软考系统架构师-计算机网络基础

3.1 网络的基本概念

3.2 通信技术

3.3 网络技术

3.4 组网技术

1.网络设备及其工作层级

2.网络协议

（1）应用层协议。

（2）传输层协议。

（3）网络层协议。

3．交换机

4．路由器

3.5 网络工程

1．网络建设工程

2．分层设计

3.1 网络的基本概念

跟网络有关的指标分为：

（1）性能指标：从速率、带宽、吞吐量和时延等不同方面来度量计算机网络的性能。

（2）非性能指标：从费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、易管理性和可维护性等来度量。

3.2 通信技术

（1）数据与信道：在通信中的数据包括模拟信号和数字信号，通过信道来传输，信息传输就是信源和信宿通过信道收发信息的过程。信道可分为逻辑信道和物理信道。逻辑信道是指在数据发送端和接收端之间存在的一条虚拟线路，可以是有连接的或无连接的，以物理信道为载体。信号在信源端和信宿端都需要经过信号变换，中间经过编码、交织、调制和解码等过程。

（2）复用技术：是指在一条信道上同时传输多路数据的技术，如TDM时分复用、FDM频分复用和CDM码分复用等。即一条路上行驶多辆货车。

（3）多址技术：是指在一条线上同时传输多个用户数据的技术，在接收端把多个用户的数据分离，如TDMA时分多址、FDMA频分多址和CDMA码分多址等。即一辆车上的货物属于不同用户。

（4）5G通信网络。作为新一代的移动通信技术，网络结构、网络能力和应用场景等都与过去有很大不同，具有高速率、低时延、接入用户数高等优点。

3.3 网络技术

（1）局域网（LAN）。是指在有限地理范围内将若干计算机通过传输介质互联成的封闭型的 21 第3小时淘宝店铺：跨时代图书会提供计算机网络。局域网有总线型、星型、树型、环型、网状五种拓扑结构，如图3.2所示。

（a）总线型（b）星型（c）树型（d）环型（e）网状图3.2 根据网络拓扑结构分类

（2）以太网（Ethernet）。是一种计算机局域网组网技术，由IEEE 802.3定义。以太网数据帧的最小长度必须不小于64字节，最大长度一般是1518字节。设置最小帧长是为了避免冲突，最小帧长是根据网络中检测冲突的最长时间来定的。

（3）无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）。利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号。WLAN采用IEEE 802.11标准，有a、b、g、n、ac等子标准，802.11n传输速率可达200Mb/s，802.11ac则可达1Gb/s。WLAN拓扑结构有点对点型、Hub型和完全分布型。点对点型用于网络互联和延长；HUB型用于终端接入；完全分布型则处于理论探讨阶段无具体应用。

（4）广域网（WAN）。是一种将分布于更广区域的计算机设备联接起来的网络，需要使用路由器和网关设备。广域网由通信子网与资源子网组成。广域网可以分为公共传输网络、专用传输网络和无线传输网络3类。

广域网相关技术有同步光网络（SONET）、同步数字体系（SDH）、数字数据网（DDN）、帧中继（FR）和异步传输技术（ATM）。

（5）城域网（Metropolitan Area Network，MAN）。是在单个城市范围内所建立的计算机通信网，采用IEEE 802.6标准。通常分为3个层次：核心层、汇聚层和接入层。

（6）移动通信网。其发展经历了1G模拟信号传输、2G数字通信技术、3G扩展频谱、4G快速发展繁荣、5G多业务、多技术融合等5代。5G网络的主要特征为服务化架构和网络切片。 1）服务化架构（Service-Based Architecture，SBA）可以实现网络功能的灵活定制和按需组合，以及软件快速迭代和升级。 2）网络切片技术可以在单个物理网络中切分出多个分离的逻辑网络用于不同业务。5G还引入了基于灵活以太网（Flexible Ethernet，FlexE）的硬切片技术。

