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计算机网络基础知识归纳第二轮复习资料
计算机网络基础知识归纳
重点知识
一、计算机网络的基本概念
（一）计算机网络的定义与分类
1．网络定义的基本内容
（1）计算机网络是用通信线路把分散布置的多台独立自治的计算机及专用外部设备互连，并配以相应的网络软件所构成的系统。
（2）建立计算机网络的主要目的是实现计算机资源的共享，使广大用户能够共享网络中的所有硬件、软件和数据等资源。
（3）联网的计算机必须遵循全网统一的协议，可以为本地用户或远程用户提供服务。
2．网络的分类
从不同角度出发，计算机网络有多种分类方法，常见的分类有：
（1）计算机网络按照地理范围划分，有局域网LAN、城域网MAN和广域网WAN。
（2）按照使用范围划分，有通用网和专用网。
（3）按拓扑结构划分，通常分为总线型、星型、环型、树型和网状网。
（4）按交换方式划分为线路交换网、存储转发交换网和混合交换网。
（5）按传输带宽方式进行划分，可分为基带网和宽带网。
（6）按网络中使用的操作系统，可分为NetWare网、WindowsNT网和Unix网等。
（二）计算机网络的组成
从逻辑功能上看，计算机网络由资源子网和通信子网两部分组成。
1．资源子网:
资源子网代表着网络的数据处理资源和数据存储资源，由主计算机、智能终端、磁盘存储器、工业控制监控设备、I/O设备、各种软件资源和信息资源等组成。
负责全网数据处理和向网络用户提供资源及网络服务。
2．通信子网:
通信子网是由负责数据通信处理的通信控制处理机（CommunicationControlProcessor，CCP）和传输链路组成的独立的数据通信系统。
它承担着全网的数据传输、加工和变换等通信处理工作。
（三）计算机网络的主要功能
1．资源共享
（1）数据共享，可供共享的数据主要是网络中设置的各种专门数据库。
（2）软件共享，可供共享的软件包括各种语言处理程序和各类应用程序。
（3）硬件共享，可供共享的硬件可以是网络中某一台高性能的计算机，也可以是网络中的一台高速打印机。
2．数据通信
该功能用于实现计算机与终端、计算机与计算机之间的数据传输，这是计算机网络的最基本的功能，也是实现其它功能的基础。
3．负荷均衡和分布处理
（1）负荷均衡是指网络中的负荷被均匀地分配给网络中的各计算机系统。
（2）在具有分布处理能力的计算机网络中，可以将任务分散到多台计算机上进行处理，由网络来完成对多台计算机的协调工作。
4．提高系统的可靠性和可用性
二、网络通信协议概念
（一）计算机网络协议
1．基本概念:
为了确保网络中数据有序通信而建立的一组规则、标准或约定就称为网络通信协议（Protocol）。
2．通信接口：
为了使网络中两个节点之间进行对话，必须在它们之间建立通信工具（即接口），使彼此之间能进行信息交换。
（1）硬件装置的功能是实现节点之间的信息传送。
（2）软件装置的功能是规定与实现双方进行通信的约定协议。
协议通常由三部分组成：
语法部分、语义部分、变换规则（定时或时序）。
3.协议的层次结构及其分层原则
（1）层次结构有如下特征：
①结构中的每一层都规定有明确的任务及接口标准。
②把用户的应用程序作为最高层。
③除了最高层外，中间的每一层都向上一层提供服务，又是下一层的用户。
④把物理通信线路作为最低层。
它使用从高层传送来的参数，是提供服务的基础。
（2）分层原则：
信宿机第n层接收到的对象应当与信源机第n层发出的对象完全一致。
（二）OSI/RM模型简介
OSI/RM网络结构模型从下往上依次为：
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，共七层。
对于每一层，OSI至少制定两个标准：
服务定义和协议规范。
开放系统互连模型:
