【计算机网络】学习指南及导论

news2024/12/26 23:21:42

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文章目录

  • 前言
  • 我们为什么要学计算机网络？
  • 计算机网络概述
  • 计算机网络的分类
    • 按交换技术分类
    • 按使用者分类
    • 按传输介质分类
    • 按覆盖网络分类
    • 按覆盖网络分类
  • 局域网的连接方式
    • 有线连接
      • 直接连接
    • 路由器连接
  • 无线连接
    • Wi-Fi连接
  • 虚拟专用网络（VPN）连接
  • 子网连接
  • 使用局域网桥接器
  • 网络体系结构
    • OSI体系结构（七层）
    • TCP/IP体系结构（四层）
    • 五层体系结构
    • 物理层（Physical Layer）
      • 定义
      • 主要功能
      • 特点
    • 数据链路层（Data Link Layer）
      • 定义
      • 主要功能
      • 特点
    • 网络层（Network Layer）
      • 定义
      • 主要功能
      • 特点
    • 传输层（Transport Layer）
      • 定义
      • 主要功能
      • 特点
    • 会话层（Session Layer）
      • 定义
      • 主要功能
      • 特点
    • 表示层（Presentation Layer）
      • 定义
      • 主要功能
      • 特点
    • 应用层（Application Layer）
      • 定义
      • 主要功能
      • 特点

前言

嗨喽，各位小伙伴们大家好啊，今天我们将进入一个全新课题——《计算机网络》，相信很多小伙伴学习该科目是为了应对考研408中的计算机网络部分，在接下来的学习时间里，我也会为大家分享足够的知识点以及题型，不求拿高分，至少可以让计算机网络不会成为你的后腿。想了解更多《计算机网络》相关内容请订阅内容【计算机网络】。
注：本教程为《计算机网络基础课》，适用于《计算机网络》初学以及考研一轮复习的同学学习，并非为考研复习课，内容更偏向基础知识
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我们为什么要学计算机网络？

《计算机网络》在考研408中占25分，8个选择题，一个大题计算机网络知识点很多的，不过部分不是很难，主要以记忆为主。计算机网络的知识点。计网的分数在408中占得比例最小，这里我建议将王道考研复习课单科反复看，结合本专栏对知识点进行分类总结，相信《计算机网络》对你来说不成问题。
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计算机网络概述

计算机网络也称计算机通信网。关于计算机网络的最简单定义是：一些相互连接的、以共享资源为目的的、自治的计算机的集合。若按此定义，则早期的面向终端的网络都不能算是计算机网络，而只能称为联机系统（因为那时的许多终端不能算是自治的计算机）。但随着硬件价格的下降，许多终端都具有一定的智能，因而“终端”和“自治的计算机”逐渐失去了严格的界限。若用微型计算机作为终端使用，按上述定义，则早期的那种面向终端的网络也可称为计算机网络。
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计算机网络的分类

按交换技术分类

  • 电路交换网络：电路交换网络是一种在通信双方通信之前，需要建立一条物理通信路径，然后在通信过程中一直占用这条通信路径，直到通信结束后才会释放的交换方式。这种交换方式类似于传统的电话通信方式。
  • 报文交换网络：报文交换网络是一种通信双方通过发送完整的报文进行通信的交换方式。在报文交换中，整个报文先传输到相邻的结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
  • 分组交换网络：分组交换网络是一种将通信数据分成固定大小的数据包（分组），然后通过网络传输的交换方式。每个数据包包含目的地址、源地址、校验等信息，可以独立传输。
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按使用者分类

  • 公用网：一般是指由国家的邮电部门或网络服务提供商建设的，供公共用户使用的通信网络。这种网络是开放的，任何愿意按规定交纳费用的人都可以使用。
  • 专用网：专用网是指专用于一些保密性要求较高的部门或组织的网络，如企业内部专用网、军队专用网等。这种网络是封闭的、私有的，只对特定用户或组织开放
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公用网络

按传输介质分类

  • 有线网络：通过物理连接如电缆（如以太网线）或光纤等传输介质将计算机或其他设备与路由器、交换机等网络设备相连，从而实现数据的传输和通信。
  • 无线网络：利用无线电波进行数据传输，设备通过WiFi等无线信号连接到路由器或接入点，无需物理连接线。

