网络基础-1-网络层次结构
网络体系结构和基本概念
网络体系结构和基本概念1.OSI参考模型：OSI（开放式系统互联）参考模型是一个国际标准的概念框架，用于描述网络体系结构的各个层次和功能。
它将网络划分为七个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
每个层次都有特定的功能和任务，通过层层递进的方式协同工作，最终实现可靠的数据传输和通信。
2.TCP/IP协议族：TCP/IP是一种网络协议族，它是网络通信的基础。
TCP/IP协议族由传输控制协议（TCP）和网络互联协议（IP）构成，它们分别对应于OSI参考模型的传输层和网络层。
TCP/IP协议族还包括IP地址、域名系统（DNS）、用户数据报协议（UDP）等，它们协同工作，完成数据的传输和路由。
3.客户端-服务器模型：客户端-服务器模型是一种常见的网络体系结构，它通过将网络上的计算机划分为客户端和服务器来实现资源共享和服务提供。
客户端是用户通过网络访问服务器获取服务的终端设备，服务器是提供服务的主机。
客户端向服务器发送请求，服务器接收请求并回应，完成数据的交互和处理。
4.P2P网络：P2P（对等）网络是一种去中心化的网络体系结构，其中所有的计算机都既是客户端又是服务器。
P2P网络不依赖于专用的服务器设备，而是通过直接连接来交换数据。
P2P网络的一大特点是去中心化，它能够更好地抵抗单点故障和网络拥塞。
5.三层网络体系结构：三层网络体系结构是一种通用的网络设计架构，它由三层构成：核心层、分布层和接入层。
核心层负责数据的传输和路由，分布层负责网络的负载均衡和安全策略，接入层则负责用户与网络的连接。
这种分层结构能够提高网络的性能和可管理性。
上述是网络体系结构的基本概念和主要内容。
网络体系结构的设计和实现对于网络的性能和安全至关重要。
通过合理地利用和组织网络资源，可以提高网络的性能、可靠性和可扩展性，同时还能够保障数据的安全和隐私。
在日益发展的信息时代中，网络体系结构的研究和创新将继续推动着网络技术的进步和应用的发展。
计算机网络基础教程-第1章 计算机网络概述
1.1.5 计算机网络的应用
计算机网络技术的发展给传统的信息处理工作带来了革命 性的变化，同时也给传统的管理带来了很大的冲击。目前，计 算机网络的应用主要体现在以下几个方面： 数字通信
分布式计算
远程教育
信息查询
计算机网络 的应用
虚拟现实
电子商务
办公自动化
企业管理与决策
20
1.1.5 计算机网络的应用
公用电话网
CCP或FEP 主机
集线器
利用集线器的结构示意图
8
1.1.1 计算机网络的形成与发展
2、多机互联网络阶段 计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，因 此在逻辑结构上可以将其分成两部分：资源子网和通信子网。 (1)资源子网：是计算 机网络的外层，它由提供 主机 资源的主机和请求资源的 CCP CCP 主机 终端组成。资源子网的任 务是负责全网的信息处理。 通信子网
21
1.1.5 计算机网络的应用
4、远程教育 远程教育是利用Internet技术开发的现代在线服务系统， 它充分发挥网络可以跨越空间和时间的特点，在网络平台上 向学生提供各种与教育相关的信息,做到“任何人在任何时间 、任何地点，可以学习任何课程”。 5、虚拟现实 虚拟现实是计算机软硬件技术、传感技术、机器人技术、 人工智能及心理学等高速发展的结晶。虚拟现实与传统的仿 真技术都是对现实世界的模拟,即两者都是基于模型的活动， 而且都力图通过计算机及各类装臵达到现实世界尽可能精确 地再现。随着计算机科学技术的飞速发展，虚拟现实技术与 仿真技术必将在21世纪异彩纷呈，绚丽夺目。
A 图 1-4
B 计算机互连网络系统基本模型
14
1.1.3 计算机网络的主要功能
均衡 负荷
网络层次结构说明
