计算机网络相关知识点总结（一）
因特网的前身是1969年创建的第一个分组交换网 ARPANET。
ARPANET（Advanced Research Projects Agency Network）是美国国防高级研究计划局（ARPA）在20世纪60年代末到70年代初开发的一种计算机网络。
它被认为是互联网的前身，旨在连接分散在美国各地的大学和研究机构的计算机系统。ARPANET采用分组交换的方式传输数据，将数据分成小块（称为数据包），并通过网络中的路由器进行传递。这种分组交换网络架构使得数据能够更快、更可靠地传输，并可以灵活地选择路径进行传输。
ARPANET的发展促进了计算机科学和通信技术的进步，并为后来的互联网奠定了基础。它于1969年建立了第一个节点，随后迅速扩展到多个节点的全球性网络。随着时间的推移，ARPANET向其他网络开放，最终演变成为今天广泛使用的全球互联网。
因特网上的数据交换方式是 分组交换。
计算机网络的分组交换（Packet Switching）是一种数据传输的方式，将数据拆分成小的数据包（Packet），然后通过网络独立传输。
与电路交换不同，分组交换不需要建立专用通路，而是利用网络上的共享资源，在不同的路径和时间段传输数据包。
在分组交换中，发送端将数据分成若干个数据包，并为每个数据包加上目标地址、源地址等必要的控制信息。这些数据包通过网络的节点（如路由器）根据目标地址经过合适的路径转发。每个节点独立处理数据包，并根据当前网络情况动态选择最优的路径进行转发。分组交换的优势包括：
- 高效利用网络资源：由于数据包独立传输，不需要建立专用通路，多个数据包可以同时在网络中传输，提高了带宽利用率。
- 灵活性和可靠性：当网络环境发生变化或出现故障时，数据包可以通过其他路径绕过问题区域，提高了网络的灵活性和可靠性。
- 成本效益：相对于电路交换，分组交换减少了实现和维护网络所需的成本。
- 支持多种应用：分组交换可同时支持多种应用，如实时音视频传输、网页浏览、文件下载等各种网络应用。
然而，分组交换也存在一些局限性，如传输时延、拥塞控制等方面的问题。为了解决这些问题，网络通常采用一些策略和技术，如流量控制、拥塞控制、差错校验等。
总体来说，计算机网络的分组交换是一种高效、灵活的数据传输方式，被广泛应用于现代网络中。
分组交换对报文交换的主要改进是 传输单位小且有固定的最大长度。
在报文交换中，整个报文作为一个单元进行传输，需要在源节点和目标节点之间建立完整的通信连接，并占用网络资源的全部带宽。这种方式在传输大型数据时效率较低，尤其是当网络出现错误或拥塞时更加明显。
而分组交换将数据划分为较小的数据包（Packet），每个数据包独立传输，并在网络节点上根据目标地址逐段转发。
计算机网络可被理解为 自治的计算互联起来的集合体。
计算机网络可以被理解为自治的计算互联起来的集合体，主要有以下几个原因：
- 分布式系统：计算机网络是由多台计算机和网络设备组成的分布式系统。每台计算机都具有一定的自治性，它们可以独立运行、进行计算和存储，并且具有自己的资源管理能力。
- 协议与标准化：计算机网络中使用的协议和标准化机制确保了不同计算机之间的互操作性。各个计算机节点通过遵循相同的通信协议和标准来进行数据交换和信息传递，而无需依赖于特定的硬件或软件平台。
- 自主决策：自治性意味着每台计算机具有自主权进行决策和处理。在计算机网络中，每个节点可以根据自身的需求和资源状况做出独立的决策，如路由选择、资源分配等，以最优的方式参与网络通信与计算。
- 网络管理和控制：计算机网络中的网络管理和控制机制允许网络管理员对网络中的计算机进行统一管理或集中控制，但这并不意味着单一控制点的存在。每台计算机仍然具有一定的自治性，可以独立运行和处理自己的任务。
计算机网络作为自治的计算互联起来的集合体，由分布式的计算机节点组成，每个节点具有一定的自治性和决策能力。通过协议和标准化机制的支持，各个节点能够相互交流和协作，实现信息的传递与共享，从而形成一个整体性能更强大、功能更丰富的计算环境。
计算机网络可分为 通信子网 和 资源子网。
通信子网和资源子网是计算机网络中的两个重要概念。
- 通信子网（Communication Subnet）：通信子网指的是负责实现计算机之间信息传递和通信的网络部分。它包括了各种网络设备和连接介质，如路由器、交换机、光纤、电缆等。通信子网提供了数据传输的基础设施，支持计算机节点之间的数据交换、路由选择和网络连通性。
