一 最主要的三種網絡

（1）電信網絡（電話網），負責話音通信，也就是打電話、接聽電話。

（2）有線電視網絡，主要提供視頻服務。

（3）計算機網絡，主要是數據傳輸服務，也就是說是資源共享,其主要的服就是因特網，三種網絡在各自的通信協(xié)議下傳輸信息，為用戶提供通信服務。

二 計算機網絡背景

20世紀40年代以來，人們就夢想能擁有一個世界性的信息庫。在這個信息庫中，信息不僅能被全球的人們存取，而且能輕松地鏈接到其他地方的信息，使用戶可以方便快捷地獲得重要的信息。因此，互聯(lián)網應運而生。

internet泛著互聯(lián)網；Internet是互聯(lián)網的一種，稱為因特網，但因特網并不是全球唯一的互聯(lián)網絡。例如在歐洲，跨國的互聯(lián)網絡就有“歐盟網”（Euronet），“歐洲學術與研究網”（EARN），“歐洲信息網”（EIN），在美國還有“國際學術網”（BITNET），世界范圍的還有“飛多網”（全球性的BBS系統(tǒng)）等。

Internet提供的主要服務有萬維網（WWW）、文件傳輸（FTP）、電子郵件（E-mail）、遠程登錄（Telnet）、手機（3GHZ）等。萬維網聯(lián)盟稱為W3C。

萬維網（WWW）常簡稱為Web。分為Web客戶端和Web服務器程序。WWW可以讓Web客戶端（瀏覽器）按照超文本傳輸協(xié)議(HTTP)訪問瀏覽Web服務器上的頁面。WWW是一個由許多互相鏈接的超文本組成的系統(tǒng)，這些超文本可以通過互聯(lián)網被訪問。在這個系統(tǒng)中，每個有用的事物，稱為一樣“資源”；并且由一個全局“統(tǒng)一資源標識符”（URI）標識；這些資源通過超文本傳輸協(xié)議（Hypertext Transfer Protocol）傳送給用戶，而后者通過點擊鏈接來獲得資源。

三 因特網組成

因特網主要是由核心部分和邊緣部分組成，網絡核心部分是因特網中最復雜的部分。網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信（即傳送或接收各種形式的數據）。

因特網的核心部分是由許多網絡和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在因特網的邊緣部分。在因特網核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接，而在網絡邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。

在網絡邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻舴掌鞣绞?C/S方式)和對等方式(P2P方式)。還有一種瀏覽器服務器方式（B/S方式）是C/S方式的一種特例。

四 因特網中節(jié)點間信息傳遞方式

1 電路交換

電路交換首先在發(fā)送端和接收端建立連接，然后將報文傳輸過去，最后釋放連接。電路交換的三個階段：建立連接、通信、釋放連接。電路交換中通過交換機實現(xiàn)兩個節(jié)點之間的通信。電信網絡（電話網）使用的電路交換。

2 報文交換

在通信過程中，通信雙方以報文為單位、使用存儲-轉發(fā)機制實現(xiàn)數據交互的通信方式，被稱為報文交換。發(fā)送電報使用的報文交換。

3 分組交換

分組交換與報文交換一樣都使用存儲-轉發(fā)機制，不過分組交換將報文分成多個分組，以分組為單位、使用存儲-轉發(fā)機制實現(xiàn)數據交互。在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數據段， 每一個數據段前面添加上首部構成分組，各個分組依次發(fā)送到接收端，接收端接收到分組后，剝去首部，將其組裝成還原成報文。計算機網絡使用的分組交換。

五 路由選擇協(xié)議

報文被拆分成分組后，從發(fā)送端出發(fā)，經過多個路由器，到達接收端，這些路由器根據一定的路由選擇協(xié)議根據分組的頭部地址將分組轉發(fā)到相應的端口，路由選擇協(xié)議非常重要的。

1 關于“好路由”

