一、计算机网络体系结构

1. 计算机网络的组成

计算机网络由以下几个组成部分构成：

• 1. 硬件：包括计算机、网络设备（如路由器、交换机、网桥、集线器等）、通信介质（如电缆、光纤、无线信号等）等。
• 2. 软件：包括网络协议（如TCP/IP协议、HTTP协议等）、操作系统、网络应用程序等。
• 3. 协议：用于规定计算机在网络中进行通信的规则和标准。常见的网络协议有TCP/IP协议、HTTP协议、FTP协议等。
• 4. 客户端和服务器：计算机网络中的通信一般是通过客户端和服务器之间进行的。客户端是指发起请求的计算机，服务器是指提供服务的计算机。
• 5. 子网：网络中的一个子网络，可以是一个小型办公室网络或一个大型企业网络。子网可以根据需要划分，以提高网络的性能和安全性。
• 6. 路由器：用于连接不同子网或将网络中的数据包转发到目标地址的网络设备。路由器可以根据目标IP地址和路由表决定数据包的转发路径。
• 7. 网关：用于连接不同的网络，实现网络之间的通信。网关可以是硬件设备或软件程序。
• 8. 协议分析器：用于监测和分析计算机网络中的数据包，帮助诊断和解决网络故障。
• 9. 安全设备：用于保护计算机网络免受恶意攻击和未授权访问，如防火墙、入侵检测系统等。
• 10. 互联网：由多个不同计算机网络互相连接而成的全球范围的网络。

2. 计算机网络的功能

计算机网络的功能主要包括：

• 资源共享：计算机网络可以实现多台计算机之间的资源共享，如共享打印机、文件共享等，提高了工作效率和资源利用率。

• 数据通信：计算机网络通过传输数据包或数据流的方式，实现了不同计算机之间的通信，可以是文本、图像、音频或视频等形式的数据。

• 网络传输：计算机网络可以将数据从一个地方传输到另一个地方，实现了不同地点之间的数据传输，如电子邮件、文件下载、网页浏览等。

• 远程访问：通过计算机网络，用户可以远程访问其他计算机或服务器上的资源和应用程序，实现远程办公、远程维修、远程控制等功能。

• 分布式处理：计算机网络可以将计算任务分布到不同的计算机上进行并行处理，从而加快计算速度和提高系统性能。

3. 计算机网络的分类

计算机网络可以根据其覆盖范围、拓扑结构、通信方式和网络性质等方面进行分类。

按覆盖范围分类：

• 个人区域网络（PAN）：覆盖个人办公或个人设备之间的短距离网络，如蓝牙。
• 局域网（LAN）：覆盖较小范围的网络，通常在同一建筑物或校园内。
• 城域网（MAN）：覆盖城市范围的网络，连接多个局域网或广域网。
• 广域网（WAN）：覆盖较大范围的网络，可跨越城市、国家或更大的地理范围。

按拓扑结构分类：

• 总线型拓扑：所有节点共享同一根传输线，数据通过总线传输。
• 星型拓扑：所有节点都连接到一个中心节点（交换机或集线器）。
• 环型拓扑：节点依次连接成环状结构，数据按固定方向传输。
• 网状拓扑：节点通过多个连接路径相互连接，形成复杂的网络结构。

按传输介质分类：

• 有线网络：使用物理介质（如电缆、光纤）进行有线连接。
• 无线网络：使用无线信号进行数据传输，如Wi-Fi、蓝牙、移动网络等。

按网络性质分类：

• 公用网：由多个计算机和网络设备共享的公共网络，如互联网。
• 私用网：专用于某个组织或机构内部使用的网络，如企业内部网络（Intranet）。

按传播方式分类：

• 广播网络：广播网络是一种将数据以广播形式发送给所有连接节点的网络。在广播网络中，发送方发送的数据包会通过网络的每个节点传输，从而到达所有的接收方节点。广播网络常用于无线传感器网络和无线局域网中。
• 点对点网络：点对点网络是一种直接连接两个节点的网络方式。在点对点网络中，每个节点与其他节点直接建立连接，数据包从发送方节点经过连接的路径传输到目标节点。传统的有线局域网和广域网通常采用点对点网络。