- 资源子网（Resource Subnet）：资源子网是用于管理和共享计算机网络中的资源的一部分网络。它涵盖了计算机节点所具有的各种资源，如处理器、存储器、打印机、数据库服务器等。资源子网通过提供资源访问和管理机制，使得计算机节点可以相互共享和利用这些资源，从而提高整个网络的效率和利用率。
通信子网和资源子网在计算机网络中扮演不同的角色：
- 通信子网关注于实现数据的传输和路由，通过建立和维护网络连接，提供了计算机节点之间的通信能力。它在物理层和数据链路层上工作，负责数据包的传送和转发。
- 资源子网则聚焦于管理和协调网络中的资源，以确保它们能够被有效地利用和共享。资源子网涉及到网络上具体的计算机节点和资源设备，通过提供访问权限、调度优化等机制，实现对资源的控制和分配。
通信子网和资源子网通常是相互关联和依赖的，在一个计算机网络中两者会相互协作，实现计算机节点之间的信息传递和资源管理，共同构建起一个完整的、高效运行的计算环境。
网桥：
网桥（Bridge）是一种计算机网络设备，用于连接两个或多个局域网（LAN），使它们能够互相通信。
网桥的主要功能是通过学习和转发数据帧来连接不同的局域网。当一个数据帧到达网桥时，网桥会检查数据帧的目标MAC地址，并将其转发到适当的端口。网桥通过建立和维护一个MAC地址表来实现这个功能。MAC地址表记录了与每个端口相关联的MAC地址，从而确定数据帧应该被发送到哪个局域网。
网桥的工作原理如下：
- 学习阶段：在初始状态下，网桥并不知道哪个MAC地址位于哪个端口上。当一个数据帧到达网桥时，网桥会记录下其源MAC地址和接收到该数据帧的端口，并将这些信息添加到MAC地址表中。
- 转发阶段：当网桥接收到一个数据帧时，它会查找目标MAC地址在MAC地址表中的对应项。如果找到匹配项，则网桥会转发数据帧到对应的端口；如果找不到匹配项，则网桥会将数据帧广播到所有的端口（除了接收端口）上，以确保数据能够达到目标设备所在的局域网。
通过连接不同的局域网，网桥可以扩展网络的范围并增加通信的灵活性。在现代网络中，网桥的功能已经被交换机所取代，交换机具有更高的性能和更丰富的功能。
交换机：
交换机（Switch）是计算机网络中一种常见的网络设备，用于在局域网（LAN）内转发数据帧。
交换机具有以下主要功能：
- 数据帧转发：当交换机接收到一个数据帧时，它会根据数据帧中的目标MAC地址将其转发到适当的端口。这使得数据帧只被发送到目标设备，而不是广播到整个网络上的所有设备。
- 学习和建立MAC地址表：交换机通过监视网络上的数据流量来学习和建立与每个端口相关联的MAC地址表。它记录下每个设备的MAC地址和相应的端口，以便将来进行数据帧的快速转发。
- 广播和多播处理：除了单播（点对点）通信外，交换机还能处理广播和多播流量。广播流量发送到网络上的所有设备，而多播流量同时发送给多个设备。交换机可以将广播和多播流量限制在同一虚拟局域网（VLAN）内部或指定的端口上。
- VLAN划分：交换机支持虚拟局域网（VLAN）的划分。通过将交换机端口划分为不同的VLAN，可以实现逻辑上的隔离和更好的网络管理。每个VLAN都视为独立的逻辑网络，并且可以根据需要进行通信和配置。
- 链路聚合：交换机可以支持链路聚合（Link Aggregation），将多个物理链路绑定为一个逻辑链路。这提高了带宽和冗余性，并允许同时使用多个链路进行数据传输。
交换机在局域网中起到重要的作用，实现了快速、准确的数据帧转发和广播处理。它学习并建立MAC地址表，支持VLAN划分、链路聚合等功能，提供了灵活的局域网连接和管理方式。
路由器：
路由器（Router）是计算机网络中一种常见的网络设备，位于网络层，在不同的网络之间转发数据包并进行路由选择。
路由器具有以下主要功能：
- 数据转发：作为网络设备之间的桥梁，路由器可以接收到达的数据包，并根据数据包中的目标IP地址来确定下一跳的路径。它通过查找路由表、网络拓扑和路由协议等信息来选择最佳的路径，并将数据包转发到目标网络或下一个路由器。
- 路由选择：路由器使用各种路由选择算法和路由协议来确定数据包应该经过哪条路径转发。这些算法和协议会考虑不同的因素，如网络拓扑、距离、负载状况等，以选择最佳路径。
- 网络地址转换（NAT）：在使用私有IP地址的网络中，路由器通常还提供网络地址转换（NAT）功能。它可以将内部私有IP地址转换为公共IP地址，使内部网络中的设备能够与外部网络进行通信。
- 分段和分区：路由器可以将大型网络划分为子网或分区，每个子网都有自己的IP地址范围和路由策略。这可以提高网络的管理和性能。
- 过滤和安全性：路由器可以基于一定的规则和策略过滤网络流量，实施访问控制、防火墙和其他安全功能，以保护网络免受潜在的威胁。