（1）为使不同计算机厂家生产的计算机能相互通信，以便在更大范围内建立计算机网络，国际标准化组织（ISO）在1978年提出“开放系统互连参考模型”，即著名的OSI/RM（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel）。
（2）所谓“开放”，是强调对OSI标准的遵从，一个系统是开放的，是指它可与世界上任何地方的遵守相同标准的其它任何系统进行通信。
三、局域网基本技术及通信基础
（一）局域网的定义及特点
1．局域网的定义
（1）从硬件角度看，LAN是电缆、网卡、工作站、服务器和其它连接设备的集合体。
（2）软件角度看，LAN在网络操作系统（NOS）的统一指挥，提供文件、打印、通信和数据库等服务功能。
（3）从体系结构来考察，LAN由一系列层和协议标准所定义。
（4）局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。
2．从上面的定义可以看出局域网具有四个特点：
（1）小区域可以是一建筑物内，一个校园或者大至数千米直径的一个区域。
（2）数据通信设备是广义的，包括计算机、终端和各种外围设备。
（3）传输的误码率低，可达
。
（4）整个网络为某个单位或部门所有，仅供该单位内部使用。
（二）局域网的组成
计算机网络由硬件系统、网络软件系统和数据通信系统组成。
1.主机（Host）
（1）服务器（Server）
服务器是向所有客户机提供服务的机器，装备有网络的共享资源。
对网络服务器的基本要求：
高速度、大容量、安全性。
（2）客户机（Client）
客户机也称为工作站（WorkingStation），是网络用户直接处理信息和事务的计算机。
2.网络适配器
（1）网络适配器也叫做网络接口卡NIC（NetworkInterfaceCard），通常被做成插件的形式插入到计算机的一个扩展槽中，故也被称作网卡。
（2）计算机通过网络适配器与网络相连。
3．传输介质
传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。
（1）双绞线
①双绞线是由按规则螺旋结构排列的两根绝缘线组成。
双绞线分为屏蔽双绞线STP和无屏蔽双绞线UTP两种。
②双绞线成本低，易于铺设，既可以传输模拟数据也可以传输数字数据，但是抗干扰能力较差。
③目前局域网中常用的双绞线五类UTP为8芯四对的双绞线，8芯的颜色对为：
（橙白，橙）（绿白，绿）（蓝白，蓝）（棕白，棕）。
④双绞线是通过RJ-45接头与网卡或集线器、交换机、路由器等相连接的。
RJ-45接头前端有8个凹槽，简称8P（Position，位置），凹槽内的金属触点（金属片）共8个，简称8C（Contact，触点）。
⑤RJ-45连接头晶莹透明，俗称为水晶头。
⑥双绞线的标准连线法：
又称为直通方式（MDI），它适用于从网卡到集线器或交换机或路由器，或两个带有级联端口的集线器或交换机级联等。
双绞线的两端使用同一标准EIA/TIA568B标准（常用的）或EIA/TIA568A标准。
⑦双绞线的交错连线法：
又称交叉方式，一般适用于两个未带有级联端口的集线器或交换机级联，或两台计算机的直连。
双绞线的一端使用EIA/TIA568B标准，另一端使用EIA/TIA568A标准。
（2）同轴电缆
同轴电缆由外层圆柱导体、绝缘层、中心导线组成。
同轴电缆可分成基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种。
基带同轴电缆的特征阻抗为50Ω，又分为细缆和粗缆，只用于传输数字信号。
宽带同轴电缆的特征阻抗为75Ω，用于数字信号和模拟信号发送。
（3）光缆
用光纤做成的光缆，是由缆芯、包层、吸收外壳和保护层四部分组成。
光纤可分为单模光纤（SingleModeFiber）和多模光纤（MultipleModeFiber）两类。
光纤的直径小（10～100μm，），重量轻，频带宽，误码率很低，此外，还有不受电磁干扰、保密性好等一系列优点。