（1.1）不存在一種絕對的好路由算法。

（1.2）所謂“好”只能是相對于某一種特定要求下得出的較為合理的選擇而已。

（1.3）實際的路由選擇算法，應盡可能接近于理想的算法。

（1.4）路由選擇是個非常復雜的問題

（1.4.1）它是網絡中的所有結點共同協(xié)調工作的結果。

（1.4.2）路由選擇的環(huán)境往往是不斷變化的，而這種變化有時無法事先知道。

2 從路由算法的自適應性考慮：

（2.1）靜態(tài)路由選擇策略，即非自適應路由選擇，其特點是簡單和開銷較小，但不能及時適應網絡狀態(tài)的變化。

（2.2）動態(tài)路由選擇策略，即自適應路由選擇，其特點是能較好地適應網絡狀態(tài)的變化，但實現(xiàn)起來較為復雜，開銷也比較大。

3 因特網中的兩大類路由選擇協(xié)議：

（3.1）內部網關協(xié)議 IGP (Interior Gateway Protocol)，即在一個自治系統(tǒng)內部使用的路由選擇協(xié)議。目前這類路由選擇協(xié)議使用得最多，其具體的協(xié)議有多種，如 RIP 和 OSPF 協(xié)議。RIP: Routing Information Protocol 路由信息協(xié)議。RIP 協(xié)議的三個要點：（a）僅和相鄰路由器交換信息。（b）交換的信息是當前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。（c）按固定的時間間隔交換路由信息，例如，每隔 30 秒；OSPF：Open Shortest Path First 開放最短路徑優(yōu)先。

（3.2）外部網關協(xié)議EGP (External Gateway Protocol) ，若源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng) 中，當數據報傳到一個自治系統(tǒng)的邊界時，就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個自治系統(tǒng)中。這樣的協(xié)議就是外部網關協(xié)議 EGP。在外部網關協(xié)議中目前使用最多的是BGP-4。BGP：Border Gateway Protocol 邊界網關協(xié)議。BGP 是不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。邊界網關協(xié)議 BGP 只能是力求尋找一條能夠到達目的網絡且比較好的路由（不能兜圈子），而并非要尋找一條好路由。

六 網絡協(xié)議

為進行網絡中的數據交換而建立的規(guī)則、標準或約定稱為網絡協(xié)議，網絡協(xié)議簡稱為協(xié)議。它主要由三個要素組成：（1）語法，即數據與控制信息的機構或格式；（2）語義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應；（3）同步，即事件實現(xiàn)順序的詳細說明。

由此可見，網絡協(xié)議是計算機網絡的不可缺少的組成部分。實際上，只要我們想讓連接在網絡上的另一臺計算機做點事情，都需要有協(xié)議。對于非常復雜的計算機網絡協(xié)議，其結構應該是層次式的，我們把計算機網絡的各層及其協(xié)議的集合，成為網絡的體系結構。體系結構是抽象的，而實體則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。

七 計算機網絡的體系結構

計算機網絡的體系結構有兩種:（1）OSI的七層協(xié)議體系結構，概念清楚，理論完整，但它既復雜又不實用。（2）TCP/IP四層體系結構，它得到了廣泛的應用，不過從實質上講，TCP/IP只有最上面的三層，因為最下面的網絡接口層并沒有什么具體內容。因此在學習計算機網絡的原理時采用折中的辦法，即綜合OSI和TCP/IP的優(yōu)點，采用一種只有五層協(xié)議的體系結構。

假定網絡中兩個主機是相連的，它們之間傳輸數據，應用進程的數據在各層之間的傳遞過程中所經歷的變化，如下圖所示。

實體，表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程；協(xié)議，控制兩個對等實體（或多個實體）進行通信的規(guī)則的集合；在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下面一層所提供的服務。由此可見，協(xié)議是水平的，而服務是垂直的。

通常我們所說的TCP/IP協(xié)議，是指TCP/IP協(xié)議族，即TCP/IP四層的所有協(xié)議集合。TCP/IP協(xié)議族的特點是上下兩頭大而中間?。簯脤雍途W絡接口層都有多種協(xié)議，而中間的IP層很少，上層的各種協(xié)議都向下匯聚到一個IP協(xié)議中。折中很像沙漏計時器形狀的TCP/IP協(xié)議族表明：TCP/IP協(xié)議可以為各種各樣的應用提供服務，同時TCP/IP協(xié)議也允許IP協(xié)議在各種各樣的網絡構成的互聯(lián)網上運行。不難看出IP協(xié)議在一天入網中核心作用。

