计算机网络基础概论

Posted 2023-04-09 秉麟

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机网络基础概论相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1.网络基本概念

1.1网络

网络是由若干结点和连接这些结点的链路组成，网络中的结点可以是计算机、交换机、路由器等设备。

网络设备有：交换机、路由器、集线器

传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤

下图是一个简单网络示意图：

1.2互联网

把多个网络连接起来就构成了互联网。目前最大的互联网就是我们常说的因特网。

1.3IP地址

IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配的一个在全世界范围内的唯一标识符。IP地址因其特殊的结构使我们可以在因特网上很方便地进行寻址。

IP地址有分IPV4和IPV6两种格式，IPV4使类似“A.B.C.D”的格式，它是32位的，用"."分为四个阶段，每个阶段是8个位（值位0-255），用10进制表示。 IPV6 地址是 128位，格式类似："XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX"，用":"分成8个段，每个段16个位，用4个16进制表示。

IPV4 地址示例: “192.168.31.1“
IPV6 地址示例： “2001:0db8:3c4d:0015:0000:0000:1a2f:1a2b“
接下来描述的 IP 地址默认都指的是 IPV4 的地址。为了便于寻址，了解目标主机的位
置，每个 IP 地址由网络号和主机号两个部分构成。同一个物理网络上所有的主机都使用同
一个网络号，只是主机号不同。
IP地址组成：

IP地址分类：

由于每类地址的开头是固定的，因此每类地址都有自己的范围：

A 类： IP 地址范围为 0.0.0.0～127.255.255.255。
B 类： IP 地址范围为 128.0.0.0～191.255.255.255。
C 类： IP 地址范围为 192.0.0.0～223.255.255.255。

D类和E类一般不使用

使用命令“ifconfig”可以在 linux 查看自己的 ip 地址，如下图：

1.4MAC地址

在局域网中，硬件地址又称为物理地址或者MAC地址，长度为48位，是固化在计算机适配器的ROM中的地址。因此假定连接在局域网上的一台计算机的适配器坏了而我们更换了一个新的适配器，那么这台计算机的局域网的地址也就改变了，虽然这台计算机的地理位置没有发生变化。其次，当我们把一个笔记本从一个城市带到另一个城市时，虽然地理位置改变了，但是电脑在局域网中的"地址"仍然不变。由此可见，局域网上某个主机的"地址"根本不能告诉我们这台主机位于什么地方。在网络上方便的寻找某个主机，还得依靠ip地址进行。

MAC地址示例：

2.网络分层模型

OSI的7层模型与TCP/IP协议族体系4层结构

计算机网络概论

一.计算机网络的产生与发展

1. 面向终端的计算机网络

第一代计算机网络的一个代表是 SABREI ，它是２０世纪６０年代初期美国航空公司投
入使用的由一台中心计算机和全美范围内２０００多个终端组成的飞机票预订系统。

2. 计算机通信网络

这种由多个主机系统连接起来且以传输信息为主要目的的计算机群称为计算机通信网络称为第二代计算机网络，其典型代表是 ARPANET 。

3. 计算机网络

20世纪70年代后期，计算机网络由原来的信息传输为主变为共享网络资源为主。在此背景下协议产生（protocol），在协议的控制下，以实现资源（硬件、软件和数据等）共享为主要目的，借助于通信系统连接的多个计算机的集合称为计算机网络，或称为第三代计算机网络。

二. 计算机网络的定义与应用

1.定义：用通信线路将分散在不同地点的具有独立自主的计算机系统相互连接，并按网络协议
进行数据通信和实现资源共享的计算机集合，称为计算机网络。
“通信线路”可为双绞线、同轴电缆（粗、细）、光纤、微波、通信卫星、红外线和激光等。
“不同地点”给出了各计算机所在地理位置的差异，将它们连接起来就形成了“网” ，并且依据所覆盖的范围不同出现了局域性的（如一楼内、校园内等）、广域性的（如国家性、国际性）计算机网络。
“独立自主”是说网上的计算机之间无明显的主从关系，即网上任何一台计算机不能强制性启动、停止和控制网上另一台计算机，因此，面向终端的网络不是一个计算机网
络。
“相互连接”为的是能够实现网上计算机之间交换信息，并且按连接方式的不同产生了
结构上不同类型的计算机网络。
“网络协议”可以简单地说成是“通信过程中全网共同遵守
的规范准则” 。
“数据”可以包括文本、图形、声音、图像等。
“资源”指的是在有限时间内为用户提供服务的设备，包括软设备（如各种语言处理程序、服务程序和应用程序等）和硬设备
（如大型计算机 CPU 的处理能力、超大容量存储器、高速打印机等）以及数据（数据文件、公
共数据库等）。
“共享”指的是这些“资源”能被网上所有用户使用，而且用户不必考虑自己在网中和资源在网中的位置。
2.应用
网络功能：

提供资源共享。
提供信息的快捷交流。
提供分布处理功能。
实现集中控制和管理。
提高系统可靠性。
提高系统的性能价格比。

网络应用：E-mail、远程登录（TELNET ）、文件传输（FTP）、网络新闻组（USENET ）、
WWW 浏览、电子公告栏（BBS ）、虚拟现实、IP 电话、IRC 与 ICQ 、电子商务和网络娱乐等。

三. 计算机网络的组成与分类

为了降低组网的复杂程度，减少工作量和方便异种机的互联，并且考虑到要充分利用通信线路资源，提高网络的完整性和可靠性，简化设计，将“数据处理”与“通信处理”任务分开，由此划分出“资源子网”和“通信子网”两部分。如图１唱３框外部分为“资源子网” ，框内部分
为“通信子网” ，即计算机网络是由这两个子网组成的。这种功能上的明确分工，使二者既有联系，需要配合，又具有各自的独立性，有利于全网效率的发挥。