按照交换技术分类：

• 电路交换网络（Circuit-switched network）：在电路交换网络中，数据通信前需要先建立一条专用的物理连接（电路），数据传输过程中保持固定的带宽和延迟特性。这种交换方式主要用于传统的电话网络。
• 报文交换网络（Message-switched network）：在报文交换网络中，数据被分为小的数据块，每个数据块都附有目的地址和其他控制信息。数据块沿着网络逐跳转发，最终到达目标节点。这种交换方式的代表是传统的电子邮件系统。
• 分组交换网络（Packet-switched network）：在分组交换网络中，数据被拆分为更小的数据包（分组），每个数据包都附带有目的地址和其他控制信息，然后从源节点通过网络传输到目标节点。分组交换网络广泛应用于现代的计算机网络，如互联网。

4. 计算机网络的性能指标

计算机网络的性能指标用于衡量网络的质量和性能好坏，主要包括以下几个方面：

带宽（Bandwidth）：网络带宽指的是网络中传输数据的能力或速率。它表示每秒钟可以传输的数据量。常用单位有位/秒（bps）、千位/秒（Kbps）、兆位/秒（Mbps）、千兆位/秒（Gbps）等。

时延（Delay）：时延是指数据包从源节点到目标节点所经历的时间。时延分为以下几种类型：

• 传输时延（Transmission Delay）：数据包在传输介质上的传输时间，取决于带宽和数据包大小。
• 传播时延（Propagation Delay）：数据包在传输介质中传输的速度，取决于传输介质的物理特性，如光速、电磁波传播速度等。
• 排队时延（Queueing Delay）：数据包在网络节点中等待处理和转发的时间，取决于网络中的拥塞程度和队列管理策略。

常见时延的计算公式：

• 传输时延（Transmission Delay）： 传输时延 = 数据包大小 / 带宽
• 传播时延（Propagation Delay）： 传播时延 = 传输距离 / 传播速度
• 排队时延（Queueing Delay）： 排队时延 = 平均队列长度 / 平均到达率
• 总时延（Total Delay）： 总时延 = 传输时延 + 传播时延 + 排队时延

5. 计算机网络分层结构

计算机网络分层结构是指将计算机网络按照功能划分为不同的层次，每一层负责完成特定的任务并与上下层进行交互。常用的网络分层结构有OSI参考模型和TCP/IP参考模型。

OSI模型

OSI参考模型包括七个层次：

• 物理层（Physical Layer）：负责传输比特流，并定义物理接口和传输介质。
• 数据链路层（Data Link Layer）：负责将比特流组织为数据帧，并提供错误检测和纠正的功能。
• 网络层（Network Layer）：负责数据包的传输和路由选择，将数据从源节点传递到目的节点。
• 传输层（Transport Layer）：建立端到端的连接，提供可靠的数据传输，对应用层提供端到端的通信。
• 会话层（Session Layer）：负责建立、管理和终止会话连接，提供可靠的会话功能。
• 表示层（Presentation Layer）：处理数据的表示和转换，如数据加密和解密、压缩和解压缩等。
• 应用层（Application Layer）：提供网络服务和应用程序的接口，最上层的应用可以直接访问网络。

如下图所示：

OSI层级	名称	功能
第7层	应用层	提供高级的、面向用户的服务，例如HTTP、SMTP等
第6层	表示层	处理数据的格式化和加密解密，例如ASCII码、JPEG等
第5层	会话层	管理不同应用程序之间的通信会话
第4层	传输层	提供端到端的可靠数据传输和错误恢复，例如TCP、UDP等
第3层	网络层	处理数据的路由和转发，例如IP协议
第2层	数据链路层	提供可靠的点对点数据传输，例如以太网、无线局域网等
第1层	物理层	针对物理介质的数据传输，例如电缆、网卡等

