计算机网络原理思维导图模板_ProcessOn思维导图、流程图

第一章计算机网络概述

第一节计算机网络的基本概念

计算机网络的定义

是互联的，自治的计算机集合

协议的三要素

语法、语义、时序

计算机网络的功能

软件、硬件、信息资源的共享

计算机网络的分类

覆盖范围

个域网、局域网、城域网、广域网

拓扑结构

星型、总线型、环型、网状、树形、混合拓扑结构

图片展示

拓扑结构图

交换方式

电路交换、报文交换、分组交换

用户属性

公用网、私有网

第二节计算机网络结构

网络边缘

个人电脑，手机等终端设备

接入网络

电话拨号、ADSL、局域网等

网络核心

通信链路互联等分组交换设备构成的网络，主要实现网络边缘数据的中继和转发

图片展示

计算机网络结构图

第三节数据交换

数据交换的概念

交换节点和传输介质的集合成为通信子网，即核心网络

电路交换

比如打电话。需要先建立专用的连接，再利用该电路通讯，结束后再解除电路。实时性高，独占线路；
对于突发性数据传输，信道利用率低（没有数据传输还是占用着，所以比较贵）

报文交换

以报文为单位在交换网络节点间以存储-转发的方式交换。
不需要建立连接，只有报文在转发才占用信道，要排队增加延时。

分组交换

把报文分组发送，也是存储-转发。
优点：对交换设备的存储要求低，交换快，公平，可靠
分组长度的确定的两个因素：延迟时间和误码率

第四节计算机网络的性能

速率和带宽

速率：网络单位时间内传输的数据量，bit/s或者bps

带宽：频带宽度，即信号成份的最高最低之差，Hz赫兹

时延

数据到另一个节点所需要的时间，分组过程中产生的四种时延：

节点处理时延
排队时延
传输时延（数据搬上传输带上）
传播时延（传输带传输的时间）

时延带宽积

时延✖️带宽

丢包率

评价和衡量网络性能指标，很大反映网络的拥堵程度

公式：丢失分组总数➗发送分组总数

吞吐率

单位时间内源主机通过网络向目的主机实际送达的数据量。

常用于度量网络实际数据传输（通过）能力

第五节计算机网络体系

分层思想：过于复杂所以要分层
体系结构定义：每一层及各层的协议集合
七层太多了，分成四层，四层又太少了，又提出五层

OSI七层参考模型

应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

TCP/IP四层模型

应用层、传输层、网络互联层、网络接口层

图片展示

TCP/IP四层

五层参考模型

应用层（报文）、传输层（段）、网络层（数据报）、链路层（帧）、物理层（比特流）
每一层分别处理不同的数据

第二章网络应用

第一节计算机网络应用体系结构

C/S结构

主要特征是通信是客户和服务端之间进行，客户与客户之间不进行直接通信

P2P结构

是一个服务器和客户的结合体，对等端之间直接通信

混合结构

既有中心服务器的存在，又有对等端间的直接通信

第二节网络应用的通信基本原理

无论任何结构的通信原理都是C/S通信：服务端允许服务进程等待客户端发起请求，
客户端运行客户进程主动发送请求到服务端，通过应用层协议进行通信

第三节域名系统（DNS）

层次化域名空间

顶级域名：com、org、net等
二级域名：google、baidu等
三级域名：www、mail等

域名服务器

域名解析：将域名映射成IP地址等过程

域名服务器

为了实现域名解析、需要建立分布式数据库存储域名和IP地址之间的关系数据，
域名服务器根据用户查询提供域名查询服务

使用UDP（53）端口

第四节万维网应用

HTTP 1.0/1.1

非持久连接/并行连接

图片展示

非流水方式持久连接/流水方式持久连接

子主题

请求报文格式

子主题

