弱电网络工程师入门(计算机基础知识入门)网络基础知识

哈喽，大家好！我们又见面了。上期我们分享了《弱电系统网络工程师入门教程（电脑基础知识入门篇）硬件与软件》的基础知识。这期我们接着分享网络篇的内容。

好了话不多说就开始今天的内容分享吧。依照惯例还是送上好听的音乐与你一起开始学习。

众多周知，计算机网络这门课程知识体系庞杂，学习起来也有一定的难度，但其实计算机网络是所有计算机分支里最简单、最容易学的。之所以难，是因为他比较抽象，面对着干巴巴的书本很难理解；之所以简单，是因为他不仅给出了理论知识，也提供了许多动手的机会，二者结合总是容易理解的。

在学习任何一门知识之前，都需要清晰对这门知识有个全方面的了解，因此今天就给大家分享一份计算机网络入门知识总结 ，图文并茂，生动易懂，而且阐述比较凝练，非常适合零基础朋友学习参考。

在此之前，先上一张计算机网络基础知识拓扑导图，让你一目了然。

目录

计算机网络基础

1 概述

1 什么是互联网2 互联网的组成3 网络性能指标4 计算机

互联网（Internet），是网络与网络之间所串连成的庞大网络，这些网络以一组通用的协定相连，形成逻辑上的单一巨大国际网络。这种将计算机网络互相联接在一起的方法可称作“网络互联”，在这基础上发展出覆盖全世界的全球性互联网络称互联网，即是互相连接一起的网络。互联网并不等同万维网，万维网只是一建基于超文本相互链接而成的全球性系统，且是互联网所能提供的服务其中之一。

　互联网（internet），即广域网、城域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。

互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果，人们可以与远在千里之外的朋友相互发送邮件、共同完成一项工作、共同娱乐。

同时，互联网还是物联网的重要组成部分，根据中国物联网校企联盟的定义，物联网是当下几乎所有技术与计算机互联网技术的结合，让信息更快更准得收集、传递、处理并执行。1、通过全球唯一的网络逻辑地址在网络媒介基础之上逻辑地链接在一起。地址是建立在‘互联网协议’（IP）或今后其它协议基础之上的。2、可以通过‘传输控制协议’和‘互联网协议’（TCP/IP），或者今后其它接替的协议或兼容的协议来进行通信。3、以上公共用户或者私人用户享受现代计算机信息技术带来的高水平、全方位的服务，这种服务是建立在上述通信及相关的基础设施之上的。”这当然是从技术的角度来定义互联网的。这个定义至少揭示了三个方面的内容：首先，互联网是全球性的；其次，互联网上的每一台主机都需要有“地址”；最后，这些主机必须按照共同的规则（协议）连接在一起。

互联网相关协议

·有关互联网的协议可以分为3层：·最底层的是IP协议(英语：Internet Protocol， 即互联网协议），是用于报文交换网络的一种面向数据的协议，这一协议定义了数据包在网际传送时的格式。目前使用最多的是IPv4版本，这一版本中用32位定义IP地址，尽管地址总数达到43亿，但是仍然不能满足现今全球网络飞速发展的需求，因此IPv6版本应运而生。在IPv6版本中，IP地址共有128位，“几乎可以为地球上每一粒沙子分配一个IPv6地址”。IPv6目前并没有普及，许多互联网服务提供商并不支持IPv6协议的连接。但是，可以预见，将来在IPv6的帮助下，任何家用电器都有可能连入互联网。·上一层是UDP协议和TCP协议，它们用于控制数据流的传输。UDP是一种不可靠的数据流传输协议，仅为网络层和应用层之间提供简单的接口。而TCP协议则具有高的可靠性，通过为数据报加入额外信息，并提供重发机制，它能够保证数据不丢包、没有冗余包以及保证数据报的顺序。对于一些需要高可靠性的应用，可以选择TCP协议；而相反，对于性能优先考虑的应用如流媒体等，则可以选择UDP协议。·最顶层的是一些应用层协议，这些协议定义了一些用于通用应用的数据报表结构，其中包括：DNS：域名服务；FTP：服务使用的是文件传输协议；HTTP：所有的Web页面服务都是使用的超级文本传输协议；POP3：邮局协议；SMTP：简单邮件传输协议；Telnet：远程登陆等。