TCP/IP模型

TCP/IP参考模型包括四个层次，也称为Internet模型：

• 网络接口层（Network Interface Layer）：负责将物理介质传输的比特帧转换为数据报，并进行物理寻址和错误检测。
• 网络层（Internet Layer）：负责将数据报从源主机送达目的主机，并进行路由选择和流量控制。
• 传输层（Transport Layer）：提供端到端的可靠数据传输，使用TCP协议和UDP协议实现。
• 应用层（Application Layer）：提供各种应用程序的接口，例如HTTP、FTP、SMTP等。
  这些分层结构的好处是提供了清晰的功能划分，可以方便地进行协议的设计和实现，同时也提高了网络的可靠性和可扩展性。
  五层网络模型是一种简化和精简的分层结构，常见于一些简单的网络体系结构，也被称为Internet简化模型。

TCP/IP层级	名称	功能
第4层	应用层	提供通信应用的网络服务接口，例如HTTP、FTP、SMTP等
第3层	传输层	提供端到端的可靠数据传输和错误恢复，例如TCP、UDP等
第2层	网际层	处理数据的路由和转发，实现不同网络之间的连接，例如IP协议
第1层	网络接口层	提供物理网络访问的接口，例如以太网、Wi-Fi等

注：TCP/IP模型并不严格对应于OSI模型的七层，但功能大致相似。

互联网五层模型

五层网络模型：

• 应用层（Application Layer）：为应用程序提供接口，允许用户访问网络服务，如HTTP、FTP、SMTP等。
• 传输层（Transport Layer）：负责端到端的可靠数据传输，如TCP和UDP协议。
• 网络层（Network Layer）：处理包的传输和路由选择，将数据从源节点传递到目的节点，如IP协议。
• 链路层（Data Link Layer）：把数据帧传输到物理网络中的邻近节点，进行错误检测和纠正，如以太网协议。
• 物理层（Physical Layer）：负责传输比特流，包括电子信号在物理介质上的传输和接收。
  五层网络模型相对于七层网络模型来说，省去了会话层和表示层这两个中间层，将应用层直接与传输层相连，简化了网络协议的设计和实现。但五层网络模型的功能较为有限，适用于一些小型或私有网络。

五层模型	名称	功能
第5层	应用层	提供通信应用的网络服务，例如HTTP、FTP、SMTP等
第4层	运输层	提供端到端的可靠数据传输和错误恢复，例如TCP、UDP等
第3层	网络层	处理数据的路由和转发，实现不同网络之间的连接，例如IP协议
第2层	数据链路层	在物理网络之间传输数据包，例如以太网、Wi-Fi等
第1层	物理层	提供物理介质上的原始比特流传输，例如电缆、光纤等

注：互联网五层模型是TCP/IP模型的简化版本，通常用于描述互联网协议栈的结构。

共同点：

TCP/IP模型和OSI模型：

• 分层思想：TCP/IP和OSI模型均采用了分层的思想，将网络功能分解为不同的层次，分别解决不同的问题，提高了网络的可靠性和可扩展性。
• 互操作性：两个模型都鼓励开发符合标准的协议和接口，以实现网络设备和应用程序的互通和互操作。

尽管OSI模型、TCP/IP模型和互联网五层模型在一些方面有所不同，但它们也有一些共同点，包括：

• 分层结构：这三个模型都采用了分层的方式来组织网络协议。层级结构提供了一种逻辑上的划分，使得网络协议的开发、维护和管理更加清晰和可行。
• 层级关系：这些模型中的每个层级都依赖于其下一层级提供的服务，并向更高层级提供服务。这种层级关系促进了模块化设计和协议的交互工作。
• 通信流程：这三个模型都描述了网络通信的整个过程，从应用层到物理层，涵盖了数据从发送端到接收端的传输和处理。
• 协议参考：这些模型都被用作参考模型，用于帮助理解和开发网络协议。它们提供了一个通用的框架，可以用于指导协议设计和实现。
• 实践应用：尽管OSI模型在实际部署中不太常见，但TCP/IP模型和互联网五层模型都是在网络领域中普遍使用的模型，实际应用非常广泛。
  这些共同点突出了分层和模块化的重要性，提供了一种有序和结构化的方法来设计、开发和管理计算机网络。

6. 计算机网络提供的服务按三种方式分类

面向连接服务和无连接服务

面向连接服务：在面向连接服务中，通信的双方需要在通信之前建立一个连接。这种服务模式提供了可靠的数据传输，保证数据的有序性、完整性和可靠性。常见的面向连接的服务包括传统的电话网络、TCP（传输控制协议）等。面向连接服务要求通信的双方维护连接状态，包括建立连接、传输数据和关闭连接。

