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1 计算机网络概述
概念组成和功能：利用通信设备和线路将地理位置不同的，功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（网络通信协议 信息交换方式 网络操作系统）实现网络中资源共享和信息传递的系统。
数据处理和资源共享是两大基本功能。
图1 网络与三网融合技术
计算机网络五大功能
图2 计算机网络的五大功能
计算机网络定义与分类
图3 计算机网络定义与分类
计算机网络七大性能指标
如图4所示的七个指标的用来衡量计算机网络性能的关键性指标。
图4 计算机网络性能指标
计算机网络协议与两种层次划分标准
图5 计算机网络协议
１．计算机网络概念
计算机网络就是一些互联的、自治的计算机系统集合。所谓自治即能够进行自我管理、配置和维护的计算机。
２．计算机网络组成
物理组成：包括硬件、软件、协议三大部分。
硬件：主机、通信处理机、通信线路和交换设备。
软件：实现资源共享的软件。
协议：数据在线路上的传输协议。
工作方式：分为边缘部分和核心部分。
边缘部分：主机，用来进行通信和资源共享。
核心部分：网络和路由器，为边缘部分提供连通性和交换服务。
功能组成：通信子网和资源子网。
通信子网：包括物理层、数据链路层和网络层，为网络提供数据传输、交换和控制能力。
资源子网：负责数据处理业务。
３．计算机网络功能
数据通信：最基本最重要的功能。包括连接控制、传输控制、差错控制、流量控制、路由选择等功能。
资源共享：数据、软件、硬件资源。
分布式处理：利用空闲计算机资源。对用户是透明的。
４．计算机网络分类
（１）分布范围：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）、个人区域网（PAN）
（２）拓扑结构：星型、总线型、环形、网状形
（３）传输技术：广播式、点对点
（４）使用者：公用网、专用网
（５）数据交换技术：报文交换、电路交换、分组交换
５．标准化工作及相关组织
①互联网草案 ②建议标准（RFC文档） ③草案标准 ④互联网标准
2 计算机网络体系结构划分
计算机体系结构： 计算机网络的各层及其协议的集合。
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定成为网络协议，简称协议。
网络协议三要素： 语法、 语义、 同步。
（1）语法：数据或控制信息的结构或格式。
（2）语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
（3）同步：即事件实现顺序的详细说明。同步，在一定的条件下应当发生什么事件，同步含有时序的意思。
OSI，开放系统互连基本参考类型。"开放"指的是非独家垄断的，只要遵循 OSI 标准就可以和这个世界上其他同样遵循 OSI 标准的其他系统进行通信。OSI是 7 层协议的体系结构。但是得到最广泛应用的是 TCP/IP 协议，TCP/IP 协议 是事实上的国际标准，因为OSI标准缺乏商业驱动力。
TCP/IP 是一个四层的网络体系结构，包括：应用层、运输层、网际层IP、网络接口层。但是为了学习更加方便，学习计算机网络常常分为5层。三者的关系如下图所示，该图出自《计算机网络第七版》，谢希仁老师编著。
3 体系架构分析
１．协议
控制两个对等实体进行通信的规则。包括：语义、语法、同步。
２．接口
从物理层开始，每一层都向上层提供的服务访问点。
服务数据单元（SDU）、协议控制信息（PCI）、接口控制信息（ICI）、
协议数据单元（PDU）：n-PDU=n-PCI+n-SDU, n-PDU=(n-1)-SDU
接口数据单元（IDU）：n-IDU=n-SDU+n-ICI，即在临层接口传送数据单元
３．服务
下层为相邻上层提供的功能调用。协议是水平的，服务是垂直的。
面向连接：通信时事先建立通信线路。如TCP。
面向无连接：把带有目的地址的报文传送到线路上由系统传输。如ID、UDP。
| 服务 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|
| 面向连接 | 可靠信息流、信息回复确认 | 占用通信信道 |
| 面向无连接 | 不占用信道 | 信息流可能丢失、信息无回复确认 |
3.1 OSI各层功能详解
1物理层：物理层最底层的一层，计算机中的数据通过0/1传输，这些数字不能真正的在物理介质上传输，需要把它们转换成光/电信号，这一层负责将这些比特流（010101）与光电信号进行转换，这一层的数据叫做比特。
2数据链路层：负责物理传输，在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻节点的数据链路，将比特组装成帧进行传输，可以解析MAC物理地址，通过MAC地址可以确定访问的对象。
数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。在这一层，数据的单位称为帧（frame）。数据链路层协议的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。MAC地址和交换机在这一层。
3 网络层：编址寻址（每个目标对象都有一个IP地址）；路由选择（路由器通过路由算法找到一条从源地址到目标地址的最短路径；拥塞控制（根据流量进行控制）；异种网络互连（不同网络间的通信）
计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点， 确保数据及时传送。网络层将数据链路层提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息- -源站点和目的站点地址的网络地址。如 果你在谈论一个IP地址，那么你是在处理第3层的问题，这是“数据包”问题，而不是第2层的“帧”。IP是第3层问题的一部分，此外还有一些路由协议和地 址解析协议（ARP）。有关路由的一切事情都在这第
