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尔雅计算机网络概述

发布时间: 2024-03-18 16:25:03

1. 计算机网络的概念和基本功能是什么

概述 计算机网络,是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统,网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享和信息传递的计算机系统。x0dx0a 功能计算机网络的功能主要表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换三个方面。x0dx0a(1)硬件资源共享。可以在全网范围内提供对处理资源、存储竖槐资源、输入输出资源等昂贵设备的共享,使用户节省投资,也便于集中管理和均衡分担则察负荷。x0dx0a(2)软件资源共享。允许互联网上的用户远程访问各类大弄数据库,可以得到网络文件传送服务、远地进程管理服务和远程文件访问服务,从而避免软件研制上的重复劳动以及余盯友数据资源的重复存贮,也便于集中管理。x0dx0a(3)用户间信息交换。计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段。用户可以通过计算机网络传送电子邮件、发布新闻消息和进行电子商务活动。

2. 计算机网络概述

在前面我们已经学会了用Word编辑文章,用Excel进行统计和计算,逐步感受到了用计算机处理信息的强大能力。现在假设你在家里的计算机上已编排好了你的漂亮而有个性的自荐书,怎样才能把这个文件复制到你的同事或同学的计算机中呢?传统的方法是将文件复制到磁盘(或U盘),再把磁盘(或U盘)带到你的同学那儿,把文件从磁盘(或U盘)再复制到另一台计算机上。但是,如果你的同学和你远隔千里,或者需要将你的文件复制给成百上千个同学,又该怎么办呢?通过邮寄!耗时、费力、花金钱。

计算机网络技术能够很好地解决计算机信息传输与共享。

那么,到底什么是计算机网络,它的发展过程怎样,怎样分类,计算机网络的功能有哪些

一、什么是计算机网络

计算机网络是将计算机与通信这两大现代技术相结合的产物。所谓计算机网络,就是把分布在不同地点的具有独立功能的多台计算机系统,通过通信设备和线路连接起来,再配有相应的支撑软件,以实现计算机间的相互通信、资源共享的系统。

随着计算机网络的发展,对“计算机网络”这个概念的定义和理解,也是在不断变化和完善。

二、计算机网络的发展

计算机网络的发展过程大致分为以下四个阶段:

1.第一代计算机网络

第一代计算机网络是面向终端的计算机网络。20世纪50年代中后期,许多系统都将地理上分散的多个终端(一种只有键盘和显示器,没有存储和数据处理能力的设备)通过通信线路连接到一台中心计算机上,这就是计算机网络的雏形,早期的计算机——终端系统,也称联机系统,也就是第一代计算机网络。其典型应用是由一台计算机和全美2000多个终端组成的飞机订票系统、美国半自动地面防空系统(SAGE)。在这种方式中,主机是网络的中心和控制者,终端分布在各处并与主机相连,用于通过本地的终端使用远程的主机。

2.第二代计算机网络

第二代计算机网络是计算机通信网络。面向终端的计算机网络只能在终端和主机之间进行通信,子网之间无法通信。因此,20世纪60年代中期开始,出现了多个主机互联的系统,可实现计算机—计算机的通信,它由通信子网和用户资源子网(第一代网络)构成,用户通过终端不仅可以共享本机上的软硬件资源,还可共享通信子网中其他主机上的软硬件资源。但是,由于没有成熟的网络操作系统软件来管理网上的资源,它只能称为网络的初级阶段,因此,称其为计算机通信网。

第二代计算机网络以通信子网为中心。典型的代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPAnet。

3.第三代计算机网络

第三代计算机网络是Internet。这是网络互联阶段,具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放化和标准化。

20世纪70年代后期,局域网诞生,由于投资少,方便灵活而得到广泛应用和迅速发展,例如,以太网。各大公司都开发有相应于自己的系统网络体系结构。为了使不同网络体系结构的网络能相互交换信息,国际标准化组织 ISO(International Standards Organization)于1977年成立专门机构,提出了开放系统互连参考模型 OSI/RM(Open system interconnection/reference model),简称OSI,标志着第三代计算机网络的诞生。

4.第四代计算机网络

第四代计算机网络是千兆位网络。千兆位网络也叫宽带综合业务数字网,也就是人们常说的“信息高速公路”。

计算机网络发展的基本方向:开放、集成、高性能(高速)、智能化。

开放是指开放的体系结构,开放的接口标准,使各种异构系统便于互联和具有高度的互操作性,归根结底是标准化问题。

集成表现在各种服务和多种媒体应用的高度集成。

高性能表现在网络应当提供高速的传输,高效的协议处理和高品质的网络服务。

智能化表现在网络的传输和处理上能向用户提供更为方便、友好的应用接口;在路由选择、拥塞控制和网络管理等方面显示出更强的主动性。

三、计算机网络的分类

对计算机网络进行分类的标准很多,按信息传输技术可分为广播式和点到点网络,按传输介质可分为有线网和无线网等,这些标准都只能给出网络某一方面的特征,我们采用一种能反映网络技术本质的分类标准,即按计算机网络的通信距离来分类。

按照通信距离,计算机网络通常分为:局域网(Local area network)、城域网(Metropolitan area network)、广域网(Wide area network)、互联网(Internetwork)。它们所具有的特征参数如表6-1。

