计算机网络学习总结

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算机网络学习总结

物电学院级物理学徐贝贝101101064

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计算机网络的形成与发展大致经历了四个阶段：数据通信技术的研究与发展；分组交换网络APRANET的出现；网络体系结构与协议的标准化的研究，广域网、局域网与公用分组交换网的研究与应用；internet的广泛应用。

从资源共享的观点来说，计算机网络是以能实现资源共享的方式互联的自治计算机系统集合。可分为广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN和接入网等。

计算机网络间各计算机是平等的。两台计算机要进行通信，必须高度协调才行，而这种协调是相当复杂的。为了减少网络设计和实现的复杂性，人们提出了网络体系结构的概念用来指导网络的设计与实现。著名的国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互联参考模型（OSI）。ISO将计算机网络分为七层，从最底层到最高层依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。由于分层过多，OSI系统在现实中未能得到推广应用。而非标准化的TCP\\IP系统却得到了广泛应用，这种系统采用四层结构，依次是网络接入层、网络层、传输层和应用层。虽然OSI参考模型未能取得巨大成功，但它在计算机网络的发展过程中起了非常重要的指导作用。一、物理层

物理层与物理传输体直接相关，它定义了设备间的物理接口以及数字比特的传送规则。物理层的协议有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4和IEEE802.5等。这些协议主要规定了物理层的机械特性、电气特性、功能特性和规模特性等。机械特性：物理层的机械特性主要说明了物理接口、连接器的尺寸，插针的数目、排列方式，插头与插座的尺寸，电缆的长度以及电缆所含导线的数目等。电气特性：电气特性说明了数据交换信号以及有关电路的特性。这些特性主要包括最大数据传输率说明、表示信号状态的电压或电压或电流电平的识别，以及接收器和发送器电路特性说明，并给出了与互联电缆相关的规则等。功能特性：接口特性对接口连线的功能给出确切的定义。从大的方面分，接口线可分为数据线、控制线、定时线和地线。有的接口可能需要两个信道，因而接口线又可分为主信道线和辅信道线。规模特性：物理层接口的规模特性规定了使用接口线传输的操作过程。二、数据链路层数据链路层协议将网络层数据报在路径中的单个链路上从一个节点移动到另一个节点提供服务。链路层的一个重要特性是可在路径的不同链路中用不同的链路协议处理数据报。数据链路层主要实现以下三方面功能：成帧，数据链路层以帧为单位发送、接收、校验和应答数据。所谓帧就是一定大小的收据快，几乎所有的链路层协议都将数据报传送到链路层之上，将网络层数据报封装在一个链路层帧中，一个帧由数据字段和头部字段组成。流量控制，在数据链路层中要处理一个重要设计问题：如何处理发送方比接收方传输能力强的问题。当发送方发送较快而接收方接受较慢，发送方不断发送数据，最终会将接收方淹没。因此，数据链路层必须采取某种措施来防止这种情况的发生，这个功能就是流量控制。差错检测，接收方接收到收据必须进行校验，如果发现差错，则必须重传，这就是差错检测。

数据链路层的一个重要功能是解决如何共享传输媒体的问题。传统的以太网的核心思想是在个工作站之间使用共享传输介质传输数据，其基本特征好是在MAC子层采用载波监听/碰撞检测协议，即CSMA/CD协议。它的基本思想是所有工作站在发送数据之前都要监听信道，确定是否有工作站在发送数据，而且在发送数据过程中，要不断进行冲突检测，如果信道空闲，站点立即发送数据，如果信道忙，则继续监听，直到空闲再发送数据。如果站点在发送收据过程中检测到冲突，立即停止发送数据，过一段时间再从新监听信道。三、网络层：

网络层的主要任务是实现主机到主机的通信，因此在网络中必须给每一台主机分配一个唯一的地址。在使用TCP/IP协议的网络中，这个地址就是IP地址。IP地址是一种层次性的地址，由“网络标识”+“主机标识”组成。TCP/IP协议规定，每个IP地址必须唯一标示一台主机，每个IP地址由32位二进制数组成，包括网络号和主机号，分为四个八位组，每组之间用点号隔开。八位二进制数由0到255之间的十进制数标示，这种标示方法称为点分十进制。TCP/IP协议规定了五种地址类型，依次为A类、B类、C类、D类、E类。目前用到的地址主要为前三类。A类IP地址第一字节最高位二进制是0，其余7标示网络号，其它三个字节是主机标识，每个网络可承载最大主机数是16777214台，一般分配给具有大量主机的网络使用；B类IP地址前两位二进制数是10，前两个字节用来标示网络，后两个字节用来标示主机地址；C类IP地址前三位二进制数十110，前三个字节用来标示网络，后一个字节用来标示主机，每个C类网络中最多可有254台主机，一般用于小型网络；D类IP地址是多播地址，不区分网络标标示和主机标示。E类IP地址是为今后网络应用而保留的。

