计算机网络思维导图模板_ProcessOn思维导图、流程图

第一章计算机网络的概述

计算机网络的定义：

将地理位置不同的具有独立功能的计算机或由计算机控制的外部设备，通过通信线路或通信设备连接起来，在网络操作系统的控制下按照约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统

计算机网络是计算机技术和通信技术的结合

计算机网络的功能

数据通信

资源共享
(最主要的目的)

硬件资源

软件资源

信息资源

提高系统的可靠性

均衡负载和分布式处理

计算机网络的发展

第一代 20世纪60年代

面向终端的计算机网络

以主机为中心，面向终端

分时访问，使用中央服务器上的资源

中央服务器的性能和运算速度决定链路终端用户数量

第二代 20世纪60年代末 70年代初

以通信子网为中心的网络

ARPANET(阿帕网) 的诞生标志着计算机网络进入了一个新的纪元

以通信子网为中心

出现了大量的共用数据网

局域网的成功研制

第三代 20世纪70~80年代末

标准化网络

网络技术标准化

国际标准化组织（iso）制定出了计算机网络体系结构 osi参考模型

体现了网络的兼容性一致性

第四代 20世纪80年代末

以下一代internet 为中心的新一代网络

网络的高速发展，网络经济快速发展

网络在社会中的大量应用

计算机的发展方向

高速化智能化实时化集成化多媒体化

计算机网络的组成

按逻辑上划分

资源子网

主机终端控制器终端各种数据资源

通信子网

通信设备通信线路通信控制处理机(ccp)

