计算机网络知识点
计算机网络基础知识
考点导读:网络协议与体系结构主要考查考生对OSI参考模型、TCP/IP模型的理解和掌握,以及对TCP/IP协议中主要协议的了解。考生需要从网络体系结构的七个层次理解网络数据传输的工作原理,同时要掌握常见的TCP/IP协议的工作原理,如TCP、UDP、IP、FTP、HTTP、DNS、ARP协议等。这个考点非常重要,基本每年必考。
计算机网络的定义与组成、分类
网络的发展、常识()
网络的发展始于20世纪60年代,当时为了应对军事需求,美国国防部高级研究计划局(ARPA)创建了一个分组交换网络,即ARPANET。这是互联网的前身,它允许不同地区的计算机通过电话线连接在一起,共享信息。
在80年代,TCP/IP协议得到广泛应用,成为互联网的基础。1989年,计算机科学家 蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)发明了万维网(World Wide Web),它使用HTML和HTTP协议,让用户能够更方便地浏览和分享信息。
1990年代,互联网迅速发展,人们开始广泛使用电子邮件、搜索引擎、即时通讯和在线购物等服务。这一时期也出现了许多著名的互联网公司,如谷歌和亚马逊。
21世纪初,互联网进入移动时代,智能手机和移动设备的普及使得更多人能够随时随地上网。社交媒体、移动应用和云计算等技术也应运而生,改变了人们的生活方式。
第一阶段:1969 年美国国防部建立了世界上第一个ARPANET网络。
第二阶段:三级结构网络阶段,1985 年,美国国家科学基金会 NSF 围绕六个大型的计算机中心建设计算机网络,即国家科学基金网 NSFNET。 它是第一个三级网络,分为主干网、地区网和校园网(企业网)。
第三阶段:特点是逐渐形成多层次的 ISP(Internet Service Provider,因特网服务提供商)结构的 Internet。。任何机构或个人可以向 ISP 缴纳费用,从而获取 IP 地址, 获取网络服务。
三网融合:“三网”指的是“电信网络”、“有线电视网络”、“计算机网络”。 三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造,能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。三网融合并不意味着三大网络的物理合一,而主要是指高层业务应用的融合。
互联网的常识包括以下几点:
-
保护个人隐私:在线时要注意保护个人信息,避免泄露敏感数据,如密码、身份证号和银行账户等。
-
网络安全:使用防火墙和杀毒软件保护设备,遵循安全的网络习惯,如不点击可疑链接和下载来源不明的文件。
-
知识产权:尊重他人的著作权和知识产权,不要随意传播盗版内容。
-
网络素质:保持文明礼貌的在线行为,尊重不同观点,避免网络暴力和人身攻击。
-
信息筛选:学会辨别网络信息的真实性,不轻信谣言和不实信息,避免传播错误信息。
计算机网络的定义
计算机网络: 是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由软件实现资源共享和信息传递的。
计算机网络是互连(互联互通)、自治(无主从关系)的计算机集合。
计算机网络的功能
一、数据通信(联通性)
二、资源共享(硬件,软件,数据)
三、分布式处理:多台计算机承担同一任务的不同部分
四、提高可靠性(替代机)
五、负载均衡
计算机网络的组成
硬件部分:包括终端设备(如计算机、手机等)、网络设备(如路由器、交换机等)和传输媒介(如光纤、电缆等)
软件:包括网络操作系统、网络协议(如TCP/IP协议)和各种网络应用程序。
协议: 一系列规则和约定的集合
计算机网络的分类
1. 局域网(LAN):覆盖范围小,一般在一个建筑物或一个校园内。
2. 城域网(MAN):覆盖一个城市,例如电缆电视网络。
3. 广域网(WAN):覆盖范围广,可以跨越国家、洲际。
计算机网络的性能指标主要包括()
- 速度:也称为带宽,表示网络传输数据的速率,通常以比特每秒(bps)为单位。
- 延迟:数据从发送到接收之间的时间延迟。
- 吞吐量:单位时间内通过某个网络(或网络部分)的数据量。
- 可靠性:包括错误率和稳定性。错误率是数据在传输过程中出错的概率,稳定性是网络在长期运行过程中可靠性的持续性。
