计算机网络概述
1.1 计算机网络发展历史
-
ARPANET → 互联网
- 起源背景：1969年由美国国防部高级研究计划局（ARPA）建立，最初为四节点网络（加州大学洛杉矶分校、斯坦福大学等），旨在实现核战环境下的分布式通信。
- 关键技术突破：
- 分组交换技术（唐纳德·戴维斯提出）替代传统电路交换，提升网络容错性
- TCP/IP协议：1973年由温顿·瑟夫和罗伯特·卡恩设计，1983年成为ARPANET标准协议，奠定互联网基础
- 里程碑：1971年雷·汤姆林森发明电子邮件（使用@符号）；1991年万维网（WWW）诞生，推动互联网普及
-
三级结构因特网
- 组成：
- 主干网（如NSFNET）：覆盖全国的高速网络；
- 地区网（如省级网络）：连接主干网与校园网/企业网；
- 校园网/企业网：用户直接访问的末端网络。
- 特点：集中式管理，适合早期科研机构互联，但扩展性受限
- 组成：
-
多层次ISP结构
- ISP分级：
- 主干ISP（如跨国运营商）：覆盖全球，通过海底光缆互联；
- 地区ISP（如中国电信）：服务省级范围；
- 本地ISP（如小区宽带）：直接面向用户提供接入服务
- 互联方式：通过互联网交换点（IXP）实现ISP间直连，减少对主干网的依赖，提升传输效率。
- ISP分级：
1.2 计算机网络定义、组成与功能
-
边缘部分
- 组成：终端设备（PC、手机、服务器等），负责数据生成与消费。
- 核心功能：运行应用程序（如Web浏览器、邮件客户端），通过C/S（客户端-服务器）或P2P（对等网络）模式交互。
-
核心部分
- 组成：路由器、交换机等网络设备，负责数据转发与路由选择。
- 关键技术：
- 分组交换：数据分片传输，提高链路利用率；
- 路由算法：OSPF、BGP等协议动态选择最优路径
-
功能
计算机网络:利用通信线路和交换设备将地理位置分散的、具有独立功能的多台计算机连接起来，按照某种协议进行数据通信、实现资源共享的信息系统。
1.3 计算机网络分类
| 分类依据 | 类型与特点 |
|---|---|
| 覆盖范围 | - 广域网（WAN）：跨国家/地区，使用光纤/卫星，如Internet |
| - 城域网（MAN）：覆盖城市，支持高速数据传输，如智慧城市网络 | |
| - 局域网（LAN）：小范围（校园/办公室），高带宽，如以太网 | |
| 使用者 | - 公用网：运营商建设，付费使用（如4G网络）； |
| - 专用网：企业/政府自建，如银行内部网络。 |
1.4 数据交换方式
| 交换方式 | 技术特点 | 典型应用 |
|---|---|---|
| 电路交换 | - 建立专用物理通路，传输时延低； - 信道利用率低，适合语音通信。 | 传统电话网络 |
| 报文交换 | - 存储转发整个报文，时延较高； - 支持异步通信，适合早期电报网络 | 电子邮件、文件传输（历史场景） |
| 分组交换 | - 数据分片为分组，独立路由； - 高效利用带宽，支持多路复用 | 互联网数据传输（TCP/IP协议） |
分层体系结构
2.1 OSI参考模型
| 层级 | 核心功能 | 协议/设备举例 |
|---|---|---|
| 物理层 | 传输比特流，定义电气/机械特性（如电压、接口类型）。 | 双绞线、光纤、集线器 |
| 数据链路层 | 成帧、MAC寻址、差错检测（CRC校验）。 | 以太网、交换机、ARP协议 |
| 网络层 | IP寻址、路由选择、拥塞控制。 | IP、ICMP、路由器 |
| 传输层 | 端到端可靠传输（TCP）或无连接传输（UDP）。 | TCP、UDP、端口号 |
| 会话层 | 建立/维护/终止会话（如RPC） | NetBIOS、SSH |
| 表示层 | 数据加密（SSL）、压缩（ZIP）、格式转换（ASCII→EBCDIC） | JPEG、MPEG、加密算法 |
| 应用层 | 提供用户接口（HTTP、FTP）。 | HTTP、DNS、SMTP |
2.2 TCP/IP参考模型与分层优势
-
TCP/IP五层模型
- 对应关系：
- 应用层（HTTP、FTP） → OSI应用层+表示层+会话层；
- 传输层（TCP/UDP） → OSI传输层；
- 网络层（IP） → OSI网络层；
- 数据链路层（以太网） → OSI数据链路层；
- 物理层 → OSI物理层。
- 对应关系：
-
分层优势
- 模块化设计：各层独立开发（如修改物理层不影响应用层协议）117215。
- 标准化接口：定义清晰的层间服务（如Socket API），促进技术迭代116119。
- 降低复杂度：分层抽象屏蔽底层细节（如应用开发者无需关心路由选择）。
扩展知识
- RFC标准化流程：从因特网草案（I-D）到建议标准（Proposed Standard），最终成为因特网标准（Internet Standard），由IETF管理。
- 典型协议对比：TCP（可靠传输，三次握手） vs. UDP（低延迟，无连接）。