八 計算機網絡的五層結構

1 物理層

一個數據通信系統(tǒng)可以劃分為三大部分，即源系統(tǒng)（包括源點和發(fā)送器）、傳輸系統(tǒng)和目的系統(tǒng)（包括接收器和終點）。信息變化過程是：電腦中文字轉化為數字比特流（數字信號），通過調制解調器轉化為模擬信號，將模擬信號發(fā)送到接收端，接收端將模擬信號轉化為數字比特流（數字信號），再轉化為文字，在電腦中顯示。具體流程如圖：

通信的目的是傳送消息，如話音、文字、圖像等都是消息。數據是運送消息的實體。信號則是數據的電氣的或電磁的表現(xiàn)。根據信號中代表消息的參數的取值方式不同，信號可以分為模擬信號和數字信號，模擬信號（或連續(xù)信號），代表消息的參數的取值是連續(xù)的；數字信號（或離散信號），代表消息的參數的取值是離散的，在使用時間域的波形表示數字信號時，則代表不同離散數值的基本波形就稱為碼元。在使用二進制編碼時，只有兩種不同的碼元，一種代表0而另一種代表1狀態(tài)。

計算機網絡中要使用“信道”這一名詞，信道不同于電路，信道一般表示向某一個方向傳送消息的媒體。因此，一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。從通信的雙方信息交互的方式來看，有以下三種方式：（1）單工通信，只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互，無線電廣播或有線電廣播以及電視廣播就屬于這種類型。（2）半雙工通信，通信的雙方都可以發(fā)送消息，但不能同時發(fā)送。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過段時間反過來。（3）全雙工通信，通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。單工通信只需要一條信道，而半雙工和全雙工通信需要兩條信道。顯然，雙向同時通信的傳輸效率高。

2 數據鏈路層

數據鏈路層屬于計算機網絡的底層，使用的信道有兩種類型：（1）點對點信道，使用一對一的點對點通信方式。使用點對點協(xié)議PPP，在通信質量較差的年代，在數據鏈路層使用可開傳輸協(xié)議曾經是好辦法，因此能實現(xiàn)可靠傳輸的高級數據鏈路控制HDLC成為當時比較流行的數據鏈路層協(xié)議，但現(xiàn)在HDLC很少使用，對于點對點的鏈路，簡單得多點對點協(xié)議PPP則是目前使用最廣泛的數據鏈路層協(xié)議，PPP協(xié)議就是用戶計算機和ISP進行通信時所使用的數據鏈路層協(xié)議。（2）廣播信道，這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程復雜，廣播信道上連接的主機很多，必須使用專用的共享心道協(xié)議來協(xié)調這些主機的數據發(fā)送。

局域網使用的就是廣播信道，局域網特點是網絡為一個單位所擁有，且地理位置和站點數目均有限。局域網具有如下優(yōu)點：（1）具有廣播功能，從一個站點可以方便地訪問全網，局域網上的主機可共享連接在局域網上的各種硬件和軟件資源。（2）便于系統(tǒng)的擴展和逐漸地演變，各設備的位置可靈活調整和改變。（3）提高了系統(tǒng)的可靠性、可用性和生存性。

局域網的拓撲結構有星形網、環(huán)形網、總線網、樹形網。星形網由于集線器的出現(xiàn)和雙絞線大量用于局域網中，星形以太網以及多級星形結構的以太網獲得了廣泛的應用；環(huán)形網，最典型的是令牌環(huán)形網，簡稱令牌環(huán)；總線網，各站直接連在總線上，總線兩端的匹配電阻吸收在總線上傳播的電磁波信號的能量，避免在總線上產生有害的電磁波反射?？偩€網可使用兩種協(xié)議，一種是以太網，另一種是令牌傳遞總線網，即物理上是總線網而邏輯上是令牌環(huán)形網。前一種總線網以演進為星形網，而后一種令牌傳遞總線網已經退出市場。使用以太網規(guī)范的局域網稱為以太網，使用令牌網規(guī)范的局域網稱為令牌環(huán)網?，F(xiàn)在大部分局域網都是以太網。

