计算机网络--1.网路技术基础（计算机网络的形成与发展、计算机网络的基本概念、分组交换技术、网络体系结构与网络协议）

前言

为了自己复习方便，也为了给那些和我一样准备考计四的同学，一份能起到帮助的复习资料。若有错误之处还请指出。

计算机四级的网络工程师考试总共有两部分，一部分是操作系统占50分，一部分是计算机网络占50分。考试中每部分均要达到30分以上即为成绩合格

计算机四级网络工程师复习笔记整理

---

计算机网络的形成与发展

计算机网络是计算机技术与通信技术高度发展、紧密结合的产物。大致可以将它划分为4个阶段。

第一阶段20世纪50年代
将彼此独立发展的计算机技术与通信技术结合起来，完成数据通信技术与计算机通信网络的研究，为计算机网络的产生做准备。
重要事件
1946年世界第一台电子数字计算机ENIAC在美国诞生。
20世纪50年代初，由于美方的需要，美国半自动地面防空系统（SAGE）开始计算机与通信技术相结合。SAGE系统将远程雷达与其他测量设施通过电话线路、无线通信连接，使其可以观测到防空信息传输到美国本土的IBM计算机。

第二阶段20世纪60年代
美国的ARPANET与分组交换技术开始。ARPANET是计算机网络技术发展中的一个里程碑。
重要事件
美国国防部高级研究计划局的ARPANET（通常称为ARPA网）。随着计算机应用的快速发展，出现了计算机互联的需求，这种需求主要来自**军事（冷战）**的需要。

第三阶段20世纪70年代中期
国际上的各种广域网、局域网与公用分组交换网发展迅速，各个计算机厂商都有各自的计算机网络系统，随之而来的就是网络体系与网络协议的标准化问题。国际标准化组织在推动开放系统模型与网络协议做了大量研究，对网络理论体系的形成起了重要的作用。
重要事件
网络体系结构与协议标准的不统一将限制计算机网络的发展与应用**（各个公司之间的设备不兼容）**。因此，网络体系结构与网络协议必须走国际标准化的道路。
理论上的标准：开放系统互联（OSI）参考模型。生产实践的标准：TCP/IP体系结构。

第四阶段20世纪90年代
最有挑战性的是互联网、高速通信网络、无线网络与网络安全技术。互联网作为国际性的网际网与大型信息系统，发挥着越来越重要的作用。
重要事件
微机的出现促进了局域网技术的发展，从而使得计算机网络的规模迅速扩大。
由于人们的需求不断变化**（高宽带、可移动），促进了宽带网络（宽带城域网、高速局域网）、移动网络（蓝牙、WLAN）的发展。
操作系统的发展
各种新型应用的普及
网络安全技术的发展（网络攻击、计算机病毒、垃圾邮件与灰色软件成了网络中的三大公害**）

---

计算机网络的基本概念

计算机网络的定义

以能够互相共享资源（目的）的方式互联（遵守统一的标准）起来的分步在不同地理位置的自治计算机系统的集合。

计算机网络的分类

局域网：一个实验室、大楼或校园
城域网：覆盖一个城市，将多个局域网互联起来
广域网：覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲
个人局域网：通常为10 m以内，连接平板电脑、笔记本、智能手机等

计算机网络的拓扑

网络拓扑是研究网络中元素的结构问题（计算如何放置、计算机之间如何连接）。
网络拓扑可以分为两大类：广播信道通信子网的拓扑和点对点线路的通信子网的拓扑，对于点对点线路的通信子网，基本拓扑结构包括：星型、环型、树型、网状型。

描述计算机网络传输特性的参数

对于计算机网络来说，描述数据通信的基本技术参数有两个：数据传输速率与误码率。
数据传输速率是每秒钟传输构成数据的二进制比特数，以“宽带”表示信道的数据传输速率。他们的关系是Rmax=B×log2（1+S／N）。
误码率是指二进制码在数据传输系统中被传错的概率。

误码率是衡量数据传输系统在正常工作状态下的传输可靠性的参数。
对于实际的数据传输系统，不能笼统的说误码率越低越好，需要根据实际情况提出误码率要求。在数据传输速率确定后，误码率越低，传输系统设备越复杂，造价越高。

---

分组交换与包交换

数据传输方式可以分为两类：线路交换、存储转发交换。

线路交换

两台计算机通过子网进行数据交换之前，首先需要在通信子网中建立一条实际的物理线路连接。线路交换的通信过程分为3个阶段：线路创建、数据传输、线路释放

线路交换方式的优点：
通信的实时性强
数据传输的延时很小
适用于交互式会话类通信
线路交换方式的缺点：
不适应突发性通信
系统效率低
不具备存储数据能力
不能平滑通信量
不具备差错控制能力
无法发现与纠正传输中的差错

因此，在线路交换研究的基础上，提出了存储转发交换方式。

存储转发交换中，发送数据中包含目的地址、源地址与控制信息，按照一定格式组成一个数据单元（报文或分组）。通信子网中的交换节点负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路由选择和转发功能。

存储转发交换方式可以分为两类：报文交换与分组交换。
两者区别：
分组交换限制数据的最大长度，例如限定分组最大长度为1500 B。源结点需要将一个长报文分为多个分组，由目的结点将多个分组按顺序重新组织成报文（由于分组的长度比较短，在传输出现差错时容易检测，并且重传需要花费的时间较少，这样就有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率，因此分组交换成为当前计算机网络中的基本交换技术）。