⽹络层次结构说明⽹络层次结构说明⽹络层次规划为三个部分：核⼼层汇聚层接⼊层（有上到下）核⼼层：核⼼层的功能主要是实现⾻⼲⽹络之间的优化传输，⾻⼲层设计任务的重点通常是冗余能⼒、可靠性和⾼速的传输。
汇聚层：汇聚层是楼群或⼩区的信息汇聚点，是连接接⼊层和核⼼层的⽹络设备，为接⼊层提供数据的汇聚\传输\管理\分发处理。
汇聚层为接⼊层提供基于策略的连接，如地址合并，协议过滤，路由服务，认证管理等。
通过⽹段划分(如VLAN)与⽹络隔离可以防⽌某些⽹段的问题蔓延和影响到核⼼层。
汇聚层同时也可以提供接⼊层虚拟⽹之间的互连，控制和限制接⼊层对核⼼层的访问，保证核⼼层的安全和稳定。
接⼊层：接⼊层通常指⽹络中直接⾯向⽤户连接或访问的部分。
接⼊层⽬的是允许终端⽤户连接到⽹络，因此接⼊层交换机具有低成本和⾼端⼝密度特性。
⽹络⼤致规划为三个类型：局域⽹:本地私有的⼀个⽹络范围。
如果是⼀个规模⽐较⼤的局域⽹，也会成为是⼀个园区⽹。
城域⽹：如果⼀个⽹络的覆盖⾯积达到了⼀个城市，就可以称为城域⽹。
⼴域⽹：如果覆盖⾯积达到了全国或者全球，就称为⼴域⽹，全球最⼤的⼴域⽹就是Internet互联⽹。
1.1 . OSI⽹络模型概念open system interconnect开放系统互连参考模型，是由ISO(国际标准化组织)定义的。
是个灵活的、稳健的和可互操作的模型OSI模型的⽬的：规范不同系统的互联标准，使两个不同的系统能够较容易的通信，⽽不需要改变底层的硬件或软件的逻辑。
OSI模型分为7层：OSI把⽹络按照层次分为7层，由下到上分别为物理层，数据链路层，⽹络层，传输层，会话层，表⽰层，应⽤层。
每个层次对应了相应的标准或者协议。
1.1.1 应⽤层为应⽤软件提供接⼝，使应⽤程序能够使⽤⽹络服务。
常见的协议pop3(110)、telnet(23)、smtp(25)、主要需要了解的协议：http（80） ftp（20/21） dns（53）1.1.2 表⽰层数据的解码和编码、数据的加密和解密、数据的压缩和解压缩。
网络基础-OSI网络七层参考模型
总结（续）
– 传输层可在发送主机系统上对数据进行分段， 在接收主机系统上将数据段重组为数据流。
– 会话层可建立、管理和终止两台通信主机间 的会话。
– 表示层可确保某一系统的应用层所发送的信 息可被另一系统的应用层读取。
– 应用层可为用户的应用程序（例如电子邮件、 文件传输和终端仿真）提供网络服务。
➢网络体系结构解决异质性问题采用的是 分层方法。——把复杂的网络互联问题 划分为若干个较小的、单一的问题，在 不同层面上予以解决。就像编程时把问题分解
层次结构方法要解决的问题
1.网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？ （分层与功能）。
2.各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？ （服务与接口）。
总结（续）
– 通过网络发送的信息称为数据或数据包。如 果一台计算机要向另一台计算机发送数据， 则必须首先执行被称为封装的过程以将数据 打包。
– 当远程设备接收到比特序列时，远程设备的 物理层便会将这些比特序列传送到数据链路 层进行处理。该过程称为解封。
总结（续）
– TCP/IP 是目前使用最广泛的协议，其原因众多， 例如灵活的编址方案、适用于大多数操作系统 和平台、具有许多工具和实用程序，以及需使 用它来连接 Internet。
以不同国籍的人进行信息交流为例。(见下页图)
对等通信示例：中德教师之间的对话
中国 教师
翻译
秘书
“你好” “Hello” 传真
对交谈内容的共识
P3
用英语对话
P2
使用传真通信
P1
“Hallo” “Hello” 传真
德国 教师
翻译
秘书
物理通信线路
问题： 中国教师与德国教师之间、翻译之间，他们是在直接通信吗？ 翻译、秘书各向谁提供什么样的服务？ 中德教师、翻译各使用谁提供的什么服务？
网络体系结构
