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📚 第1章 计算机网络基础
考点分析
本章主要介绍网络基础，考试主要以选择题形式出现。
重点掌握： OSI 和 TCP/IP 模型。
目录
- 计算机网络基础
- 计算机网络分类
- OSI和TCP/IP参考模型
- 数据封装与解封过程分析
💻 计算机网络分类
1. 按组成元素分
- 端节点： PC、服务器和摄像头等
- 转发节点： 集线器、交换机和路由器等
2. 按拓扑类型分
- 树型、星型、环型和总线型等
3. 按使用场景分
- 校园网、企业网和政务网等
4. 按服务范围分
- 公用网和专用网
5. 按提供的服务分
- 通信网和信息网
🔗 通信子网和资源子网
- 通信子网： 通信节点（集线器、交换机、路由器等）和通信链路（电话线、同轴电缆、无线电线路、卫星线路、微波中继线路和光纤缆线）。
- 用户资源子网： PC、服务器等。
图示：通信子网和资源子网
(图中展示了主机通过通信子网边界连接到通信节点的结构)
🌐 网络拓扑结构
图示：常见的网络拓扑结构
(图中展示了星型、总线型、环型、树型、全网状型、不规则型以及混合型网络拓扑)
🌍 按覆盖范围分类 (LAN, MAN, WAN)
按照覆盖范围可以把网络分为个域网(PAN)、局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)。
| 分类 | 个域网 | 局域网 | 城域网 | 广域网 |
|---|---|---|---|---|
| 地理范围 | 一般20m以内 | 大楼内，园区内部 | 建筑物之间，城区内 | 国内，国际 |
| 所有者和运营者 | 个人 | 局域网拥有者 | 城域网主管部门 | 运营商 |
| 典型案例 | 蓝牙、家庭 Wi-Fi | 校园网、企业内部网络 | 教育城域网、运营商城域网 | 运营商骨干网 |
🔄 交换方式
- 电路交换： 电信的传统电话，独占资源。比如PBX支持1000路电话，在前面用户没断之前，第1001个人肯定不能接通。
- 报文交换： 类似快递，将完整数据一跳一跳进行传送。
- 分组交换： 将原始数据进行拆散，一跳一跳进行传送。
- 虚电路 (X.25、FR、ATM)： 传送数据之前先建立虚电路，以后数据都通过虚电路进行传送，路径保持一致。
- 数据报 (IP)： 传送之前不用建立虚电路，数据到底目的可走多条路径。
其他分类方式：
- 按采用协议分类： IP网、IPX网等。
- 按传输介质分类： 无线网和有线网（双绞线、同轴电缆、光纤等）。
- 按用途分类： 教育网络、科研网络、商业网络及企业网络。
🏗️ 为什么要进行网络分层?
- 早期计算机（封闭系统）： 所有部件同一厂商（如IBM全家桶）。
- 优点：安全性高，性能强。
- 缺点：兼容性差，更新周期慢。
- 现在（兼容机）： 软硬分离，各司其职。
网络分层的好处（OSI参考模型）：
- 某一层所做的改动不会影响到其他的层，利于设计、开发和故障排除。
- 通过定义在模型的每一层实现功能，鼓励产业的标准化。
- 通过网络组件的标准化，允许多个供应商协同进行开发。
- 允许各种类型的网络硬件和软件互相通信，无缝融合。
- 促进网络技术快速迭代，降低成本。
📐 OSI与TCP/IP参考模型
OSI参考模型（七层）
| 层次 | 功能描述 |
|---|---|
| 应用层 | 各种应用程序、协议数据和信息的语法转换内码，数据压缩解压、加密解密 |
| 表示层 | |
| 会话层 | 为通信双方指定通信方式，并创建、注销会话 |
| 传输层 | 提供可靠或者不可靠的端到端传输 |
| 网络层 | 逻辑寻址；路由选择 |
| 数据链路层 | 将分组封装成帧；提供节点到节点的传输；差错控制 |
| 物理层 | 在媒介上传输比特流；提供机械和电气规约 |
TCP/IP参考模型（四层）
| 层次 | 功能描述 |
|---|---|
| 应用层 | 对应OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务器，例如: FTP、Telnet、DNS、SMTP等 |
| 传输层 | 为应用层实体提供端到端的通信功能 |
| 网络层 | 定义逻辑地址，路由选择 (路由和寻址) |