表6-1 计算机网络特征参数表

1.局域网

局域网是指连接近距离的计算机组成的网络。规模相对较小,局域网的分布范围一般在几千米以内,最大距离不超过10千米。这种网络是小型机、微型机大量推广后发展起来的,具有组网成本低,配置容易,速率高,组网方便、灵活、应用广等特点。常见于一个房间、一幢大楼、一个学校、一个工厂或一个企业内。

目前,许多学校都建了局域网,如联网的微机教室等。

2.广域网

广域网也称远程网,是相对于局域网而言的,它涉及范围较大,通常可以达几十千米,甚至上百千米。它把分布在若干城市、地区甚至国家中的计算机连接在一起而组成网络。因为传输距离较远,所以传输速率低于局域网,误码率高于局域网。在广域网中为了保证网络的可靠性,采用比较复杂的控制机制。

许多全国性的计算机网络就属于这种网络,例如,中国的CHINANET网等。

3.城域网

城域网是介于局域网和广域网之间的一种较大范围内的高速网络。随着局域网功效的日益显现,人们逐渐要求扩大局域网的范围,或者将各个局域网连接起来,以便在更大范围内进行信息传输和共享。城域网正好能满足这种需求,其覆盖范围一般是在一个城市内。

目前,我国的各大城市都建有城域网。

4.互联网

互联网技术其实并不是一种具体的物理网络技术,而是将跨地区和国家的若干网络按照某种协议统一起来,实现WAN和WAN、WAN和LAN、LAN和LAN之间互联的技术。

目前,世界上发展最快、也是最热门的互联网就是Internet网,即因特网。关于因特网的具体内容将在本章第三节介绍。

四、计算机网络的功能

1.资源共享

充分利用计算机系统软硬件资源是计算机网络最主要的功能。网络的用户可以共享分布在任何地理位置的资源,包括软件、硬件(如硬盘、打印机等)、尤其是数据,这种资源共享功能方便了用户,节约了投资。

2.远程通信

计算机与计算机、计算机与终端之间快速可靠地相互传送信息,这是计算机网络最基本的功能。通过网络,两个或多个相隔千里之遥的人可以一起写报告、编教材,你可以直接和感兴趣的作者交换意见,或者商讨合作事宜,远隔千里,却“不再遥远”。当某人修改了联机文档的某处时,其他人员可以立即看到变更,而不必花几天的时间等待信件。利用这种方式大大提高了效率、节约了费用(这种通信手段比电话、信件便宜得多)。

有着“第四媒体”之称的Internet网络打破了时间和空间的限制,使信息传播速度很快,几乎达到顷刻就能传遍全球的地步。网络通信具有传播的实时性、交互性,内容丰富性,声音、图像、多媒体并举等优势。春节联欢晚会、奥运会等大型事件的现场直播都采用了互联网作为直接的传播渠道,充分展示了网络超强的通信能力。

3.集中管理和分布管理

由于计算机网络具有资源共享能力,使得在一台或多台服务器上管理其他计算机上的资源成为可能,这一功能在某些部门显得尤为重要,例如银行系统通过计算机网络,可以将分布于各地的计算机上的财务信息传到服务器上实现集中管理。

在计算机网络中,把一项复杂的任务(或一个比较大的问题)划分成若干个子任务(或子问题),由网络上各计算机分别承担一部分任务,同时运作,共同完成,从而使整个系统的效率和功能加强。

例如,从1988年开始实施的“人类基因组计划”是由美国倡导,在世界范围内进行的,整个研究过程依托了高性能超大容量的网络服务器和网络,对庞大的基因数据库进行分布式管理,利用称之为“网络计算”(网络把分布在各地的计算机连接起来,用户分享网上资源,感觉如同个人使用一台超级计算机一样)的方式来解决破解基因代码中数据量极大的科学工程计算。

3. 计算机网络的定义,分类和主要功能是什么

计算机网络的定义

计算机网络是一种地理上分散、具有独立功能的多台计算机通过软、硬件设备互连,以实现资源共享和信息交换的系统。三要素如下:

1 n 两台或两台以上独立的计算机互连接起来才能构成网络,达到资源共享目的。

2 n 计算机之间要用通信设备和传输介质连接起来。

3 n 计算机之间要交换信息,彼此就需要一个统一的规则,这个规则成为“网络协议”(Protocol TCP/IP)。网络中的计算机必须有网络协议

计算机网络的分类和主要功能

1 数据通信是胡碰计算机网络最基本的功能。计算机网络为文字信件、新闻消息、咨询信息、图片资料、报纸版面等信息提供快速在计算机与终端、计算机与计算机之间进行传递的渠道。

利用这一特点,可实现将分散在各个地区单位或部门的信息用计算机网络联系起来,进行统一的调配、控制和管理。

2 资源共享。“资源”指的是网络中所有的软件、硬件和数据资源。“共享”指的是网络中的用户都能够部分或全部地享受这些资源。在信息时代资源共享具有非常重要的意义。利用网络用户可以共享分布在不同计算机上的信息,增大了信息量的摄入,同时又节省了资金。

3 分布处理与均衡负载。当某台计算机负担过重时,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其他计算机来完成,这样处理能均衡各计算机的负载,提高处理问题的实时性。

对大型综合性问题,可将问题各部分交给不同的计算机分头处理,充分利用网络资源,扩大计算机的处理能力,即增强实用性。对解决复杂问题来讲,多台计算机联合使用并构成高性能的计算机体系,这种协同工作、并行处理要比单独购置高性能的大型计算机便宜得多。

(3)尔雅计算机网络概述扩展阅读:

网络中的每台计算机都可通过网络相互成为后备机。一旦某台计算机出现故障,它的任务就可由其他的计算机代为完成,这样可以避免在单机情况下,一台计算机发生故障引起整个系统瘫痪的现象,从而提高系统的可靠性。

而当网络中的某台计算机负担过重时,网络又可以将新的任务交给较空闲的计算机完成,均衡负载,从而提高了每台计算机的可用性。

计算机网络的分类与一般的事物分类方法一样,可以按事物所具有的不同性质特点(即事物的属性)分类。计算机网络通俗地讲就是由多台计算机(或其它计算机网络设备)通过传输介质和软件物谨肢理(或逻辑)祥做世连接在一起组成的。

总的来说计算机网络的组成基本上包括:计算机、网络操作系统、传输介质(可以是有形的,也可以是无形的,如无线网络的传输介质就是空间)以及相应的应用软件四部分。

要学习网络,首先就要了解主要网络类型,分清哪些是我们初级学者 必须掌握的,哪些是的主流网络类型。

虽然网络类型的划分标准各种各样,但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。

局域网一般来说只能是一个较小区域内,城域网是不同地区的网络互联,不过在此要说明的一点就是这里的网络划分并没有严格意义上地理范围的区分,只能是一个定性的概念。下面简要介绍这几种计算机网络。

4. 计算机网络

http://video.tudou.com/v/XMTcyMDIzMTUyOA==.html?from=s1.8-1-1.2&spm=a2h0k.8191414.0.0
计算机网络概述
计算机网络(Computer Network)是计算机技术和通信技术紧密结合的产物。

1.1.1 计算机网络的定义和演变
1.计算机网络定义(没有严格定义,内涵也不断变化)
把分布在不同地理位置计算机,终端,通过通信设备和线路连接起来,以功能完善的网络软件网络通讯协议,信息交换方式以及网络操作系统等,实现相互通信及网络资源共享的系统。
IEEE高级委员会坦尼鲍姆博士给它的定义是“计算机网络是一组自治计算机互联的集合”。

2.计算机网络的演变
面向终端的计算机网络
既有通信功能的多级系统
计算机网络

3.网络发展里程碑
IPng工作组完成Ipv6的协议文本
IETF成立了Ipng(IPV6)工作组
克林顿政府提出了NII
Web技术出现,使Internet得到了普及
CCITT建立了传输声音数据的国际标准,ISO指定了OSI/RM。
出现了局域网,特别是以太网(Ethernet)。
建立的ARPA网。

1.什么是计算机网络?

计算机网络是网络的一种,与网络不是划等号的。
有一个词汇叫“三网融合”,三网指的是:电信网络,有线电视网络和计算机网络。
电信网络:就是打电话使用的。
有线电视网络:我们在家看电视使用到的网络,进行电视数据传输。
计算机网络:上QQ这种网络。

概念:计算机网络是我们把连接在全球的各种设备,或者是主机,或者我们叫端,我们通过网络设备将它们连接在一起,然后进行一个资源的共享。

2.因特网

计算机网络的连接,是把全球各地的设备联系在一起,应该有一个标准来统一的管理和组织,是由因特网协会(Internet Society, ISOC)。
1)因特网的标准化工作
标准组织:因特网协会;协议开发技术组织:IAB(因特网工程部IEIF,因特网研究部:IRTF)
2)标准制定
所有的因特网标准都是以RFC()的形式在因特网上发表的。
因特网发展的三个阶段:
制定阶段

5. 超星尔雅学习通《计算机网络技术(吉林大学)》2022章节测试答案

超星尔雅学习通《计算机网络技术(吉林大学)》2022章节测试答案

1.1计算机网络的定义和分类

1、局域网,英文缩写为()。

A、WAN

B、LAN

C、SAN

D、MAN

正确答案:B

2、从覆盖范围进行分类,网络分为(),城域网和广域网。

A、星形网

B、令牌网

C、总线网

D、局域网

正确答案:D

3、广域网,英文缩写为()。

A、WAN

B、LAN

C、SAN

D、MAN

正确答案:A

4、计算机网络通常被划分为通信子网和资源子网,通信子网提供信息传输服务,资源子网提供共享资源。

正确答案:√

1.2计算机网络的发展

1、Internet是由()发展而来的。

A、CERNET

B、ISDN

C、ARPANET

D、有线电视网络

正确答案:C

2、在1993年9月,()政府宣布实施一项新的高科技计划:简称为NII“国家信息基础设施”。

A、德国

B、英国

C、法国

D、美国

正确答案:D

3、提出开放系统互联模式(OSI)的目的,是解决()阶段,网络体系混乱的问题。

A、远程终端联机

B、计算机网络阶段

C、计算机网络互联

D、信息高速公路

正确答案:B

4、世界上第一个计算机网络是()。

A、ARPANET

B、ISDN

C、CERNET

D、Internet

正确答案:A

5、在1963年,美国或游丛使用的飞机定票系统,属于()阶段。

A、远程终端联机

B、计算机网络阶段

C、计算机网络互联

D、信息高速公路

正确磨歼答案:A

1.3OSI参考模型

1、在OSI模型中,处于最低层的是()。

A、会话层

B、物理层

C、数据链路层

D、应用层

正确答案:B

2、OSI参考模型中,位于网络层与物理层之间的是()层。

A、会话层

B、表示层

C、数据链路层

D、应用层

正确答案:C

3、在OSI模型中,处于最高层的是()。

A、会话层

B、表示层

C、数据链路层

D、应用层

正确答案:D

4、在OSI模型中,将网络功能划分层数是()。

A、4

B、5

C、7

D、9

正确答案:C

5、OSI参考模型中,位于会话层与网络层之间的是()层。

A、运输层

B、表示层

C、物理层

D、应用层

正确答案:A

1.3.1详细介绍OSI参考模型

1、在OSI参考模型中,()建立在传输媒介基础上,起建立、维护和取消物理连接作用,实现设备之间的物理接口。衫樱

A、会话层

B、表示层

C、物理层

6. 计算机网络第1章(概述)