网络体系结构网络体系结构，简称网络架构，指的是互联网整体架构的逻辑架构、物理架构和协议架构，它决定了互联网的功能、性能、可靠性和安全性，同时也为互联网的拓展和发展提供了基础支持。
一、逻辑架构网络逻辑架构是指网络系统中各个部分的功能和互相之间的关系。
它是网络系统最基本的部分，以分层的方式进行组织，从上至下分别是：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。
1. 应用层应用层是网络体系结构中最靠近用户的一层，它主要负责处理和管理用户与网络之间的信息交互。
在这一层上，包括了很多常见的协议，如HTTP、FTP、SMTP等。
2. 传输层传输层主要负责网络数据的传输和速率的控制，它负责把数据分成若干个数据包，并负责传输和接收。
这一层也包括了两个主要的协议：TCP和UDP。
3. 网络层网络层主要负责寻找最佳的路径，实现不同网络之间的数据传输，强调数据包在网络中的传输。
在这一层上最常见的协议是IP协议。
4. 数据链路层数据链路层位于物理层和网络层之间，主要负责将网络层传过来的数据包转换成适合物理层传输的数据包。
最常见的协议是以太网协议。
5. 物理层物理层负责传输和接收网络中的数据以及硬件的控制。
它决定了数据的传输速率、数据的格式和传输媒介等。
最常见的传输媒介是有线和无线两种。
二、物理架构网络物理架构是指网络系统中各个设备之间的连接方式和传输媒介等硬件设备的布局、位置和组成。
物理架构包括以下几种架构方式：1. 局域网（LAN）局域网是指在一个较小范围内的计算机网络，其覆盖范围通常在一个建筑物或者一个校园内。
局域网的传输速率非常快，最常常用的网线是双绞线。
2. 城域网（MAN）城域网是指在一个城市或者地理范围比较大的区域内的计算机网络。
城域网常用的传输媒介是光纤。
3. 广域网（WAN）广域网是指在一个大范围的区域内的计算机网络，它由多个局域网和城域网组成。
广域网的传输媒介是电话线路或者无线电波。
三、协议架构网络协议架构是指网络系统中使用的通信协议以及协议之间的关系。
计算机网络基础知识
计算机网络基础知识1.网络拓扑结构：指定了连接计算机的物理布局。
常见的网络拓扑结构包括总线、环形、星形、树形和网状。
2.计算机网络的组成部分：计算机网络由各种硬件和软件组成。
硬件包括计算机、路由器、交换机、集线器和光纤等。
软件包括操作系统、网络协议和应用程序等。
3.网络协议：网络协议是计算机网络中实现通信的规则和标准。
最常见的网络协议是TCP/IP协议套件，它是互联网的基础。
4.IP地址：每台连接到网络的计算机都有一个唯一的IP地址，以便其他计算机可以找到它。
IP地址分为IPv4和IPv6两种版本。
5.子网掩码：子网掩码用于划分网络中的子网。
它与IP地址结合使用，以确定网络地址和主机地址。
7.网络层次结构：通过网络层次结构，数据可以在网络中传输。
常见的网络层次结构有OSI七层参考模型和TCP/IP五层模型。
8.链路层和物理层：链路层和物理层负责在物理媒介上传输和接收数据。
它们处理数据的物理传输和错误检测。
9.路由器：路由器用于转发数据包到目标地址。
它是网络中的关键设备，负责决定最佳路径以及数据的传输。
10.网络安全：网络安全是计算机网络中的一个重要问题。
它包括数据加密、防火墙、入侵检测和访问控制等措施，以保护网络免受未经授权的访问和恶意攻击。
11. 网络传输速率：网络传输速率指数据在网络中传输的速度。
它通常以比特每秒（bps）或兆比特每秒（Mbps）为单位。
12.无线网络：无线网络使用无线信号传输数据，而不需要通过物理媒介进行连接。
常见的无线网络包括Wi-Fi和蓝牙。
13.局域网（LAN）和广域网（WAN）：局域网是指在一个较小的区域内连接计算机的网络，而广域网是指连接在较大范围内的计算机网络。
14.云计算：云计算是一种基于互联网的计算模式，用户可以通过互联网访问存储在远程服务器上的数据和应用程序而不是本地计算机。
