计算机网络_思维导图模板

计算机网络

概论

计算机体系结构

传输方式

按照传输方向分

单工

半双工

在同一时间线路上，只能允许一个方向的数据通过

全双工

双方可以同时进行数据通信

按照传输对象（方式）分

单播

1对1

多播

1对多

广播

1对ALL

指在一个范围内的所有对象

只能单方向传输的工作模式

数据交换

电路交换

整个报文从源头到终点连续的传输

报文交换

整个报文先传达到相邻节点，全部存储下来查找转发表，再转发到下一个节点

分组交换

将一个报文分成多个分组，传送到相邻节点，再查找转发表，转发到下一个结点

通信协议和体系结构

网络协议三要素

协议为实现网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定

语法

规定数据与控制信息的结构或格式

语义

规定通信双方要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种响应

时序

事件实现顺序的详细说明

OSI参考模型

开放式系统互联参考模型

应用层

使用应用程序处理通过网络服务

表示层

表示层用于处理交互数据的表示方式例如格式转换、数据的加密和解密、数据压缩和恢复等功能

会话层

负责维护通信中的两个节点之间的会话建立维护和断开，以及数据的交换

传输层

单位报文提供端到端之间的数据传输服务，实现对数据进行控制和操作的功能

端到端指电脑到电脑

网络层

单位分组在数据链路层基础之上，提供点到点之间的通信，提供路由功能，实现拥塞控制、网络互联等功能

数据链路层

单位帧在物理层的基础上，提供结点到结点之间的服务，采取差错控制和流量控制的方法，实现网络互联

物理层

单位 bit 利用传输介质为中心的网络节点之间的建立

TCP/IP参考模型

应用层

会话层、表示层、应用层

传输层

Internet层

网络层

网络接口层

物理层和数据链路层

计算机网络的概念

计算机网络的定义

计算机网络是指将地理位置不同的具有“独立功能”的多台计算机及其外部设备，通过“通信线路连接起来”，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，“实现资源共享”和信息传递的计算机系统

计算机网络的组成

终端系统/“资源子网”

提供共享的软件资源和硬件资源

通信子网

提供信息交换的网络节点和通信链路

计算机网络的类型

按照拓扑分类

星型结构

树形结构

总线型结构

环形结构

网状结构和混合结构

按照范围分类

局域网LAN

城域网MAN

广域网WAN

补充

个人区域网

互联网Internet

按照传输方式分类

有线网络

IEEE802.3

无线网络

IEEE802.11

WLAN无线局域网

WPAN无线个域网

物理层

物理层的基本概念

四大特征

机械特性

接口是怎样的

电气特性

用多少伏的电

功能特性

描述接口执行多功能，定义接线器的每一引脚（针Pin的作用

过程特性

实现不同功能所发射信号的顺序

两种信号

模拟信号

特定频段的信号

有更加丰富的表现形式

抗干扰能力弱

数字信号

1或0

抗干扰能力强

调制和编码

调制

最后是模拟信号

编码

最后是数字信号

编码的步骤

采样

量化

编码

区别

数据可以通过编码手段转成数字信号，也可以通过调制手段转成模拟信号

数字数据可以通过数字发送器转化为数字信号（编码）也可以通过调制器转换为模拟信号（调制）

模拟数据也可以通过PCM编码器转化为数字信号（编码）也可以通过放大器调制器转化为模拟信号（调制）

传输介质

双绞线

传输距离10-500M

最多四个集线器

屏蔽双绞线STP

抗干扰强，较贵

非屏蔽双绞线

抗干扰能力弱，较便宜

制作标准

568B：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

568A:13、26调换

光纤

单模光纤

距离100KM

多模光纤

距离2KM

同轴电缆

座机用的，已淘汰

无线

无线信号频率IEEE802.11

三大部分

源系统

发送数据的一端

传输系统

传输过程中的各种传输介质

目的系统

接收数据的电脑

物理层的基本通信技术

四种信道复用技术手段

复用技术

复用技术是指一种传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程

将多种不同的信号在同一信号上进行传输，复用技术主要是用于解决不同信号传输时应该如何区分

频分复用FDM

划分不同频率来并行传输信号

时分复用TDM

划分不同的时间段来传输信号

码分复用CDM

在同一时间，同一频率根据传输的数据编码进行区分

波分复用WDM

根据光波的波长进行传输

数据的传输方式

通过同时间传输数量分为

串行传输

使用一条数据线，将数据一位一位的依次传输每一位数据占据一个固定的长度，只需要少数几条线，就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机，外设之间的远距离通信