计算机网络微课堂 的笔记整理
笔记也放到了 我的github 和 我的gitee 上

代表着主机

代表服务器

代表着路由器

代表着网络

中国互联网络信息中心CNNIC

网络:网络(Network)由若干 结点(Node) 和连接这些结点的 链路(Link) 组成。

互连网(互联网):多个网络通过路由器互连起来,这样就构成了一个覆盖范围更大的网络,即互连网(互联网)。因此,互联网又称为“网络的网络(Network of Networks)”。

因特网:因特网(Internet)是世界上最大的互连网络(用户数以亿计,互连的网络数以百万计)。

因特网服务提供者 ISP ( I nternet S ervice P rovider)

中国的三大 ISP :中国电信,中国联通和中国移动

基于ISP的三层结构的因特网

端系统之间通信的含义

“主机 A 和主机 B 进行通信”实际上是指:“运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机 B 上的另一个程序进行通信”。 即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。简称为“计算机之间通信”。

端系统之间的通信方式通常可划分为两大类:

客户-服务器方式:

对等连接方式:

网络核心部分是互联网中最复杂的部分。

网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性,使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信(即传送或接收各种形式的数据)。

在网络核心部分起特殊作用的是 路由器 (router)。

路由器 是实现 分组交换 (packet switching) 的关键构件,其任务是 转发 收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能。

发送方

路由器

接收方

报文交换中的交换结点也采用存储转发方式,但报文交换对报文的大小没有限制,这就要求交换结点需要较大的缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网,现在较少使用, 通常被较先进的分组交换方式所取代

分析:

电路交换:

报文交换:

分组交换:

按交换技术分类:

按使用者分类:

按传输介质分类:

按覆盖范围分类:

作用范围通常为几十到几千公里,因而有时也称为远程网(long haul network)。广域网是互联网的核心部分,其任务是通过长距离(例如,跨越不同的国家)运送主机所发送的数据。

作用范围一般是一个城市,可跨越几个街区甚至整个城市

一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连(速率通常在 10 Mbit/s 以上),但地理上范围较小(1 km 左右)

就是在个人工作的地方把个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络。

按拓扑结构分类:

时延时指数据(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。

网络时延由几部分组成:

主机或路由器发送数据帧所需要的时间,也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

主机或路由器在收到分组时要花费一定时间进行处理

分组在进过网络传输时,要经过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。因此,我们有时很需要知道 双向交互一次所需的时间

利用率有 信道利用率 网络利用率 两种。

物理层问题

数据链路层问题

网络层问题

运输层问题

应用层问题

总结

例子:主机的浏览器如何与Web服务器进行通信

解析:

主机和Web服务器之间基于网络的通信,实际上是主机中的 浏览器应用进程 与Web服务器中的 Web服务器应用进程 之间基于 网络的通信

体系结构的各层在整个过程中起到怎样的作用?

1、发送方发送

7. 计算机网络技术2023章节测试答案


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1.1计算机网络的定义和分类
1、【单选题】局域网,英文缩写为()。
A、WAN
B、LAN
C、SAN
D、MAN
我的答案:B
2、【单选题】从覆盖范围进行分类,网络分为(),城域网和广域网。
A、星形网
B、令牌网
C、总线网
D、局域网
我的答案:D
3、【单选题】广域网,英文缩写为()。
A、WAN
B、LAN
C、SAN
D、MAN
我的答案:A
4、【判断题】计算机网络通常被划分为通锋谈笑信子网和资源子网,通信子网提供信息传输服务,资源子网提供共享资源。
我的答案:
1.2计算机网络的发展
1、【单选题】Internet是由()发展而来的。
A、CERNET
B、ISDN
C、ARPANET
D、有线电视网络
我的答案:C
2、【单选题】在1993年9月,()政府宣布实施一项新的高科技计划:简称为NII国家信息基础设施。
A、德国
B、英国
C、法国
D、美国
我的答案:D
3、【单选题】提出开放系统互联模式(OSI)的目的,是解决()阶段,网络体系混乱的问题。
A、远程终端联机
B、计算机网络阶段
C、计算机网络互联
D、信息高速公路
我的答案:B
4、【单选题】世界上第一个计算机网络是()。
A、ARPANET
B、ISDN
C、CERNET
D、Internet
我的答案:A
5、【单选题】在1963年,美国使用的飞机定票系统,属于()阶段。
A、远程终端联机
B、计算机网络阶段
C、计算机网络互联
D、信息高速公路
我的答案:A
1.3OSI参考模型
1、【单选题】侍桐在OSI模型中,处于最低层的是()。
A、会话层
B、物理层
C、数据链路层
D、应用层
我的答案:B
2、【单选题】OSI参考模型中,位于网络层与物理层之间的是()层。
A、会话层
B、表示层
C、数据链路层
D、应用层
我的答案:C
3、【单选题】在OSI模型中,处于最高层的是()。
A、会话层
B、表示层
C、数据链路层
D、应用层
我的答案:D
4、【单选题】在OSI模型中,将网络功能划分层数是()。
A、4
B、5
C、7
D、银含9
我的答案:C
5、【单选题】OSI参考模型中,位于会话层与网络层之间的是()层。
A、运输层
B、表示层
C、物理层
D、应用层
我的答案:A
1.3.1详细介绍OSI参考模型
1、【单选题】在OSI参考模型中,()建立在传输媒介基础上,起建立、维护和取消物理连接作用,实现设备之间的物理接口。
A、会话层
B、表示层
C、物理层
D、数据链路层
我的答案:C
2、【单选题】在OSI参考模型中,()建立、撤销、标识逻辑链接和链路复用以及差错校验等功能。
A、网络层
B、表示层
C、物理层
D、数据链路层

