我們周?chē)鸁o(wú)時(shí)無(wú)刻不存在一張網(wǎng)，如電話(huà)網(wǎng)、電報(bào)網(wǎng)、電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等；即使我們身體內(nèi)部也存在許許多多的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等。最為典型的代表即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)兩個(gè)領(lǐng)域的結(jié)合。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)

簡(jiǎn)單鏈接基于主機(jī)架構(gòu)的低速串行鏈路，X.25和IBM的SNA

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要特性

• 資源共享

• 信息傳輸與集中處理

• 負(fù)載均衡與分布處理

• 綜合信息服務(wù)

局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)定義

LAN（Local Area Network）

通常指幾千米以?xún)?nèi)的，可以通過(guò)某種介質(zhì)互聯(lián)的計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、modem或其他設(shè)備的集合

MAN（Metropolitan Area Network）

MAN覆蓋范圍為中等規(guī)模，介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，通常是在一個(gè)城市內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)連接（距離為10KM左右）

WAN（Wide Area Network）

分布距離遠(yuǎn)，它通過(guò)各種類(lèi)型的串行連接以便在更大的地理區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)接入

常見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

電路交換和分組交換

電路交換：基于電話(huà)網(wǎng)的電路交換

• 優(yōu)點(diǎn)：延遲小、透明傳輸

• 缺點(diǎn)：帶寬固定，網(wǎng)絡(luò)資源利用率低，初始連接建立慢

分組交換：以分組為單位存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)

• 優(yōu)點(diǎn)：多路復(fù)用，網(wǎng)絡(luò)資源利用率高

• 缺點(diǎn)：延遲大，實(shí)時(shí)性差，設(shè)備功能復(fù)雜

分組交換的單位，信元，二層幀。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能標(biāo)準(zhǔn)

帶寬（bandwidth）

描述在一定時(shí)間范圍內(nèi)能夠從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量，通常以bps為單位，例如以太網(wǎng)帶寬為10Mbps，快速以太網(wǎng)為100Mbps

延遲（delay）

描述網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間

協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（protocol）是什么？

• 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是為了使網(wǎng)絡(luò)中的不同設(shè)備能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而預(yù)先制定的一套通信雙方相互了解和共同遵守的格式和約定。

• 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一系列規(guī)則和約定的規(guī)范性描述，定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間如何進(jìn)行信息交換。

數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)分為兩類(lèi)：事實(shí)的和法定的

• 事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：未經(jīng)組織團(tuán)體承認(rèn)但已在應(yīng)用中被廣泛使用和接受的就是事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)（de facto standard）

• 法定標(biāo)準(zhǔn)：由官方認(rèn)可的團(tuán)體制定的標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為法定標(biāo)準(zhǔn)（de jure standard）

標(biāo)準(zhǔn)化組織

• 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）

• 電子電器工程師協(xié)會(huì)（IEEE）

• 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（ANSI）

• 電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA / TIA）

• 國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）

• INTERNET工程任務(wù)委員會(huì)（IETF）

• 研究任務(wù)委員會(huì)IRTF ? ?

• 號(hào)碼分配委員會(huì)IANA

OSI參考模型

OSI RM：開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模

OSI參考模型具有以下優(yōu)點(diǎn)

• 簡(jiǎn)化了相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)操作

• 提供設(shè)備間的兼容性和標(biāo)準(zhǔn)接口

• 促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作

• 結(jié)構(gòu)上可以分隔

• 易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)

第一層到第三層成為底層（Lower Layer），又叫介質(zhì)層（media ），底層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳送，網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備往往位于下三層，以硬件和軟件相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。OSI參考模型的第五層到第七層成為高層（Upper Layer），又叫主機(jī)層（Host Layer），高層用于保障數(shù)據(jù)的正確傳輸，以軟件方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

OSI參考模型層次結(jié)構(gòu)，OSI參考模型自下而上分為七層：

TCP/IP協(xié)議棧概述

TCP/IP起源于60年代末美國(guó)政府資助的一個(gè)分組交換網(wǎng)絡(luò)研究項(xiàng)目，到90年代已發(fā)展成為計(jì)算機(jī)之間最常用的組網(wǎng)形式。TCP/IP是一個(gè)真正的開(kāi)放系統(tǒng)，因?yàn)槠鋮f(xié)議簇的定義及其多種實(shí)現(xiàn)可以免費(fèi)或花費(fèi)很少就可以公開(kāi)地得到。TCP/IP是“全球互聯(lián)網(wǎng)”或“因特網(wǎng)”Internet的基礎(chǔ)。