路由器在计算机网络中起着重要作用，连接不同的网络并转发数据包。它实现了数据的路由选择、地址转换、分段分区以及提供网络安全等功能，确保网络的正常运行和通信。
局域网：
局域网（Local Area Network，简称LAN）是指在相对较小范围内的地理区域内连接多台计算机和其他网络设备的计算机网络。
局域网通常涵盖一个建筑物、办公室、校园或其他有限的区域，如家庭网络。它们可以通过有线或无线技术进行连接。
局域网具有以下特点：
- 范围有限：局域网的覆盖范围相对较小，通常在几百米到几千米之间，适用于单个建筑物或办公场所的网络需求。
- 高带宽：局域网提供较高的带宽，使得局域网内的设备可以以较快的速度进行数据传输和通信。
- 低延迟：由于范围较小，局域网内的数据传输速度较快，通信延迟较低，适用于实时性要求较高的应用场景。
- 共享资源：局域网中的设备可以共享许多资源，如打印机、文件服务器、网络存储等，提高了办公效率和资源利用率。
- 安全性较高：局域网通常受到较好的物理安全措施和网络安全策略保护，对外部网络的攻击和访问受到限制。
- 较简单的管理：局域网的规模相对较小，管理相对简单，易于配置、监控和维护。
局域网通过使用交换机、路由器、网桥、无线访问点等设备来实现计算机之间的通信和数据传输。它们为组织内的员工或家庭成员提供了方便的本地网络连接，促进了信息共享、协作和资源共享。
网关：
网关（Gateway）是计算机网络中的一个重要设备或节点，它连接两个或多个不同网络，充当这些网络之间的桥梁或中介。
具体来说，网关在不同网络之间进行数据转发和协议转换。它可以是硬件设备（如路由器）或软件程序（如网络代理服务器）的形式存在。
主要功能包括：
- 数据路由：网关能够决定数据包从源网络流向目标网络的路径，根据数据包的目标地址进行转发。它通过查看数据包的目标IP地址和学习网络拓扑信息来实现数据路由。
- 协议转换：不同网络使用不同的通信协议，在数据从一个网络传输到另一个网络时，可能需要进行协议的转换。网关能够将接收到的数据从一种协议格式转换为另一种协议格式，并将其转发给目标网络。
- 安全过滤：作为网络边界的一部分，网关可以执行安全策略和过滤功能，对进出网络的数据进行检查和控制。它可以实施防火墙规则、访问控制列表（ACL）等以确保网络的安全性。
- 地址转换：在使用私有IP地址的网络中，网关还可以执行网络地址转换（NAT），将内部网络中的私有IP地址转换为公共IP地址，实现内部网络与外部网络的连接。
网关在计算机网络中充当了连接不同网络、实现数据路由和协议转换、执行安全过滤以及地址转换等重要角色，确保网络间的通信和互操作性。
分层的网络结构：
分层的网络结构指的是将计算机网络按照功能和任务划分为多个逻辑层次，每个层次都负责特定的功能和协议。常见的分层网络结构是OSI参考模型（Open Systems Interconnection Reference Model）和TCP/IP参考模型（Transmission Control Protocol/Internet Protocol Reference Model）。
OSI参考模型是一个由国际标准化组织（ISO）提出的理论模型，它将网络通信划分为七个不同的层次，从物理传输到应用层，每一层都负责不同的功能。这些层次分别是：
- 物理层（Physical Layer）
- 数据链路层（Data Link Layer）
- 网络层（Network Layer）
- 传输层 & 运输层（Transport Layer）
- 会话层（Session Layer）
- 表示层（Presentation Layer）
- 应用层（Application Layer）
TCP/IP参考模型是互联网所采用的网络架构，它将网络通信划分为四个层次，分别是：
- 网络接口层 & 链路层（Network Interface Layer）
- 网络层（Internet Layer）
- 传输层 & 运输层（Transport Layer）
- 应用层（Application Layer）
五层协议的体系结构：五层协议体系结构是一种网络通信的分层模型，将网络功能和协议划分为五个逻辑层次。这个模型通常用于描述局域网（LAN）或广域网（WAN）中的网络通信。以下是五层协议体系结构的各层次：
- 物理层（Physical Layer）：负责传输原始的比特流，它定义了电气、光学和物理媒介的接口标准，包括传输介质、数据速率、电压等。
- 数据链路层（Data Link Layer）：在物理层之上，提供可靠的点对点数据传输。它将比特流组装成数据帧，并在通信的顶端添加控制信息，以便检测和纠正传输错误。