8. 计算机网络知识点

一、计算机网络概述

1.1 计算机网络的分类

按照网络的作用范围:广域网(WAN)、城域网(MAN)、局域网(LAN);

按照网络使用者:公用网络、专用网络。

1.2 计算机网络的层次结构

TCP/IP四层模型与OSI体系结构对比:

1.3 层次结构设计的基本原则

各层之间是相互独立的;

每一层需要有足够的灵活性;

各层之间完全解耦。

1.4 计算机网络的性能指标

速率:bps=bit/s 时延:发送时延、传播时延、排队时延、处理时延 往返时间RTT:数据报文在端到端通信中的来回一次的时间。

二、物理层

物理层的作用:连接不同的物理设备,传输比特流。该层为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说,物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。

物理层设备:

中继器【Repeater,也叫放大器】:同一局域网的再生信号;两端口的网段必须同一协议;5-4-3规程:10BASE-5以太网中,最多串联4个中继器,5段中只能有3个连接主机;

集线器:同一局域网的再生、放大信号(多端口的中继器);半双工,不能隔离冲突域也不能隔离广播域。

信道的基本概念:信道是往一个方向传输信息的媒体,一条通信电路包含一个发送信道和一个接受信道。

单工通信信道:只能一个方向通信,没有反方向反馈的信道;

半双工通信信道:双方都可以发送和接受信息,但不能同时发送也不能同时接收;

全双工通信信道:双方都可以同时发送和接收。

三、数据链路层

3.1 数据链路层概述

数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务,其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。

该层的作用包括: 物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发 等。

有关数据链路层的重要知识点:

数据链路层为网络层提供可靠的数据传输;

基本数据单位为帧;

主要的协议:以太网协议;

两个重要设备名称:网桥和交换机。

封装成帧:“帧”是 数据链路层 数据的基本单位:

透明传输:“透明”是指即使控制字符在帧数据中,但是要当做不存在去处理。即在控制字符前加上转义字符ESC。

3.2 数据链路层的差错监测

差错检测:奇偶校验码、循环冗余校验码CRC

奇偶校验码–局限性:当出错两位时,检测不到错误。

循环冗余检验码:根据传输或保存的数据而产生固定位数校验码。

3.3 最大传输单元MTU

最大传输单元MTU(Maximum Transmission Unit),数据链路层的数据帧不是无限大的,数据帧长度受MTU限制.

路径MTU:由链路中MTU的最小值决定。

3.4 以太网协议详解

MAC地址:每一个设备都拥有唯一的MAC地址,共48位,使用十六进制表示。

以太网协议:是一种使用广泛的局域网技术,是一种应用于数据链路层的协议,使用以太网可以完成相邻设备的数据帧传输:

局域网分类:

Ethernet以太网IEEE802.3:

以太网第一个广泛部署的高速局域网

以太网数据速率快

以太网硬件价格便宜,网络造价成本低

以太网帧结构:

类型:标识上层协议(2字节)

目的地址和源地址:MAC地址(每个6字节)

数据:封装的上层协议的分组(46~1500字节)

CRC:循环冗余码(4字节)

以太网最短帧:以太网帧最短64字节;以太网帧除了数据部分18字节;数据最短46字节;

MAC地址(物理地址、局域网地址)

MAC地址长度为6字节,48位;

MAC地址具有唯一性,每个网络适配器对应一个MAC地址;

通常采用十六进制表示法,每个字节表示一个十六进制数,用 - 或 : 连接起来;

MAC广播地址:FF-FF-FF-FF-FF-FF。

四、网络层

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送,具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。数据交换技术是报文交换(基本上被分组所替代):采用储存转发方式,数据交换单位是报文。

网络层中涉及众多的协议,其中包括最重要的协议,也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单,仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有:无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。

与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。具体的协议我们会在接下来的部分进行总结,有关网络层的重点为:

1、网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外,网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能;

2、基本数据单位为IP数据报;

3、包含的主要协议:

IP协议(Internet Protocol,因特网互联协议);

ICMP协议(Internet Control Message Protocol,因特网控制报文协议);

ARP协议(Address Resolution Protocol,地址解析协议);

RARP协议(Reverse Address Resolution Protocol,逆地址解析协议)。

4、重要的设备:路由器。

路由器相关协议

4.1 IP协议详解

IP网际协议是 Internet 网络层最核心的协议。虚拟互联网络的产生:实际的计算机网络错综复杂;物理设备通过使用IP协议,屏蔽了物理网络之间的差异;当网络中主机使用IP协议连接时,无需关注网络细节,于是形成了虚拟网络。

IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互联的网络;并且解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题。

其中,版本指IP协议的版本,占4位,如IPv4和IPv6;首部位长度表示IP首部长度,占4位,最大数值位15;总长度表示IP数据报总长度,占16位,最大数值位65535;TTL表示IP数据报文在网络中的寿命,占8位;协议表明IP数据所携带的具体数据是什么协议的,如TCP、UDP。

4.2 IP协议的转发流程

4.3 IP地址的子网划分

A类(8网络号+24主机号)、B类(16网络号+16主机号)、C类(24网络号+8主机号)可以用于标识网络中的主机或路由器,D类地址作为组广播地址,E类是地址保留。

4.4 网络地址转换NAT技术

用于多个主机通过一个公有IP访问访问互联网的私有网络中,减缓了IP地址的消耗,但是增加了网络通信的复杂度。

NAT 工作原理:

从内网出去的IP数据报,将其IP地址替换为NAT服务器拥有的合法的公共IP地址,并将替换关系记录到NAT转换表中;

从公共互联网返回的IP数据报,依据其目的的IP地址检索NAT转换表,并利用检索到的内部私有IP地址替换目的IP地址,然后将IP数据报转发到内部网络。

4.5 ARP协议与RARP协议

地址解析协议 ARP(Address Resolution Protocol):为网卡(网络适配器)的IP地址到对应的硬件地址提供动态映射。可以把网络层32位地址转化为数据链路层MAC48位地址。

ARP 是即插即用的,一个ARP表是自动建立的,不需要系统管理员来配置。

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)协议指逆地址解析协议,可以把数据链路层MAC48位地址转化为网络层32位地址。

4.6 ICMP协议详解

网际控制报文协议(Internet Control Message Protocol),可以报告错误信息或者异常情况,ICMP报文封装在IP数据报当中。

ICMP协议的应用:

Ping应用:网络故障的排查;

Traceroute应用:可以探测IP数据报在网络中走过的路径。

4.7网络层的路由概述

关于路由算法的要求:正确的完整的、在计算上应该尽可能是简单的、可以适应网络中的变化、稳定的公平的。

自治系统AS: 指处于一个管理机构下的网络设备群,AS内部网络自治管理,对外提供一个或多个出入口,其中自治系统内部的路由协议为内部网关协议,如RIP、OSPF等;自治系统外部的路由协议为外部网关协议,如BGP。

静态路由: 人工配置,难度和复杂度高;

动态路由:

链路状态路由选择算法LS:向所有隔壁路由发送信息收敛快;全局式路由选择算法,每个路由器计算路由时,需构建整个网络拓扑图;利用Dijkstra算法求源端到目的端网络的最短路径;Dijkstra(迪杰斯特拉)算法

距离-向量路由选择算法DV:向所有隔壁路由发送信息收敛慢、会存在回路;基础是Bellman-Ford方程(简称B-F方程);

4.8 内部网关路由协议之RIP协议

路由信息协议 RIP(Routing Information Protocol)【应用层】,基于距离-向量的路由选择算法,较小的AS(自治系统),适合小型网络;RIP报文,封装进UDP数据报。

RIP协议特性:

RIP在度量路径时采用的是跳数(每个路由器维护自身到其他每个路由器的距离记录);

RIP的费用定义在源路由器和目的子网之间;

RIP被限制的网络直径不超过15跳;

和隔壁交换所有的信息,30主动一次(广播)。

4.9 内部网关路由协议之OSPF协议

开放最短路径优先协议 OSPF(Open Shortest Path First)【网络层】,基于链路状态的路由选择算法(即Dijkstra算法),较大规模的AS ,适合大型网络,直接封装在IP数据报传输。

OSPF协议优点:

安全;

支持多条相同费用路径;

支持区别化费用度量;

支持单播路由和多播路由;

分层路由。

RIP与OSPF的对比(路由算法决定其性质):

4.10外部网关路由协议之BGP协议

BGP(Border Gateway Protocol)边际网关协议【应用层】:是运行在AS之间的一种协议,寻找一条好路由:首次交换全部信息,以后只交换变化的部分,BGP封装进TCP报文段.

五、传输层

第一个端到端,即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外,传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。

传输层的任务是根据通信子网的特性,最佳的利用网络资源,为两个端系统的会话层之间,提供建立、维护和取消传输连接的功能,负责端到端的可靠数据传输。在这一层,信息传送的协议数据单元称为段或报文。

网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点,而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。

有关网络层的重点:

传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题;

包含的主要协议:TCP协议(Transmission Control Protocol,传输控制协议)、UDP协议(User Datagram Protocol,用户数据报协议);

重要设备:网关。

5.1 UDP协议详解

UDP(User Datagram Protocol: 用户数据报协议),是一个非常简单的协议。

UDP协议的特点:

UDP是无连接协议;

UDP不能保证可靠的交付数据;

UDP是面向报文传输的;

UDP没有拥塞控制;

UDP首部开销很小。

UDP数据报结构:

首部:8B,四字段/2B【源端口 | 目的端口 | UDP长度 | 校验和】 数据字段:应用数据

5.2 TCP协议详解

TCP(Transmission Control Protocol: 传输控制协议),是计算机网络中非常复杂的一个协议。

TCP协议的功能:

对应用层报文进行分段和重组;

面向应用层实现复用与分解;

实现端到端的流量控制;

拥塞控制;

传输层寻址;

对收到的报文进行差错检测(首部和数据部分都检错);