15.互联网：互联网是一个全球性的计算机网络，通过标准的互联网协议实现跨大陆和国家的数据交换和通信。
计算机网络的网络层次结构
计算机网络的网络层次结构
计算机网络的网络层次结构是指将计算机网络中的各种设备和
协议划分为不同的层次，以实现数据传输和通信的有效性和可靠性。
1. 物理层
物理层是网络层次结构的最底层，主要负责传输原始比特流。
它涉及硬件设备，例如网线、光纤和网络接口卡。
物理层的功能包
括数据传输的编码和解码，数据的传输速率控制，以及物理连接的
建立和维护。
2. 数据链路层
数据链路层位于物理层之上，负责将原始比特流划分为帧，并
提供基本的错误检测和纠正功能。
数据链路层主要解决点对点直连
的通信问题，确保数据在物理链路上的可靠传输。
3. 网络层
网络层是计算机网络中最重要的层次之一。
它负责为数据包选
择和设置最合适的路径以进行跨网络的传输。
网络层协议有IP
（Internet Protocol），它通过将数据包封装在各自的数据报中，使
得数据能够在不同网络之间传输。
4. 传输层
传输层负责在源主机和目标主机之间提供可靠的数据传输。
传
输层的主要协议是传输控制协议（TCP），它使用错误检测和重新
发送机制确保数据的完整性和可靠性。
5. 应用层
网络层次结构的设计和实现可以简化网络的管理和维护，提高
网络的可靠性和性能。
通过将不同的功能划分到不同的层次，网络
设备和协议可以更加独立地进行开发和升级。
总结：
计算机网络的网络层次结构包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
每个层次都有各自的功能和协议，以实现数据传
输和通信的可靠性和效率。
网络体系结构知识点总结
网络体系结构知识点总结网络体系结构是指互联网的整体结构和组成。
它涉及到了网络的物理结构、传输协议、网络层次、路由算法、寻址和编址、网络安全等多个方面。
下面是对网络体系结构的主要知识点的总结。
1.物理结构：物理结构是指网络中的硬件设备组成。
主要包括主机，交换机，路由器，网桥等。
主机是指连接到网络的最终设备，交换机用于局域网内的数据传输，路由器用于互联网中的数据传输，网桥用于连接不同局域网之间的数据传输。
2.传输协议：传输协议是指网络中的数据传输规则。
常见的传输协议有TCP/IP协议和UDP协议。
TCP/IP协议是一种可靠的、面向连接的传输协议，它保证了数据的完整性和正确性。
UDP协议是一种简单的、面向无连接的传输协议，它提供了较低的延迟和较高的吞吐量。
3.网络层次：网络层次是指互联网中的分层架构。
常见的网络层次模型有OSI模型和TCP/IP模型。
OSI模型是由国际标准化组织提出的模型，它将网络分为七个层次，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
TCP/IP模型是互联网最重要的模型，它将网络分为四个层次，分别是网络接口层、网络层、传输层和应用层。
4.路由算法：路由算法是指在网络中选择最佳路径进行数据传输的算法。
常见的路由算法有静态路由和动态路由。
静态路由是预先设置好的路由路径，不会根据网络状况动态调整路径。
动态路由是根据网络状况实时调整路径，常见的动态路由协议有RIP协议、OSPF协议和BGP协议等。
5.寻址和编址：寻址和编址是指网络中对主机和网络进行编号的过程。
IP地址是网络中主机的唯一标识，它由32位二进制数组成，分为网络地址和主机地址两部分。
IPv4是目前广泛使用的IP地址版本，它基于32位地址空间，但由于地址需求过大，逐渐被IPv6取代。
6.网络安全：网络安全是指保护网络中的信息不受非法获取、损坏或篡改的技术和措施。
网络安全包括防火墙、入侵检测和防御系统、加密和认证技术、访问控制等多个方面。
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Signal 45 45 Signal Pin Pin