在局域網上，經常是一條傳輸介質上連有多臺計算機（如總線型和環(huán)型局域網），即大家共享同一傳輸介質。而一條傳輸介質在某一時間內只能被一臺計算機所使用，那么在某一時刻到底誰能使用或訪問傳輸介質呢？這就需要有一個共同遵守的準則來控制、協(xié)調個計算機對傳輸介質的同時訪問，這種準則就是協(xié)議或成為媒體訪問控制方法。據此可以將局域網分為以太網、令牌環(huán)網等。

以太網(Ethernet)指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開發(fā)的基帶局域網規(guī)范，是當今現(xiàn)有局域網采用的最通用的通信協(xié)議標準。以太網絡使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問及沖突檢測）技術，并以10M/S的速率運行在多種類型的電纜上。以太網與IEEE802.3系列標準相類似。

3 網絡層

網際協(xié)議IP是TCP/IP體系中兩個最主要的協(xié)議之一，也是最重要的因特網標準協(xié)議之一。與IP協(xié)議配套使用的還有四個協(xié)議：地址解析協(xié)議ARP，根據IP地址獲取其物理地址；逆地址解析協(xié)議RARP，根據物理地址獲取其IP地址；網際控制報文協(xié)議ICMP；網際組管理協(xié)議IGMP。IP協(xié)議與其配套協(xié)議關系如下

4 傳輸層

從通信和信息處理的角度看，傳輸層向它上面的應用層提供通信服務，它屬于面向通信部分的高層，同時也是用戶功能中的最底層。當網絡的邊緣部分中的主機使用網絡的核心部分的功能進行端到端的通信時，只有主機的協(xié)議棧才有傳輸層，而網絡核心部分中的路由器在轉發(fā)分組時只用到了下三層的功能。

傳輸層主要有兩個協(xié)議，都是因特網的正式標準，（1）用戶數據報協(xié)議UDP[RFC 768]，（2）傳輸控制協(xié)議TCP[RFC 793]。TCP/IP體系中的運輸層協(xié)議如下：

應用層和應用層協(xié)議主要使用的運輸層協(xié)議(UDP或TCP)如下表所示

傳輸層的端口號共分為下面的兩大類：（1）服務器端使用的端口號，這里分為兩類，最重要的一類叫做熟知端口號或系統(tǒng)端口號，數值為0---1023。比如FTP端口號21，TELNET端口號23，SMTP端口號25，DNS端口號53，TFTP端口號69，HTTP端口號80，SNMP端口號161，SNMP(trap)端口號162。另一類叫做登記端口號，數值為1024—49151，這類端口號是為沒有熟知端口號的應用程序使用的。（2）客戶端使用的端口號，數值為49152—65535。由于這類端口號僅在客戶進程運行時才動態(tài)選擇，因此又叫做短暫端口號。

用戶數據報協(xié)議UDP，用戶數據報協(xié)議UDP只在IP協(xié)議的數據報服務上增加了很少一點功能，就是復用和分用的功能以及差錯檢測的功能。UDP的主要特點是：（1）UDP是無連接的，即發(fā)送數據之前不需要建立連接（發(fā)送數據結束也沒有連接可釋放），因此減少了開銷和發(fā)送數據之前的延遲。（2）UDP使用盡大努力交付，即不保證可靠交付，因此主機不需要維持復雜的連接狀態(tài)表。（3）UDP是面向報文的，發(fā)送方的UDP對應用程序交下來的報文，在添加首部后就向下交付給IP層。UDP對應用層交下來的報文，既不合并，也不拆分，而是保留這些報文的邊界。應用層交給UDP多長的報文，UDP就照樣發(fā)送，因此應用層必須選擇合適大小的報文，不然降低IP層的效率。

UDP優(yōu)勢:（1）UDP沒有涌塞控制，因此網絡出現(xiàn)的擁塞不會使源主機的發(fā)送速率降低，這對某些實時應用很重要的。很多實時應用（如IP電話、實時視頻會議等）要求源主機以恒定的速率發(fā)送數據，并且允許在網絡發(fā)生擁塞時丟失一些數據，但不允許數據有太大的時延，UDP正好適合這種要求。如果很多源主機同時向網絡發(fā)送高速率的實時視頻流時，網絡就可能發(fā)生擁塞，因此UDP有可能引起網絡嚴重的擁塞問題。（2）UDP支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信。（3）UDP的首部開銷小，只有8字節(jié)，比TCP的20個字節(jié)的首部要短。