响应报文格式

子主题

响应状态码

子主题

Cookie

为了辨别用户、保持会话而存储用户本地终端上的数据

第五节 Internet电子邮件

主要包括用户代理、邮件传输协议（SMTP）、邮件服务器、邮件读取协议

发邮件

SMTP是应用层协议，使用TCP实现可靠传输，端口25
通过三个阶段实现传输：握手阶段、传输阶段、关闭阶段

连接过程

电子邮件包含首部、空白行、主体三部分

MIME多用途互联网邮件扩展，原本邮件只能传输7位的ascii码。所以需要扩展能传输其他的

读取邮件

POP3 第三版邮局协议

所有操作都会下载到本地副本，邮件服务器上面还存在

IMAP 互联网邮件访问协议

所有操作直接操作邮件服务器上面，本地没有副本

HTTP

不需要任何都邮件客户端，只需要一个浏览器就可以

第六节 FTP

在互联网中两个主机实现文件互传的应用层协议
建立两个连接，控制连接（21）传输控制命令，数据连接（20）传输文件数据

第七节 P2P应用

优势：充分聚集和利用了端系统的计算能力和网络资源，对服务器的依赖小

第八节 Socket网络编程

提供应用层和传输层之间的接口

子主题

TCP

子主题

UDP

子主题

第三章传输层

第一节传输层的基本服务

主要功能

传输层协议只提供逻辑通信服务，只需要在端系统实现，通信的对象是应用软件

传输层的端口和寻址

子主题

第二节传输层的复用与分解

多路复用

对于发送端来说，不同的应用需要发送不同数据，如何判断呢？传输层就扫描每个端口是否有数据需要发送

多路分解

对于接收端来说，获取到的数据需要放到对应的端口上去，应用在从端口中获取数据。

这个是传输层的基本功能，支持众多应用使用同一个协议，并且能保证数据能精准的到达应用上。

传输层套接字

UDP套接字<目的IP，目的端口>

TCP套接字<源IP，源端口，目的IP，目的端口>

第三节停等协议与滑动窗口协议

实现数据可靠传送的原理

停-等协议

每次发送一段报文后就停下来等待对方反馈确认

滑动窗口协议

图解

子主题

第四节用户数据报协议（UDP）

数据结构

子主题

UDP校验和步骤

子主题

第五节传输控制协议（TCP）

报文结构

子主题

三次握手

1.客户端发送SYN连接请求
2.服务端响应SYNACK同步确认
3.客户端发送ACK确认

子主题

四次挥手

1.客户端群请求关闭
2.服务端响应关闭
3.服务端发送确认关闭
4.客户端响应确认关闭

图解

子主题

TCP拥堵策略

加性增加，乘性减少。窗口大小慢慢增加，如果发生拥堵直接减少一半

第四章网络层

第一节网络层服务

主要作用是将数据报从从源主机送到目的主机。

转发：从输入接口转发到输出接口

路由选择：决定分组转发的路由和路径

如图所示

子主题

第二节数据报网络与虚电路网络

数据报网络

按照主机地址进行路由选择的网络

无连接，不可靠，每个分组进行独立的选择，路径可能不一样，可能会出现分组的乱序和丢失。
目前的计算机网络使用的就是数据报网络。

虚电路网络

在网络层提供面向连接的分组交换服务

需要建立一条逻辑连接，不需要为每条虚电路分配独享的资源（区别于电路交换），根据虚电路信号沿着虚电路路径按序发送分组

第三节网络互连与网络互连设备

异构网络互连

两个网络的通讯技术和运行的协议不同两者需要互连

1.协议转换。2.构建虚拟互连网络（构建上层IP协议）

路由器

输入输出端口工作原理

子主题

交换结构

子主题

第四节网络层拥塞控制

拥塞：一种持续过载的网络状态，此时用户对网络资源的总需求超过网络固有的容量。主要产生的原因：
缓存区容量有限；传输线路的带宽有限；网络节点的处理能力有限；网络中某些部分发送了故障