- 网络层（Network Layer）：负责实现数据包在网络中的传输和路由选择。它定义了数据包的寻址和转发机制，并通过路由器进行跨网络的数据包转发。
- 传输层（Transport Layer）：在网络层之上，提供端到端的可靠和有序的数据传输。它负责将数据从应用层分割为适当大小的报文段，并通过端口号标识不同的应用程序。
- 应用层（Application Layer）：最上层的层次，直接为用户提供网络应用服务。它包括各种协议和应用程序，如HTTP、FTP、SMTP等，用于实现电子邮件、网页浏览、文件传输等功能。
这种五层协议体系结构能够在不同的物理网络中实现通信，并通过分层的设计来简化网络功能和协议的开发、管理和维护。每个层次都有自己专门的功能，并通过接口与上下相邻的层次进行交互和数据传输，从而实现了互联网和计算机网络的可靠通信。
OSI参考模型和TCP/IP参考模型都是常用的网络协议模型，它们定义了较为详细的网络层次和功能。而五层协议结构实际上是在这两个参考模型的基础上进行简化和抽象而来的。
虽然OSI参考模型和TCP/IP参考模型提供了较为全面和详细的网络层次划分，但它们每个模型都包含了更多的层次，有时在某些应用场景中可能会显得过于复杂。为了简化和标准化网络通信，并且方便实现和管理，五层协议结构被引入。
五层协议结构采取了更加简洁的方式，将网络功能划分为五个主要的逻辑层次，即物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。这种简化的设计使得网络协议的开发、实现、维护和管理可以更加高效和容易。它也与TCP/IP参考模型中的四个层次相对应，但更加直观和易于理解。
当我们使用五层协议结构时，可以根据具体需求在每个层次上选择适当的协议和技术，以满足特定的网络通信要求。这种结构提供了一种平衡和简化的方式来组织和管理网络功能，也方便了各种设备和应用程序之间的互通性。
网桥（Bridge）：位于数据链路层，用于连接相同类型的局域网（LAN），在同一网络层内进行数据帧的转发和过滤。
交换机（Switch）：也位于数据链路层，但功能比网桥更强大。它可以根据MAC地址学习和存储设备的地址信息，并根据目标地址将数据帧仅发送到目标设备，从而实现更快速的数据传输和广播域隔离。
路由器（Router）：位于网络层，用于连接不同的局域网或广域网。它通过判断目标IP地址来选择最佳路径，并进行数据包的转发和路由控制，以实现跨网络的数据传输。
网关（Gateway）：位于较高的层次，通常在传输层以上的层次，用于连接两个不同的网络，例如将局域网连接到互联网。它负责协调不同网络之间的通信，将数据转换为适当的格式，并执行网络地址转换（NAT）等功能。
具体的网络设备在实际中可能具有多种功能，所以某些设备可能在五层协议结构中涉及多个层次的功能。
广域网（Wide Area Network，WAN）、城域网（Metropolitan Area Network，MAN）和局域网（Local Area Network，LAN）是三种不同范围的网络类型，它们分别定义了网络覆盖的距离和应用场景。
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局域网（LAN）：局域网是在相对较小的范围内建立的网络，通常限定在一栋建筑物、一组建筑物或一个园区。其范围可以是家庭、办公室、学校、企业等。局域网通过以太网或Wi-Fi等传输技术连接计算机、服务器、打印机和其他设备，提供高速数据传输和资源共享。
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城域网（MAN）：城域网是位于城市或城市区域的中型网络，它覆盖的范围比局域网大，但比广域网小。城域网通常由多个局域网互连而成，利用光纤、无线电和其他传输媒介进行数据传输。城域网可用于满足城市范围内的互联网接入、电话通信、视频监控等需求。
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广域网（WAN）：广域网是覆盖更大地理范围的计算机网络，可以跨越国家、大洲甚至全球。广域网通常通过公共或专用的传输线路，如电缆、电话线路、光纤和卫星连接远距离地区的局域网和城域网。广域网被用于实现机构、公司和组织之间的远程通信、数据传输和资源共享。
总结：局域网适用于较小范围内的网络需求，城域网适用于中等范围的城市或区域性网络需求，而广域网则覆盖更大的地理范围，用于跨越长距离连接不同地点的网络。
计算机网络分为广域网、城域网和局域网,其划分的主要依据是 网络的作用范围。