傳輸控制協(xié)議TCP，TCP協(xié)議比較復雜，TCP主要的特點：（1）TCP是面向連接的運輸層協(xié)議，應用層在使用TCP協(xié)議之前，必須先建立TCP連接，傳送完畢后，必須釋放已經建立的TCP連接。（2）每一條TCP連接只能有兩個端點，每一條TCP連接只能是點對點的（一對一）。（3）TCP提供可靠交付的服務，也就是通過TCP連接傳送的數據，無差錯、不丟失、不重復、并且按序到達。（4）TCP提供全雙工通信。（5）面向字節(jié)流，TCP中的“流”指的是流入到進程或從進程流出的字節(jié)序列?！懊嫦蜃止?jié)流”的含義是：雖然應用程序和TCP的交互是一次一個數據塊（大小不等），但發(fā)送方TCP把發(fā)送方應用程序交下來數據看成一連串的無結構的字節(jié)流。發(fā)送方TCP不知道傳送的字節(jié)流的含義，不保證接收方應用程序所收到的數據塊和應用程序發(fā)出的數據塊具有對應大小的關系（例如，發(fā)送方應用程序交給發(fā)送方TCP10個數據塊，但接收方TCP可能只用4個數據塊把收到的字節(jié)流交付給了上層的應用程序）。但接收方應用程序收到的字節(jié)流必須和發(fā)送方應用程序發(fā)出的字節(jié)流一樣。

TCP和UDP在發(fā)送報文時所采用的方式完全不同，TCP對應用進程一次把多長的報文發(fā)送到TCP的緩存中是不關心的。TCP根據對方給出的窗口值和當前網絡的擁塞程度來決定一個報文段應包含多少個字節(jié)（UDP發(fā)送的報文長度是應用進程給出的）。如果應用進程傳送到TCP緩存的數據塊太長，TCP就可以把它劃分短一些再傳送。如果應用進程一次只發(fā)來一個字節(jié)，TCP也可以等待積累有足夠多的字節(jié)后再構成報文段發(fā)送出去。

TCP的可靠傳輸，TCP的流量控制，TCP的擁塞控制，都挺重要，還有TCP的運輸連接管理。TCP是面向連接的協(xié)議，運輸連接是用來傳送TCP報文的，TCP運輸連接的建立和釋放是每一次面向連接的通信中必不可少的過程。因此，運輸連接有三個階段：連接建立、數據傳送和連接釋放。

TCP的連接建立，三次握手。如圖所示，假定主機A運行的是TCP客戶程序，而B運行TCP服務器程序，最初兩端的TCP進程都處于CLOSED（關閉）狀態(tài)，A主動打開連接，B被動打開連接。

B的TCP服務器進程先創(chuàng)建傳輸控制塊TCB，準備接收客戶進程的連接請求。然后服務器進程就處于LISTEN（接聽）狀態(tài)，等待客戶的連接請求。如有，即做出相應。

A的TCP客戶進程也是首先創(chuàng)建傳輸控制模塊TCB，然后向B發(fā)出連接請求報文段，這時首部中的同部位SYN=1，同時選擇一個初始序號seq=x。TCP規(guī)定，SYN報文段（即SYN=1的報文段）不能攜帶數據，但要消耗掉一個序號。這時，TCP客戶進程進入SYN-SENT（同步已發(fā)送）狀態(tài)。

B收到連接請求報文段后，同意建立連接，則向A發(fā)送確認。在確認報文段中應把SYN位和ACK位都置1，確認號是ack=x+1，同時也為自己選擇一個初始序號seq=y。請注意，這個報文段也不能攜帶數據，但同樣要消耗掉一個序號。這時TCP服務器進程進入SYN-RCVD（同步收到）狀態(tài)。

TCP的連接釋放是四次握手。過程如下所示：

5 應用層

應用層有域名系統(tǒng)DNS，文件傳送協(xié)議FTP，遠程終端協(xié)議TELNET，萬維網www（主要使用HTTP協(xié)議），電子郵件（主要使用SMTP協(xié)議），動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP，簡單網絡管理協(xié)議SNMP，應用進程跨網絡的通信。

網頁標題：計算機網絡基礎知識匯總
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