网络基础知识

一、网络概述

1.网络定义

  • 计算机网络（将独立运行的计算机通过网络介质和网络设备进行互联）

    • 硬件要素
      • 终端（个人PC）
      • 网络设备（中继设备）
      • 网络介质（电缆、光纤）
    • 通讯协议
      • TCP/IP协议栈
      • 网络协议是网络设备之间通信规则的正式描述

  • 网络演进

2.LAN 和 WAN

  • 网络分类：

    • 局域网LAN：

      • 特点：距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠
      • 标准：描述了协议的规定，设定了最简的性能集（交换技术）
      • 设计目标：
      • 常用设备：HUB、交换机SWITCH、路由器ROUTER、中继器

    • 广域网WAN：

      • 大范围区域内提供数据通讯服务，主要用于互联局域网
      • WAN分类：
      • 交换模式
        • 电路交换：基于电话网的电路交换
          • 优点：时延小、透明传输
          • 缺点：带宽固定、网络资源利用率低
        • 分组交换：一分组为单位存储转发
          • 优点：多路复用，网络资源利用率高
          • 缺点：实时性差
      • 设计目标：
      • 常用设备：Modem/CSU/DSU（用于信号转换）、路由器、广域网交换机、接入服务器

    • 带宽和延迟

      • 以太网带宽：描述在一定时间范围内数据从网络的一个节点传送到任意节点的容量，通常用bit/s表示
      • 延迟：一个节点传送到另一个节点所经历的时间
        • 串行延迟：计算机网卡处理数据转换（CPU并行处理的数据转为以太网串行传输数据）
        • 传输延迟：网络传输介质延迟

3.网络拓扑

拓扑结构（物理、逻辑）

  • 总线型、星型、树型
  • 环型、网型

4.标准化组织

二、OSI参考模型

1.分层

OIS参考模型分五层、针对TCP/IP协议栈有七层

  • 会话层、表示层和应用层

  • 传输层

  • 网络层

  • 数据链路层

  • 物理层

2.OSI RM: 开放系统互连参考模型

  • 定义了网络中设备所遵守的层次结构
  • 优点：
    • 简化网络的操作
    • 提供设备兼容性和标准接口
    • 促进标准化工作
    • 结构上可以分隔
    • 易于实现和维护

3.七层

  • 每一层利用下一层提供的服务与对等层通信：每一层使用自己的协议
  • 数据的封装与解封装

  • 高层：负责主机之间的数据传输

    • 应用层：提供应用程序间通信

      • APDU（Application Protocol Data Unit）
      • 主要功能：
        • 为应用程序进程（比如文字处理、邮件、电子表格）提供网络服务（网络接口）
      • 协议：文字处理、邮件、电子表格等

    • 表示层：处理数据格式、数据加密等

      • PPDU（Presentation Protocol Data Unit）
      • 主要功能：
        • 定义数据格式与结构
        • 协商上传数据格式
      • 协议：ASCII、MPEG、JPEG等

    • 会话层：建立、维护和管理会话

      • SPDU（Session Protocol Data Unit）
      • 主要功能：
        • 主机之间通信
        • 建立、维护、终结应用程序之间的会话
      • 协议：SQL、NFS、RPC等

    • 传输层：建立主机端到端的连接

      • 段Segment
      • 功能：
        • 分段上层数据
        • 建立端到端连接
        • 将数据从一端主机传送到另一端主机
      • 传输层协议：
        • 主要有TCP/IP协议栈
          • TCP协议
          • UDP协议
        • IPX/SPX协议栈
          • SPX协议
      • 端到端通信：
      • 流量控制：
        • 缓存技术：突发缓存、空闲发送
        • 源抑制报文：利用ICMP协议向源端发送source quench报文
        • 窗口机制：报文中包含窗口字段，用于控制源端一次发送数据的多少
      • 确认技术：确认重传的过程

  • 底层：负责网络数据传输

    • 网络层：寻址和路由选择

      • 包Packet
      • 编址（逻辑地址ip）和路由（转发）
      • 网络地址：
        • IP地址：
        • IPX地址：
      • 路由
        • 可路由协议：IP、IPX
        • 路由协议：RIP、OSPF、BGP等
        • 路由协议运行在路由器之间，负责转发承载可路由协议数据信息
      • 面向连接服务和无连接服务
        • 面向连接服务：适合延迟敏感性应用
          • 建立连接
          • 数据传输
          • 断开连接
        • 无连接服务：适合对延迟不敏感的应用
          • 无需建立连接
          • 资源动态分配
      • 网络层协议操作

    • 数据链路层：提供介质访问、链路管理等

      • 帧Frame
      • 分为两个子层：
        • LLC子层
        • MAC子层
          • MAC/物理地址
            • MAC地址有48bit，用16进制数表示
      • 功能：
        • 物理地址定义
        • 网络拓扑结构
        • 链路参数
        • 差错验证
        • 物理介质访问
        • 流控制（可选）
      • LAN与数据链路层
        • IEEE802标准：定义了系列局域网标准
        • 设备：以太网交换机、HUB
      • WAN与数据链路层

    • 物理层：比特流传输

      • 比特Bit
      • 定义：电压、接口、线缆标准、传输距离等
      • 物理层介质：
      • 局域网与物理层
      • 广域网与物理层
        • DTE设备：路由器、终端主机等
        • DCE设备：广域网交换机、Modem、CSU/DSU等
        • 常见接口RS-232、V.24、V.35等