为了充分利用IP资源，方便管理，可用子网掩码将网络划分为若干个子网，也可利用超网掩码将几个小网络构造成一个超网。两台主机要进行通信，必须相互知道对方的IP地址及其下层的MAC地址。若一台主机只知道对方的IP地址而不知道对方的MAC地址，可利用ARP协议发送广播，从而查询出对方的MAC地址；相反，利用RARP协议可由MAC地址年初IP地址。

另外，在网络层其重要作用的还有路由器，路由器的路由表记录了与其相邻的主机及路由器的IP地址，路由器接收到数据后，通过相应的路由算法选择最佳路径将数据转发，从而使个计算机之间能够高速通信。四、运输层：

运输层的目标是向用户提供有效、可靠、价格合理的服务，运输层的用户一般是应用层的进程。为了达到这个目的，运输层需要网络层提供服务。运输层提供的服务是端到端的数据传输，也就是进程到进程的数据传输。实际上运输层的主要任务是要把网络层的数据交付给正确的应用进程。运输层采用端口号来识别应用进程，端口号采用16位二进制数表示，所以一台计算机最多有二的十六次方个端口号，用十进制数字表示就是0到65535之间的数。

TCP协议是工作在运输层的一个重要协议，是一种面向连接的协议，提供数据分组可靠、按序提交，要求通信双方交换数据之前必须建立连接。TCP协议还有流量控制、差错检测等功能。应用层数据在发送时要被封装在TCP报文中，即在数据前加首部，首部中包含了源端口号、目标端口、发送顺序等信息，保证了数据的准确传输。该层的另一重要协议是UDP协议，它比TCP协议简单得多，不需要去考虑流量和差错控制，只有8B的首部开销，不会造成网络的拥塞。五、应用层：应用层是网络用户最熟悉的一层，也是网络设计最终目的层。应用层在OSI模型的最高层，这一层主要是针对用户的需要，开发设计能满足用户需求的应用程序，因此该层主要是面向实际用户服务的。

复杂的网络通信都可简化为两个用户之间的通信来讨论，但实际上网络通信并不是简单的两个用户直接通信，比如聊天时，用户首先将信息发到聊天服务器，通过聊天服务器进行身份确认，然后服务器将用户资料传送到用户主机，用户根据收到的资料查找在线好友，然后才能聊天。这就构成了客户/服务器模式（C/S模式）。客户是指在本地计算机上运行的向服务器发送请求的应用进程，服务器是指在远程计算机上运行的向客户提供给服务的程序。由于客户端请求服务的时间并不确定，因此服务器应当在所有时候都运行。

前面已经提到过在网络中唯一标示一台主机的地址有IP地址和MAC地址。但现实中，这些地址仅是一串毫无意义的字符串，让人难以记忆，因此在网络中采用域名系统（DNS），即用有意义的字符串表示IP地址，然后通过DNS系统将它转换为实际IP地址供计算机寻址。域名是分级的，中间用点号隔开。如河南理工大学的域名是hpu.edu.cn，其中cn是顶级域名,表示中国，edu为二级域名，表示教育机构。

应用层提供的服务时是多种多样的，因此需要不同的协议来支持。常见的协议有超文本传输协议（HTTP）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP）和邮局协议（POP3）。六、网络互联：

网络互联指将分布在不同地理位置的网络设备相互连接，构成更大规模的网络，目的是实现网络通信和资源共享。通过用物理设备将各网络和主机的物理层互连，各层次协调工作，从而实现了网络的功能，构成了现在丰富多彩的网络。

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随着信息技术的迅猛发展，计算机网络的应用已经深入到人们日常生活的每一个角落，涉及到社会的各个方面，其影响之广、普及之快是前所未有的。宽带网络的蓬勃发展更是让人们欣喜地感受着共享网上资源的独特魅力。网络的巨大能量为人们提供了强有力的通信手段和尽可能完善的服务。从而极大的方便了人们，剧烈地改变着人们的工作、学习、生活和习惯方式。人类走进入了信息化时代，通过网络与世界各地的其它用户自由地进行通信、网上视频交谈、各种娱乐活动、多媒体教学、从网络中方便快捷的获取各种信息。

一、什么是计算机网络1、网络的定义。计算机网络就是利用通讯设备和通信线路将地理位置不同的、具有独立功能的多台计算机系统遵循约定的通信协议互连成一个规模大、功能强的网络系统，用功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等)来实现交互通信、资源共享、信息交换、综合信息服务、协同工作以及在线处理等功能的系统。