计算机网络功能

（1）通信。通信是指在计算机之间传送数据。例如，文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）、电子邮件（E-mail）、网络传呼（QQ、微信）、IP电话、万维网（WWW）、公告板系统（Bulletin Board System，BBS）等。

（2）资源共享。资源共享即实现计算机硬件资源、软件资源和信息资源的异地互用。"共享"是指可以互通有无和异地使用。例如，使用异地的大型计算机进行本地计算机无法进行的计算，使用浏览器从其他计算机中获取信息等。

（3）提高计算机系统的可靠性。在计算机网络中，各台计算机间可以互为后备，从而提高了计算机系统的可靠性。

计算机网络的形成与发展经历了4个阶段：

计算机网络的形成与发展

网络是由若干节点和连接这些节点的链路构成，表示诸多对象及其相互联系。在我看来计算机网络通俗地讲就是通过传输介质将分布在各个地方的计算机和网络设备连接起来，实现数据通信、资源共享的一张网络。

计算机网络主要包括三部分：1、计算机 （可以包括客户端、服务器）2、网络设备 （路由器、交换机、防火墙等）3、传输介质（可以分为有线和无线的）

主要功能

Web技术Web技术是最常用的网络应用技术，它是用户向服务器提交请求并获得网页页面的技术总称。这一技术可以分为两个发展阶段，俗称Web1.0和Web2.0。第一阶段多是属于一些静态应用，例如获取HTML页面，或者与服务进行简单的交互，比如用户登录，查询数据库，提交数据等（这些应用也被称为Web1.5）。第二阶段更强调用户与网络服务器之间的互动性，甚至于网络应用程序。事实上，Web2.0并不是一个技术标准，它可能使用已有的成熟技术，也可能使用最新的技术，但必须彰显互动概念。

2 物理层

1 物理层的作用2 常用编码形式3 信道复用技术

网络体系结构与网络协议

目的：使不同体系结构的计算机网络都能互连。

OSI参考模型五层结构

OSI/RM把网络的功能分为7层，TCP/IP分为4层。 7层结构概念清楚，比较完善；4层结构的网络接口层没有具体的规定。因此从方便学习计算机网络的角度，人们构造出了一个五层结构。

OSI参考模型&TCP/IP参考模型

五层协议的体系结构应用层：直接为用户提供服务。如实现两台计算机间的文件传输等。传输层：负责为两个主机中间层间的通信提供服务。由于一个主机可同时运行多个进程，因此传输层需要具有复用和分用的功能。网络层：当相距很远的计算机需要跨越多个通信节点进行通信时，网络层可为发送的数据分组选择一个合适的路径，使得其能准确快速的到达目的计算机。数据链路层：负责把网络层交下来的数据报打包在一个数据帧中，发送给相邻的通信结点。物理层：把数据链路层的数据帧得比特位，变换成可以在通信线路上发送的信号，发送给下一个相邻的通信结点。

数据链路层数据链路层最基本的服务是将源计算机网络层传来的数据可靠传输到相邻节点的目标计算机的网络层。传输单元是“帧”。必须具备一系列相应的功能：在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接；采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。交换机（ Switch ） ：交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。

物理层的主要功能：

利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接；实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务；物理层的数据传输单元是比特。

集线器（ Hub ） ：它的主要功能与中继器类似，区别在于集线器能够提供多端口服务。

基本术语数据（data） :运送消息的实体。信号（signal） ：数据的电气的或电磁的表现。或者说信号是适合在传输介质上传输的对象。码元（ code） ：在使用时间域（或简称为时域）的波形来表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。单工（simplex ） : 只有正方向的通信而没有反方向的交互。半双工（half duplex ） ：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。全双工（full duplex） : 通信的双方可以同时发送和接收信息。

