3，计算机网络基础
2024-10-17 11:08:22 0 举报AI智能生成
计算机网络基础知识
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大纲/内容
网络指标
性能指标：速率、带宽、吞吐量和时延
非性能指标：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
通信技术
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
信道分为：
逻辑信道：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
物理信道
复用技术
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
多址技术
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
5G 通信网络
优点：高速率、低时延、接入用户数高
网络技术
局域网（LAN）
定义：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计算机网络
分类：总线型、星型、树型、环型、网状
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
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
用于网络互联和延长
Hub 型
用于终端接入
完全分布型
处于理论探讨阶段无具体应用
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）
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
移动通信网
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（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
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。
组网技术
网络设备及其工作层级
集线器（Hub）和中继器（Repeater）工作在物理层
网桥（Bridge）和交换机（Switcher）工作在数据链路层
路由器（Router）和防火墙（Firewall）主要工作在网络层
网络协议
OSI/RM 七层模型
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 五层模型
应用层
文件传输协议FTP
基于TCP
远程登录协议Telnet
基于TCP
电子邮件协议SMTP
基于TCP
网络文件服务协议NFS
基于TCP
简单网络管理协议SNMP
基于UDP
超文本传输协议HTTP
基于TCP
安全超文本传输协议HTTPS
基于HTTP
动态主机配置协议DHCP
基于UDP
域名系统协议DNS
基于UDP或TCP
传输层
传输控制协议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
用户数据报协议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
网际层
网际互连协议IP
Internet控制报文协议ICMP
地址解析协议ARP
反向地址转换协议RARP
网络接口层
硬件层
Ethernet IEEE 802.3
FDDI
Token-Ring/IEEE 802.3硬件层
ARCnet
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：
生成树协议（STP），可以很好地解决链路环路问题
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
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：
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。
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。
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。
网络工程
网络建设工程
3个环节：
网络规划：以需求为导向，兼顾技术和工程可行性。
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
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
物理设计指布线设计、机房设计、设备选型等
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。
分层设计
网络设计一般采用分层的方式，分为：
接入层
直接面向用户连接或访问网络的部分，主要解决相邻用户之间的互访需求，并且为这些访问提供足够的带宽
适当负责一些用户管理功能（如地址认证、用户认证、计费管理等），以及用户信息收集工作（如用户的 IP 地址、MAC 地址、访问日志等）
汇聚层
是核心层和接入层的分界面，完成网络访问策略控制、数据包处理、过滤、寻址，以及其他数据处理的任务
汇聚层的存在与否要视网络规模大小而定
核心层
网络主干部分称为核心层
核心层的主要目的在于通过高速转发通信，提供优化、可靠的骨干传输结构
核心层交换机应拥有更高的可靠性、性能和吞吐量
核心层的设备采用双机冗余热备份是非常必要的，也可以使用负载均衡功能来改善网络性能
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