并行传输

并行传输指的是数据已成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输，是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输

通过数据报文的双方的行为分为

同步传输

同步

在计算机网络中，定时的因素称为位同步，同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接受数据，否则会产生误差

同步传输的比特分组要大得多。他不会独立的发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把他们组合起来发生。我们将这些组合称为数据帧，简称帧

异步传输

异步传输将比特分成小组进行传输，小组可以时8位的1字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接受方不知道它们会在什么时候到达

通过传输的信号分为

基带传输

传输的是数字信号

频带传输

传输的是模拟信号

300-3400HZ

传输方向

单工半双工全双工

传输对象

单播多播广播

数据链路层

数据链路层基础

数据链路层概念

数据链路层是在物理层和网络层之间的协议，提供相临节点的可靠数据传输

帧的概念

数据链路层的协议数据单元

组成

帧头

源MAC地址、目的MAC地址、类型

MAC地址用于在网络中唯一标示一个网卡，一台设备若有多个网卡则每个网卡都有一个对应的MAC地址（一个网卡对应一个MAC地址）

MAC地址48位

数据

帧尾

校验

以太网数据帧中的MAC和LLC（使用IEEE802.3）

数据链路层分为哪两个部分?
MAC、LLC

MAC（一种协议，对接物理层）

MAC介质控制访问

作用

数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性

LLC（对接网络层）

LLC逻辑控制访问

作用

LLC子层的主要功能为传输可靠性保障和控制，数据包的分段与重组，数据包的顺序传输

注解

该协议位于OSI七层协议中的数据链路层，数据链路层分为上层LLC（逻辑链路控制）和下层的MAC（媒体访问控制）MAC主要负责控制与链接物理层的物理介质。在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一层控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC（逻辑链控制）层

数据链路层的两种传输方式

单播

广播

数据链路层的三个基本问题

封装成帧（PPP）

封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成一个帧，接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束

透明传输

透明传输指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传输

差错检测

奇数校验偶数校验 CRC：需要计算

收到正确的帧就要向发送端确认，发送方在一定的期限内若没有收到对方的确认，就认为出现了差错，因而就进行重传，直到收到对方的确认为止

局域网中的设备

集线器

Hub，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以他为中心的节点上

共享带宽物理层

交换机

Switch，是一种用于电（光）信号转发的网络设备。他可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机

独享带宽数据链路层

网桥

两个端口的交换机

在物理层与数据链路层之间

数据链路层的通信协议

冲突域和广播域

冲突域

交换机的每一个端口都是一个冲突域，冲突域只能发生在一个网段

广播域

交换机的所有端口都在一个广播域，广播域在一个或多个网段内发生

区别

1.广播域可以跨网段
2.冲突域是基于第一层（物理层），广播域是基于第二层（数据链路层）
3.Hub所有端口都在同一个广播域、冲突域内，Switch所有都在同一个广播域内，而一个端口就是一个冲突域
4.同一冲突域共享带宽

虚拟局域网

VLAN（Virtual Local Area Network），是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间不能直接通信，从而将广播域限制在一个VLAN内

优点、目的

划分广播域

减少垃圾数据

增强局域网的安全性

提高健壮性

灵活构建工作组

划分VLAN的方式

基于端口

给交换机的每个接口配置不同的PVID，当一个数据帧进入交换机接口时，如果没有带VLAN标签，且该接口上配置了PVID那么该数据帧就会被打上接口的PVIN。如果进入的帧已经带有VLAN标签，那么交换机不会再增加VLAN标签，即使接口已经配置了PVID

Access

只允许通过一个VLAN

Trunk

允许通过多个VLAN

Hybird

基于子网

配置好子网域VLAN映射表，如果交换设备收到的是untagged（不带VLAN标签）帧，交换设备根据报文中的源IP地址信息，确认添加的VLAN iD。将指定网段或IP地址发出的报文在指定的VLAN中传输，减轻了网络管理着的任务量，且有利于管理

基于MAC地址

先配置好MAC地址和VLAN映射关系表，当终端用户的物理位置发生改变，不需要重新配置VLAN。提高了终端用户的安全性和接入的灵活性

基于协议

将网络中提供的服务类型域VLAN相绑定，方便管理和维护。需要对网络中所有的协议类型和VLAN ID 的映射关系表进行初始配置。需要分析各种协议的地址格式并进行相应的转换，消耗交换机较多的资源，速度上稍具劣势。