实现进程间的端到端可靠数据传输控制。

TCP协议的特点:

TCP是面向连接的协议;

TCP是面向字节流的协议;

TCP的一个连接有两端,即点对点通信;

TCP提供可靠的传输服务;

TCP协议提供全双工通信(每条TCP连接只能一对一);

5.2.1 TCP报文段结构:

最大报文段长度:报文段中封装的应用层数据的最大长度。

TCP首部:

序号字段:TCP的序号是对每个应用层数据的每个字节进行编号

确认序号字段:期望从对方接收数据的字节序号,即该序号对应的字节尚未收到。用ack_seq标识;

TCP段的首部长度最短是20B ,最长为60字节。但是长度必须为4B的整数倍

TCP标记的作用:

5.3 可靠传输的基本原理

基本原理:

不可靠传输信道在数据传输中可能发生的情况:比特差错、乱序、重传、丢失

基于不可靠信道实现可靠数据传输采取的措施:

差错检测:利用编码实现数据包传输过程中的比特差错检测 确认:接收方向发送方反馈接收状态 重传:发送方重新发送接收方没有正确接收的数据 序号:确保数据按序提交 计时器:解决数据丢失问题;

停止等待协议:是最简单的可靠传输协议,但是该协议对信道的利用率不高。

连续ARQ(Automatic Repeat reQuest:自动重传请求)协议:滑动窗口+累计确认,大幅提高了信道的利用率。

5.3.1TCP协议的可靠传输

基于连续ARQ协议,在某些情况下,重传的效率并不高,会重复传输部分已经成功接收的字节。

5.3.2 TCP协议的流量控制

流量控制:让发送方发送速率不要太快,TCP协议使用滑动窗口实现流量控制。

5.4 TCP协议的拥塞控制

拥塞控制与流量控制的区别:流量控制考虑点对点的通信量的控制,而拥塞控制考虑整个网络,是全局性的考虑。拥塞控制的方法:慢启动算法+拥塞避免算法。

慢开始和拥塞避免:

【慢开始】拥塞窗口从1指数增长;

到达阈值时进入【拥塞避免】,变成+1增长;

【超时】,阈值变为当前cwnd的一半(不能<2);

再从【慢开始】,拥塞窗口从1指数增长。

快重传和快恢复:

发送方连续收到3个冗余ACK,执行【快重传】,不必等计时器超时;

执行【快恢复】,阈值变为当前cwnd的一半(不能<2),并从此新的ssthresh点进入【拥塞避免】。

5.5 TCP连接的三次握手(重要)

TCP三次握手使用指令:

面试常客:为什么需要三次握手?

第一次握手:客户发送请求,此时服务器知道客户能发;

第二次握手:服务器发送确认,此时客户知道服务器能发能收;

第三次握手:客户发送确认,此时服务器知道客户能收。

建立连接(三次握手):

第一次: 客户向服务器发送连接请求段,建立连接请求控制段(SYN=1),表示传输的报文段的第一个数据字节的序列号是x,此序列号代表整个报文段的序号(seq=x);客户端进入 SYN_SEND (同步发送状态);

第二次: 服务器发回确认报文段,同意建立新连接的确认段(SYN=1),确认序号字段有效(ACK=1),服务器告诉客户端报文段序号是y(seq=y),表示服务器已经收到客户端序号为x的报文段,准备接受客户端序列号为x+1的报文段(ack_seq=x+1);服务器由LISTEN进入SYN_RCVD (同步收到状态);

第三次: 客户对服务器的同一连接进行确认.确认序号字段有效(ACK=1),客户此次的报文段的序列号是x+1(seq=x+1),客户期望接受服务器序列号为y+1的报文段(ack_seq=y+1);当客户发送ack时,客户端进入ESTABLISHED 状态;当服务收到客户发送的ack后,也进入ESTABLISHED状态;第三次握手可携带数据;

5.6 TCP连接的四次挥手(重要)

释放连接(四次挥手)

第一次: 客户向服务器发送释放连接报文段,发送端数据发送完毕,请求释放连接(FIN=1),传输的第一个数据字节的序号是x(seq=x);客户端状态由ESTABLISHED进入FIN_WAIT_1(终止等待1状态);

第二次: 服务器向客户发送确认段,确认字号段有效(ACK=1),服务器传输的数据序号是y(seq=y),服务器期望接收客户数据序号为x+1(ack_seq=x+1);服务器状态由ESTABLISHED进入CLOSE_WAIT(关闭等待);客户端收到ACK段后,由FIN_WAIT_1进入FIN_WAIT_2;

第三次: 服务器向客户发送释放连接报文段,请求释放连接(FIN=1),确认字号段有效(ACK=1),表示服务器期望接收客户数据序号为x+1(ack_seq=x+1);表示自己传输的第一个字节序号是y+1(seq=y+1);服务器状态由CLOSE_WAIT 进入 LAST_ACK (最后确认状态);

第四次: 客户向服务器发送确认段,确认字号段有效(ACK=1),表示客户传输的数据序号是x+1(seq=x+1),表示客户期望接收服务器数据序号为y+1+1(ack_seq=y+1+1);客户端状态由FIN_WAIT_2进入TIME_WAIT,等待2MSL时间,进入CLOSED状态;服务器在收到最后一次ACK后,由LAST_ACK进入CLOSED;

为什么需要等待2MSL?

