計算機網路體系結構
計算機網路概述
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計算機網路的概念 |
計算機網路是一個將分散的、具有獨立功能的計算機系統通過通信設備與線路連接起來，由功能完善的軟體實作資源共享和資訊傳遞的系統， 簡而言之，計算機網路就是一些互聯的、自治的計算機系統的集合， |
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計算機網路的組成 |
組成部分上看：硬體、軟體、協議三大部分組成 硬體：主機【端系統】、通信鏈路【雙絞線、光纖】、交換設備【路由器、交換機】、通信處理劑 軟體【多屬于應用層】：各種實作資源共享的軟體和方便用戶使用的各種工具軟體 協議【核心】：規定了網路傳輸資料所遵循的規范
作業方式上看：邊緣部分和核心部分 邊緣部分：所有連接到因特網上、供用戶直接使用的主機組成，用來進行通信和資源共享 核心部分：大量的網路和鏈接這些網路的路由器組成，為邊緣部分提供連通性和交換服務
功能組成上看：通信子網和資源子網 通信子網：各種傳輸介質、通信設備和相應的網路協議 資源子網：實作資源共享功能的設備及其軟體的集合，向網路用戶提供共享其他計算機上的硬體資源、軟體資源和資料資源的服務 |
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計算機網路的功能 |
【1】資料通信【最基本最重要的功能】 【2】資源共享 【3】分布式處理 【4】提高可靠性 【5】負載均衡 |
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計算機網路的分類 |
按分布范圍分類：廣域網，城域網，局域網，個人區域網 按傳輸技術分類：廣播式網路、點對點網路 按拓撲結構分類：由網中結點與通信線路之間的幾何關系，總線形網路，星形網路，環形，網狀 按使用者分類：公用網、專用網 按交換技術分類：電路交換網路、報文交換網路、分組交換網路 按傳輸介質分類：有線網路和無線網路 |
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計算機網路的性能指標 |
常用性能指標：帶寬、時延、時延帶寬積、往返時延、吞吐量、速率、信道利用率 |
計算機網路體系結構與參考模型
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計算機網路分層結構 |
計算機網路的各層及其協議的集合稱為網路的體系結構 計算機網路的體系結構通常具有可分層的特性，它將復雜的大系統分成若干較容易實作的層次 【1】各層都實作一種相對獨立的功能，降低大系統的復雜度 【2】各層之間界面自然清晰，易于理解，交流盡可能少 【3】各層功能的精確定義獨立于具體的實作方法 【4】保持下層對上層的獨立性，上層單向適用下層提供的服務 【5】整個分層結構應能促進標準化作業
由于分層后各層之間相對獨立、靈活性號，因而分層的體系結構易于更新【替換單個模塊】，易于除錯，易于交流、易于抽象、易于標準化
在分層時應考慮層次的清晰程度與運行效率間的這種、層次數量的折中
在計算機網路的分層結構中，第N蹭中的活動元素通常稱為第N層物體， 物體指任何可發送或接收資訊的硬體或軟體行程，通常是一個特定的軟體模塊 不同機器上的同一層稱為對等層，同一層的物體稱為對等物體 第N層物體實作的服務為第N+1層所利用 在這種情況下，第N層稱為服務提供者，第N+1層則服務于用戶
在計算機網路體系結構的各個層次中，每個報文都分為兩部分 資料部分【SDU】和控制資訊部分【PCI】，共同組成【PDU】
服務資料單元【SDU】：為完成用戶所要求的功能而應傳送的資料，第N層的服務資料單元記為n-SDU 協議控制資訊【PCI】：控制協議操作的資訊，第N層的協議控制資訊記為n-PCI 協議資料單元【PDU】：對等層次之間傳送的資料單位稱為該層的PDU，第N層的協議資料單元記為n-PDU 在實際的網路中，每層的協議資料單元都有一個通俗的名稱
在各層建傳輸資料時，把從第n+1層收到的PDU作為第n層的SDU，加上第n層的PCI，就變成了第n層的PDU 交給第n-1層后作為SDU發送，接收方接收時做相反的處理，因此可知三者的關系為n-SDU+n-PCI=n-PDU=(n-1)-SDU
具體地，層次結構的含義包括以下幾方面： 【1】第n層的物體不僅要使用第n-1層的服務來實作自身定義的功能，還要向第n+1層提供本層的服務，該服務是第n層及其下面各層提供的服務總和， 【2】最底層只提供服務，是整個層次結構的基礎；中間各層既是下一層的服務使用者，又是上一層的服務 【3】上一層只能通過相鄰層間的介面使用下一層的服務，而不能呼叫其他層的服務；所提供服務的實作細節對上一層透明 【4】兩臺主機通信時，對等層 |
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計算機網路協議、介面、服務的概念 |
【1】協議【網路協議的簡稱】，就是規則的集合 【2】網路協議：為進行網路中的資料交換而簡歷的規則、標準或約定 【3】網路協議控制兩個或多個對等物體進行通信的規則的集合【水平的】 【4】不對等物體間沒有協議 【5】協議由語法、語意和同步三部分組成
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【1】介面是同一結點內相鄰兩層間交換資訊的連接點，是一個系統內部的規定 【2】每層只能為緊鄰的層次之間定義介面，不能跨層定義介面 【3】在典型的介面上，同一結點相鄰兩層之間的物體通過服務訪問點進行互動 【4】服務是通過SAP提供給上層使用的，第n層的SAP就是第n+1層可以訪問第n層服務的地方 |
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服務是指下層為緊鄰的上層提供的功能呼叫，它是垂直的 對等物體在協議的控制下，使得本層能為上一層提供服務，但要實作本層協議還需要適用下一層所提供的的服務
服務：上層使用下層所提供的的服務時必須與下層交換一些命令 【1】請求：由服務用戶發往提供服務者，請求完成某項作業 【2】指示：由服務提供者發往服務用戶，指示用戶做某件事情 【3】回應：由服務用戶發往服務提供者，作為對指示的回應 【4】證實：由服務提供者發往服務用戶，作為對請求的證實
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計算機網路提供的服務的分類 |
【1】面向連接服務與無連接服務 面向連接服務：必須先建立連接，分配相應的資源，傳輸結束后釋放連接和所占用的資源 分為連接建立，連接傳輸和連接釋放三個階段 無連接服務：不需要先建立連接，需要發送資料時可直接發送，把每個帶有目的地址的包傳送到線路上，由系統選定路線進行傳輸 盡最大努力交付，并不保證通信的可靠性【IP、UDP】 【2】可靠服務與不可靠服務 可靠服務是指網路具有糾錯、檢錯、應答機制，能保證資料正確、可靠地傳送到目的地， 不可靠服務是指網路只是盡量正確、可靠地傳送，而不能保證資料正確、可靠地傳送到目的地，是一種盡力而為的服務， 對于提供不可靠服務的網路、其網路的正確性、可靠性要由應用或用戶來保障， 【3】有應答服務和無應答服務 有應答服務是指接收方在收到資料后向發送方給出相應的應答，該應答由傳輸系統內部自動實作，而不由用戶實作，所發送的應答既可以是肯定應答，也可以是否定應答，通常在接收到的資料有錯誤時發送否定應答， 無應答服務是指接收方收到資料后不自動給出應答，若需要應答，則由高層實作， |
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OSI參考模型 |
開放系統互連參考模型【OSI/RM】
物理層 物理層的 |
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TCP/IP模型 |
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TCP/IP模型與OSI參考模型的比較 |
物理層
通信基礎
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資料、信號與碼元 |
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信源、信道與信宿 |
