【软考中级攻略站】-软件设计师（4）-计算机网络基础

计算机网络的分类

1. 局域网（Local Area Network, LAN）

局域网是指在一个较小的地理区域内连接的计算机网络，比如学校的机房、公司的办公室或者家里的Wi-Fi网络。在这个网络内的计算机可以直接相互通信，速度很快，延迟很低。

• 例子：学校的电脑教室里的电脑通过网线或无线网络相互连接，这样老师和学生可以方便地共享文件和打印机。

2. 城域网（Metropolitan Area Network, MAN）

城域网覆盖的范围比局域网更大，通常是一个城市或一个地区的网络。它可以连接多个局域网，让不同地点的人们可以相互交流。

• 例子：一个城市的图书馆、学校和政府办公大楼通过光纤连接起来，形成一个大的网络，这样不同部门之间可以共享信息。

3. 广域网（Wide Area Network, WAN）

广域网覆盖的范围非常广泛，可以是整个国家甚至全球。互联网就是一个典型的广域网，它连接了全世界的计算机，让人们可以跨地区、跨国界进行通信。

• 例子：你在家里的电脑上浏览美国的一个网站，或者通过电子邮件与国外的朋友通信，这些都是通过广域网实现的。

4. 个人区域网（Personal Area Network, PAN）

个人区域网通常是指一个人身边的设备组成的网络，比如手机、笔记本电脑、智能手表和其他可穿戴设备。这些设备通过蓝牙或Wi-Fi Direct等技术连接在一起。

• 例子：你用手机通过蓝牙连接耳机听音乐，或者用智能手表接收手机的通知，这些设备就构成了一个小型的个人区域网。

5. 其他类型的网络

除了以上四种主要类型，还有一些特殊的网络分类：

• 校园网：专为学校设计的网络，覆盖整个校园，连接教室、宿舍、图书馆等。
• 企业网：公司内部使用的网络，用于内部员工之间的通信和资源共享。
• 无线网：使用无线技术（如Wi-Fi）连接设备的网络，无需物理连接线。

总结

• 局域网：小范围内的网络，比如教室或家庭。
• 城域网：城市范围内的网络，连接多个局域网。
• 广域网：覆盖很大范围的网络，如互联网。
• 个人区域网：个人身边的设备组成的小网络。

1. 星型拓扑（Star Topology）

想象一下，星型拓扑就像太阳系中的行星围绕着太阳。在网络中，所有设备都连接到一个中心节点，这个中心节点通常是交换机或路由器。

• 特点：

  • 每台设备都有自己的专用线路连接到中心节点。
  • 如果某一台设备坏了，不会影响其他设备。
  • 中心节点很重要，如果它出了问题，整个网络都会受到影响。

• 例子：家里的Wi-Fi网络，所有设备（如手机、电脑、平板）都连接到路由器。

2. 总线型拓扑（Bus Topology）

总线型拓扑就像是所有设备都串在一根绳子上，这条绳子就是总线（一条主干线路）。

• 特点：

  • 所有设备都连接到同一条主干线上。
  • 设备之间通信时，数据会在总线上广播。
  • 如果总线坏了，整个网络都会受到影响。
  • 扩展性较差，新增设备需要断开总线进行连接。

• 例子：早期的以太网（Ethernet）网络，所有计算机通过一条电缆连接。

3. 环型拓扑（Ring Topology）

环型拓扑就像是一个环形跑道，每个设备都连接到它的左右邻居，形成一个闭合的环。

• 特点：

  • 数据沿着一个方向（顺时针或逆时针）传递。
  • 每个设备只连接到它的左右邻居。
  • 如果环路中的某个点坏了，整个环都会受到影响。
  • 扩展性较差，新增设备需要断开环路进行连接。

• 例子：令牌环网络（Token Ring），数据包通过令牌传递。

4. 树型拓扑（Tree Topology）

树型拓扑就像一棵树，有一个根节点，从根节点向下分支，每个分支可以再分出更多的分支。

• 特点：

  • 有一个中心节点，其他节点通过分支连接到中心节点。
  • 扩展性强，可以通过增加分支节点来扩展网络。
  • 如果中心节点坏了，整个网络会受到影响。

• 例子：大型企业网络，中心机房连接各个楼层的交换机。

5. 网状拓扑（Mesh Topology）

网状拓扑就像是一个蜘蛛网，每个设备都连接到多个其他设备。

• 特点：

  • 每个设备都有多个连接，形成了一个复杂的网状结构。
  • 即使某条连接断开，数据可以通过其他路径传输。
  • 高度可靠，但成本较高，布线复杂。

• 例子：军事网络或关键基础设施网络，需要高可靠性和容错能力。

6. 混合拓扑（Hybrid Topology）

混合拓扑是将以上几种拓扑结构结合起来使用，以适应更复杂的网络需求。

• 特点：

  • 结合多种拓扑结构的优点。
  • 灵活性高，可以根据实际需求进行组合。
  • 设计和维护相对复杂。

• 例子：现代大型企业的网络，可能结合星型、树型和网状等多种结构。

总结

• 星型拓扑：所有设备连接到一个中心节点。
• 总线型拓扑：所有设备连接到一条主干线上。
• 环型拓扑：设备形成一个闭合的环。
• 树型拓扑：层次结构，从中心节点向下分支。
• 网状拓扑：设备之间有多重连接。
• 混合拓扑：结合多种拓扑结构。