无连接服务：在无连接服务中，通信的双方可以直接发送数据包给对方，而不需要事先建立连接。这种服务模式提供了快速的数据传输，但不保证数据的可靠性和有序性。常见的无连接服务包括IP（互联网协议）网络、UDP（用户数据报协议）等。无连接服务不维护连接状态，数据包独立发送，每个数据包都独立地处理。

可靠服务和不可靠服务

可靠服务：可靠服务确保数据的可靠传输，即保证数据的有序性、完整性和可靠性。这种服务模式通过使用一系列的协议和机制来实现，如错误检测和纠正、重传机制等。常见的可靠服务包括传输控制协议（TCP），它使用确认和重传机制来保证数据的可靠传输，常用于大量数据的传输，如文件传输、网页浏览等。

不可靠服务：不可靠服务不保证数据的完整性和可靠性，而更侧重于实时性和效率。不可靠服务不使用确认和重传机制，常常用于实时应用，如语音通信、视频传输等。常见的不可靠服务包括用户数据报协议（UDP），它提供了一种简单的、无连接的、尽最大努力交付的数据传输服务。UDP适用于需要快速传输和实时性要求高的应用，如在线游戏、实时视频流等。

有连接服务和无连接服务

有连接服务：有连接服务是指在数据传输之前，通信的双方需要建立一个连接。这种服务模式要求通信的双方维护连接状态，并且在数据传输完成后显式地关闭连接。常见的有连接服务包括传统的电话网络和传输控制协议（TCP）。有连接服务提供可靠的数据传输，确保数据的有序性、完整性和可靠性。

无连接服务：无连接服务是指通信的双方可以直接发送数据包给对方，而不需要事先建立连接。无连接服务不维护连接状态，每个数据包都独立地处理，发送方也不知道接收方是否收到了数据。常见的无连接服务包括用户数据报协议（UDP）。无连接服务提供了更快速的数据传输，但无法保证数据的可靠性和有序性。

需要根据应用的具体需求选择有连接服务还是无连接服务。对于需要可靠性和有序性的数据传输，如传输大量数据的文件传输，有连接服务（如TCP）是更合适的选择。而对于实时性要求高、数据传输较小且可靠性要求不高的应用，无连接服务（如UDP）更适合。

7. 习题精选

习题选自王道考研计算机网络

习题精选1

01.计算机网络可被理解为().
A.执行计算机数据处理的软件模块
B.由自治的计算机互联起来的集合体
C.多个处理器通过共享内存实现的紧耦合系统
D.用于共同完成一项任务的分布式系统

02.计算机网络最基本的功能是().
A.数据通信
B.资源共享
C.分布式处理
D.信息综合处理

03.下列不属于计算机网络功能的是().
A.提高系统可靠性
B.提高工作效率
C.分散数据的综合处理
D.使各计算机相对独立

04.计算机网络系统的基本组成是()。
A.局城网和广城网
B.本地计算机网和通信网
C.通信子网和资源子网
D.服务器和工作站

05.在计算机网络中可以没有的是()
A.客户机
B.服务器
C.操作系統
D.数据库管理系统

06.计算机网络的资源主要是指().
A.服务器、路由器、通信线路与用户计算机
B.计算机操作系统、数据库与应用软件
C.计算机硬件、软件与数据
D.Web服务器、数据库服务器与文件服务器

07.计算机网络可分为通信子网和资源子网。下列属于通信子网的是()。
I.网桥II.交换机III.计算机软件IV.路由器
A.I、II、IV
B. II、 III、 IV
C. I、III、IV
D.I、II、III

08.下列设备属于资源子网的是()
A.计算机软件
B.网桥
C.交换机
D.路由器

09.计算机网络分为广城网、城域网和局城网，其划分的主要依据是().
A.网络的作用范围
B.网络的拓扑结构
C.网络的通信方式
D.网络的传输介质

10.局域网和广城网的差异不仅在于它们所覆盖的范围不同，还主要在于它们()
A.所使用的介质不同
B.所使用的协议不同
C.所能支持的通信量不同
D.所提供的服务不同