最后一个报文没有确认;

确保发送方的ACK可以到达接收方;

2MSL时间内没有收到,则接收方会重发;

确保当前连接的所有报文都已经过期。

六、应用层

为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。应用层重点:

数据传输基本单位为报文;

包含的主要协议:FTP(文件传送协议)、Telnet(远程登录协议)、DNS(域名解析协议)、SMTP(邮件传送协议),POP3协议(邮局协议),HTTP协议(Hyper Text Transfer Protocol)。

6.1 DNS详解

DNS(Domain Name System:域名系统)【C/S,UDP,端口53】:解决IP地址复杂难以记忆的问题,存储并完成自己所管辖范围内主机的 域名 到 IP 地址的映射。

域名解析的顺序:

【1】浏览器缓存,

【2】找本机的hosts文件,

【3】路由缓存,

【4】找DNS服务器(本地域名、顶级域名、根域名)->迭代解析、递归查询。

IP—>DNS服务—>便于记忆的域名

域名由点、字母和数字组成,分为顶级域(com,cn,net,gov,org)、二级域(,taobao,qq,alibaba)、三级域(www)(12-2-0852)

6.2 DHCP协议详解

DHCP(Dynamic Configuration Protocol:动态主机设置协议):是一个局域网协议,是应用UDP协议的应用层协议。作用:为临时接入局域网的用户自动分配IP地址。

6.3 HTTP协议详解

文件传输协议(FTP):控制连接(端口21):传输控制信息(连接、传输请求),以7位ASCII码的格式。整个会话期间一直打开。

HTTP(HyperText Transfer Protocol:超文本传输协议)【TCP,端口80】:是可靠的数据传输协议,浏览器向服务器发收报文前,先建立TCP连接,HTTP使用TCP连接方式(HTTP自身无连接)。

HTTP请求报文方式:

GET:请求指定的页面信息,并返回实体主体;

POST:向指定资源提交数据进行处理请求;

DELETE:请求服务器删除指定的页面;

HEAD:请求读取URL标识的信息的首部,只返回报文头;

OPETION:请求一些选项的信息;

PUT:在指明的URL下存储一个文档。

6.3.1 HTTP工作的结构

6.3.2 HTTPS协议详解

HTTPS(Secure)是安全的HTTP协议,端口号443。基于HTTP协议,通过SSL或TLS提供加密处理数据、验证对方身份以及数据完整性保护

原文地址:https://blog.csdn.net/Royalic/article/details/119985591

9. 网络概述

(一)计算机网络的概念

计算机网格是计算机技术与通信技术日益发展和密切结合的产物,它的发展过程大致可以划分为以下4个阶段。

1.具有通信功能的单机系统

该系统又称终端—计算机网络,是早期计算机网络的主要形式。它将一台计算机经通信线路与若干终端直接相连。

2.具有通信功能的多机系统

对终端—计算机网进行改进,在主计算机的外围增加一台计算机,专门用于处理终端的通信信息及控制通信线路,并能对用户的作业进行某些预处理操作,这台计算机称为“前端处理机”或“通信控制处理机”,在终端设备较集中的地方设置一台集中器,终端通过低速线路先汇集到集中器上,然后再用高速线路将集中器连到主机上,这就形成多机系统。

3.以共享资源为主的计算机网络

具有通信功能的多机系统是计算机-计算机网络,它是由若干台计算机互联而构成的系统,即利用通信线路将多台计算机连接起来,在计算机之间进行通信。该网络有两种结构形式:一种形式是主计算机通过通信线路直接互联,其中主计算机同时承担数据处理和通信工作;另一种形式是通过通信控制处理机间接地把各主计算机连接起来,其中通过处理机和主计算机分工,前者负责网络上各主计算机间的通信处理和控制,后者是网络资源的拥有者,负责数据处理,它们共同组成资源共享的计算机网络。

4.以局域网及互联网为支持环境的分布式计算机系统

局域网是继远程网之后发展起来的,它继承了远程网的分组交换技术和计算机的I/O总线结构技术,局域网的发展也促使计算机网络的模式发生了变革,即由早期的以大型机为中心的集中式模式转变为微机构成的分布式计算机模式。

计算机网络提供的主要功能有4个方面:①数据通信;②资源共享;③负载均衡;④高可靠性。

(二)计算机网络的分类

计算机网络的分类方式很多,按照不同的分类原则,可以得到各种不同类型的计算机网络。例如,按通信距离可分为广域网(WAN)、局域网(LAN)和城域网(MAN);按信息交换方式可分为电路交换网、分组交换网和综合交换网;按网络拓扑结构可分为星形网、树形网、环形网和总线网;按通信介质可分为双纹线网、同轴电缆网、光纤网和卫星网等;按传输带宽可分为基带网和宽带网;按使用范围可分为公用网和专用网;按速率可分为高速网、中速网和低速网;按通信传播方式可分为广播式和点到点式。

(三)网络的协议与标准

计算机网络的硬件设备是承载计算机通信的实体,但它们是怎样有序地完成计算机之间的通信任务的呢?也就是说,要共享计算机网络的资源,以及进行网络中的信息交换,就需要实现不同系统中的实体的通信.两个实体要想成功地通信,它们必须具有相同的通信语言,在计算机网络中称为协议(或规程)。所谓的协议,指的是网络中的计算机与计算机进行通信时,为了能够实现数据的正常发送与接收,必须要遵循的一些事先约定好的规程(标准或约定),这些规程中明确规定了通信时的数据格式、数据传送时序以及相应的控制信息和应答信号等内容。