失真：失去真实性，主要是指接受到的信号和发送的信号不同，有磨损和衰减。影响失真程度的因素：1.码元传输速率 2.信号传输距离 3.噪声干扰 4.传输媒体质量

奈氏准则 : 在任何信道中，码元的传输的效率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。香农定理 ：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。基带信号（baseband signal） : 来自信源的信号。指没有经过调制的数字信号或模拟信号。带通（频带）信号（bandpass signal） ：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道），这里调制过后的信号就是带通信号。调制（modulation ） : 对信号源的信息进行处理后加到载波信号上，使其变为适合在信道传输的形式的过程。信噪比（signal-to-noise ratio ） : 指信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为 S/N。信噪比（dB）=10*log10（S/N）。信道复用（channel multiplexing ） ：指多个用户共享同一个信道。（并不一定是同时）。比特率（bit rate ） ：单位时间（每秒）内传送的比特数。波特率（baud rate） ：单位时间载波调制状态改变的次数。针对数据信号对载波的调制速率。复用（multiplexing） ：共享信道的方法。ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line ） ：非对称数字用户线。光纤同轴混合网（HFC 网） :在目前覆盖范围很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网重要知识点总结物理层的主要任务就是确定与传输媒体接口有关的一些特性，如机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统，传输系统，目的系统。源系统包括源点（或源站，信源）和发送器，目的系统包括接收器和终点。通信的目的是传送消息。如话音，文字，图像等都是消息，数据是运送消息的实体。信号则是数据的电器或电磁的表现。根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为模拟信号（或连续信号）和数字信号（或离散信号）。在使用时间域（简称时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形称为码元。根据双方信息交互的方式，通信可划分为单向通信（或单工通信），双向交替通信（或半双工通信），双向同时通信（全双工通信）。来自信源的信号称为基带信号。信号要在信道上传输就要经过调制。调制有基带调制和带通调制之分。最基本的带通调制方法有调幅，调频和调相。还有更复杂的调制方法，如正交振幅调制。要提高数据在信道上的传递速率，可以使用更好的传输媒体，或使用先进的调制技术。但数据传输速率不可能任意被提高。传输媒体可分为两大类，即导引型传输媒体（双绞线，同轴电缆，光纤）和非导引型传输媒体（无线，红外，大气激光）。了有效利用光纤资源，在光纤干线和用户之间广泛使用无源光网络 PON。无源光网络无需配备电源，其长期运营成本和管理成本都很低。最流行的无源光网络是以太网无源光网络 EPON 和吉比特无源光网络 GPON。2.3. 补充2.3.1. 物理层主要做啥？

物理层主要做的事情就是 透明地传送比特流。也可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：机械特性（接口所用接线器的一些物理属性如形状尺寸），电气特性（接口电缆的各条线上出现的电压的范围），功能特性（某条线上出现的某一电平的电压的意义），过程特性（对于不同功能能的各种可能事件的出现顺序）。

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。 现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常繁多，而且通信手段也有许多不同的方式。物理层的作用正是尽可能地屏蔽掉这些传输媒体和通信手段的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以使数据链路层只考虑完成本层的协议和服务，而不必考虑网络的具体传输媒体和通信手段是什么。

2.3.2. 几种常用的信道复用技术频分复用(FDM) ：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。时分复用（TDM） ：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度（分时不分频）。统计时分复用 (Statistic TDM) ：改进的时分复用，能够明显提高信道的利用率。码分复用(CDM) ： 用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。波分复用( WDM) ：波分复用就是光的频分复用。2.3.3. 几种常用的宽带接入技术，主要是 ADSL 和 FTTx

用户到互联网的宽带接入方法有非对称数字用户线 ADSL（用数字技术对现有的模拟电话线进行改造，而不需要重新布线。ASDL 的快速版本是甚高速数字用户线 VDSL。），光纤同轴混合网 HFC（是在目前覆盖范围很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网）和 FTTx（即光纤到······）。