11.下列说法中正确的是()
A.在较小范围内布置的一定是局城网，而在较大范围内布置的一定是广城网
B.城城网是连接广城网而覆盖园区的网络
C.城域网是为淘汰局域网和广城网而提出的一种新技术
D.局城网是基于广播技术发展起来的网络，广城网是基于交换技术发展起来的网络

12.现在大量的计算机是通过诸如以太网这样的局城网连入广域网的，而局城网与广城网的
互联是通过()实现的。
A.路由器
B.资源子网
C.桥接器
D.中继器

13.计算机网络拓扑结构主要取决于它的()。
A.资源子网
B.路由器
C.通信子网
D.交换机

14.广域网的拓扑结构通常采用()
A.星形
B.总线形
C.网状
D.环形

15.在n个结点的星形拓扑结构中，有()条物理链路。
A.n-1
B.n
C. n(n-1)
D.n(n+1)/2

16.下列关于广播式网络的说法中，错误的是()
A.共享广播信道
B.不存在路由选择问题
C.可以不要网络层
D.不需要服务访问点

17.下列()是分组交换网络的缺点。
A.信道利用率低
B.附加信息开销大
C.传播时延大
D.不同规格的终端很难相互通信

18.1968年6月，世界上出现的最早计算机网络是()
A. Internet
B.ARPAnet
C.以太网
D.令牌环网

习题精选2

习题均选自王道考研计算机网络
01.()不是对网络模型进行分层的目标。
A.提供标准语言
B.定义功能执行的方法
C.定义标准界面
D.增加功能之间的独立性

02.将用户数据分成一个个数据块传输的优点不包括().
A.减少延迟时间
B.提高错误控制效率
C.使多个应用更公平地使用共享通信介质
D.有效数据在协议数据单元(PDU)中所占比例更大

03.协议是指在()之间进行通信的规则或约定。
A.同一结点的上下层
B.不同结点
C.相邻实体
D.不同结点对等实体

04.在OSI参考模型中，第n层与它之上的第n+1层的关系是().
A.第n层为第n+1层提供服务
B.第n+1层为从第n层接收的报文添加一个报头
C.第n层使用第n+1层提供的服务
D.第n层和第n+1层相互没有影响

05.关于计算机网络及其结构模型，下列几种说法中错误的是()
A.世界上第一个计算机网络是.ARPAnet
B. Internet源于 ARPAnet
C.国际标准化组织(ISO)设计出了OSI/RM参考模型，即实际执行的标准
D.TCP/IP参考模型分为4个层次

06.()是计算机网络中OSI参考模型的3个主要概念。
A.服务、接口、协议
B.结构、模型、交换
C.子网、层次、端口
D.广城网、城域网、局域网

07.OSI参考模型中的数据链路层不具有()功能。
A.物理寻址B.流量控制C.差错校验D.拥塞控制

08.下列能够最好地描述OSI参考模型的数据链路层功能的是()
A.提供用户和网络的接口
B.处理信号通过介质的传输
C.控制报文通过网络的路由选择
D.保证数据正确的顺序和完整性

09.当数据由端系统A传送至端系统B时，不参与数据封装工作的是()。
A.物理层
B.数据链路层
C.网络层
D.表示层

10.在OSI参考模型中，实现端到端的应答、分组排序和流量控制功能的协议层是().
A.会话层
B.网络层
C.传输层
D.数据链路层

11.在ISO/OSI参考模型中，可同时提供无连接服务和面向连接服务的是()。
A.物理层
B.数据链路层
C.网络层
D.传输层

12.在OSI参考模型中，当两台计算机进行文件传输时，为防止中间出现网络故障而重传
整个文件的情况，可通过在文件中插入同步点来解决，这个动作发生在().
A.表示层
B.会话层
C.网络层
D.应用层

13.数据的格式转换及压缩属于OSI参考模型中()的功能。
A.应用层
B.表示层
C.会话层
D.传输层

14.下列说法中，正确描述了OSI参考模型中数据的封装过程的是()。
A.数据链路层在分组上仅增加了源物理地址和目的物理地址
B.网络层将高层协议产生的数据封装成分组，并增加第三层的地址和控制信息
C.传输层将数据流封装成数据，并增加可靠性和流控制信息
D.表示层将高层协议产生的数据分割成数据段，并增加相应的源和目的端口信息