2、网络的分类，计算机网络有多种分类方法，常见的分类有：（1）计算机网络按照地理范围划分为：局域网、城域网、广域网和互联网四种；（2）按拓扑结构划分为：总线型、星型、环型、树型和网状网；（3）按交换方式划分为：线路交换网、存储转发交换网和混合交换网；（4）按传输带宽方式进行划分为：基带网和宽带网；（5）按网络中使用的操作系统分为：NetWare网、WindowsNT网和Unix网等；（6）按传输技术分为：广播网、非广播多路访问网、点到点网。

二、计算机网络的产生于发展。

计算机网络的形成与发展大致经历了四个阶段：第一阶段，20世纪50年代，数据通信技术的研究与发展；第二阶段，分组交换网络APRANET的出现；第三阶段，20世纪70年代，网络体系结构与协议的标准化的研究，广域网、局域网与公用分组交换网的研究与应用；第四阶段，20世纪90年代，internet的广泛应用。

传统的通信采用电路交换技术，即两部电话机之间只要用一根电线相连就能实现通信，如果要将N部电话机两两相连，则至少需要N(N-1)/2跟电话线。两部电话机之间通信必须经历建立连接、通信、释放连接等三个过程。由于计算机数据具有突发性，势必导致电路利用率低，因此不适合用于计算机网络。之后就出现了分组交换技术，具体方法是将信息报文分段，在每段之前有地址控制信息的首部，从而构成分组，然后将各分组一次发送到接收端，在接收端去掉首部，还原出信息。各终端连接的中站设备交换机采用存储转发的方法选择最佳路径发送到接收端。这样能使具有突发性的计算机数据得到分散，因而具有高效、灵活、迅速、可靠的优点，适用于计算机网络。

世界上第一台计算机互联系统APRANET产生于20世纪50年代，是美苏冷战的产物，它采用分组交换技术，是世界上第一个稳定的计算机网络，有计算机网络之父之称。

从资源共享的观点来说，计算机网络是以能实现资源共享的方式互联的自治计算机系统集合。可分为广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN和接入网等。

计算机网络间各计算机是平等的。两台计算机要进行通信，必须高度协调才行，而这种协调是相当复杂的。为了减少网络设计和实现的复杂性，人们提出了网络体系结构的概念用来指导网络的设计与实现。计算机网络的体系结构就是指计算机网络的各层及其协议的集合，或计算机网络及其部件所应完成的功能。计算机网络的体系结构存在的目的就是使不同计算机厂家的计算机能够相互通信，以便在更大的范围内建立计算机网络。著名的国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互联参考模型（OSI）。ISO将计算机网络分为七层，从最底层到最高层依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。。每层完成一定的功能，都直接为其上层提供服务，并且所有层次都互相支持。第4层到第7层主要负责互操作性，而1～3层则用于创造两个网络设备间的物理连接。由于分层过多，OSI系统在现实中未能得到推广应用。而非标准化的TCP\\IP系统却得到了广泛应用，这种系统采用四层结构，依次是网络接入层、网络层、传输层和应用层。虽然OSI参考模型未能取得巨大成功，但它在计算机网络的发展过程中起了非常重要的指导作用。

三、第1层：物理层

物理层是OSI参考模型的最低层，且与物理传输介质相关联，该层是实现其他层和通信介质之间的接口。物理层协议是各种网络设备进行互联时必须遵守的低层协议。

物理层为传送二进制比特流数据而激话、维持、释放物理连接提供机械的、电气特征、功能的、规程性的特性。这种物理连接可以通过中继系统，每次都在物理层内进行二进制比特流数据的编码传输。这种物理连接允许进行今双工或半双工的二进制比特流传输的通

物理层相应设备包括网络传输介质（如同轴电缆、双绞线、光缆、无线电、红外等）和连接器等，以及保证物理通信的相关设备，如中继器、共享式HUB、信号中继、放大设备等。四、第2层：数据链路层

数据链路层是OSI参考模型的第2层，介于物理层与网络层之间，其存在形式分为物理链路与逻辑链路。

设立数据链路层的主要目的是利用在物理层所建立的原始的、有差错的物理连接线路变为对网络层无差错的数据链路，因此数据链路层必须有链路管理、帧传输、流量控制、差错控制等功能。数据链路层所关心的主要是物理地址、网络拓扑结构、线路选择与规划等。