基于匹配策略

先在交换机上配置好终端的MAC地址和IP地址，并与VLAN 并联。只有符合条件的终端才能加入指定VLAN。符合策略的终端加入指定VLAN后，严禁修改IP地址和MAC地址，否则会导致终端从指定VLAN中退出。

CSMA/CD总线型

CSMA/CD即载波监听多路访问/冲突检测，carrier sense multiple access/conflict detection
是广播信道中采用一种随机访问技术的竞争型访问方法，具有多目标地址的特点，总线型网络传输数据

四大特点

先听再发

边听边发

冲突停止

延迟后发

PPP（单播）

点对点通信是一对一通道，因此不会发生碰撞，因此比较简单，采取PPP协议；其中PPP协议就是用户计算机和SP（互联网服务提供商）进行通信时使用的数据链路层的协议

PPP最初设计是为两个对等节点之间的IP流量传输提供一种封装协议

CRC

循环冗余校验

网络层

网络层的作用

提供点到点的服务单位：分组

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传输，具体功能包括寻址和路由选择，连接的建立，保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术

网际层协议IP（知道四个协议）

ARP地址解析协议

根据IP地址获取物理地址

RARP反地址解析协议

ICMP网际控制报文协议

通过ICMP传输控制消息，控制消息是指网络通不通，主机是否可达，路由是否可用等网络本身的消息。

IGMP网际组管理协议

适用于管理协议多播组成员的一种通信协议。IP主机和相邻路由器利用IGMP来创建多播组的组成员。组播方式解决了单播情况下数据的重复拷贝及带宽的重复占用，也解决了广播方式下带宽资源的浪费

IP地址

IP地址的概念

IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，他为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异

组成：一个IP地址由4个字节，32位组成，一般用点分十进制的方式表现

IP地址和MAC地址区别

IP地址是一个逻辑地址，MAC地址是物理地址

MAC地址是唯一的但是IP地址不是唯一的

MAC地址主要是工作在第二层，IP地址在网际层

MAC地址是48位，IP地址一般是32位（V6是128位）

IP地址的分配取决于网络拓扑，MAC地址分配取决于制造商

IP地址的组成

由主机地址和网络地址组成

主机地址/主机号

标识某一台设备的地址

网络地址/网络号

标识某一网段的地址

子网掩码

子网掩码用于区分网络号和主机号

它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只能由一个作用，就是将某一个IP地址划分成为网络地址和主机地址两部分

IP地址的分类

A类

一个A类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，第一段号为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。A类IP地址中网络的标识长度为8位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，有126个网络，每一个网络可以容纳主机数量高达1600多万台. A类IP地址地址范围1.0.0.1到127.255.255.254

第一个字节为网络号，第一个字节的第一位为0 0～127

默认子网掩码

255.0.0.0

B类

一个B类地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码。B类IP地址中网络的标识长度为16位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，有16384个网络，每个网络所能容纳的计算机数6万多台。 B类IP地址地址范围128.0.0.1-191.255.255.254

前两个字节为网络号，第一个字节前两位是10 128～191

默认子网掩码

255.255.0.0

C类

一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。C类IP地址中网络的标识长度为24位，主机标识的长度为8位，C网络地址数量较多，有209万余个网络。适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。C类IP地址范围192.0.0.1-223.255.255.254

前三个字节为网络号，第一个字节前三位是110 192～223

默认子网掩码

255.255.255.0

11111111.111111111.11111111.00000000

D类

D类IP地址在历史上被叫做多播地址，即组播地址。在以太网中，多播地址命名了一组应该在这个网络中应用接收到一个分组的站点。多播地址的最高位必须是“1110”，范围从224.0.0.0到239.255.255.255