3. 数据链路层（Data Link Layer）3.1. 基本术语链路（link） ：一个结点到相邻结点的一段物理链路。数据链路（data link） ：把实现控制数据运输的协议的硬件和软件加到链路上就构成了数据链路。循环冗余检验 CRC（Cyclic Redundancy Check） ：为了保证数据传输的可靠性，CRC 是数据链路层广泛使用的一种检错技术。帧（frame） ：一个数据链路层的传输单元，由一个数据链路层首部和其携带的封包所组成协议数据单元。MTU（Maximum Transfer Uint ） ：最大传送单元。帧的数据部分的的长度上限。误码率 BER（Bit Error Rate ） ：在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率。PPP（Point-to-Point Protocol ） ：点对点协议。即用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议。以下是 PPP 帧的示意图：MAC 地址（Media Access Control 或者 Medium Access Control） ：意译为媒体访问控制，或称为物理地址、硬件地址，用来定义网络设备的位置。在 OSI 模型中，第三层网络层负责 IP 地址，第二层数据链路层则负责 MAC 地址。因此一个主机会有一个 MAC 地址，而每个网络位置会有一个专属于它的 IP 地址 。地址是识别某个系统的重要标识符，“名字指出我们所要寻找的资源，地址指出资源所在的地方，路由告诉我们如何到达该处。网桥（bridge） ：一种用于数据链路层实现中继，连接两个或多个局域网的网络互连设备。交换机（switch ） ：广义的来说，交换机指的是一种通信系统中完成信息交换的设备。这里工作在数据链路层的交换机指的是交换式集线器，其实质是一个多接口的网桥3.2. 重要知识点总结链路是从一个结点到相邻节点的一段物理链路，数据链路则在链路的基础上增加了一些必要的硬件（如网络适配器）和软件（如协议的实现）数据链路层使用的主要是点对点信道和广播信道两种。数据链路层传输的协议数据单元是帧。数据链路层的三个基本问题是：封装成帧，透明传输和差错检测循环冗余检验 CRC 是一种检错方法，而帧检验序列 FCS 是添加在数据后面的冗余码点对点协议 PPP 是数据链路层使用最多的一种协议，它的特点是：简单，只检测差错而不去纠正差错，不使用序号，也不进行流量控制，可同时支持多种网络层协议PPPoE 是为宽带上网的主机使用的链路层协议局域网的优点是：具有广播功能，从一个站点可方便地访问全网；便于系统的扩展和逐渐演变；提高了系统的可靠性，可用性和生存性。计算机与外接局域网通信需要通过通信适配器（或网络适配器），它又称为网络接口卡或网卡。计算器的硬件地址就在适配器的 ROM 中。以太网采用的无连接的工作方式，对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认。目的站收到有差错帧就把它丢掉，其他什么也不做以太网采用的协议是具有冲突检测的载波监听多点接入 CSMA/CD。协议的特点是：发送前先监听，边发送边监听，一旦发现总线上出现了碰撞，就立即停止发送。然后按照退避算法等待一段随机时间后再次发送。 因此，每一个站点在自己发送数据之后的一小段时间内，存在这遭遇碰撞的可能性。以太网上的各站点平等的争用以太网信道以太网的适配器具有过滤功能，它只接收单播帧，广播帧和多播帧。使用集线器可以在物理层扩展以太网（扩展后的以太网仍然是一个网络）3.3. 补充数据链路层的点对点信道和广播信道的特点，以及这两种信道所使用的协议（PPP 协议以及 CSMA/CD 协议）的特点数据链路层的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测以太网的 MAC 层硬件地址适配器，转发器，集线器，网桥，以太网交换机的作用以及适用场合

主要功能

3 数据链路层

1 点对点通信2 三个基本问题3 点对点协议PPP4 广播信道的数据链路层4.1 局域网4.2 CSMA/CD协议4.3 适配器4.4 MAC地址4.5 MAC帧4.6 交换机扩展局域网

3 网络层

1 虚电路和数据报之争2 网路层协议3 IP地址分类4 ARP协议5 网络层分组转发与MAC帧的区别6 IP头部7 IP子网划分8 IP超网9 路由器选择协议9.1 内部网关协议RIP9.2 内部网关协议OSFP9.3 外部网关协议BGP9.4 路由器的组成

10 IPV610.1 表头10.2 ipv4向ipv6转换11 虚拟网VPN和网络自己转换NAT

4 运输层

1 运输层抽象的作用2 UDP协议2.1 UDP协议特点2.2 UDP协议表头3 TCP协议3.1 TCP协议特点3.2 TCP协议表头3.3 停止等待协议3.4 TCP的可靠传输3.5 TCP的流量控制3.6 TCP的拥塞控制3.7 TCP的释放连接

5 应用层

1 进程之间的通信2 DNS域名解析3 FTP和TFTP文件传输协议4 万维网5 动态配置DHCP

6 P2P7 套接字编程

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