在要求输出速率很高（如超过100Mbps）、抗干扰性极好的局域网的主干网络中，越来越多地采用光缆。
（4）无线信道
目前常用的无线信道有微波、卫星信道、红外线和激光信道等。
4．网络互连设备
（1）中继器（Repeater）
①中继器工作在OSI的物理层。
只能连接具有相同物理层协议的网络。
当网络负载较重，网段间使用是不同的访问方式，或需要数据过滤时，不能使用中继器。
②中继器的主要作用是：
连接两个或多个网段，避免干线上传输信号衰减而失真，对传输信号实现整形和放大，并按原来的传输方向重新发送数据，可以延长干线距离，扩展局域网覆盖范围。
（2）集线器（Hub）
集线器又称集中器，是多口中继器，工作在OSI的物理层。
把它作为一个中心节点，可用它连接多条传输媒体。
其优点是当某条传输媒体发生故障时，不会影响到其它的节点。
集线器分为无源集线器（PassiveHub）、有源集线器（ActiveHub）和智能集线器。
（3）网桥
网桥工作在OSI的数据链路层。
它要求两个互连网络在数据链路层以上采用相同或兼容的网络协议。
网桥可分为本地网桥和远程网桥，本地网桥又分为内部网桥和外部网桥。
网桥的功能：
隔离网络、过滤和转发。
（4）路由器
路由器工作在OSI的网络层。
它要求网络层以上的高层协议相同或兼容，用来实现不同类型的局域网互连，或者用它来实现局域网域与广域网互连。
路由器分类如下：
①按路由器安装的位置划分，可分为内部路由器和外部路由器。
②按路由器支持的协议划分，可分为单协议路由器和多协议路由器。
③按路由表的状况划分，可分为静态路由器和动态路由器。
路由器的功能：
路由器可以实现网络层以下各层协议的转换。
它除了具备网桥的全部功能外，还有路由选择功能。
（5）网关
网关亦称网间协议转换器，工作于OSI/RM的传输层、会话层、表示层和应用层，或通称为高层。
网关不仅具有路由器的全部功能，同时还可以完成因操作系统差异引起的通信协议之间的转换。
网关可用于LAN-LAN、LAN与大型机以及LAN与WAN的互连。
（6）交换机
交换机相对与集线器而言，它将传统的网络“共享”传输介质技术改变为交换式的“独占”传输介质技术，提高了网络的带宽。
交换机与交换式集线器Hub有很大的区别，前者可工作在数据链路层，也有的高档交换机（或称为第三层交换机）工作于网络层，后者工作于物理层。
交换机端口的工作速度高于Hub端口工作的速度。
（7）调制解调器
调制解调器Modem，将待发送的数字信号转换成代表数据的一系列模拟信号，并利用模拟信道对信号进行载波传输，这个过程通常称为调制。
在数据接收方，调制解调器将接收到的模拟信号，还原成数字信号，供计算机处理，这个过程被称作解调。
5.网络软件系统
（1）通信协议
局域网通信协议用以支持计算机与相应的局域网相连，支持网络节点间正确有序地进行通信。
（2）网络操作系统
网络操作系统在服务器上运行，是使网络上各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务软件和有关规程的集合。
网络操作系统不仅要具有普通操作系统的功能，还要具备六个特征：
①网络通信②共享资源管理③提供网络服务④网络管理⑤互操作⑥提供网络接口
（3）网络应用软件
局域网应用软件是建构在局域网操作系统之上的应用程序，它扩展了网络操作系统的功能。
（三）网络拓扑结构
局域网的拓扑结构是指网络中节点互相连接的方法和型式。
1．星型拓扑
（1）星型拓扑是由中央节点和通过点到点的链路接到中央节点的各站点组成。
（2）星型拓扑结构的优点：
①中央节点和中间接线盒都放在一个集中的场所，采用集中控制方式，可方便地提供服务和重新配置。
②每个连接只接入一个设备，当连接点出现故障时不会影响整个网络。
③故障易于检测和隔离，可很方便地将有故障的站点从系统中删除。
④访问协议简单。
（3）星型拓扑结构的缺点：
①由于每个站点直接和中央节点相连，需要大量的电缆且布线复杂。
