软考笔记——4.1计算机网络（1）

1、网络功能和分类

计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，它实现了远程通信、远程信息处理和资源共享。

计算机网络的功能：数据通信、资源共享、负载均衡、高可靠性。

计算机网络按分布范围和拓扑结构划分如下图所示：

网络分类	缩写	分布距离	计算机分布范围	传输速率范围
局域网	LAN	10m左右	房间	4Mbps~1Gbps
		100m左右	楼寓
		1000m左右	校园
城域网	MAN	10km	城市	50Kbps~100Mbps
广域网	WAN	100km以上	国家或全球	9.6Kbps~45Mbps

总线型（利用率低、干扰大、价格低）、星型（交换机形成的局域网、中央单元负荷大）、环型流动方向固定、效率低扩充难）、树型（总线型的扩充、分级结构）、分布式（任意节点连接、管理难成本高）

2、OSI七层模型

层	功能	单位	协议	设备
1、物理层	在链路上透明地传输位。需要完成地工作包括线路设备、确定数据传输模式、确定信号形式、对信号进行编码、连接传输介质。为此定义了建立、维护和拆除物理链路所具备地机械特性、电气特性、功能特性以及规程特性	比特	EIA/TIA/RS-232、RS-449、V.35、RJ-45、FDDI	中继器、集线器
2、数据链层	把不可靠地信道变为可靠信道。为此将比特组成帧，在链路上提供点到点地帧传输，并进行差错控制、流量控制	帧	SDLC、HDLC、LAPB、PPP、STP、帧中继等、IEEE802、ATM	交换器、网桥
3、网络层	在源节点-目的节点之间进行路由选择、拥塞控制、顺序控制、传送包，保证报文地正确性。网络层控制着通信子网的运行，因而它又称为通信子网层	IP分组	IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP	路由器
4、传输层	提供端-端间可靠的、透明的数据传输，保证报文顺序的正确性、数据的完整性	报文段	TCP、UDP	网关
5、会话层	建立通信进程的逻辑名字与物理名字之间的联系，提供进程之间建立、管理和终止会话的方法，处理同步与恢复问题		TCP、SQL、NFS	网关
6、表示层	实现数据转换（包括格式转换、压缩、加密等），提供标准的应用接口、公用的通信服务、公共数据表示方法		JPEG、ASCLL、GIF、MPEG、DES	网关
7、应用层	对用户不透明的提供各种服务，如E-mail	数据	Telnet、FTP、HTTP、SMTP、POP3、DNS、DHCP等	网关

3、局域网和广域网协议

以太网规范IEEE 802.3 是重要的局域网协议，包括:
IEEE 802.3        标准以太网        10Mb/s        传输介质为细同轴电缆
IEEE 802. 3u        快速以太网        100Mb/s        双绞线
IEEE 802. 3z        千兆以太网        1000Mb/s        光纤或双绞线
IEEE 802. 3ae        万兆以太网        10Gb/s        光纤

无线局域网WLAN技术标准：lEEE 802. 11

广域网协议包括：PPP 点对点协议、ISDN 综合业务数字网、xDSL (DSL 数字用户线路的统称：HDSL、SDSL、 MVL、 ADSL)、DDN数字专线、x. 25、FR帧中继、ATM异步传输模式。

4、TCP/IP协议

网络协议三要素：语法、语义、时序。其中语法部分规定传输数据的格式，语义部分规定所要完
成的功能，时序部分规定执行各种操作的条件、顺序关系等。

网络层协议:
IP：网络层最重要的核心协议，在源地址和目的地址之间传送数据报，无连接、不可靠。

ICMP：因特网控制报文协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。

ARP和RARP: 地址解析协议，ARP 是将IP地址转换为物理地址，RARP 是将物理地址转换为IP地址。

IGMP: 网络组管理协议，允许因特网中的计算机参加多播，是计算机用做向相邻多目路由器报告多目组成员的协议，支持组播。

传输层协议：

TCP：整个TCP/IP协议族中最重要的协议之一，在IP协议提供的不可靠数据数据基础上，采用了重发技术，为应用程序提供了一一个可靠的、面向连接的、全双工的数据传输服务。一般用于传输数据量比较少，且对可靠性要求高的场合。

UDP：是一种不可靠、无连接的协议，有助于提高传输速率，一般用于传输数据量大，对可靠性要求不高，但要求速度快的场合。

应用层协议：基于TCP的FTP、 HTTP等都是可靠传输。基于UDP的DHCP、 DNS等都是不可靠传输。

FTP：可靠的文件传输协议，用于因特网上的控制文件的双向传输。

HTTP：超文本传输协议，用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传输协议。使用SSL加密后的安全网页协议为HTTPS

SMTP和POP3: 简单邮件传输协议，是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，邮件报文采用ASCII格式表示。

Telnet：远程连接协议，是因特网远程登录服务的标准协议和主要方式。

TFTP：不可靠的、开销不大的小文件传输协议

SNMP：简单网络管理协议，由一组网络管理的标准协议，包含-个应用层协议、数据库模型和一组资源对象。该协议能够支持网络管理系统，泳衣监测连接到网络上的设备是否有任何引起管理师行关注的情况。

DHCP: 动态主机配置协议，基于UDP，基于C/S模型，为主机动态分配IP地址，有三种方式：固定分配、动态分配、自动分配。

DNS: 域名解析协议，通过域名解析出IP地址。

协议端口号对照表：

端口	服务	端口	服务
20	文件传输协议（数据）	80	超文本传输协议（HTTP）
21	文件传输协议（控制）	110	POP3服务器（邮箱接收服务器）
23	Telnet终端仿真协议	69	简单文件传输协议（TFTP）
67	DHCP（服务端）	68	DHCP（客户端）
25	SMTP简单邮件发送协议	161	SNMP（轮询）
53	域名服务器（DNS）	162	SNMP（陷阱）

