1. 功能：双方应用进程之间的逻辑通信（端到端通信）
2. 按计算机提供应用服务端口号寻址
3. 协议：
TCP协议：可靠交付，一对一
UDP协议：不可靠交付，支持一对多
5. 会话层
1、功能：在两个节点间建立、维护和释放面向用户的连接，并对会话进行管理和控制，保证会话数据可靠传送。
2、协议：SQL查询、远程呼叫、apple talk 会话协议
6. 表示层
功能：负责在不同的数据格式之间进行数据转换操作，以实现不同计算机系统间的信息交换。
7. 应用层
1. 功能：提供终端应用服务和功能。（如邮件、打印、文件服务、安全管理、及其他应用软件的功能。）
2. 协议：域名系统协议http、文件传输协议FTP、简单邮件传输协议SMTP、远程通信协议telnet、万维网www、动态主机配置协议、网络管理等
8. 
TCP/IP网络体系分层模式
TCP/IP网络体系模型是继osi模型之后兴起的异形网络体系结构，后被人们广泛应用。
分层
网络接口层
网络层
传输层
应用层
各层协议
网络协议
1. 计算机网络7层分别对应的协议是什么？

应用层 与其它计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序就需要实现OSI的第7层。示例：TELNET，HTTP，FTP，NFS，SMTP等。 表示层 这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASCII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASCII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASCII等。 会话层 它定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向消息的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。 传输层 这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。 网络层 这层对端到端的包传输进行定义，它定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP，IPX等。 数据链路层 它定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例：ATM，FDDI等。 物理层 OSI的物理层规范是有关传输介质的特性，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、帧、帧的使用、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：RS-232C、Rj45，802.3等。
2. 计算机网络7层的工作机制分别是什么？
1. 物理层对原始信号进行组位，传输给数据链路层
2. 数据链路层对物理层接收到的位数据进行组帧，通过网卡寻址，传输给网络层
3. 网络层对数据链路层接收到的帧数据进行分组和分块，通过计算机主机IP寻址，传输给传输层
4. 传输层接收到网络层的数据后，通过主机提供服务的端口号寻址，传输给对方应用进程
5. 会话层是接收到应用进程服务后，建立、维护和释放面向用户会话的连接，并对会话进行管理和控制，即会话命令。再将会话命令传输给表示层。
6. 表示层向上对应用层服务，向下接受来自会话层的服务。表示层为在应用过程之间传送的信息提供表示方法的服务，它只关心信息发出的语法和语义。
7. 应用层在接收到表示层传输的信息时，转化为面向用户应用的服务。
3. 网络协议的三要素分别是什么？
语义 是对协议元素的含义进行解释，不同类型的协议元素所规定的语义是不同的。例如需要发出何种控制信息、完成何种动作及得到的响应等。 语法 将若干个协议元素和数据组合在一起用来表达一个完整的内容所应遵循的格式，也就是对信息的数据结构做一种规定。例如用户数据与控制信息的结构与格式等。 时序 对事件实现顺序的详细说明。例如在双方进行通信时，发送点发出一个数据报文，如果目标点正确收到，则回答源点接收正确；若接收到错误的信息，则要求源点重发一次。
网络安全
1. 网络管理员的职责
负责网络路由管理和网络拓扑结构管理
负责网络安全管理，避免信息泄露、病毒入侵和非法访问恶意入侵等造成用户损失。
负责管理网络中的流量控制，避免网卡、拥塞
负责网络故障诊断和维护
负责网络资产管理
2. 发现计算机遭病毒入侵破坏了系统怎么办？
首先检查系统的破环成都，有一个全面的了解
将系统终得重要数据文件进行备份
启动杀毒软件，对病毒进行查杀清理
重启计算机，再次用杀毒软件进行查杀，并确保数据文件完全恢复
3. 保护网络安全有哪些技术手段？
1、可设置防火墙，限制外部网对内部网访问，限制内部网对外部网访问，
2、数据加密技术。对要传输的数据进行加密后传输，收到数据后进行解密。
3、入侵检测技术。包括数据安全审计、监视、进攻识别和响应
4、访问控制技术。1、如设置用户名密码（密码等级高一点、定期更换），2、身份认证，识别正确后才能访问，如ukey\电子狗，3、CA认证、4、数字签名
5、数据备份
练习
1. 网线的制作步骤：
剪取一定长度的双绞线，用网线钳剥去两端外皮
两端都安装水晶头（线序是绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕）
用网线测试仪测试是否通畅
2. 物理层接口有哪些特性？有什么意义？
（1）机械特性：指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。
