计算机网络中科大 - 第1章 结构化笔记（详细解析）

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1. 计算机网络概述

1.1 计算机网络的定义

• 计算机网络是互连的计算机系统，通过通信设备和协议，实现数据共享、远程访问和信息交换。
• 核心目标：
  • 数据通信
  • 资源共享（如文件、打印机）
  • 分布式计算
  • 提高系统可靠性

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1.2 计算机网络的发展

计算机网络的发展经历了多个阶段：

1. 远程终端连接阶段（1950-1960s）

   • 采用集中式计算，远程终端通过电话线连接主机。
   • 代表技术：IBM 360 计算机

2. 计算机互联阶段（1970s）

   • 计算机可以通过**局域网（LAN）**互联。
   • 代表技术：以太网（Ethernet）、分组交换技术

3. 互联网（Internet）形成阶段（1980s-1990s）

   • TCP/IP协议成为标准，全球网络形成。
   • 代表技术：TCP/IP协议、DNS、WWW

4. 现代网络阶段（2000s-至今）

   • 移动互联网、云计算、物联网（IoT）、5G通信、人工智能（AI）等技术发展。

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2. 计算机网络的组成与分类

2.1 计算机网络的组成

计算机网络由硬件、软件、协议三部分组成：

1. 硬件：
   • 终端设备（PC、服务器）
   • 网络设备（交换机、路由器）
   • 传输介质（光纤、双绞线）
2. 软件：
   • 操作系统中的网络协议栈
   • 网络管理软件（如Wireshark）
   • 应用软件（如浏览器、邮件客户端）
3. 协议：
   • 网络通信的规则，如TCP/IP、HTTP、FTP等。

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2.2 计算机网络的分类

按地理范围

网络类型	特点
广域网（WAN）	覆盖大区域，如互联网
城域网（MAN）	覆盖城市级网络
局域网（LAN）	企业/校园内部网络
个人区域网（PAN）	个人设备间通信，如蓝牙

按拓扑结构

• 总线型（所有设备共享一条通信线路）
• 星型（所有设备连接到中央节点）
• 环型（设备依次相连，形成闭环）
• 网状型（设备互连，冗余度高）

按交换方式

• 电路交换（如传统电话网络）
• 分组交换（如互联网）
• 报文交换（适用于大文件传输）

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3. 计算机网络的性能指标

计算机网络性能衡量指标包括：

1. 带宽（Bandwidth）：单位时间内数据传输能力（bps）。
2. 时延（Latency）：数据从源端到目的端的时间，分为：
   • 传播时延：信号传播所需时间。
   • 传输时延：数据从主机发送到信道所需时间。
   • 排队时延：网络设备排队等待处理的时间。
3. 吞吐量（Throughput）：单位时间内成功传输的数据量。
4. 丢包率（Packet Loss Rate）：丢失数据包的比例。
5. 可靠性（Reliability）：衡量网络系统的稳定性，如故障恢复能力。

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4. 计算机网络体系结构

4.1 计算机网络体系结构概述

计算机网络体系结构采用分层模型，主要包括：

• OSI七层模型
• TCP/IP四层模型

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4.2 OSI 七层模型

层次	功能	典型协议/设备
应用层	提供应用服务	HTTP、FTP、SMTP
表示层	数据格式转换	加密、解密
会话层	维护会话	会话建立、管理
传输层	端到端通信	TCP、UDP
网络层	IP寻址与路由	IP、ICMP、路由器
数据链路层	物理寻址	以太网、MAC地址
物理层	比特流传输	光纤、双绞线

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4.3 TCP/IP 四层模型

层次	功能	对应OSI层
应用层	提供应用协议	OSI应用层、表示层、会话层
传输层	端到端传输	OSI传输层
网络层	路由和寻址	OSI网络层
网络接口层	物理连接	OSI数据链路层、物理层

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5. 计算机网络的协议

计算机网络协议用于定义通信规则：

1. 应用层协议：
   • HTTP/HTTPS（超文本传输协议）
   • FTP（文件传输协议）
   • SMTP/POP3/IMAP（电子邮件协议）
2. 传输层协议：
   • TCP（可靠的面向连接协议）
   • UDP（无连接的快速传输协议）
3. 网络层协议：
   • IP（提供IP地址寻址）
   • ICMP（用于错误报告）
   • ARP（IP地址到MAC地址映射）
4. 数据链路层协议：
   • 以太网协议（Ethernet）
   • Wi-Fi（802.11）（无线网络协议）

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6. 计算机网络的应用

计算机网络的广泛应用：

1. 互联网：
   • 浏览器、电子邮件、社交媒体
2. 云计算：
   • 云存储、云服务器
3. 物联网（IoT）：
   • 智能家居、智慧城市
4. 远程办公与在线教育
5. 网络安全：
   • 数据加密、防火墙、入侵检测

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7. 计算机网络安全

7.1 网络攻击类型

• DDoS攻击（分布式拒绝服务攻击）
• 中间人攻击（MITM）
• SQL注入
• 跨站脚本攻击（XSS）
• 社会工程学攻击

7.2 网络安全防护措施

1. 加密技术（如TLS/SSL）
2. 防火墙（访问控制）
3. 入侵检测系统（IDS）
4. VPN（虚拟专用网）

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