计算机网络的分类:

根据网络拓扑结构的不同，可以分为星型网、环型网、总线网、树型网和网型网。

星型网结构

由专用小型交换机 PBX 组成的网络就是星型拓扑结构。由集线器（hub）和双绞线组成的局域网也属星型结构。星型网如图所示

总线网结构

任一时刻只允许一个站点占用总线，即只能由该站点发送信息，而其他站点处于封锁发送状态，只允许接收信息。总线网如图所示

环形网结构

环型网是各个主机经由各自的中继器或转发器的点到点链路组成的闭合环，如图所示

树形网

树型网是各节点按层次进行连接，处于越高层次的节点，其可靠性要求越高。

- 网型网

网型网一般又分有规则型和无规则型，这种结构的最大特点是可靠性高。因为节点间存在着冗余链路，即使某个链路出了故障，还可选择其他链路。但显然这种结构的缺点是通信线路长、成本高且路径控制复杂。

2. 根据网络所覆盖的区域的不同，可分为局域网和广域网。

局域网（LAN）、广域网(WAN)

四. 计算机网络体系结构及协议

国际标准化组织 ISO

OSI／RM 中采用了七个层次的体系结构，最下面的是第一层，最上层是第七层，从下而上依次称为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、
会话层、表示层和应用层，并分别用各层名称英文首字母缩写 PH 、DL 、N 、T 、S 、P 和 A 来代表，如图所示

各层主要功能如下：
物理层 它是 OSI 模型的最低一层，直接与传输介质相连，是惟一在对等层之间交换信息的一层。其上传输的是原始数据 ——— 比特流，而不管比特流的含义和结构。物理层要为在传输介质上建立、维持和终止传输数据比特流的物理连接定义机械、电气、功能和过程四个接口特性。
数据链路层 它要对来自物理层的未经加工的原始位流进行处理，按规定的格式构成本层的数据传送单元 ——— 帧（frame），并在相邻两个节点间的链路上进行无差错的传送，即通过校验、确认和重发等手段将原始的不可靠的物理连接改为无差错的数据链路。本层要完成链路的建立、维护和释放，数据的封装与拆装，帧同步，差错控制和数据流控制。对共享信道网络，本层还应具有解决争用信道的机制。
网络层 本层的数据传送单位是分组或包（packet ）。通过对通信子网的运行实施控制，依靠路径选择算法，以使分组从源端选择一条最佳的路径传到目的端。本层要解决分组在传输中可能遇到的拥塞，当需要跨越多个通信子网时，还要解决网际互联的问题。
传输层 也称为传送层、运输层或转送层等。本层信息的传送单位是报文（message），本层及以上高层的各对等层协议是端到端（end-to-end）的，也就是主机到主机的，不涉及通信子网内部的通信细节。它是面向通信处理的低层与面向数据处理的高层间的软件接口。主要功能有本次连接的建立、维护和释放，端－端顺序、流量和差错控制，多路复用（multiplexing ）与分流（splitting ）以及端－端的可靠、透明数据传输。
会话层 也称为会晤层或对话层。本层及以上的高层中，数据传送的单位都没有额外取名字，一般都称为报文。本层的目的是为表示／应用实体组织合作和同步它们间的对话，以及为管理它们间的数据交换提供必要的手段，如允许对话是全双工的或半双工的。当允许对话为半双工时，本层通过提供一种数据权标来控制哪一方有权发送数据。
表示层 本层处理两个应用实体 AE（application entity ）之间进行数据交换的语法（syntax）变换，涉及抽象语法、传送语法等概念，解决数据交换中存在的数据结构不一致问题以及对数据的不同编码进行转换。同时为节省经费，常常要尽可能减少实际传输的比特数，故本层提供了数据压缩的功能。为防止恶意的窃听和篡改，本层又提供了数据加密功能。
应用层 它是 OSI／RM 中的最高层，为用户进程提供了访问 OSI 环境的手段，负责应用管理、用户信息的语义表示和执行应用程序等。
TCP/IP体系结构
Internet 是基于 TCP／IP 协议的。TCP／IP 是一组协议，因为 TCP 和 IP 是众所周知的两个协议，所以整个协议族就叫 TCP／IP ，下面就整个 TCP／IP 的体系结构做简单介绍。
TCP／IP 的体系结构模型如图所示，是一个四层模型，具体分为应用层、传输层（TCP）、网络互联层（IP）及网络接口层。
应用层 ——— 此层为最高层，提供了若干应用程序供用户调用。应用程序利用传输层服务，发送或接收数据。数据形式可以是一串报文，也可看成是一种字节流。
传输层 ——— 该层的根本任务是提供可靠的端到端通信。该层保证传输可靠、不乱序，并进行流控。为此，接收就具有确认和请求重发功能。传输层把数据分成报文分组，传给下一层。
网络互联层 ——— 本层把 TCP 交来的报文分组封装成 IP 数据报，加上 IP 报头，使用路由算法，确定是把此数据报直接送交到主机还是发给下一个网关。该层把数据报交给网络接口层发送出去。
网络接口层 ——— 该层是互联网络软件的最低层。它负责接收从 IP 发来的数据报，
并把这数据报送到指定的网络上。
还有很多相关知识就不一一列举了，计算机网络是实际就是计算机网络+协议+服务+思想。

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