15.在OSI参考模型中，提供流量控制功能的层是第（①）层；提供建立，维护和拆除到
的连接的层是（②）；为数据分组提供在网络中路由的功能的是（③）；传输层提供（④）
的数据传送；为网络层实体提供数据发送和接收功能及过程的是（⑤）
①A.1.2.3 B.2.3.4 C.3.4.5 D.4、5.6
②A.物理层 B.数据链路层 C会话层 D.传输层
③A.物理层 B.数据链路层 C.网络层 D.传输层
④A主机进程之间 B.网络之间 C.数据链路之间 D.物理线路之间
⑤A.物理层B.数据链路层 C.会话层 D.传输层

16.在OSI参考模型中，（①）利用通信子网提供的服务实现两个用户进程之间端到端的通信，在这个层次模型中，如果用户A需要通过网络向用户B传送数据，那么首先将数据送入应用层，在该层给它附加控制信息后送入表示层；在表示层对数据进行必要约变换并加上头部后送入会话层；在会话层加头部后送入传输层；在传输层将数据分割为(②)后送至网络层；在网络层将数据封装成（③）后送至数据链路层；在数据链路层将数据加上头部和尾部封装成（④）后发送到物理层；在物理层数据以（⑤）形式发送到物理线路，用户B所在的系统收到数据后，层层剥去控制信息，最终将原数据传送给用户B
①A.网络层 B.传输层 C.会话层 D.表示层
②A数据报 B.数据流 C.报文 D.分组
③A.数据流 B.报文 C.路由信息 D.分组
④A数据段 B.报文 C.数据 D.分组
⑤A,比特流 B.数据 C.报文 D.分组

17.固特网采用的核心技术是()
A. TCP/IP
B.局城网技术
C.远程通信技术
D.光纤技术

18.在TCP/IP模型中，()处理关于可靠性、流量控制和错误校正等问题。
A.网络接口层
B.网际层
C.传输层
D.应用层

19.上下邻层实体之间的接口称为服务访问点，应用层的服务访问点也称()
A.用户界面
B.网卡接口
C.IP地址
D.MAC地址

20.【2009统考真题】在OSI参考模型中，自下而上第一个提供端到端服务的层次是().
A数据链路层
B.传输层
C会话层
D.应用层

21.【2010统考真题】下列选项中，不属于网络体系结构所描述的内容是().
A.网络的层次
B.每层使用的协议
C.协议的内部实现细节
D.每层必须完成的功能

22.【2011统考真题】TCP/IP参考模型的网络层提供的是()
A.无连接不可靠的数据报服务
B.无连接可靠的数据报服务
C.有连接不可靠的虚电路服务
D.有连接可靠的虚电路服务

23.【2013统考真题】在OSI参考模型中，功能需由应用层的相邻层实现的是().
A.对话管理
B.数据格式转换
C.路由选择
D.可靠数据传输

24.【2014统考真题】在OSI参考模型中，直接为会话层提供服务的是().
A.应用层
B.表示层
C.传输层
D.网络层

25.【2016统考真题】在OSI参考模型中，路由器、交换机(Switch)、集线器(Hub)实现
的最高功能层分别是()
A.2、2、1
B.2、2、2
C.3、2、1
D.3、2、2

26.【2017统考真题】假设OSI参考模型的应用层欲发送400B的数据（无折分），除物理
层和应用层外，其他各层在封装PDU时均引入20B的额外开销，则应用层的数据传
输效率约为()
A.80%
B.83%
C.87%
D.91%

27.【2019统考真题】OSI参考模型的第5层（自下而上）完成的主要功能是().
A.差错控制
B.路由选择
C.会话管理
D.数据表示转换

28.【2020统考真题】下图描述的协议要素是()

I.语法 II语义 III时序
A.仅I
B.仅II
C.仅III
D.I、II和III

29.【2021统考真题】在TCP/IP参考模型中，由传输层相邻的下一层实现的主要功能是()。
A.对话管理
B.路由选择
C.端到端报文段传输
D.结点到结点流量控制