七层网络体系结构

 

逐层解释

1. 应用层（Application Layer）

应用层是最高层，负责与应用程序交互。它提供了应用程序所需的接口和服务，比如文件传输、邮件发送等。

• 例子：Web 浏览器、电子邮件客户端、FTP 客户端等。

2. 表示层（Presentation Layer）

表示层负责数据的编码、解码、加密和解密等处理，确保数据在发送方和接收方之间能够正确地解释。

• 例子：将文本转换成 ASCII 或 Unicode 编码，加密数据以保护隐私。

3. 会话层（Session Layer）

会话层负责建立、管理和终止会话，确保数据传输的顺序和同步。

• 例子：控制数据的传输顺序，确保发送方和接收方之间的数据同步。

4. 传输层（Transport Layer）

传输层负责端到端的数据传输，并确保数据的完整性和可靠性。常见的协议有 TCP（传输控制协议）和 UDP（用户数据报协议）。

• 例子：TCP 协议提供可靠的传输，UDP 协议提供快速但不可靠的传输。

5. 网络层（Network Layer）

网络层负责路由选择，即决定数据包如何从源主机到达目的主机。它处理 IP 地址，并确保数据包能够通过最佳路径传输。

• 例子：IP 协议（Internet Protocol）负责寻址和路由选择。

6. 数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层负责在相邻节点之间传输数据帧，并确保数据的可靠传输。它处理 MAC 地址，并负责检测和纠正传输错误。

• 例子：以太网协议、Wi-Fi 协议等。

7. 物理层（Physical Layer）

物理层是最底层，负责定义硬件接口的标准，如电压、电缆、连接器等。它处理比特流（0 和 1）的传输。

• 例子：网线（如以太网线）、光纤、无线信号等。

TCP/IP协议族

TCP/IP作为Internet的核心协议，被广泛应用于局域网和广域网中，目前已成为事实上的国际标准。

1. TCP/IP分层模型 TCP/IP协议是Internet的基础和核心，和OSI参考模型一样，也是采用层次体系结构，从上而下分为应用层、传输层、网际层和网络接口层。
2. 网络接口层协议
3. 网际层协议—IP
4. ARP和RARP 地址解析协议(Address Resolution Protocol, ARP)及反地址解析协议(RARP)。ARP的作用是将IP地址转换为物理地址，RARP的作用是将物理地址转换为IP地址。
5. 网际层协议—ICMP
6. 传输层协议—TCP TCP(Transmission Control Protocol, 传输控制协议)为应用程序提供了一个可靠的、面向连接的数据传输服务。
7. 传输层协议—UDP 用户数据报协议(User Datagram Protocol, UDP)是一种不可靠的、无连接的协议，可以保证应用程序进程间的通信。TCP有助于提供可靠性，而UDP则有助于提高传输的高速率性。

ABCDE类IP地址范围

• A类地址：0.0.0.0 到 127.255.255.255

  • 特殊用途：0.0.0.0（默认路由）、127.0.0.0 到 127.255.255.255（回环地址）

• B类地址：128.0.0.0 到 191.255.255.255

• C类地址：192.0.0.0 到 223.255.255.255

• D类地址：224.0.0.0 到 239.255.255.255

  • 多播地址

• E类地址：240.0.0.0 到 255.255.255.255

  • 保留为未来实验用途

IPv6

为了解决IPv4地址不足的问题，IPv6应运而生。IPv6使用128位的二进制数来表示地址，大大增加了可用的地址数量。

1. IPv6地址格式

IPv6地址通常用冒号十六进制表示法，即八个16位的数字，每个数字之间用冒号分隔。

• 例子：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

• 简化写法：

  • 连续的零可以用一个双冒号（::）代替。
  • 例如：2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334

• 特点：

  • 由八个16位的数字组成，每个数字范围是0000到FFFF。
  • 总共有大约3.4×10^38个可能的地址，远远超过了IPv4的数量。

为什么需要IPv6

• 更多地址：IPv6提供了几乎无限的地址空间，可以满足未来几十年的需求。
• 简化路由：IPv6地址的结构更加简化，减少了路由器的负担。
• 安全性增强：IPv6内置了一些安全特性，如IPsec，提高了网络的安全性。
• 更好的移动性支持：IPv6更好地支持移动设备的无缝切换。

总结

• IPv4：32位地址，格式为四个点分十进制数字，如 192.168.1.1。
• IPv6：128位地址，格式为八个冒号十六进制数字，如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

常见的网络服务及其使用的端口号：

1. DNS域名服务：
   • 使用的协议：UDP
   • 端口号：53
2. 远程登录服务：
   • 使用的协议：TCP
   • 端口号：23 (Telnet)
3. 电子邮件服务：
   • 协议：SMTP（发送邮件）
     • 端口号：25
   • 协议：POP3（接收邮件）
     • 端口号：110
4. 万维网服务（WWW）：
   • 使用的协议：TCP
   • 端口号：80
5. 文件传输服务（FTP）：
   • 控制连接（传输命令和参数）：
     • 使用的协议：TCP
     • 端口号：21
   • 数据连接（传输文件）：
     • 使用的协议：TCP
     • 端口号：20