②过于依赖中央节点，中央节点发生故障时，整个网络不能工作。
2．总线型拓扑
（1）总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质（或称为总线）上，两端还必须配置终端匹配器或堵头。
（2）总线型拓扑的优点：
①电缆长度短，易于布线。
②可靠性高。
③易于扩充。
（3）总线型拓扑的缺点：
①故障诊断和隔离困难。
②终端必须是智能的。
3．环型拓扑
（1）这种拓扑的网络由中继器和连接中继器的点到点的链路组成一个闭合环。
（2）环型拓扑的优点：
①电缆长度短。
②不需要接线盒。
③适用于光缆。
（3）环型拓扑的缺点：
①灵活性小，增加新工作站困难。
②非集中式管理，诊断故障十分困难。
4．树型拓扑
（1）树型拓扑是由总线拓扑演变而来。
在这种拓扑结构中，有一个带分支的根，每个分支还可以延伸出子分支。
（2）树型拓扑的优缺点大多和总线型拓扑的优缺点相同，但也有特殊之处，例如这种拓扑易于扩展，因为其分支还可延伸出子分支，所以要加入新的节点或分支很容易；易于故障隔离，如果某一分支上的节点发生故障，很容易将此分支和整个网络各离开来。
从这一点来讲，它又具有星型拓扑结构的特点。
（3）树型拓扑的缺点是对根的依赖太大，如果根发生故障，则整个网络不能正常工作。
这种网络的可靠性问题和星型拓扑结构相似。
5.网状拓扑结构（全连接型结构）
（1）网状拓扑结构，其每一个节点都与其他多个节点直接互联。
（2）这种连接方法主要是利用冗余的连接，实现节点与节点之间的高速传输和高容错性能，以提高网络的速度和可靠性。
这种拓扑结构主要用在网络结构复杂、对可靠性和传输速率要求较高的大型网络中，如互联网等，在局域网络中很少使用。
（四）常用网络技术
拓扑结构的选择是组建网络的关键之一，拓扑结构决定了网络的布局和传输介质的访问控制方式，而传输介质在决定网络中信号传输速率的同时，也提供了相关接口标准。
1．交换式以太网（SwitchingEthernet）
交换式以太网是在传统以太网基础上发展起来的帧交换技术。
2．异步传输模式ATM（AsynchronousTransferMode）
ATM技术采用信元交换技术，且信元长度固定（53个字节），故交换可用硬件实现，速度可达数百Gbps，可提供较高的带宽和复杂的服务质量控制。
3．光纤分布数据接口FDDI（FiberDistributingDataInterface）
FDDI是一种高速光纤网，其介质访问方式与IEEE802.5标准中对应部分类似，但FDDI采用了多个数据帧的访问方式，提高了信道的利用率。
4．100BASE-T快速以太网
100BASE-T通过在整体上提高传输速度来改善以太网的传输能力，但仍然采用的是与10BASE-T（采用IEEE802.3）类似的协议标准──IEEE802.3u。
5．千兆位高速以太网
千兆位以太网在主干网的传输速率达到每秒千兆位的能力。
四、因特网基本技术
（一）分组交换技术
1.线路交换（Circuitswitching）
计算机网络中的线路交换和公用电话交换系统类似。
一旦建立线路连接，则线路为本次通信专用，带宽固定，信息传输延时短，但网络负荷过重时，将发生占线现象。
2.存储转发交换方式
（1）报文交换（Messageswitching）
报文交换并不要求在两个将要传输数据的节点之间建立专用的通信线路。
报文交换技术的优点是不用建立通信线路的物理连接，线路利用率高，系统可靠性高。
但是由于存储—转发的影响，造成了传输时间延时，因而报文交换不适用于实时的交互式通信。
（2）分组交换网（Packetswitching）
数据报分组交换又称包交换。
按此方式，源节点在发送数据前先把报文按一定的长度分割成大小相等的报文分组，以类似报文交换的方式发送出去，在各中间节点都要进行差错控制和路由选择，各个分组包可能沿着不同的路径和顺序到达终点，到达终点后还需将各分组进行排序和重组，再合并成报文。