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速率、波特與帶寬 |
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奈奎斯特定理 |
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香農定理 |
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數字報資料編碼為數字信號 |
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數字資料調制為模擬信號 |
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模擬資料編碼為數字信號 |
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模擬資料調制為模擬信號 |
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電路交換 |
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報文交換 |
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分組交換 |
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資料報 |
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虛電路 |
傳輸介質
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雙絞線 |
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同軸電纜 |
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光纖 |
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無線傳輸介質 |
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物理層介面的特性 |
物理層設備
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中繼器 |
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集線器 |
資料鏈路層
資料鏈路層的功能
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為網路層提供服務 |
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鏈路管理 |
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幀定界、幀同步與透明傳輸 |
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流量控制 |
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差錯控制 |
組幀
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字符計數 |
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字符填充的首尾定界符法 |
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零位元填充的首尾標志法 |
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違規編碼法 |
差錯控制
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檢錯編碼 |
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糾錯編碼 |
流量控制與可靠傳輸機制
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流量控制、可靠傳輸與滑動視窗機制 |
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單幀滑動視窗與停止-等待協議 |
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多幀滑動視窗與后退N幀協議【GBN】 |
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多幀滑動視窗與選擇重傳協議【SR】 |
介質訪問控制
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頻分多路復用 |
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時分多路復用 |
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波分多路復用 |
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碼分多路復用 |
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ALOHA協議 |
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CSMA協議 |
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CSMA/CD協議 |
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CSMA/CA協議 |
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輪詢訪問介質訪問控制：令牌傳遞協議 |
局域網
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以太網與IEEE 802.3 |
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IEEE 802.11 |
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令牌環網的基本原理 |
廣域網
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廣域網的基本概念 |
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PPP協議 |
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HDLC協議 |
資料鏈路層設備
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網橋的概念及其基本原理 |
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局域網交換機及其作業原理 |
網路層
網路層的功能
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異構網路互聯 |
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路由與轉發 |
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擁塞控制 |
路由演算法
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靜態路由與動態路由 |
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距離-向量路由演算法 |