- 安全性:保护网络中数据的安全性,防止数据丢失、篡改或非法访问。
网络体系结构()
OSI模型定义
OSI(Open Systems Interconnection)参考模型是一个描述和理解复杂网络系统如何工作的理论框架,它将网络通信过程划分为七个层次,每一层都有特定的职责和任务。
OSI模型七层定义
-
物理层:它负责在物理媒介(如电缆或无线电波)上发送和接收原始的未加工比特流。这涵盖了电压、线路规格、针脚、缆插头、集线器、中继器、网卡、主机接口等。数据的单位称为比特(bit) 属于物理层定义的典型规范代表包括:
EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45
等。 -
数据链路层:它将原始比特流组合成"帧",每一帧都有一定的格式,并且可以进行错误检测和修正。这一层还负责物理寻址和流量控制。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。 -
网络层():负责数据包的发送和接收,包括路由选择和网络互联,处理网络阻塞和排队等问题。数据的单位称为数据包(packet) 网络层协议的代表包括:
IP、IPX、RIP(路由选择协议)、OSPF
等 -
传输层():它负责端到端的数据传输,包括错误检测和修复、数据流 量控制等。主要协议有TCP和UDP。数据的单位称为数据段(segment) 传输层协议的代表包括:
TCP、UDP、SPX
等。 -
会话层:建立、管理和终止网络会话。一个会话包括了数据传输的开始和结束。会话层协议的代表包括:
NetBIOS、ZIP(AppleTalk 区域信息协议)
等 -
表示层:对数据进行转换、加密和解密、压缩和解压缩等,以确保数据能够在发送和接收计算机之间正确传输。表示层协议的代表包括:
ASCII、ASN.1、JPEG、MPEG
等。 -
应用层:这是最靠近用户的一层,提供各种网络应用服务,如HTTP、FTP、SMTP、DNS等。应用层协议的代表包括:
TELNET、FTP、HTTP、SNMP
等。
OSI原理
OSI模型的主要原理是将网络通信的复杂过程划分为不同的层次,每一层只需要关心与其直接相关的问题,不需要了解其他层的具体实现细节。这种分层的设计使得网络协议的开发和修改变得更加灵活和方便。
TCP/IP模型()
TCP提供一种可靠的、面向连接的数据传输服务。"面向连接"意味着在数据传输开始之前,发送端和接收端需要建立一个连接。"可靠"意味着TCP会保证数据的正确传输,如果发生数据丢失或错误,TCP会进行重传。
层次名称 | 层次协议 |
---|---|
应用层 | HTTP、FTP、TFTP、SMTP、POP3、DNS |
传输层 | TCP、UDP |
网络层 | ICMP、IGMP、IP、ARP、RARP |
网络接口层 | 数据链路层 底层网络定义的协议 |
网络接口层 | 物理层 底层网络定义的协议 |
然而, 当我们谈论TCP/IP模型的网络层时,我们指的是IP(互联网协议)。IP层提供的是无连接、不可靠的数据报服务。"无连接"意味着数据报可以独立地发送,不需要建立连接。"不可靠"意味着IP层并不保证数据报的正确传输,也不会进行重传。
TCP/IP模型是互联网通信中使用的一个网络模型,它将网络通信过程划分为四个层次,分别为:
-
网络接口层:这一层与OSI模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责将数据帧从一台计算机发送到另一台计算机,处理物理寻址、网络拓扑等问题。常见的协议有Ethernet(以太网)、Wi-Fi等,相关设备有集线器、交换机、网卡等。
-
网络层:与OSI模型中的网络层相对应,负责数据包的发送和接收,包括路由选择和网络互联。主要协议有 IP(Internet Protocol)、ICMP(Internet Control Message Protocol)、IGMP(Internet Group Management Protocol) 等,相关设备有路由器。
-
传输层:与OSI模型中的传输层相对应,负责端到端的数据传输和流量控制。主要协议有 TCP(Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)。