按照物理连接

计算机系统

信息的采集存储加工

通信线路通信设备

信息的接受发送转发

网络协议，网络软件

网络操作系统（基础）

网络协议软件（核心）

计算机网络的拓扑

总线型

特点

结构简单，便于扩充，价格相对较低，安装使用方便，信道利用率高

节点越多网络的发送接受速率就越慢一旦总线出现故障整个网络将处于瘫痪

应用

适用于局域网，对实时性要求不高的网络

信息管理系统办公自动化广播教学

星型

任意节点都必须经过中心节点，中心节点通过存储转发技术将数据帧传送

用到的网络通信设备

集线器（hub）
交换机（switch）

特点

结构简单，组网容易，便于扩充，便于控制和管理，网络延迟小

中兴节点负载较重，容易形成瓶颈，线路利用率不高，中兴节点故障，整个网络瘫痪

应用

学校实验室企业办公室

环形

是由各个节点首尾相连形成的闭合的环路，数据传输是单向的，每个节点都需要安装中继器，用于接受，放大信号。

特点

结构简单，组网容易，便于管理

入其中一个工作站故障，整个网络瘫痪，当节点过多时将影响数据的传输效率，非常不利于扩展

应用

树型

特点

易于扩展，可以延申出许多分支和子分支，故障易隔离

越靠近顶部节点处理能力越强，其可靠性要求越高；对顶部节点依赖太大；如果顶部节点发生故障，全网不能正常工作。

应用

网状结构

特点

可靠性极强

结构复杂，必须采用流量控制方法和路由选择方法线路成本高，不易管理维护

应用

适用于大型广域网

网络拓扑：主要是用于通信子网中

计算机网络的分类

按照覆盖范围

局域网 LAN

传输速率快传统的LAN 速度为10~100 Mb/s 新的LAN 速率可达1000 Mb/s

传输延时低误码率低

组网方便，实用灵活，是目前计算机网络中最活跃的分支

工作在有限的地理范围采用单一的传输介质（网线）

数据传输距离短

城域网 MAN

采用和局域网类似的技术，只是范围和规模上更大一些，速率1Mbps以上

采用光纤和微波做为通信介质

广域网 WAN

传输速率低

Internet 就是典型的广域网

Internet 属于互联网

局域网有统一的管理机构，广域网没有统一的管理机构

广域网的产生要迟于局域网

按照传输介质

有线网

双绞线

分为四组八根线接头RJ-45 用于局域网

价格便宜且安装方便组网容易抗干扰能力差保密性差

最大传输距离是100米超过100米需要使用中继器中继器最多只能使用4格个

同轴电缆

应用于有线电视

光纤

传输的是光信号应用于广域网

传输距离远抗干扰能力强保密性好

无线网

无线电波卫星红外线微波

无线局域网易于安装和使用传输速率远远低于有线局域网误码率也比较高站点之间相互干扰比较厉害

按照用途

专用网

通用网

按照传播技术

广播式网络

局域网采用
总线型就是广播
卫星也是广播
环型也是广播

共享链路线路

点对点式网络

广域网采用

独占链路

星型，树型，网状型都采用点对点式网络。

计算机网络的应用

服务于企业的网络 intranet

服务于公众的网络 internet

计算机网络发展新技术

物联网 Iot

物联网的定义：

物联网是将各种信息通过各种传感设备和系统（传感器，射频识别系统，红外感知系统，激光扫描器等）条码于二维码，全球定位系统，按照约定的通信协议，将人与人，物与人，物与物连接起来通过各种接入网，互联网进行信息交换，以实现智能化识别，定位，跟踪，监管和管理的一种信息网络。