Tx+ 1 1 Tx+ Tx– 2 2 Tx– Rx+ 3 3 Rx+ – 44– – 55– Rx– 6 6 Rx– – 77– – 88– Crossover Cable （交叉线，用于主机直连；568B-568A）
金 OSI 层 7 6
5 4
3
网络基础-IP分址
OSI 模型 （“OSI/RM”来自英文“Open System Interconnection Reference Model”开放系统互连参考模型。缩写。）
英文名
功能简 举例 述
中 TCP/IP分层 文
名
Application 提供用 telnet,http 户良好 的界面
提供接入，访问控制，路由策略，分离的冲突域。
拓扑： 网络设备的连接方式。一般意义上指逻辑拓扑。 点对点 point-to-point 星形 Star 扩展星形Extended Star 总线形Bus 单环 Single Ring 双环 Dual Ring
物理层与媒体类型及逻辑拓扑的关系
Cisco 的console线线序。
链 访问层
使用
路
MAC地
层
址提供
媒体访
问，进
行错误
发现单
不进行
纠正。
1 Physical 在设备 RJ-45,RJ-11,EIA/TIA- 物
间传送 232,DB-60,DB-25
理
bit，定
层
义电
压，线
缆速率
和接口
型号
1. 物理层是OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需 要的物理链路建立、维持、拆除,而提供具有机械的, 电子的, 功能的和规范的特性. 简单的说,物理层确保原始的数据可在各 种物理媒体上传输.
数据链路层主要功能
在两个网络实体之间提供数据链路连接的建立、维持和释放管理.构成 数据链路数据单元(帧),并对帧定界、同步、收发顺序的控制.传输过程 中的流量控制(Flow Control)，差错检测(Error Detection)和差错控 制(Error control)等方面. 只提供导线的一端到另一端的数据传输 。
RJ-45-to-DB-9 Adapter (RJ45-DB9的适配器)
Rolled Cable 反转线序(console线用)
Signal RJ-45 RJ-45 Signal Pin Pin
–
1
8
–
–
2
7
–
–
3
6
–
–
4
5
–
–
5
4
–
–
6
3
–
–
7
2
–
–
8
1
–
以太网线序
568B
568A
Straight-through Cable(直连线，用于连接主机和交换机；两端都是 568B)
7. 应用层向应用程序提供访问网络/OSI的接口服务. 应用层的主要功能
文件传输,访问和管理 虚拟终端协议(VTP) 电子邮件服务 具有应用层功能的协议 FTP SMTP POP
Data Encapsulation 数据封装 封装( encapsulation )是在数据上加入报头或将数据包在里面的 过程。为在以太网上发送数据，在发送数据之前，必须用以太 网报头封装数据。术语“包装”和“封装”指加入到每个数据包上 的报头和报尾。报头用于标志数据包的开始，通常包括地址和 其他特性，这依赖于协议和层。报尾通常用于差错校验。报头 受到更多的注意，因为它们包含大多数协议特性实现。封装在 O S I参考模型的每层上都会出现。来自每层的完整的数据包将 插入到下一个层的数据字段中，并且加入另外一个报头。在偶 然情况下，层会将一个数据信元(包括前一层的报头)分开为多 个部分，更小的数据信元，并且每个更小的数据信元用较低协 议层的新报头进行封装。这个过程帮助控制数据流并写地址给 网络上的数据包大小限制。随着数据逐渐达到模型的底层，它 逐渐变小，而且在大小和内容上越来越统一。当接收到数据 时，接收节点上的对应层将在把数据传送到下一个层之前，重
TcpБайду номын сангаас udp
传 transport传 输 输层 层
Network