流量感知路由

根据网络负载动态调整，将网络流量引导到不同的链路上面，均衡网络的负载，从而延缓或者避免拥塞的发送。
多路径路由，缓慢的转移流量到另一条链路

准入控制

是一种广泛应用于虚电路网络的拥塞预防技术。
对新建的虚电路进行审核，如果新建的会导致网络变得拥塞，那么就拒绝建立新的虚电路。

流量调节

1.感知拥塞。2.处理拥塞：将拥塞信息通知其上游节点
处理方法：抑制分组：给源主机返回一个抑制分组。背压：从拥塞节点到源节点路径上的每一跳都发挥抑制作用

负载脱落

路由器主动丢弃一些数据报。

第五节 Internet网络层

IPv4

数据包格式，首部固定20字节

图示结构

子主题

版本：判断是IPv4还是IPv6

标识：判断这些分片是否属于同一个IP数据报

片偏移：判断各分片的先后顺序

IP地址长度：32位

IPv4编址分类图

子主题

子网划分：将一个较大的子网划分为多个较小的子网。较大的子网具有较短的网络前缀，较小的具有稍长的前缀。
子网掩码：通过子网掩码来定义一个网络前缀的长度。
超网：将一个具有较长前缀的相对较小的子网合并为一个具有稍短前缀的相对较大的子网。
（在C类IP中聚合一个稍大的网络）

子网划分综合题解析

题目

计算子网地址

计算广播地址和可分配地址

计算可划分子网数

路由聚合

主要用来优化路由表，通过缩短子网掩码把连续的子网聚合成一个较大的子网，减少路由匹配次数

子主题

路由匹配综合题

题目

计算

动态主机配置协议DHCP

在一个网络号中有很多主机号需要分配，人工设置就太麻烦了，所以需要动态分配

网络设置自动获取IP地址的时候，会广播询问谁是DHCP服务器。可能会收到多个DHCP的回应，那么就从其中选一个合适的获取IP地址

网络地址装换NAT

从内网到进入互联网的IP数据报

将源地址替换成公网的IP，端口也替换，然后把替换关系记录在NAT表中

从互联网返回进入内外的IP数据报

更具返回的源地址和NAT表做匹配，在转给对应的内部IP

ICMP

互联网控制报文协议，在主机或者路由器间，实现差错信息报告。是一个辅助的协议。PING命令

子主题

IPv6

解决IPv4地址耗尽的问题

首部长度固定40字节

地址长度为128位

IPv4到IPv6的迁移。双协议栈，隧道

第六节路由算法与路由协议

Doklstra算法

是一种全局式的路由算法，每个路由器通过从其他路由获取的链路构建出整个网络拓扑图

Bellman-Ford算法

每个节点基于其邻居节点的直接链路距离，以及邻节点同步过来的距离向量，
计算并更新其到达每个节点的最短距离，然后在通告给别人，直到距离向量不再改变。

层次化路由选择

因为网络中很多节点，所以需要划分自治系统，每个自治系统都有一个边缘节点，所以
存在自治系统之间的路由协议和自治系统内部的路由协议

自治系统内的网关路由协议

RIP

基于距离向量路由选择算法，调数作为距离度量，最大不超过15跳，没30秒交换一次

OSPF

基于链路状态路由选择算法

自治系统间的外部网关的路由协议

BGP

第五章数据链路层与局域网

第一节数据链路层服务

链路：通信链路连接的相邻结点的通信信道。数据单元为帧。
链路收到网络层的数据报再添加帧头和帧尾再发送到下一个结点。

1.组帧
2.链路接入：点对点链路，广播链路
3.可靠交付（可靠传输多用于高出错率链路）
4.差错控制

第二节差错控制

1.检错重发
2.前向纠错，接收端可以自行差错纠正
3.反馈校验，接收端将数据原封不动的发回发送端
4.检错丢去

香农信道编码定理：理论上可以通过编码使得数据传输过程不发生错误，或者减少概率。类是签名算法

差错编码的纠错与纠错能力

汉明距离：两个等长码之间，对应位不同的位数。列如：1111和1100之间的汉明距离为2
检错编码：如果编码集的汉明距离是d=r+1，则可以检错r位的差错；如果是d=2r+1，那么可以纠错1位。
（如果在编码集中没有找到，那么就与集合中所有码进行位比较找出最小的汉明距离，那么极有可能就它了）