数据链路层的数据传输是以帧为单位。在OSI中，帧被称为数据链路协议数据单元，它把从物理层来的原始数据打包成帧。数据链路层负责帧在计算机之间的无差错信息传递。

数据链路层设备主要包括：网络接口卡（NIC）及其驱动程序、网桥、二层交换机等。

五、第3层：网络层

网络层是OSI参考模型中最复杂、最重要的一层。这一层定义网络操作系统通信用的协议，为信息确定地址，把逻辑地址和名字翻译成物理的地址。它也确定从信源机（源节点）沿着网络到信宿机（目的节点）的路由选择，并处理交通问题，例如交换、路由和对数据包阻塞的控制。网络层的主要提供以下功能

1.路径选择与中继。路径选择是指在通信子网中，为源节点和中间节点选择后继节点，以便将报文分组传送到目的节点。“最短时间”是选择路径的标准。[2]

2.流量控制。网络中链路层、网络层、传输层等都存在流量控制问题，其控制方法大体相一致。其目的是防止通信量过大造成通信于网性能下降。3.拥塞控制。当到达通信子网中某一部分的分组数高于一定的水平，使得该部分网络来不及处理这些分组时，就会使这部分以至整个网络的性能下降。拥塞控制的主要任务是保证网络高性能运转，保证子网不被它的用户发送的数据所淹没。

工作在网络层的设备主要有路由器和三层交换机。路由器通过转发数据包来实现网络互连,其支持的协议有TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等。三层交换机使用了三层交换技术，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。六、第4层：传输层

传输层是OSI参考模型的第4层中，是比较特殊的一层。该层的为源主机与目的主机进程之间提供可靠的，透明的数据传输，并给端到端数据通信提供最佳性能。

传输层从会话层接收数据，负责错误的确认和恢复，以确保信息的可靠传递。如果有必要，它也对信息重新打包，把过长信息分成小包发送，确保到达对方的各段信息正确无误，而在接收端，把这些小包重构成初始的信息。

传输层目的在于它既可以划分在OSI参考模型高层，又可以划分在低层。如果从面向通信和面向信息处理角度进行分类，传输层一般划在低层：如果从用户功能与网络功能角度进行分类，传输层又被划在高层。这种差异正好反映出传输层在OSI参考模型中的特殊地位和作用。

传输层所支持的协议有：TCP/IP的传输控制协议TCP、Novell的顺序包交换SPX以及MicrosoftNetBIOS/NetBEUI等。七、第7层：应用层

应用层是最终用户应用程序访问网络服务的地方，它负责识别并证实通信双方的可用性，进行数据传输完整性控制，使网络应用程序（如电子邮件、P2P文件共享、多用户网络游戏、网络浏览、目录查询等）能够协同工作。[4]应用层是OSI参考模型的最高层，它为用户的应用进程访问OSI环境提供服务。应用层关心的主要是进程之间的通信行为，因而对应用进程所进行的抽象只保留了应用产程与应用进程间交互行为的有关部分。这种现象实际上是对应用进程某种程度上的简化。

应用层所承处的网络安全功能可粗分为保密、鉴别、反拒认、完整性等。保密足指保护信息不被未授权者访问。鉴别是指在交换信息之前先要确认对方的身份。反拒认功能主要与电子签名有关，比如对拒绝承认所签约的客户必须惟一的确定电子反拒认，以满足法律手续。完整体是指如何确认白己所收到的信息是原始发来的信息，而不是被窜改或伪造的。八、网络互联：

网络互联指将分布在不同地理位置的网络设备相互连接，构成更大规模的网络，目的是实现网络通信和资源共享。通过用物理设备将各网络和主机的物理层互连，各层次协调工作，从而实现了网络的功能，构成了现在丰富多彩的网络。

在计算机网络时代，人们对计算机和互联网的利用必将会渗透到社会生产和生活的各个方面，通过计算机和网络的功能，将会给企业的生产和经营活动的开展以及老百姓的工作和生活带来极大的便利。在互联网的联系和沟通下，各种信息传播的速度将加快，企业和个人对网络信息的依赖程度也将不断加深，信息需求程度相对较大的部门将成为未来社会中创造高附加值的行业。并通过他们带动相关知识产业的进步和发展，甚至带动全社会的经济结构的优化调整，推动社会经济的全面进步。

计算机网络取得今天的发展成就，是人类文明进入到更高阶段的标志，它推动着人类社会向更现代化的方向发展，同时推动了知识经济时代的到来，人们通过计算机网络的连接，打破了原先在时间和空间上的阻隔，在无形中拉近了人与人之间的距离，也在一定程度上扩大了我们生存的空间，网络给我们提供了超乎寻常的方便和成功。但是，网络也给社会带来了更多的挑战，它要求我们要以更高的层次去面对新的生活和环境，同时不断地改变我们的思想和行为，我们要抓住网络时代带给我们机遇，不断努力推动人类社会向更的高阶段发展。

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