提供进 IP 行路由
网 Internetwork 络 网络互连层
选择的
层
逻辑地
址
2 Data Link 将数据 802.2
数 Network
包封装 ,802.3,802.5,atm,frame 据 access 网络
成帧， relay ,hdlc
新装配数据字段。随着数据逐渐在目的地的模型上向上移动， 它像一个游戏一样逐渐将分段拼装到一起。
Cisco的3层网络层次结构模型。 Core Layer 核心层
高速可靠的传送大量数据。 Distribution Layer 汇聚层
提供网络路由，访问控制列表，VLan，定义广播域等。 Acess Layer 访问层
RJ-45 Crossover (Ethernet) Cable Pin-outs RJ- RJ-
Signal 45 45 Signal Pin Pin
Tx+ 1 1 Rx+ Tx– 2 2 Rx– Rx+ 3 3 Tx+ – 44– – 55– Rx– 6 6 Tx– – 77– – 88–
应 Application 用 应用层 层
Presentation 定义数 据表示 方式， 可提供 额外功 能如加 密，压 缩等处 理
ASCII,Midi , mp3 ,avi, 表 示 层
Session
用于区 rpc,nfs,1~65535
会
分不同
话
的应用
层
层数据
Transport
提供可 信赖或 不可信 赖的数 据传 输，在 进行传 输前提 供错误 纠正。
数据链路层的协议
ATM、IEEE 802.2、帧中继(Frame Relay)、HDLC(High-Level Data Link Control,HDLC)等。
数据链路层的设备
交换机（switch）网桥(bridge)等
3. 网络层是OSI模型中的第三层。网络层提供路由和寻址的功
能，使两终端系统能够互连，并且具有一定的拥塞控制和流量
控制的能力。TCP/IP协议体系中的网络层功能由IP协议规定和
实现，故又称IP层。
网络层的主要功能
路由选择
阻塞控制
具有网络层功能的协议
IP IPX X.25
具有网络层功能的设备
路由器(Router) 三层交换机(Switch) 4. 传输层是OSI中最重要, 最关键的一层,是唯一负责总体的数据 传输和数据控制的一层.传输层提供端到端的交换数据的机制. 传输层对会话层等高三层提供可靠的传输服务,对网络层提供可 靠的目的地站点信息. 传输层的主要功能 1. 为端到端连接提供可靠的传输服务. 2. 为端到端连接提供流量控制,差错控制,服务质量(Quality of Service,QoS)等管理服务. 具有传输层功能的协议 TCP SPX NetBIOS 5. 会话层，为于OSI模型的第5层,主要为两个会话层实体进行会话 （Session），而进行的对话连接的管理服务。
物理层的功能 1. 为数据端设备提供传送数据通路. 2. 传输数据
物理层的协议 CCITT V.24 EIA RS-443
EIA RS-232C ISO-2593 具有物理层功能的设备 RJ-45 各种电缆 HUB,repeater 串口 并口 接线设备 2. 数据链路层位于物理层与网络层之间，它是OSI中比较重要的一 层．它将物理层提供的可能出错的物理连接改造成逻辑上无差 错的数据链路,并对物理层的原始数据进行数据封装. 数据链路层中的数据封装是指：封装的数据信息中，包含了地址段和数 据段．地址段含有发送节点和接收节点的地址，控制段用来表示数格连 接帧的类型，数据段包含实际要传输的数据．
会话层的主要功能
建立会话，拆除会话等会话管理服务。 6. 表示层为不同终端的上层用户提供数据和信息的语法表示变换
方法.如文本文件的ASCII格式和EBCDIC，用于表示数字的1S或 2S补码表示形式 表示层的主要功能
数据语法转换
语法表示 连接管理 数据处理
数据加密 数据压缩 具有表示层功能的协议 HTTP/HTML MIDI Jpg Gif Bmp