用到的技术

射频技术

传感技术

嵌入式技术

ipv6 技术

位置服务技术

物联网的特点

各种感知技术的广泛应用

是一种建立在互联网上的泛在网络

不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理能力，能够对物体实施智能控制。

物联网的分类

公有物联网 Public IoT

私有物联网 Private IoT

社区物联网 Community IoT

混合物联网 Hybrid IoT

物联网的应用领域

工业自动化军事反恐城市建设

物联网的体系结构

应用层

智能识别，定位，跟踪，监管，管理

网络层

ipv6

感知层

利用射频技术，传感器，摄像头

云计算

定义

是基于互联网的相关服务的增加，使用和交付模式通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。

服务方式

IaaS 基础设施及服务

基础层

PaaS 平台及服务

软件开放

SaaS 软件及服务

应用软件

特点

资源配置动态化

需求服务自动化

以网络为中心

资源的池化和透明化

大数据

特点

大量 Volume

高速 velocity

多样 variety

低价值密度 value

真实性 voracity

人工智能

应用

百度机器人

无人驾驶

谷歌的Alpha Go

人脸识别

open ai 的chatgpt

电子商务关键技术

网络通信

EDI技术（电子数据交换）

电子支付技术

安全技术

数据库技术

5G

关键技术

大规模天线阵列

超密集组网

新型多址技术

全频谱接入技术

新型网络架构

优点

从用户看

更高的速率更宽的带宽

虚拟现实超高清视频

从行业应用看

更高的可靠性更低的延时

智能制造智能驾驶

从发展态势看

5G还处于研究阶段今后几年还是以4G为主导

应用

智慧城建，自动驾驶，远程医疗，远程教育，远程办公

三网融合

主要指高层业务应用的融合通过技术改造，其技术功能趋于一致，业务范围趋于相同，网络互联互通，资源共享，能为用户提供语言，数据和广播电视等服务

优点

信息服务将由单一业务转向文字，语言，数据，图像视频等业务

极大的减少基础建设的投入，并简化网络管理，降低维护成本

从各自独立的专业网络向综合性网络转变，网络性能提升，资源利用水平进一步提高

第二章数据通信基础

数据通信的基本概念

信息是对客观事物的运动状态和存在形式的反映

信息的载体可以是：数字文字语音图形图像

信息的特征

数据是传递信息的实体，是信息的一种表现形式

模拟数据描述连续变化的数据如声音温度

数字数据描述不连续变化的数据如文本，整数

信号是一种携带信息的介质，是数据的一种电磁编码

信号是数据的表现形式

分类

模拟信号

连续变化的信号

数字信号

离散的

信息，数据，信号三者的关系

信息一般用数据来表示，而数据通常需要转变为信号进行传输

数据通信的概念：

指通过数据通信系统将数据以某种信号方式从一处传递到另一处

数据通信技术是计算机网络的基础

数据通信系统模型

信号变化器
（调制解调器）

发送端的信号变化器可以是：编码器和调制器

接受端的信号变化器可以是：译码器和解调器

噪音在传输过程收到的干扰称为噪音

数据通信系统的主要技术指标

信道带宽

信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围。
最高频率于最低频率只差

比特率

每秒传输的二进制代码有效位数

波特率

每秒传送的波型个数

信道容量

一般是指物理信道能够传输信息的最大能力

误码率

一般要求数字信号的误码率低于10^-6

信道延迟

信源到信宿的时间

信噪比

信号功率于噪声功率的比值
更多的使用10 ㏒10(S/N) 来表示信噪比，单位是分贝
一般来说信噪比越大说明混在信号中的噪声越小，信噪比越高越好

计算

波特率B=1/T T一个波形持续的时间单位是波特（baud）

比特率S=B㏒₂N N是一个波形代表的有效状态数单位是比特/秒（bps）
一个波形携带的信息量 n=㏒₂N

香农定律：C=W㏒₂(1+S/N) W是带宽 S/N可以有信噪比计算得出单位是比特/秒（bps）
信噪比: 1db=10㏒₁₀(S/N)