按覆盖网络分类

  • 广域网WAN：广域网（Wide Area Network，WAN）是一种覆盖范围广泛的计算机网络，通常由多个局域网（LAN）或城域网（MAN）通过路由器、交换机等设备互联而成，可以连接不同城市、国家甚至全球的计算机网络。
  • 局域网LAN：局域网（Local Area Network，LAN）是一种局限于较小范围内的计算机网络，通常是指一个建筑物、校园、公司等内部的计算机网络。
  • 城域网MAN：城域网（Metropolitan Area Network，MAN）是介于局域网（LAN）和广域网（WAN）之间的一种计算机网络，覆盖城市或地区范围。
  • 个域网PAN：个域网（Personal Area Network，PAN）是一种非常小范围的计算机网络，通常包括个人电脑、手机、平板电脑等个人设备之间的连接。
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按覆盖网络分类

  • 总线型网络：是一种采用单一传输介质连接多个节点设备的网络拓扑结构。在总线型网络中，所有的节点设备共享同一条传输线路，通过在传输线上发送和接收数据来实现节点之间的通信。
  • 星型网络：星型网络通过中心设备（如交换机或集线器）将多个节点设备连接在一起，形成辐射状的拓扑结构。
  • 环型网络：环型网络通过连续的环将每个节点设备连接在一起，形成一个闭环的拓扑结构。
  • 网状网络：网状网络中的每个节点都与多个其他节点相连，形成一个复杂的网络结构。
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关于各种分类的详细介绍以及优缺点分析我们会在之后的章节详细介绍，这里只做了解。

局域网的连接方式

局域网的连接方式多种多样，主要包括有线连接、无线连接、虚拟专用网络（VPN）连接、子网连接以及使用局域网桥接器等多种方式。下面将详细介绍这些连接方式：

有线连接

直接连接

网线直连：适用于两台电脑之间的简单局域网连接。只需一根网线，将两台电脑直接相连，并配置相同的IP地址段（确保最后一位数字不同）和子网掩码。
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通过交换机连接：在有多台设备需要连接的情况下，可以使用交换机作为中心设备。将每台设备的网线连接到交换机的不同端口，并在设备上配置正确的IP地址和子网掩码，确保所有设备处于同一局域网中。
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路由器连接

将路由器的广域网口（WAN口）与Modem相连，局域网口（LAN口）与电脑或其他设备相连。在路由器上配置IP地址、子网掩码等参数，确保设备能够正确接入局域网。
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无线连接

Wi-Fi连接

在路由器上设置无线网络，包括SSID（服务集标识符，即Wi-Fi名称）和密码。
设备通过搜索并连接到该无线网络，输入正确的密码后即可接入局域网。无线连接具有移动性和灵活性，适合家庭用户和需要频繁移动设备的办公场所。

虚拟专用网络（VPN）连接

通过在路由器上设置VPN服务器，或使用第三方VPN软件，可以在不同的地理位置创建一个虚拟的局域网连接。VPN连接可以确保数据传输的安全性，并允许远程用户访问局域网内的资源。

子网连接

通过子网划分将局域网划分为多个部分，每个部分有自己的IP地址范围和子网掩码。通过路由器或交换机设置子网之间的连接，使得不同子网之间的设备可以进行通信。这种方式适用于大型网络，可以提高网络管理的灵活性和安全性。

使用局域网桥接器

局域网桥接器可以将不同的局域网连接在一起，实现不同部门、楼层或者建筑之间的通信。局域网桥接器可以通过有线或者无线方式连接，扩大了局域网的范围。

网络体系结构

网络体系结构是指通信系统的整体设计，它为网络硬件、软件、协议、存取控制和拓扑提供标准。它广泛采用的是国际标准化组织（ISO）在1979年提出的开放系统互连（OSI-Open System Interconnection)的参考模型。

为了使不同计算机厂家生产的计算机能够相互通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，国际标准化组织（ISO）在1978年提出了"开放系统互联参考模型"，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。它将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，自下而上依次为：物理层（Physics Layer）、数据链路层（Data Link Layer）、网络层（Network Layer）、传输层（Transport Layer）、会话层（Session Layer）、表示层（Presentation Layer）、应用层（Application Layer）。其中第四层完成数据传送服务，上面三层面向用户。