虚电路分组交换，源节点在发送数据前先把报文按一定的长度分割成大小相等的报文分组，并在进行路由选择建立一条完整的虚电路后，再把各分组按所建立的虚电路发送出去，在各中间节点无需再进行路由选择，到终点节点也无需进行分组的排序和重组，而是直接合并成一个完整的报文。
报文分组交换方式延时小，通信效率高，广域网一般都采用分组交换方式。
（二）TCP/IP协议
1．什么是TCP/IP
（1）TCP/IP是一种网际互联通信协议，其目的在于通过它实现网际间各种异构网络和异种计算机的互联通信。
（2）TCP/IP协议的核心思想是：
对于ISO七层协议，把千差万别的低两层协议（物理层和数据链路层）有关部分称为物理网络，而在传输层和网络层建立一个统一的虚拟逻辑网络，以这样的方法来屏蔽或隔离所有物理网络的硬件差异，包括异构型的物理网络和异种计算机在互联网上的差异，从而实现普遍的连通性。
（3）TCP/IP实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议。
2.TCP/IP协议模型及与OSI的关系
TCP/IP协议簇把整个协议分成四个层次：
（1）应用层：
是TCP/IP协议的最高层，与OSI模型的上三层的功能类似。
因特网在该层的协议主要有超文本传输协议HTTP、文件传输协议FTP、远程终端访问协议Telnet、简单邮件传输协议SMTP和域名服务协议DNS等。
（2）传输层：
传输层提供一个应用程序到另一个应用程序之间端到端的通信。
对应于OSI模型的传输层，因特网在该层的协议主要有传输控制协议TCP、用户数据报协议UDP等。
（3）网络层（IP层）：
网络层解决了计算机到计算机通信的问题。
对应于OSI模型的网络层，因特网在该层的协议主要有网络互联协议IP、网间控制报文协议ICMP、地址解析协议ARP，反向地址解析协议RARP等。
（4）网络接口层：
负责接收IP数据报，并把该数据报发送到相应的网络上。
对应于OSI模型的数据链路层和物理层。
从理论上讲，该层不是TCP/IP协议的组成部分，但它是TCP/IP协议的基础，是各种网络与TCP/IP协议的接口。
3.常用TCP/IP协议簇介绍
（1）网络互连协议IP（InternetProtocol，）
IP协议是一个无连接的协议，经它处理的数据在传输时是没有保障的，是不可靠的。
（2）传输控制协议TCP（TransmissionControlProtocol）
TCP协议定义了两台计算机之间进行可靠传输时交换的数据和确认信息的格式，以及计算机为了确保数据的正确到达而采取的措施。
该协议是面向连接的，可提供可靠的、按序传送数据的服务。
TCP采用的最基本的可靠性技术包括三个方面：
确认与超时重传、流量控制和拥塞控制。
（3）用户数据报协议UDP（UserDatagramProtocol）
UDP协议也是建立在IP协议之上，同IP协议一样提供无连接数据报传输。
UDP本身并不提供可靠性服务，相对IP协议，它唯一增加的能力是提供协议端口，以保证进程通信。
虽然UDP不可靠，但UDP效率很高。
（4）远程终端访问Telnet（Telecommunicationnetwork）
远程终端访问协议提供一种非常广泛、双向的的通信功能。
该协议提供的最常用的功能是远程登录。
（5）文件传输协议FTP（FileTransferProtocol）
文件传输协议用于控制两个主机之间的文件交换。
（6）简单邮件传送协议SMTP（SimpleMailTransferProtocol）
Internet标准中的电子邮件是一个简单的面向文本的协议，用来有效、可靠地传送邮件。
（7）域名服务DNS（DomainNameService）
DNS是一个名字服务的协议，它提供了名字到IP地址的转换
4．TCP/IP协议的数据传输过程
TCP/IP协议的基本传输单位是数据报（Datagram）。