奈奎斯特定理（是理想状态下）：R=B㏒₂N=2W㏒₂N W是带宽单位是比特/秒（bps）

数据通信的方式

并行传输于串行传输

并行

距离短，要求高，速度快

应用在计算机内部

串行

节省线路，远程传输，比并行慢

计算机网络中都是以串行传输数据

单工，半双工和全双工
树蕨的传输方向

单工

半双工

全双工

数据传输的同步方式

异步传输
（起止式）

发送端在每个字节的前后分别加上一位或多位信息作为它的起始位和停止位

辅助位过多，传输效率低，适用于低速通信

同步传输

发送端和接受端始终保持时钟同步

面向字符的同步

前后各加一个同步字符SYN

面向位的同步

前后分别使用一个特殊的8位位串（01111110）作为同步字符来表示发送的开始和结束

数据传输技术

基带传输

概念：在线路上直接传输数字基带信号就成为基带传输

分类

非归零编码

简单，容易实现，
收发双方无法保持同步需要发送同步时钟

常用于局域网

高电位表示 1 ，低电位表示 0

曼彻斯特编码

自含时钟用来保持同步

常用于局域网

高电位-->低电位表示 0
低电位-->高电位表示 1

差分曼彻斯特编码

自含时钟用来保持同步

常用于令牌环网中

有跳变表示 0
无跳变表示 1

基带传输的特点：

抗干扰能力强，成本低，传输时必须占用整个信道，信道利用率低，信号衰弱严重，传输距离受限制，因此常用与局域网

频带传输

振幅键控 ASK

移频健控 FSK

移相键控 PSK

脉冲编码调制技术（PCM）

采用

量化

编码

多路复用技术

利用一条信道同时传输多路信号

目的：充分利用通信线路的带宽，提高通信介质利用率

分类

频分多路复用 FDM

利用时间分割的方式，

主要用于数字通信系统主干网

时分多路复用 TDM

利用频率变换和调制的技术，
起源于电话系统

主要用于：宽带模拟线路有线电视系统

波分多路复用 WDM

实质上是利用了光具有不同波长的特征，在一条光纤上同时传输多个不同的波长光载
使传输能力增加

主要用于全光纤网组成的通信系统中

码分多路复用 CDM

是一种用于移动通信系统的新技术，它的实现基础是微波扩频通信

频率和时间资源均为共享

注意：

FDM和WDM是以频段的不同来区分地址的，其特点是独占频段而共享时间，
TDM是共享频段而独占时间

中国采用的是E1标准

数据交换技术

电路交换

传统电话

两台计算机或终端在相互通信时，使用同一条实际物理链路。
通信过程包括：线路建立，数据传输，线路释放

特点：

传输延时小，实时性好，传播演示小

一旦线路建立好，通信双方便独享该物理线路

应用：电话系统

报文交换

用的最少

各个中间节点必须使用磁盘或外设存储数据块

特点：无专用通路，不建立物理电路，采用存储转发式，延迟非常大，不适合交互式数据通信

延迟时间=接收整个报文的时间+等待时的排队的时间

分组交换

用的最多

属于存储转发式交换，将用户的数据划分成一个个大小相同的分组，这些分组被称为包，可以缓存到交换设备的内存中而不是磁盘，

特点：

减少延时，提高网络吞吐量

提供一定程度的差错检测和代码转换能力

任何用户都不能长时间的占用线路，非常适合交互式通信

缺点：拥塞，报文分片，重组

分类：

数据报分组交换

虚电路分组交换

三种交换方式的比较：

信道带宽分配方式不同

电路交换静态
分组交换动态

收发双方的传输要求不同

电路交换支持任何速率，任何帧格式
分组交换必须按照一定的速率帧格式

计费方式不同

电路交换更具通话时间，距离，于通话量无关
分组交换按通信流量来计算

差错控制技术

产生差错的原因

热噪音

持续存在，幅度较小，与频率无关，带宽很宽

引起的差错是随机差错

冲击噪音

是有外界干扰造成的，幅度很大，持续短，

引起的是突发差错

信号的幅度衰减

传播速率的改变

差错控制编码

奇偶校验码

先将要传输的数据码元分组，并在每组后面加上一位冗余位，在分组中包括冗余位在内数据码元中 1 的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）

例子：

传输数据为“1010010”，采用奇校验时附加位为“0”，因此传输数据变为“10100100”。
如果接收端收到的数据中有一位出错（如10110100），此时奇校验就可以检查出错误。但是若接收到收到的数据中有两位出错（如01100100），此时奇校验就无法检查出错误。

特点

一般用于通信要求低的环境

只能检测错误，无法确认错误位置和纠正错误

分类

水平奇偶校验码

垂直奇偶校验码

水平垂直奇偶校验码

循环冗余码 CRC
（多项式码）

CRC的工作方法

是在发送端产生一个冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到信息后按照与发送端形成循环冗余码同样的算法进行校验，如果发现错误，则通知发送端重发。