典型的差错编码

奇偶校验

奇校验：编码后的码字中的“1”的个数为奇数。比如：101，后加多1为1011，1的个数为奇数

偶校验：编码后的码子中的“1”的个数为偶数。比如：101，后加多0为1010，1的个数为偶数

汉明码

汉明距离实现单个比特差错纠正

循环冗余码CRC（广泛使用）

检查能力强，编码效率高，实现简单

子主题

第三节多路访问控制协议（mac协议）

点对点链路

广播链路

单一共享广播信道传送，两个或者以上同时传送就会有可能出现干扰，接受失败

三大类

信道划分：划分区域，各用各的信道。满的话利用率最高，但是如果只有一个再发就浪费了

随机访问：信道不划分，存在冲突，就有解决冲突恢复机制

轮转：轮流使用

第四节局域网

数据链路寻址与ARP

MAC地址

每个接口对应一个MAC地址，全球唯一，长度48位

ARP地址解析协议

更具本网内目的主机或者默认网关的IP地址获取其MAC地址，通过广播来询问

以太网

IEEE802.3标准

采用CSMA/CD访问控制方法

以太网技术：1.10Base-5、10Base-T，100Base-TX、100Base-T4、100Base-FX、千兆、万兆

交换机

转发与过滤

可依旧接收的链路层桢的目的MAC地址，选择性的转发到相应到端口，以MAC地址为主键，查找交换表

自学习

通过自学习构建交换表

优点

消除冲突，提高性能；支持易质链路；易于进行网络管理

以前到以太网用的总线结构，所有出现信号到冲突，导致性能很差，加入交换机不仅仅是增加了端口，也解决了问题

虚拟局域网

1.一种基于交换机（支持VLAN功能）的逻辑分割广播域的局域网应用

2.不受物理位置的限制，以软件的方式划分和管理局域网中的工作组

3.能抑制广播风暴

4.划分方法：基于交换机端口，基于MAC地址，基于上层协议类型或地址

在局域网中划分不同工作组，互相隔离，通过交换机实现

第五节点对点链路协议

PPP点对点协议

能够处理差错检测、支持多种协议上层协议、允许连接时协商IP地址、允许身份认证。典型应用：拨号上网

功能：成桢、链路控制协议LCP，网络控制协议NCP

一开始通过LCP拨号，拨通了就通过NCP向服务器申请IP地址进行身份认证计费等

HDLC协议

可应用点对点链路和点对多链路

通过两个桢定界01111110包裹着数据内容。如果内容有包含桢定界，通过位填充来避免。
发送方发现数据字段有连续5个1，就立即插入一个0保证不会连续出现6个1，
接收方发现数据流中有5个连续的1就删除其后面的0，还原数据

第六章物理层

第一节数据通信基础

数据通信基本概念

消息：人类能够感知的描述成为消息
信息：信息是对事物状态或者存在方式的不确定性表述，信息是可以度量的。
通信：本质就是在一点精确或者近似的再生另一点的信息
通信系统：能够实现通信功能的各种技术、设备和方法的总体
信号：通信系统中、在传输通道中传播信息的载体
数据：对客观事物的性质状态以及相互关系等进行记载的符号及其组合
信道：信道是以传输介质为基础的信号通道

数据通信系统模型

通信系统的构成：信源、发送设备、信道（噪声源）、接收设备、信宿

模拟信号：信号的因变量是连续的。线条是波浪形

数字信号：因变量是离散的。线条是不连续的

数据通信方式：1.单向通信、双向交替通信和双向同时通信；2.并行通信和串行通信；3.异步通信和同步通信

第二节物理介质

图示

子主题

第三节信道与通信容量

第四节基带传输

第五节频带传输

第六节物理层接口规程