-
应用层:这一层与OSI模型中的会话层、表示层和应用层相对应,负责提供各种网络应用服务。主要协议有 HTTP(Hypertext Transfer Protocol)、FTP(File Transfer Protocol)、SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)、DNS(Domain Name System) 等。
TCP/IP模型的主要功能是提供一种可靠的、面向连接的数据传输服务,并能够在各种网络环境中实现数据的有效传输。这是通过TCP/IP协议栈实现的,它是一组用于实现网络通信的协议集合。
网络层协议:IP、ICMP、ARP、RARP
IP(Internet Protocol):IP是网络层的核心协议,负责将数据包从源主机路由到目的主机。IP协议定义了每个主机的唯一IP地址,所有的网络设备都必须支持IP协议。IP协议既可用在局域网中,也可用在广域网中。
ICMP(Internet Control Message Protocol):Internet控制报文协议ICMP 主要用于IP网络中的错误报告和诊断。例如,当一个路由器无法将数据包转发到目的地时,它可以发送一个ICMP消息给源主机,通知其数据包未能成功送达。
Internet组管理协议IGMP :因特网协议家族中的一个组播协议,用于IP主机向任一个直接相邻的路由器报告他们的组成员情况。它规定了处于不同网段的主机如何进行多播通信,其前提条件是路由器本身要支持多播。
ARP(Address Resolution Protocol):地址解析协议ARP 用于将网络层的IP地址解析为数据链路层的物理地址(如MAC地址)。当主机或路由器需要将数据包发送给目的IP地址,但不知道其对应的MAC地址时,可以使用ARP协议来获取。
RARP(Reverse Address Resolution Protocol):逆地址解析协议RARP 是ARP协议的反向过程,它可以将物理地址(如MAC地址)解析为IP地址。RARP主要用于无盘工作站在启动时获取自己的IP地址。
传输层协议:TCP、UDP,区别
传输层主要负责在网络层的基础上提供端到端的数据传输服务。TCP(Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)是两种最常用的传输层协议。它们的区别如下:
连接性:
TCP是一种面向连接的协议,通信双方在数据传输前需要建立连接。数据传输完成后,连接需要被释放。
UDP是一种无连接的协议,通信双方不需要建立连接就可以直接发送数据。
可靠性:
TCP提供可靠的数据传输,通过序列号、确认应答、超时重传、流量控制和拥塞控制等机制,确保数据包正确无误地到达目的地。
UDP不提供可靠性保证,数据包可能会丢失、重复或者乱序到达目的地。
应用层协议:HTTP、HTTPS、FTP、DNS、DHCP、邮件协议等
应用层协议是网络通信中的最高层协议,它们定义了具体的网络应用服务和数据交换格式。以下是一些主要的应用层协议:
HTTP(HyperText Transfer Protocol):HTTP是用于网页浏览的应用层协议。它定义了客户端和服务器之间请求和响应的格式。
HTTPS(HTTP Secure):HTTPS是HTTP的安全版,它在HTTP的基础上加入了SSL/TLS协议,以实现数据的加密传输。
FTP(File Transfer Protocol):FTP协议用于在网络中进行文件传输。FTP协议定义了客户端和服务器之间的文件上传和下载操作。
DNS(Domain Name System):DNS协议用于将人类可读的域名解析为机器可读的IP地址。
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol):DHCP协议用于动态地分配IP地址给网络中的设备。
邮件协议:邮件协议包括SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)、IMAP(Internet Message Access Protocol)和POP3(Post Office Protocol version 3)。SMTP用于发送邮件,而IMAP和POP3用于接收邮件。IMAP和POP3的主要区别在于,IMAP允许用户在多台设备上同步查看邮件,而POP3则是将邮件下载到本地设备后删除服务器上的邮件。