TCP协议负责把数据分成若干个数据报，并给每个数据报加上报头（就像给一封信加上信封），报头上有相应的编号，以保证数据接受端能将数据还原为原来的格式。
IP协议在每个报头上再加上目的（接收端）主机的地址，使数据能找到自己要去的地方（就像在信封上要写明收信人地址一样）。
如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况，TCP协议会自动要求数据重新传输，并重组数据报。
总之，IP协议保证数据的传输，TCP协议保证数据传输的质量。
（三）IPV4地址
1．定义
（1）因特网采用一种全局通用的地址格式，为全网的每一网络和每一台主机都分配一个唯一的地址，称为IP地址。
2．结构
IP地址由两部分组成：
一个是物理网络上所有主机通用的网络地址（网络ID）；另一个是网络上主机专有的主机（节点）地址（主机ID）。
3．分类
IPV4地址分成五类，即A类、B类、C类、D类和E类，其中A类、B类、C类地址经常使用，称为IP主类地址，它们均由网络地址（网络ID）和主机地址（主机ID）两部分组成。
D类和E类地址被称为IP次类地址。
（1）A类地址分配给规模特别大的网络使用。
具体规定如下：
32位地址域中第一个8位为网络标识，其中首位为0，可变化的网络标识位为7位，可容纳的网络个数为126个（1~126，任何IP地址第一组不能为0，第一组为127的IP地址称为回送测试地址），其余24位均作为接入网络主机的标识，每个网络可容纳的主机台数为224-2。
（2）B类地址分配给一般的大型网络使用。
具体规定如下：
32位地址域中前两个8位共计16位为网络标识，其中前两位为10，可变化的网络标识位为14位，可容纳的网络个数为214个，其余16位均作为接入网络主机的标识。
每个网络可容纳的主机台数为216-2。
（3）C类地址分配给小型网络使用。
具体规定如下：
32位地址域中前三个8位共计24位为网络标识，其中前三位为110，可变化的网络标识位为21位，可容纳的网络个数为221个，其余8位均作为接入网络主机的标识。
每个网络可容纳的主机台数为28-2＝254。
（4）D类地址是组广播地址。
（5）E类地址保留今后使用，它是一个实验性网络地址。
4．IPV4地址的表示
（1）采用32位二进制位即4个字节表示IP地址。
（2）可以用4组十进制数字来表示IP地址，每组数字取值范围为0-255（注意，第一组不能为0），组与组之间用圆点“.”作为分隔符。
（3）每类网络IP地址的第一组范围：
A类：
1~126
B类：
128~191
C类：
192~223
D类：
224~239
公有地址（Publicaddress）由InterNIC（InternetNetworkInformationCenter因特网信息中心）负责。
这些IP地址分配给注册并向InterNIC提出申请的组织机构。
通过它直接访问因特网。
随着私有IP网络的发展，为节省可分配的注册IP地址，有一组IP地址被拿出来专门用于私有IP网络，称为私有IP地址。
私有IP地址范围：
A：
10.0.0.0-10.255.255.255只有一个网段
B：
172.16.0.0-172.31.255.255有16个网段
C：
192.168.0.0-192.168.255.255有256个网段
（四）域名系统
为了解决用户记忆IP地址的困难，因特网提供了一种域名系统DNS（DomainNameSystem），为主机分配一个由多个部分组成的域名。
因特网采用层次树状结构的命名方法，使得任何一个连接在因特网上的主机或路由器都可以有一个唯一的层次结构的名字，即域名（domainname）。
域名由若干部分组成，各部分之间用圆点“.”作为分隔符。
它的层次从左到右，逐级升高，其一般格式是：
计算机名．组织机构名．二级域名．顶级域名
1．顶级域名
域名地址的最后一部分是顶级域名，也称为第一级域名，顶级域名在因特网中是标准化的，并分为三种类型：
①国
升级会员 