（4）规程特性：说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
3. 为什么双绞线是使用最为广泛的传输媒体？
双绞线分屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。由两根相互绝缘的导线组成。可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，有效带宽达250kHz，通常距离一般为几道十几公里。导线越粗其通信距离越远。在数字传输时，若传输速率为每秒几兆比特，则传输距离可达几公里。一般用作电话线传输声音信号。虽然双绞线容易受到外部高频电磁波的干扰，误码率高，但因为其价格便宜，且安装方便，既适于点到点连接，又可用于多点连接，故仍被广泛应用。
4. 简述光纤通信的基本原理和特点？
光纤通信是 以光导纤维为载体，利用光的全反向原理传播光信号。其优点是直径小、质量轻：传播频带款、通信容量大：抗雷电和电磁干扰性能好，无串音干扰、保密性好、误码率低。但光缆及光电接口的价格较昂贵，布线和安装难度大。一般光缆被广泛用于电信系统铺设主干线。
5. 对等网络的配置及故障检测步骤：
通过系统配置设置Internet协议属性；
通过ping命令cmd\ipconfig,检查通信协议是否正常启动。
6. 网卡、中继器、集线器、交换机、网桥、路由器的作用与区别：
网卡：计算机主机连接网络进行数据传输转换的设备。作用于物理层
中继器repeater：对接收到的信号进行再生和放大，以扩大网络的传输距离。只有两个端口。作用于物理层。
集线器Hub：对接收到的信号进行再生和放大，以扩大网络的传输距离。集线器只对端口上进来的比特流进行复制转发，不能支持多端口的并发连接。有多个端口。作用于物理层。
网桥brighe：将两个相同或相似的局域网连接起来，通过mac地址转发帧信号。网桥一般有两个端口。作用于数据链路层。
交换机switch：是多个网桥的集合，具有多个端口，支持多端口并发，可以把网络系统划分成更多的物理网段。使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体一样，进行无碰撞地传输数据。交换机传输速率比网桥高。数据帧转发效率更高。同样作用于数据链路层。
路由器：是连接不同网络之间的设备，实现协议转换和路径选择，是互联网络的枢纽，"交通警察"。主要功能存储、寻找路径后再转发。作用于网络层。
7. 如何提高局域网网络传输速率？减少拥塞？
利用交换机将现有网络分段
采用更高速的以太网
8. 局域网的介质访问控制方法有那些？
总线结构的带冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD方法（最多采用）
一个节点要发送数据，先侦听是否忙。如果忙，则等待一定时间再去侦听。如果闲，则发送。
环形结构的令牌环（Token ring）访问方法
令牌总线访问控制方法
9. 什么是虚拟局域网？其优点是什么？
vlan:
将局域网内的设备逻辑地划分为一个个网段，而非物理的。从而实现虚拟工作组。
优点：
减少因网络成员变化而带来的开销
成员不受地理位置所影响
减少了路由器的使用
有效的控制网络广播风暴
增加了网络安全性
10. 局域网，广域网，互联网之间的区别和联系
局域网就是一小范围内的网络，比如家庭网，校园网等;比这大的叫城域网，是以覆盖一个或几个城市为单位的网络;大大小小的局域网和城域网连接在一起组成世界范围的网络叫广域网，也就是我们的互联网internet，又叫互联网。
局域网传输速率相对较高，而广域网相对较低，且误码率相对较高
互联网是多个网络或网络集群通过网络设备联接起来的大型网络。应用覆盖全球
互联网的组成：网络线路、路由器、服务器和客户端、信息资源。
11. 以太网是什么？分类有几种？
以太网
多个局域网按规范互连连起来即以太网。一般来说，凡是遵循带冲突检测载波监听多路访问控制方法的局域网都称为以太网。
以太网的MAC地址长度是48位。
分类：
传统以太网
传输速率10mbps
高速以太网
≥100mbps
快速以太网
光纤分布式以太网
千兆以太网
万兆以太网
12. 网络布线范围包括哪些？
包括对语音传输、文字传输、图片传输、视频传输、文件传输、安全监控、传感等信息传输。常用的传输介质有电话线、网线、电缆、光纤等
13. 网络布线的组成有哪些？
建筑群子系统
光缆
设备间子系统
机房、光缆/电缆
垂直干线子系统
竖井电缆/理线器、配线架、中间交换机
管理子系统
楼层交换机
水平间子系统
网线、水平布线 ＜10米
工作区子系统
网线
14. 如何组建小型局域网？
硬件搭建
给每台计算机安装网卡，如有的话，可跳过。
制作联接每台计算机的网线。
用集线器/交换机、网线与每台计算机联接即可。可串可并。常见8端/12端/16端/24端/32端/48端。一般选择100mbps交换机。
软件配置与连通性测试（每台电脑）
1. 网卡驱动程序安装
2. 系统配置IP
3. 连通性测试（ping/ipconfig/all)
15. 常见操作系统有哪些？其优缺点是什么？
windows
智能文件共享、打印服务
unix
安全性高、稳定性高。适用于大、中、小、笔记本电脑、微型工作站多种机型
linux
完全免费，兼容性高、界面好、多用户多任务、支持多种平台
16. 什么是域名，他的作用是什么？域名的取值规则是什么？
使用IP地址来指定计算机不方便人们记忆，因此，用字符标识网络中计算机名称的方法就是域名。
.cn:代表国家，最高层域名
.com:代表商业部门
.org:代表非盈利机构
.net:代表网络支持中心
.gov:代表政府组织
.edu:代表教育部门
.mil:代表军事部门
www:表示这台主机提供万维发现和超文本交换服务。
http是网络协议，是相对不安全的。https是http的安全版，有加密。