4传输层。地址解析和路由是3层的重要目的。网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能。在这一层，数据的单位称为数据包
（packet）。网络层协议的代表包括：IP、IPX、RIP、OSPF等。负责管理网络地址、定位设备、决定路由，路由器工作在这层。包括用户数据包，路由更新包。
运输层：负责分割组合数据，提供端到端的可靠报文的传递和错误的恢复，该层的主要协议为TCP/IP协议、
该数据单元也称作数据包（packets）。但是，当你谈论TCP等具体的协议时又有特殊的叫法，TCP的数据单元称为段 （segments）而UDP协议的数据单元称为“数据报（datagrams）”。这个层负责获取全部信息，因此，它必须跟踪数据单元碎片、乱序到达的 数据包和其它在传输过程中可能发生的危险。第4层为上层提供端到端（最终用户到最终用户）的透明的、可靠的数据传输服务。所为透明的传输是指在通信过程中 传输层对上层屏蔽了通信传输系统的具体细节。传输层协议的代表包括：TCP、UDP、SPX等。
5 会话层：负责在网络中两个节点的建立、维护、控制会话，区分不同的会话，以提供单工、半双工、全双工三种通信服务。通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路，主要在你的系统之间发起会话或者接收会话的请求（设备之间互相认识的可以是IP也可以是MAC或者主机名等）NFS、X Windows、RPC都在这一层。
6 表示层：确保一个系统的应用层所发送的信息可以被另一个系统的应用层读取，主要是对数据进行翻译、加密和压缩。
例如，PC程序与另一台计算机进行通信，其中一台计算机使用扩展二一十进制交换码（EBCDIC），而另一台则使用美国信息交换标准码（ASCII）来表示相同的字符。如有必要，表示层会通过使用一种通格式来实现多种数据格式之间的转换。这一层主要解决信息的语法表示问题。它将欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。即提供格式化的表示和转换数据服务。数据的压缩和解压缩， 加密和解密等工作都由表示层负责。
7 应用层：为用户的操作系统或应用程序提供网络服务。
（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供网络服务。。应用层协议的代表包括：Telnet、FTP、HTTP、SNMP等。
各层作用及协议
3.2 TCP/IP协议模型
TCP/IP四层模型是OSI七层模型的演化，OSI的用户直接联系层被应用层所替代，而数据链路层和物理层被网络接口层所替代。
1网络接口层：负责底层的传输，常见的协议有Ethernet 802.3 、Token Ring 802.5、X.25等。
2网络层：计算机间的通信。
3传输层：应用程序间的通信，主要包括格式化信息流、提供可靠的信息传输。
4应用层：向用户提供服务。
3.3 五层协议
（1）应用层
任务： 通过应用进程之间的交互来完成特定网络应用。
定义：应用进程之间通信的规则，进程即主机中正在运行的程序。
如： DNS 域名系统， 支持万维网应用 http , SMTP 支持电子右键协议。
应用层交互数据单元 ： 报文。
（2）运输层
任务：负责向两台主机之间的进程通信提供通用的数据传输服务。应用层利用运输层传输应用层报文。
特点：具有复用和分用功能，复用多个应用层进程可以使用同一个运输层服务，分用和复用相反，运输层收到的信息可以分别交付给多个应用层进程。
主要使用的协议：TCP 和 UDP。
（3）网络层
提供通信服务，把运输层上产生的报文段或用户数据包封装成分组或包进行传送。
主要使用的协议：IP协议，因此分组又称IP数据报。
（4）数据链路层
任务：在两个相邻结点之间传送数据，数据链路层将网络层交下来的IP数据包组装成帧，在两个相邻的节点上传送帧。
帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制）。
（5）物理层
数据单位：比特，0或1。
物理传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤、无线通道。
4 知识图解
4.1 五层体系结构图
五层体系结构各层对应的数据单元
五层体系结构各层对应的中间设备
4.2 五层体系结详解
| 典型设备 | 中间设备 | 数据单元 | 网络协议 | |
| 物理层 | 中继器、集线器 | 中继器、集线器 | 数据位（bit）binary digit 二进制数据的缩写 | 无 |
| 使用了光纤、 同轴电缆、双绞线…… | ||||
| 数据链路层 | 网卡、网桥、交换机 | 网桥、交换机 | 数据帧 （Frame） | ARQ、SW、CSMA/CD、PPP、HDLC、ATM |
| 网络层 | 路由器、防火墙、多层交换机 | 路由器 | 数据包（Packet） | IP、ARP 、RARP 、ICMP 、ICMPv6、IGMP、RIP 、OSPF 、BGP |
| 传输层 | 进程和端口 | 四层路由器 | 数据段 （Segment） | TCP UDP |
| 应用层 | 应用程序，如FTP，SMTP ，HTTP | 网关 | 报文（message） | DHCP、DNS、FTP、HTTP、POP3、SMTP 、SSH 、TELNET |
4.3 网络体系结构数据流图
4.4 四层网络体系结构多种协议图解
4.5 计算机网络体系协议总览