與OSI參考模型一樣，TCP/IP對(duì)等模型也分為不同的層次，每一層負(fù)責(zé)不同的通信功能。五層對(duì)等模型是OSI和TCP/IP模型的綜合。

TCP/IP協(xié)議棧

IP協(xié)議是盡力傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其提供的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)是不可靠的、無(wú)連接的。IP協(xié)議不關(guān)心數(shù)據(jù)包的內(nèi)容，不能保證數(shù)據(jù)包是否成功到達(dá)目的地，也不關(guān)心任何關(guān)于前后數(shù)據(jù)包的狀態(tài)信息。面向連接的的可靠服務(wù)由上層的TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP等數(shù)據(jù)都最終封裝在IP報(bào)文中傳輸。

物理層功能

物理層主要是：規(guī)定介質(zhì)類(lèi)型、接口類(lèi)型、信令類(lèi)型 ；規(guī)范在終端系統(tǒng)之間激活、維護(hù)和關(guān)閉物理鏈路的電氣、機(jī)械、流程和功能等方面的要求；規(guī)范電平、數(shù)據(jù)速率、最大傳輸距離和物理接頭等特征；

同步串口可作為DCE 或者DTE，支持多種物理層協(xié)議：V.24/V.35/X.21 等協(xié)議，異步串口支持RS232 協(xié)議，最大速率為115.2kbit/s。G.703 E1/T1接口類(lèi)型。

物理層介質(zhì)和物理層設(shè)備

物理層介質(zhì)：同軸電纜、雙絞線(xiàn)、光纖、無(wú)線(xiàn)電波；

物理層設(shè)備：中繼器、集線(xiàn)器；

數(shù)據(jù)鏈路層功能

MAC Sub-layer：Media Access Control Sub-Layer 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層

指定數(shù)據(jù)如何通過(guò)物理線(xiàn)路進(jìn)行傳輸，并與物理層通信

LLC Sub-layer：Logic Link Control Sub-layer邏輯鏈路控制子層

識(shí)別協(xié)議類(lèi)型并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路層局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)協(xié)議

數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備：以太網(wǎng)交換機(jī)

網(wǎng)絡(luò)層功能與設(shè)備

功能 ：在不同的網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包

設(shè)備：路由器、三層交換機(jī)

網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是要選擇合適的路徑并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，使數(shù)據(jù)包能夠正確無(wú)誤的從發(fā)送方傳遞到接收方。

網(wǎng)絡(luò)層的主要功能包括：

• 編址：網(wǎng)絡(luò)層為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配標(biāo)識(shí)，這就是網(wǎng)絡(luò)的地址（address）。地址分配也為從源到目的的路徑選擇提供了基礎(chǔ)。

• 路由選擇：網(wǎng)絡(luò)層的一個(gè)關(guān)鍵作用是要確定從源到目的的數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)該如何選擇路由，網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備在計(jì)算路由之后，按照路由信息對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)層路由選擇的設(shè)備成為路由器（router）。

• 擁塞管理：如果網(wǎng)絡(luò)同時(shí)傳送過(guò)多的數(shù)據(jù)包，可能會(huì)產(chǎn)生擁塞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或延遲，網(wǎng)絡(luò)層也負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的擁塞進(jìn)行控制。

• 異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：通信鏈路和介質(zhì)類(lèi)型是多種多樣的，每種鏈路都有其特殊的通信規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)層必須能夠工作在多種多樣的鏈路和介質(zhì)類(lèi)型上，以便能夠跨越多個(gè)網(wǎng)段提供通信服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)層處于傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，他它負(fù)責(zé)向傳輸層提供服務(wù)，同時(shí)負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成對(duì)應(yīng)的物理地址。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議還能協(xié)調(diào)發(fā)送、傳輸及接收設(shè)備的處理能力的不平衡性，如網(wǎng)絡(luò)層可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段和重組，以使得數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度能夠滿(mǎn)足該鏈路的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議所支持的最大數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度。