3.4 组网技术

1.网络设备及其工作层级

(1)集线器(Hub)和中继器(Repeater)工作在物理层。

(2)网桥(Bridge)和交换机(Switcher)工作在数据链路层。

(3)路由器(Router)和防火墙(Firewall)主要工作在网络层。防火墙是网络中一种重要的安全设备，作为网络对外的门户。

2.网络协议

OSI/RM七层模型见表3.1。

Internet协议的主要协议及其层次关系见表3.2。

这里根据考试大纲，列举一些常见的协议供广大考生学习。

（1）应用层协议。

1）文件传输协议（File Transport Protocol，FTP）：是网络上两台计算机传送文件的协议，运行在TCP之上，是通过Internet将文件从一台计算机传输到另一台计算机的一种途径。FTP在客户机和服务器之间需建立两条TCP连接，一条用于传送控制信息（使用21号端口），另一条用于传送文件内容（使用20号端口）

2）简单文件传输协议（Trivial File Transfer Protocol，TFTP）：是用来在客户机与服务器之间进行简单文件传输的协议，提供不复杂、开销不大的文件传输服务。TFTP建立在UDP之上，69 号端口；提供不可靠的数据流传输服务，不提供存取授权与认证机制，使用超时重传方式来保证数据的到达。

3）超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol，HTTP）：是用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。HTTP建立在TCP之上，使用80号端口。

4）安全超文本传输协议（Hypertext Transfer Protocol Secure，HTTPS）：是以安全为目标的 HTTP通道，在HTTP的基础上通过传输加密和身份认证保证了传输过程的安全性。HTTPS在HTTP 的基础下加入安全套接层（Secure Socket Layer，SSL）或TLS，HTTPS使用的443号端口。

5）动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）：通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中地管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态地获得IP地址、网关地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。在网络范围内可能存在多个DHCP 服务器，各自负责不同的网段，也可能由同一个DHCP服务器，负责多个不同网段的地址分配。如果网络中有多个DHCP服务器发送OFFER报文，客户端只根据第一个收到的OFFER报文，返回REQUEST报文。

6）域名系统（Domain Name System，DNS）：DNS把主机域名解析为IP地址的系统，而PTR （Pointer Record）负责将IP地址映射到域名的解析。

DNS查询过程有两种方法，见表3.3。

（2）传输层协议。

1）传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）。TCP是可靠的、面向连接的网络协议。具有差错校验和重传、流量控制、拥塞控制等功能。适用于数据量比较少，且对可靠性要求高的场合。

2）用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）。UDP是不可靠的、无连接的网络协议。 UDP适合数据量大，对可靠性要求不是很高，但要求速度快的场合。

（3）网络层协议。

IPv6被称为“下一代互联网协议”，IP数据报的目的地址有单播、多播/组播、任播。IPv4 to IPv6过渡技术主要有：双协议栈技术、隧道技术、NAT-PT 技术。

3．交换机

交换机功能包括集线功能、中继功能、桥接功能、隔离冲突域功能。

交换机协议有：（1）生成树协议（STP），可以很好地解决链路环路问题。

（2）链路聚合协议，可以提升与邻接交换设备之间的端口带宽和提高链路可靠性。

4．路由器

路由功能由路由器（Router）来提供，包括异种网络互连、子网协议转换、数据路由、速率适配、隔离网络、报文分片和重组、备份和流量控制。

路由器协议主要有：

（1）内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP）：指在一个自治系统（Autonomous System，AS）内运行的路由协议。

（2）外部网关协议（Exterior Gateway Protocol，EGP）：指在 AS之间的路由协议。EGP是为简单的树型拓扑结构设计的。

（3）边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）：Internet的网络规模庞大，网络情况复杂， EGP已不适用，在EGP的经验之上制定了新的网关协议即BGP，也是Internet上唯一的网关协议。

3.5 网络工程

1．网络建设工程

可分为网络规划、网络设计和网络实施3个环节。

（1）网络规划以需求为导向，兼顾技术和工程可行性。

（2）网络设计包括逻辑设计和物理设计，逻辑设计指网络结构设计、网络技术选型、IP地址和路由设计、网络冗余设计以及网络安全设计等；物理设计指布线设计、机房设计、设备选型等。网络冗余设计的目的就是避免网络组件单点失效造成应用失效；备用路径是在主路径失效时启用，其和主路径承担不同的网络负载；负载分担是网络冗余设计中的一种设计方式，其通过并行链路提供流量分担来提高性能；网络中存在备用链路时，可以考虑加入负载分担设计来减轻主路径负担。（3）网络实施包括工程实施计划、网络设备验收、设备安装和调试、系统试运行和切换、用户培训等。