分组交换技术可以分为两类：数据报与虚电路。
在数据报方式中，源主机发送的每个分组都可以独立选择一条传输路径，每个分组在通信子网中可能通过不同路径到达目的主机。

数据报方式主要有以下几个特点：
同一报文的不同分组可以经过不同的传输路径通过通信子网。
同一报文的不同分组到达目的的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象。
每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址。
数据报方式的传输延迟较大，适用于突发性通信、不适用于长报文、会话式通信。

虚电路交换方式由来
在研究数据报方式特点的基础上，人们进一步提出了虚电路交换方式。

虚电路方式试图将数据报与线路交换相结合，发挥这两种方法各自的优点。
虚电路方式在发送分组之前，发送方和接收方需要建立一条逻辑连接的虚电路。
虚电路方式的工作过程分为3个阶段：虚电路建立阶段、数据传输阶段与虚电路拆除阶段。

虚电路方式主要有以下几个特点：
在每次传输分组之前，在源结点与目的结点之间建立一条逻辑连接，而不是需要去建立一条真实的物理链路。
一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传输，分组中不必携带目的地址、源地址等信息。分组到达目的结点时不会出现乱序、重复与丢失现象。
在分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要进行差错检测，而不需要进行路由选择。
通信子网中的每个结点可以与任何结点建立多条虚电路连接。

虚电路方式与线路交换方式的区别：
虚电路是在传输分组之前建立的逻辑连接，称为“虚电路”是因为这种电路不是专用的。每个结点可以同时与多个结点之间建立虚电路，每条虚电路支持这两个结点之间的数据传输。由于虚电路方式具有分组交换与线路交换的优点，因此在计算机网络中得到了广泛的应用。

---

网络体系结构与网络协议

计算机网络是由多个互联的结点组成，结点之间需要不断地交换数据和控制信息。为了在结点之间有条不紊地交换数据，每个结点必须遵守一些事先约定好的规则。这些为网络数据交换而制定的规则被称为网络协议。

网络协议由3个要素组成：
语法，即用户数据与控制信息的结构和格式。（怎么说）
语义，即需要发送何种控制信息，以及完成的动作与所作的响应。（说什么）
时序，即对事件实现顺序的详细说明。（什么时间说）

一个功能完备的计算机网络需要制定一套复杂的协议集。“分层” 可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。我们将网络层次结构模型和各层协议的集合定义为网络体系结构。

在层次化的体系结构中，上层使用下层提供的服务，下层为上层提供服务。层次多少要适当

计算机网络体系结构采用层次结构好处：
各层之间相互独立。高层并不需要知道低层如何实现，只需知道该层通过接口提供的服务。
灵活性好。当任何一层发生变化时，只要该层的接口保持不变，则该层以上或以下各层均不受影响。当不需要某层提供的服务时，甚至可以取消该层。
各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他层。
易于实现和维护。整个系统已被分解为若干个易于处理的部分，这样使一个庞大而复杂的系统变得容易实现和维护。
有利于促进标准化。主要由于每层的功能和所提供的服务都已有精确的说明。

OSI参考模型中的各层的主要功能
物理层（Physical Layer）
物理层位于OSI参考模型的最低层。物理层的主要功能是利用物理传输介质，为数据链路层提供物理连接，以便透明地传输比特流。

数据链路层（Data Link Layer）
在物理层提供的比特流传输服务的基础上，在通信的实体之间建立数据链路连接，在该链路上传输以帧作为单位的数据，并采用差错控制与流量控制方法，将有差错的物理线路变成无差错的数据链路。

网络层（Network Layer）
网络层通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层需要实现路由选择、拥塞控制与网络互联等功能。

传输层（Transport Layer）
传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端（End-to-End）服务，以便透明地传输报文。传输层向高层屏蔽低层的数据通信细节，因此是网络体系结构中的关键层之一。

会话层（Session Layer）
会话层主要用于组织两个会话进程之间的通信，并且对数据交换进行管理。

表示层（Presentation Layer）
表示层处理在不同通信系统中交换的信息的表示方式，包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。

应用层（Application Layer）
应用层是OSI参考模型的最高层。

TCP/IP模型中的各层的主要功能
主机-网络层负责数据的链路上的传输。

互联层负责将源主机生成的分组发送到目的主机，源主机与目的主机可以在同一网络中，也可以在不同的网络中。

传输层的主要功能是不同应用进程之间的端一端通信。TCP／IP模型的传输层定义了两种协议：传输控制协议（TCP）与用户数据报协议（UDP）。TCP协议是一种可靠的面向连接的协议。
TCP协议能将一台主机的字节流（Byte Stream）无差错地传输到目的主机。UDP协议是一种不可靠的无连接协议。UDP协议常用于不要求分组顺序到达的应用，分组传输顺序检查与排序由应用层来完成。

在TCP／IP参考模型的最高层是应用层，它包括所有的高层协议，并且不断有新的协议加入。TCP／IP的应用层协议主要包括：Telnet、FTP、DNS、SMTP等等。

---

下篇–局域网基础