E类

保留

特殊地址

网络地址：主机号全为0的地址不可用

广播地址：主机号全为1的地址不可用

回环地址：127.0.0.0测试使用

IPv6

128位，16字节。一般表现形式位十六进制

网络层的路由

路由

路由是什么

路由是指分组从源目的地时，决定端到端路径的网络范围的进程。路由是指导报文转发的路径信息，通过路由可以确认转发IP报文的路径

路由是网络层最主要的工作任务

路由器

网络层的基础设备

数据转发

一个端口代表一个网段，路由器中存放着通往各个网段的表格，叫做路由表

路由表

又称路由择域信息库，是一个存储在路由器或者联网计算机中的电子表格（文件）或者类数据库。路由表存储着指向特定网络地址的路径

网关

又称网间连接器，协议转换器。用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连

路由获取方式

直连路由

静态路由

网络管理员手工配置在设备上的路由条目

动态路由

由设备自动发现并生成的一条路由，在拓扑变化时自动更新。可以减少网络管理员的工作量

路由的配置方式

静态路由

静态路由：由管理员手工配置，配置方便，对系统要求低，适用于拓扑结构简单稳定的小型网络

缺省路由：是一种特殊的路由，当报文没有在路由表中找到匹配的具体表项时才能使用的路由

动态路由

通过动态路由协议来实现不同网段的路由互通

动态路由协议有自己的路由算法，能够自动适应网络拓扑的变化，适用于具有一定数量的三层设备的网络

动态路由协议

RIP

RIP：路由信息协议

基于矢量的动态路由协议

适用于中小规模的网络拓扑，最大跳数为15

OSPF

OSPF:开放式最短路径优先

基于链路状态的路由

使用SPF算法，计算最短路径。树形协议

天生防环

BGP

BGP是自治系统间的路由协议。自治系统之间的路由协议

自治系统间的路由协议

IS-IS

IS-IS：中间系统到中间系统

与OSPF类似，IS-IS是基于路由路划分区域，OSPF利用接口划分

内部网关协议

RIP和OSPF区别

RIP是基于矢量的协议，OSPF是基于链路状态

RIP适用于中小型网络拓扑，OSPF适用于较大规模的网络

OSPF的收敛速度比RIP更加的迅速

OSPF防环，RIP不防环

_（了解）OSPF支持可变长度子网掩码（VLSM）。RIP不支持_

传输层

传输层概念

传输层

传输层提供端到端服务

从通信和信息处理的角度看，传输层向上层应用层提供通信服务

所谓的端口，就好像是门牌号一样，客户端可以通过IP地址找到对应的服务器端，但是服务器端是有很多的端口的，每个应用程序对应一个端口号，通过类似门牌号的端口号，客户端才能真正的访问到该服务器。为了对端口号进行区分，将每个端口进行编号，这就是端口号

端口号

传输层的两个重要协议

TCP

传输控制协议：TCP

TCP是TCP/IP体系中较为复杂的协议，是传输层中最重要的协议
TCP的主要特点是： TCP是**面向连接**的传输层协议 TCP提供**可靠**的交付**服务** TCP提供**全双工**通信 TCP是**面向字节流**

窗口

固定窗口：如果窗口过小，当传输比较大的数据的时候需要不停的对数据进行确认，这个时候就会造成很大的延迟

滑动窗口：滑动窗口通俗的讲就是一种流量控制技术。它本质上是描述接收方TCP数据报缓冲区大小的数据，发送方根据这个数据来计算自己最多能发送多长的数据，如果发送方收到接收方的窗口大小为0的TCP数据报，那么发送方将停止发送数据，等到接受方发送窗口大小不为0的数据报的到来

拥塞处理和流量控制

TCP的三次握手和流量控制

三次握手四次挥手

三次握手

TCP协议位于传输层，作用是提供可靠的字节流服务，为了准确无误地将数据送达目的地，TCP协议采纳三次握手策略。

三次握手原理：

第1次握手：客户端发送一个带有SYN（synchronize）标志的数据包给服务端；

第2次握手：服务端接收成功后，回传一个带有SYN/ACK标志的数据包传递确认信息，表示我收到了；

第3次握手：客户端再回传一个带有ACK标志的数据包，表示我知道了，握手结束。

其中：SYN标志位数置1，表示建立TCP连接；ACK标志表示验证字段。

四次挥手

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。

四次挥手原理：

第1次挥手：客户端发送一个FIN，用来关闭客户端到服务端的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态；

第2次挥手：服务端收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），服务端进入CLOSE_WAIT状态；

第3次挥手：服务端发送一个FIN，用来关闭服务端到客户端的数据传送，服务端进入LAST_ACK状态；

第4次挥手：客户端收到FIN后，客户端t进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，服务端进入CLOSED状态，完成四次挥手。

其中：FIN标志位数置1，表示断开TCP连接。

UDP

用户数据报协议：UDP

UDP是在IP数据报服务之上增加了一些功能，增加了复用和分用的功能以及差错检测的功能

UDP的主要特点是：

UDP是无连接的

UDP尽最大努力交付

UDP面向报文且没有拥塞控制

UDP开销较小传输效率较高

UDP首部的概念