網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議

當(dāng)某一網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)應(yīng)用程序需要發(fā)送報(bào)文到位于另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的目的地時(shí)，與該主機(jī)在同一網(wǎng)絡(luò)上的路由器的一個(gè)接口會(huì)接收到數(shù)據(jù)幀，路由器的鏈路層檢查該幀，確定被攜帶的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)類(lèi)型，去掉鏈路層幀頭，并將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)送往相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行處理；

網(wǎng)絡(luò)層檢查報(bào)文頭以決定目的地址所在網(wǎng)段，然后通過(guò)查找路由表以獲取相應(yīng)輸出接口；

輸出接口的鏈路層為該報(bào)文加上鏈路層幀頭，封裝成數(shù)據(jù)幀并發(fā)送到下一跳；

每一個(gè)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)都要進(jìn)行這一過(guò)程。在到達(dá)目的主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)時(shí)，報(bào)文被封裝成目地網(wǎng)絡(luò)的鏈路層數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給相應(yīng)的目的主機(jī)。目的主機(jī)接收到該報(bào)文后，經(jīng)過(guò)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層的處理，去掉鏈路層幀頭、網(wǎng)絡(luò)層報(bào)文頭后，送給相應(yīng)的協(xié)議。

路由器能支持多個(gè)相互獨(dú)立的路由協(xié)議（例如IP RIP、OSPF、IPX RIP等），能為不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（如 TCP/IP、IPX）相對(duì)應(yīng)的路由協(xié)議維護(hù)各自的路由表。路由器的這種能力允許路由器能同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，進(jìn)行報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。

傳輸層功能

最終目標(biāo)是向用戶(hù)（一般指應(yīng)用層的進(jìn)程）提供有效、可靠的服務(wù)。傳輸層主要定義了主機(jī)應(yīng)用程序間端到端的連通性，它一般包含四項(xiàng)基本功能。

• 分段上層數(shù)據(jù)

• 建立端到端連接

• 將數(shù)據(jù)從一端主機(jī)傳送到另一端主機(jī)

• 保證數(shù)據(jù)按序、可靠、正確傳輸

傳輸層位于OSI參考模型第四層，最終目標(biāo)是向用戶(hù)— 一般指應(yīng)用層的進(jìn)程，提供有效、可靠的服務(wù)。

傳輸層主要定義了主機(jī)應(yīng)用程序間端到端的連通性，它一般包含四項(xiàng)基本功能：

將應(yīng)用層發(fā)往網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)分段或?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)層發(fā)往應(yīng)用層的數(shù)據(jù)段合并。

建立端到端的連接，主要是建立邏輯連接以傳送數(shù)據(jù)流。

將數(shù)據(jù)段從一臺(tái)主機(jī)發(fā)往另一臺(tái)主機(jī)。在傳送過(guò)程中通過(guò)計(jì)算校驗(yàn)和以及通過(guò)流控制的方式保證數(shù)據(jù)的正確性，流控制可以避免緩沖區(qū)溢出。

部分傳輸層協(xié)議保證數(shù)據(jù)傳送正確性。主要是在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中確保同一數(shù)據(jù)既不多次傳送也不丟失。同時(shí)還要保證數(shù)據(jù)包的接收順序與發(fā)送順序一致。

傳輸層協(xié)議主要有TCP/IP協(xié)議棧的TCP協(xié)議和UDP協(xié)議，IPX/SPX協(xié)議棧的SPX協(xié)議等。其中，TCP協(xié)議和SPX協(xié)議為應(yīng)用程序提供可靠的、面向連接的服務(wù)；UDP協(xié)議提供不可靠的、無(wú)連接的服務(wù)。

傳輸層主要協(xié)議對(duì)比

應(yīng)用層功能

應(yīng)用層的主要功能

為用戶(hù)提供接口、處理特定的應(yīng)用

數(shù)據(jù)加密、解密、壓縮、解壓縮

定義數(shù)據(jù)表示的標(biāo)準(zhǔn)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的弱电工程计算机网络系统基础知识的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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