5、传输介质

双绞线：将多根铜线按规则缠绕在一起，能够减少干扰;分为无屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP，都是由一对铜线簇组成。也即我们常说的网线;双绞线的传输距离在100m以内。

无屏蔽双绞线UTP：价格低，安装简单，但可靠性相对较低，分为CAT3（3类UTP，速率为
10Mbps）、CAT4 （4类UTP，与3类差不多，无应用）、CAT5 （5类UTP，速率为100Mbps，用于快速以太网）、CAT5E （超5类UTP，速率为1000Mbps）、CAT6 （6类UTP，用来替代CAT5E，速率也是1000Mbps）

屏蔽双绞线STP：比之UTP增加了一层屏蔽层，可以有效的提高可靠性，但对应的价格高，安装麻烦，一般用于对传输可靠性要求很高的场合。

网线有如下两种安装标准：都是八根不同颜色的网线，按照不同的顺序排序，插入水晶头中，区分在第1236四根网线的位置不同。

光纤：由纤芯和包层组成，传输的光信号在纤芯中传输，然而从PC端出来的信号都是电信号，要
经过光纤传输的话，就必须将电信号转换为光信号

多模光纤MMF：纤芯半径较大，因此可以同时传输多种不同的信号，光信号在光纤中以全反射的形式传输，采用发光二极管LED为光源，成本低，但是传输的效率和可靠性都较低，适合于短距离传输，其传输距离与传输速率相关，速率为100 Mbps时为2km，速率为1000 Mbps时为550 m。

单模光纤SMF：纤芯半径很小，一般只能传输一种信号，采用激光二极管LD作为光源，并且只支持激光信号的传播，同样是以全反射形式传播，只不过反射角很大，看起来像一条直线，成本高，但是传输距离远，可靠性高。传输距离可达5KM。

无线信道：分为无线电波和红外光波

6、通信方式和交换方式

通信方向：数据通信是指发送方发送数据到接收方，这个传输过程可以分类如下：

单工：只能由设备A发给设备B，即数据流只能单向流动。
半双工：设备A和设备B可以互相通信，但是同一时刻数据流只能单向流动。
全双工：设备A和设备B在任意时刻都能互相通信。

同步方式：

异步传输：发送方每发送一个字符，需要约定一个起始位和停止位插入到字符的起始和结尾处,这样当接收方接收到该字符时能够识别，但是这样会造成资源浪费，传输效率降低。

同步传输：以数据块为单位进行传输，当发送方要发送数据时，先发送一个同步帧，接收方收到后做好接收准备，开始接收数据块，结束后又会有结束帧确认，这样一次传输一个数据块，效率高

串行传输：只有一根数据线，数据只能1bit挨个排队传送，适合低速设备、远距离的传送，一般用于广域网中。

并行传输：有多根数据线，可以同时传输多个bit数据，适合高速设备的传送，常用语计算机内部各硬件模块之间。

交换方式

电路交换：通信一方进行呼叫，另一方接收后，在二者之间会建立一个专用电路，特点为面向连接、实时性高、链路利用率低，一般用于语音视频通信。

报文交换：以报文为单位，存储转发模式，接收到数据后先存储，进行差错校验，没有错误则转发，有错误则丢弃，因此会有延时，但可靠性高，是面向无连接的。

分组交换：以分组为单位，也是存储转发模式，因为分组的长度比报文小，所以时延小于报文交换，又可分为三种方式：

数据报：是现在主流的交换方式，各个分组携带地址信息，自由的选择不同的路由路径传送到接收方，接收方接收到分组后再根据地址信息重新组装成原数据，是面向无连接的，但是不可靠的。
虛电路:发送方发送一个分组，接收方收到后二者之间就建立了一个虚拟的通信线路，二者之间的分组数据交互都通过这条线路传送，在空闲的时候这条线路也可以传输其他数据，是面向连接的，可靠的。
信元交换：异步传输模式ATM采用的交换方式，本质是按照虚电路方式进行转发，只不过信元是固定长度的分组，共53B，其中5B为头部，48B为数据域，也是面向连接的，可靠的。

7、IP地址表示

机器中存放的IP地址是32位的二进制代码，每隔8位插入一个空格，可提高可读性，为了便于理解和设置，一般会采用点分十进制方法来表示：将32位二进制代码每8位二进制转换成十进制，就变成了4个十进制数，而后在每个十进制数间隔中插入.，如下所示，最终为128. 11.3. 31:

因为每个十进制数都是由8个二进制数转换而来，因此每个十进制数的取值范围为0~255 （掌握二进制转十进制的快速计算方法，牢记2的幂指数值，实现快速转换）

分类IP地址：IP地址分四段，每段八位，共32位二进制数组成。在逻辑上，这32位IP地址分为网络号和主机号，依据网络号位数的不同，可以将IP地址分为以下几类

无分类编址：即不按照A B C类规则，自动规定网络号，无分类编址格式为: IP地址/网络号，示例:
128. 168. 0. 11/20表示的IP地址为128.168.0. 11，其网络号占20位，因此主机号占32-20=12位也可以划分子网。
特殊IP地址：

公有地址：通过它直接访问因特网。是全网唯一的IP地址。
私有地址：属于非注册地址，专门为组织机构内部使用，不能直接访问因特网，下表所示为私地址范围

其他特殊地址如下表所示：