例如：

模二除：相同为0 不同为1

第三章网络体系结构

网络体系结构的概述

分层设计

目的：减少网络的复杂度

同一机器上相邻功能层之间通过接口进行数据传递

不同机器间的同等功能层之间采用相同协议

计算机网络的层次模型

下层为上次提供服务，并隐藏下层的实现细节

分层设计的优点

各层之间是独立的

分层设计最主要的理由

灵活性好

结构上易分割

易于实现和维护

能促进标准化工作

对等进程

组成不同计算机同等层的实体称为对等进程

对等进程不一定采用相同的程序，但其功能必须一致，采用相同的协议

网络协议（通信协议）

语法

规定用户数据与控制信息的结构与格式

语义

通信双方需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种响应等。

时序

规定事件的实现顺序，即通信双方动作的时间、速度匹配和事件发生的顺序等

OSI参考模型

7层

应用层

数据

常见的应用协议：

FTP 文件传输协议

HTTP 超文本传输协议

SNMP 简单邮件传输协议

Telnet 远程登陆协议

SNMP 简单网络管理协议

DNS 域名解析协议

SSH 安全套接字协议

表示层

数据

数据格式

表示层的功能和目的：

目的就是屏蔽不同计算机在信息表示方面的差异，其功能包括传送语法的协商，以及抽象语法和传送语法之间的转换

会话层

数据

会话的连接管理

功能：向会话的应用进程之间提供会话组织和同步服务，对数据的传送提供控制和管理，以协调会话过程，为表示层实体提供更好的服务。

传输层

报文

提供的是端到端的服务

功能：向用户提供可靠的，透明的，端到端的数据传输

技术手段

分流/合流技术

目的：是使低吞吐量、低速率和高传输延迟的网络可以支持用户高速传输数据的要求

复用和解复用技术

目的：使具有高吞吐量、高速率和低传输延迟且高费用的网络可以支持用户的低传输成本的要求。

分段和合段技术

目的：使传输长度有限的网络可以支持用户的无限长度数据的传输。

差错检测和回复技术

目的：支持用户高可靠性的数据传输要求。

流量控制技术

目的：对连续传输的协议数据单元个数进行限制，避免网络拥塞。

协议

TCP
（传输控制协议）

面向连接的提供可靠服务。主要提供端到端的，面向字节流的连接。

特点

面向连接的服务

数据传输前会建立连接

面向字节流的服务

流是五报文丢失，重复和失序的数据序列， tcp协议为实现流传输服务付出了大量开销。

可靠交付

三次握手建立连接

全双工通信

tcp 连接是全双工，采用点对点的方式，因此广播和多播不能使用tcp

流量控制

采用可变滑动窗口协议

常见的TCP端口号及服务

FTP 21 文件传输协议

TELNET 23 远程登录协议

SMTP 25 简单邮件传输协议

DNS 53 域名服务器

WWW 80 web服务（world wide web）

SSH 22 远程登陆协议

TFTP 69 简单文件传输协议

NNTP 119 网络新闻传输协议

TCP报文段格式

tcp的报文头部占20个字节

tcp虽然是面向字节流的，但是tcp 传输的数据单元是报文段

TCP的建立和释放
tcp 的连接和建立都采用c/s模式（客户端/服务器）

tcp的建立三次握手

第一次客户发送连接请求

第二次服务器同意连接确认

第三次客户确认连接

tcp的释放四次挥手

第一次客户请求关闭连接

第二次服务器确认客户请求

第三次服务器请求关闭连接

第四次客户确认服务器请求

UDP
（用户数据报协议）

无连接的高效率地可靠性的服务。面向数据报的协议。

特点

UDP 提供无连接服务

在传输数据之前不建立连接，因此使得数据传输的延时小

UDP 不提供可靠的服务

udp是允许一定量的丢包，出错和复制

UDP 缺乏拥塞避免和控制机制

UDP 支持一对多，多对多，多对一，一对一服务的交互式通信

TCP和UDP 是连个独立的模块，因此他们的端口号也是独立的 tcp和udp可以使用相同的端口号，tcp端口号由tcp协议查看，udp端口号由udp协议查看

常见的UDP端口号及服务

用于使用16位来表示一个端口号，因此允许由65535个端口号其中0~1023 为保留端口号，为标准应用服务使用， 1024以上是自由端口号，为用户服务使用

TFTP 69 简单文件传输协议

SNMP 161 简单网络管理协议

RIP 520 路由信息协议

DNS 53 域名解析

UDP数据报文格式

UDP头部占8个字节

网络层

分组（包）

提供的是点到点的服务

功能

路由管理

流量控制

多用户数据传输

根据IP地址寻址

提供的服务

面向连接的网络服务
(虚电路服务)

网络连接建立、数据传输和网络连接释放三个阶段

建立了一条逻辑连接，不独占信道带宽，数据沿逻辑连接路径以存储转发方式传输。

面向无连接的网络服务

有三种类型：数据报（datagram）、确认交付（confirmed delivery）与请求回答（request reply）

一问一答

协议

IP
（网际互连协议）

IPv4

32位点分十进制 4组 IP地址是英特网上主机的唯一标识