除了标准的OSI七层模型以外，常见的网络层次划分还有TCP/IP四层协议以及TCP/IP五层协议

OSI体系结构（七层）

  • 概念清楚，理论完整，但复杂且不实用。
  • 七层从低到高依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
  • 每一层都负责不同的功能，如物理层负责数据传输的物理媒介，数据链路层负责数据帧的传输和差错控制，网络层负责路由选择和数据包的转发等。

TCP/IP体系结构（四层）

  • 得到了广泛的运用，是实际运行的网络协议。
  • 四层从低到高依次为：网络接口层（对应OSI的物理层和数据链路层）、网络层、传输层和应用层。
  • TCP/IP体系结构相对简洁，但功能强大，支持互联网上的各种应用。

五层体系结构

  • 为了方便学习，折中OSI体系结构和TCP/IP体系结构，综合二者的优点。
  • 五层从低到高依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
  • 这种模型既简洁又能将概念讲清楚，是学习计算机网络体系结构的常用模型。

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这张图是重点也是总结，它将陪伴着你整个《计算机网络》的学习

这里我们来逐个介绍计算机网络体系结构中的七个层次：
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物理层（Physical Layer）

定义

物理层是计算机网络OSI模型中的第一层，也是最低层。它主要负责为数据通信提供物理连接和传输媒体。

主要功能

  • 创建、维持、拆除物理连接：确保原始数据能在各种物理媒体上传输。
    提供物理传输介质：如光纤、双绞线、同轴电缆等。
  • 处理数据传输并监控数据出错率：保证数据流的透明传输。

特点

物理层关心的是如何传输信号，主要任务是规定各种传输介质和接口与传输信号相关的一些特性，包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。

数据链路层（Data Link Layer）

定义

数据链路层是OSI模型的第二层，负责在物理层提供的服务基础上，在通信的实体间建立数据链路连接。

主要功能

  • 封装数据帧：将物理层传来的未经处理的位数据包装成数据帧。
  • 差错控制：采用差错控制与流量控制方法，确保数据传输的可靠性。
  • 访问控制：通过控制访问网络介质的机制，协调多个节点对共享信道的访问。

封装成帧,透明传输,差错检验

特点

数据链路层提供了对物理层的加强，将物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路。

网络层（Network Layer）

定义

网络层是OSI模型的第三层，负责将数据从源端经过若干个中间节点传送到目的端。

主要功能

  • 路由选择：通过路由选择算法为分组选择最佳的传输路径。
  • 拥塞控制：防止网络中出现过多的分组而导致性能下降。
  • 网络互联：实现不同网络之间的互联。

特点

网络层是网络通信的核心，它向上层提供了最基本的端到端的数据传送服务。

传输层（Transport Layer）

定义

传输层是OSI模型的第四层，负责向用户提供可靠的端到端服务。

主要功能

  • 差错控制：检查和修复传输过程中可能出现的错误。
  • 流量控制：控制数据传输的速率，防止发送方发送速率过快导致接收方无法处理。
  • 连接管理：建立、维护和终止端到端的连接。

特点

传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。

会话层（Session Layer）

定义

会话层是OSI模型的第五层，负责在两个通信节点之间建立、维护和终止会话。

主要功能

  • 会话管理：管理不同应用程序之间的会话。
  • 同步：确保数据的同步传输。
  • 对话控制：管理数据的交换方式。

特点

会话层使得不同主机上的应用程序能够有序、同步地进行通信。

表示层（Presentation Layer）

定义

表示层是OSI模型的第六层，负责处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。

主要功能

  • 数据格式转换：将一种数据格式转换为另一种数据格式。
  • 数据加密与解密：确保数据在传输过程中的安全性。
  • 数据压缩与恢复：减少数据传输的带宽需求。

特点

表示层使得不同系统之间的数据交换更加灵活和高效。

应用层（Application Layer）

定义

应用层是OSI模型的最高层，直接为用户提供各种网络服务。

主要功能

  • 网络应用：支持各种网络应用程序，如电子邮件、文件传输、远程登录等。
  • 协议转换：将网络协议转换为应用程序能够理解的格式。
  • 用户接口：提供用户与网络之间的接口。

特点

应用层是计算机网络与用户之间的桥梁，使得用户能够方便地使用各种网络服务。

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