常见协议默认端口
在计算机网络中,端口是一种抽象的软件结构,用于区分不同的服务或应用。
HTTP(HyperText Transfer Protocol):默认端口80
,用于非加密的网页浏览。
HTTPS(HTTP Secure):默认端口443
,用于加密的网页浏览。
FTP(File Transfer Protocol):默认端口20
和21
,用于文件传输。20用于数据传输,21用于命令传输。
DNS(Domain Name System):默认端口53
,用于域名解析。
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol):默认端口67
(用于服务器)和68
(用于客户端),用于动态分配IP地址。
SMTP(Simple Mail Transfer Protocol):默认端口25
,用于发送邮件。
POP3(Post Office Protocol version 3):默认端口110
,用于接收邮件。
IMAP(Internet Message Access Protocol):默认端口143
,用于接收邮件,支持多设备同步。
Telnet:默认端口23
,用于远程控制。
SSH(Secure Shell):默认端口22
,用于安全的远程控制。
网络设备
网络传输介质与设备
集线器(Hub):工作在物理层,用于连接多台设备,将进来的信号发送到所有连接的设备。不具备数据包过滤或转发功能。
中继器(Repeater):工作在物理层,用于放大和再生网络信号,以延长信号的传输距离。
网桥(Bridge):工作在数据链路层,可以根据MAC地址过滤和转发数据包,通常用于连接相同类型的网络。
交换机(Switch):工作在数据链路层,具有学习MAC地址并通过它来过滤和转发数据包的功能,通常用于构建局域网。
路由器(Router):工作在网络层,根据IP地址转发数据包,可以连接不同类型的网络,并能选择最佳路径进行转发。
网关(Gateway):工作在所有七层,可以实现不同网络环境之间的通信,例如,LAN和WAN之间的通信。
传输介质: 是数据在网络中传输的物理媒介,如双绞线、光纤、无线电波等。
双绞线: 成本低,但传输距离和速度有限。
光纤: 传输距离远,速度快,但成本较高。
无线电波: 无需物理连接,方便移动设备的接入,但受环境影响较大。
网络交换技术
电路交换:在通信开始之前,需要建立一条物理通信路径。这种路径在通信过程中是固定的,直到通信结束才释放。常用于电话通信系统。
报文交换:不需要预先建立通信路径,而是将整个报文作为一个单位进行发送。报文在交换节点中存储后转发,可以实现不同时刻的动态路由选择。
分组交换:与报文交换类似,但将数据划分为小的数据包进行发送。每个数据包可以独立选择路由,更适合于因特网这样的大规模网络。
综合业务数字交换(ISDN):通过数字技术和分组交换技术,提供语音、数据和视频等多种服务。在一条通信线路上可以同时传输多种类型的数据。
这四种交换技术代表了网络通信技术的发展和进步,从电路交换的固定通信路径,到报文和分组交换的动态路由选择,再到ISDN的多种服务整合,都体现了网络通信技术的灵活性和多样性。
IP地址与域名()
IP地址:是Internet Protocol(因特网协议)地址的缩写,用于标识网络上的设备。
结构:
IPv4地址由32位二进制数字组成,通常分为4组,每组8位,用点分十进制表示,例如:192.168.1.1
。
IPv6地址由128位二进制数字组成,分为8组,每组16位,用冒号分隔的十六进制表示,例如:2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
。
分类:
IPv4地址可以分为A、B、C、D和E类。A类用于大型网络,B类用于中型网络,C类用于小型网络,D类用于多播,E类保留用于实验。
D类: 224 - 239
广播地址
E类: 240 - 255
研究地址
私有地址:
是为了解决公网IP地址不足的问题,用于内部局域网。私有地址不会在公网中出现。IPv4私有地址范围如下:
A类:10.0.0.0 - 10.255.255.255
B类:172.16.0.0 - 172.31.255.255
C类:192.168.0.0 - 192.168.255.255
子网划分:子网掩码、子网划分方法
子网划分: 是将一个大的IP网络分割成若干个较小的网络,每个小网络被称为一个子网。
子网掩码: 是用来确定任意一个IP地址的网络部分和主机部分。子网掩码和IP地址一样,由四个字节组成,每一位为0表示对应的IP地址位是主机位,为1则表示网络位。例如,子网掩码255.255.255.0表示前24位是网络位,后8位是主机位。
子网划分方法: 通常通过改变子网掩码的方式来实现。例如,原来的子网掩码是255.255.255.0,如果我们将子网掩码改为255.255.255.128,那么原来的网络就被划分为了两个子网。
子网划分可以更有效地管理IP地址,提高IP地址的利用率,降低网络的广播流量,提高网络的性能和安全性。
网络管理与常用命令()
网络管理五大功能
-
故障管理:主要是检测、隔离和修复网络中的故障,保证网络的正常运行。
-
配置管理:主要是对网络设备的配置进行管理,包括设备的添加、修改、删除等操作,以及对配置信息的备份和恢复。
-
性能管理:主要是对网络的运行性能进行监控和调整,包括网络的带宽利用率、数据传输速率、网络延时等。
-
安全管理:主要是保护网络不受非法访问和攻击,包括用户身份验证、权限管理、防火墙设置等。
-
计费管理:主要是对网络使用者的使用情况进行计费,包括流量计费、时间计费等。
网络管理软件:
是用来实现网络管理功能的软件,例如Cisco的网络管理软件Cisco Prime Infrastructure,微软的网络管理软件System Center Operations Manager等。这些软件可以帮助网络管理员更方便地进行网络管理。
网络管理常用命令
Ping:用来测试网络连接的质量和速度,它通过发送ICMP Echo请求报文,然后等待并接收Echo应答报文来检测网络。
Ipconfig:用于查看和设置Windows系统中网络接口的IP配置信息,包括IP地址、子网掩码、默认网关等。
Arp:用于查看和操作ARP缓存表。ARP是Address Resolution Protocol的缩写,用于将IP地址映射为物理地址。
Route:用于查看和修改路由表。路由表是网络设备中用来决定数据包转发路径的一种表格。
这些命令都是用于网络故障诊断和网络配置的常用工具,对于网络管理员来说非常重要。
命令示范
- Ping:
ping www.example.com
这个命令将向www.example.com发送ICMP Echo请求报文,然后接收并显示返回的Echo应答报文,以此来检测网络连接的质量和速度。
- Ipconfig:
ipconfig /all
这个命令将显示Windows系统中所有网络接口的IP配置信息,包括IP地址、子网掩码、默认网关等。
- Arp:
arp -a
这个命令将显示ARP缓存表中的所有IP地址和对应的物理地址。
- Route:
route print
这个命令将显示当前系统的路由表,包括目的网络、子网掩码、网关、接口等信息。
Internet的应用
Internet服务:Internet服务通常指的是能够通过互联网提供给用户的各种服务,包括但不限于:
World Wide Web (WWW):也就是我们常说的网页浏览服务,用户可以通过浏览器访问各种网站获取信息。
电子邮件(Email):用于发送和接收电子信息的服务。
文件传输协议 (FTP):用于从一个主机向另一个主机传输文件的服务。
域名系统 (DNS):将网站的域名转换为对应的IP地址的服务。
Internet应用:Internet应用则是基于互联网服务构建的各种应用程序或平台,例如:
社交媒体平台(如Facebook,Twitter等):用户可以发布信息,与他人互动和分享内容。
在线购物平台(如亚马逊,淘宝等):用户可以浏览商品,进行购买和支付。
在线学习平台(如Coursera,Udemy等):提供各种在线课程,用户可以进行学习。
内容分享平台(如YouTube,TikTok等):用户可以上传、分享和观看视频内容。
文章评论