计算机网络基础知识入门
计算机网络基础知识入门
计算机网络是现代信息技术的重要组成部分，它将分布在不同地理位置的计算机和其他设备连接起来，实现资源共享和信息传递。本文将从计算机网络的基本概念、重要组成部分、主要功能、分类、性能指标以及常见术语等方面，全面介绍计算机网络的基础知识。
一、计算机网络的概述
1. 计算机网络的基本概念
计算机网络是指将分布在不同地理区域的具有独立工作能力的计算机、终端（含通信设备）通过通信线路互联成一个规模大、功能强的网络系统，从而实现传递信息和共享资源。
2. 计算机网络的重要组成部分
计算机网络主要包含以下四个重要组成部分：
- 连接对象：指各种类型的计算机（如大型机、微型计算机、工作站等）或其他数据终端设备。
- 连接介质：指通信线路（如双绞线、同轴电缆、光纤等）和通信设备（如网桥、网关、中继器、路由器等）。
- 连接控制机制：指网络协议和各种网络软件。
- 连接的方式：指网络所采用的拓扑结构（如星型、环型、总线型和网状型等）。
3. 计算机网络的主要功能
计算机网络的主要功能包括：
- 数据通信：数据通信是计算机网络最基本的功能，其他功能都是在数据通信功能基础之上实现的。
- 资源共享：资源共享包含硬件和软件的共享，以及信息的共享。
- 均衡负荷与分布式处理：对于大型重负荷任务，由多台计算机共同处理，实现均衡负载，从而提高工作效率和降低成本。
- 提高计算机系统的可靠性：利用计算机网络实现备份技术，从而避免单机故障导致整个系统瘫痪，提高系统的可靠性。
二、计算机网络的分类
1. 按覆盖范围分类
按照计算机网络覆盖范围的大小，计算机网络分为：
- 局域网（Local Area Network，LAN）：通常指几千米以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其他设备的集合。
- 城域网（Metropolitan Area Network，MAN）：MAN覆盖范围为中等规模，介于局域网和广域网之间，通常是在一个城市内的网络连接（距离为10KM左右）。
- 广域网（Wide Area Network，WAN）：分布的距离远，广域网的特点是数据传输慢、延迟比较大（几毫秒）、拓扑结构不灵活，广域网拓扑很难进行归类，一般多采用网状结构，网络连接往往要依赖运营商提供的电信数据网络。
2. 按拓扑结构分类
按照计算机网络的拓扑形态，可以分为：
- 总线型
- 星型
- 树形
- 环形
- 全网状
- 部分网状
总线型
将各个节点的设备用一根总线连接起来，所有的节点间通信都通过统一的总线完成。
优点：
- 结构简单成本低
- 安装简便节约线缆
- 便于维护
缺点：
- 总线故障影响整个网络通信
- 负载过重会导致性能下降
- 易出现单点故障安全性低
星型
所有节点通过一个中心节点（如交换机）连接在一起。
优点：
- 某条线路发生故障不会影响整个网络（可靠性较高）
- 扩充或删减设备方便
- 中央节点能实现网络监控
缺点：
- 连接线缆较多
- 中心节点故障将影响整个网络
树型
树形结构实际上是一种层次化的星型结构。
优点：
- 易于删除或扩充设备
- 能将多个星型网络连接在一起
缺点：
- 层次越高的节点故障，导致的网络问题越严重
环型
所有节点通过通信线路连接成一个封闭的环型。
优点：
- 节约线缆
缺点：
- 单环拓扑中任何节点故障，影响整个网络通信
全网状
所有节点都通过线缆两两互连。
优点：
- 可靠性高
缺点：
- 费用高
- 每个节点需要大量的物理端口
- 还需要大量的连接线缆
部分网状
只有重要节点才通过线缆两两互连。
优点：
- 成本低于全网状拓扑
缺点：
- 可靠性低于全网状拓扑
3. 按传输介质分类
按照计算机网络的传输介质分类，可以分为：
- 有线网络：指传输介质为双绞线、同轴电缆和光纤等实体媒介，双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。
- 无线网络：指不使用有线的物理连接，而是利用无线传输介质进行数据传输，无线传输一般是指自由空间中的电磁波，电磁波根据频谱可分为无线电波、微波、红外线、激光等。
三、计算机网络的性能
1. 速率
速率通常指连接在网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，它也称为数据率或比特率。
速率的单位：bit/s
2. 带宽
描述在一定时间范围内能够从一个节点传送到另一个节点的数据量，在计算机网络中“带宽”通常是指数字信道所能传送的“最高数据率”。
带宽的单位：bps
常见的网络带宽：
- 以太网技术带宽：10Mbps、100Mbps、1000Mbps、10Gbps
- E1/PRI带宽为：2Mbps
- E3带宽为：34Mbps
- OC-1的带宽为：51.84Mbps，OC-N代表N倍的51.84Mbps
3. 延迟
描述网络上数据从一个节点传送到另一个节点所经历的时间，主要由传播延迟、交换延迟、介质访问延迟和队列延迟等组成。
4. 吞吐量
通常指在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
四、常见术语
1. 数据载荷
在具有层次化结构的网络通信过程中，上一层协议传递给下一层协议的数据单元（报文）都可以称之为下一层协议的数据载荷。
2. 报文
报文是网络中交换与传输的数据单元，它具有一定的内在格式，并通常都具有头部＋数据载荷＋尾部的基本结构。在传输过程中，报文的格式和内容可能会发生改变。
3. 头部
为了更好地传递信息，在组装报文时，在数据载荷的前面添加的信息段统称为报文的头部。
4. 尾部
为了更好地传递信息，在组装报文时，在数据载荷的后面添加的信息段统称为报文的尾部。注意，很多报文是没有尾部的。
5. 封装
对数据载荷添加头部和尾部，从而形成新的报文的过程。
6. 解封装
解封装是封装的逆过程，也就是去掉报文的头部和尾部，获取数据载荷的过程。
7. 网关
网关是在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，用于提供协议转换、路由选择、数据交换等功能的网络设备。网关是一种根据其部署位置和功能而命名的术语，而不是一种特定的设备类型。
8. 路由器
简单地讲，路由器就是为报文选择传递路径的网络设备。
五、网络标准化组织
1. ISO
ISO：国际标准化组织
2. IEEE
IEEE：电子电器工程师协会
3. ANSI
ANSI：美国国家标准局
4. ITU
ITU：国际电信联盟
5. IAB
IAB：INTERNET架构委员会