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鏈路狀態路由演算法 |
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層次路由 |
IPV4
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IPV4分組的格式 |
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IP資料報分片 |
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IPV4地址 |
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網路地址轉換 |
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子網劃分 |
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子網掩碼 |
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無分類域間路由選擇【CIDR】 |
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IP地址與硬體地址 |
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地址決議協議【ARP】 |
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動態逐級配置協議【DHCP】 |
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網際控制報文協議【ICMP】 |
IPV6
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IPV6的主要特點 |
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IPV6地址 |
路由協議
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自治系統 |
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域內路由與域間路由 |
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路由資訊協議【RIP】 |
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開放最短路徑優先【OSPF】協議 |
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邊界網關協議【BGP】 |
IP組播
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組播的概念 |
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IP組播地址 |
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IGMP與組播路由演算法 |
移動IP
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移動IP的概念 |
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移動IP的概念 |
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移動IP通信程序 |
網路層設備
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路由器的組成和功能 |
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路由表與路由轉發 |
傳輸層
傳輸層提供的服務
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傳輸層的功能 |
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傳輸層的尋址與埠 |
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無連接服務與面向連接服務 |
UDP協議
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UDP概述 |
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UDP的首部格式 |
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UDP校驗 |
TCP協議
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TCP協議的特點 |
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TCP報文段 |
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TCP連接管理 |
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TCP可靠傳輸 |
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TCP流量控制 |
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TCP擁塞控制 |
應用層
網路應用模型
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客戶/服務器模型 |
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P2P模型 |
域名系統DNS
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層次域名空間 |
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域名服務器 |
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域名決議程序 |
檔案傳輸協議FTP
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FTP的作業原理 |
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控制連接與資料連接 |
電子郵件
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電子郵件系統的組成結構 |
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電子郵件格式 |
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多用途網際郵件擴充【MIME】 |
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SMTP |
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POP3和IMAP |
萬維網
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www的概念與組成結構 |
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超文本傳輸協議 |
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