| 网络接口层 | 将分组数据封装成帧，提供节点到节点的传输；在媒介上传输比特流 |
图示：OSI模型与TCP/IP模型对比
(图中展示了OSI七层模型与TCP/IP四层模型的对应关系，TCP/IP的应用层对应OSI的上三层，网络接口层对应OSI的下两层)
模型与协议对应关系
| OSI七层网络模型 | TCP/IP四层模型 | 对应网络协议 |
|---|---|---|
| 应用层 | 应用层 | HTTP、FTP、TFTP、DHCP、NTP、POP3、IMAP4、Telnet、SNMP、SMTP、DNS、LDAP、SSH |
| 表示层 | ||
| 会话层 | ||
| 传输层 | 传输层 | TCP、UDP |
| 网络层 | 网络层 | IP、ICMP、ARP、RARP、OSPF、VRRP、IGMP、IS-IS、IPsec、BGP |
| 数据链路层 | 网络接口层 | PPP、PPTP、以太网 |
| 物理层 |
📦 数据封装与解封过程分析
数据封装过程 (发送端)
数据从上到下传输，每一层都会添加头部信息（封装）。
- 应用层/表示层/会话层： 数据 (Data)
- 传输层： 添加TCP报头 -> 数据段/报 (Segment)
- 网络层： 添加IP报头 -> 数据包/分组 (Packet)
- 数据链路层： 添加以太网报头和FCS -> 数据帧 (Frame)
- 物理层： 转换为比特流 (Bit) 在介质上传输
图示：数据封装过程
(图中展示了数据从应用层向下传递，逐层添加头部的过程)
形象比喻：快递打包
- 应用层： 鼠标 (原始数据)
- 传输层： 鼠标外包装 (段)
- 网络层： 快递外包装 (包)
- 数据链路层： 快递车封装 (帧)
- 物理层： 公路上运输 (比特流)
数据解封过程 (接收端)
数据从下到上传输，每一层都会去除头部信息（解封）。
- 物理层： 接收比特流
- 数据链路层： 去除帧头 -> 数据包
- 网络层： 去除IP头 -> 数据段
- 传输层： 去除TCP头 -> 数据
- 应用层： 处理数据
图示：数据解封过程
(图中展示了数据从物理层向上传递，逐层去除头部的过程)
📝 即学即练 (真题解析)
1. 网络故障排查策略
- 题目： 由于OSI各层功能具有相对性，在网络故障检测时按层排查故障可以有效发现和隔离故障，通常逐层分析和排查的策略在具体实施时( )。
- A.从低层开始 B.从高层开始 C.从中间开始 D.根据具体情况选择
- 答案： D
- 解析： 网络故障排查通常逐层分析，可以按照OSI模型从低到高排查，也可以从高到低进行排查，需根据具体情况选择。
2. 传输层功能
- 题目： 在OSI参考模型中，实现端到端的应答、分组排序和流量控制功能的协议层是 ( )。
- A.数据链路层 B.网络层 C.传输层 D.会话层
- 答案： C
- 解析： 传输层实现端到端的应答、分组排序和流量控制功能。
3. 数据链路层功能
- 题目： 在OSI参考模型中，( )在物理线路上提供可靠的数据传输服务。
- A.物理层 B.数据链路层 C.网络层 D.传输层
- 答案： B
- 解析： 物理链路之上是数据链路层，OSI模型的数据链路层有很多可靠性保障机制。要注意区分“端到端”（传输层）和“点到点/物理链路”（数据链路层）的可靠性。
4. 数据封装顺序
- 题目： 数据封装的正确顺序是( )。
- A.数据、帧、分组、段、比特
- B.段、数据、分组、帧、比特
- C.数据、段、分组、帧、比特
- D.数据、段、帧、分组、比特
- 答案： C
- 解析： 掌握数据封装在各层的名称：应用层(数据) -> 传输层(段) -> 网络层(分组) -> 数据链路层(帧) -> 物理层(比特)。
5. 数据压缩与数据单位
- 题目： 在ISO OSI/RM中，(1)实现数据压缩功能。在OSI参考模型中，数据链路层处理的数据单位是(2)。
- (1) A.应用层 B.表示层 C.会话层 D.网络层
- (2) A.比特 B.帧 C.分组 D.报文
- 答案： (1) B, (2) B
- 解析： 表示层负责数据压缩解压；数据链路层的数据单位是帧。
6. 传输层数据单位
- 题目： 在OSI参考模型中，传输层上传输的数据单位是( )。
- A.比特 B.帧 C.分组 D.报文
- 答案： D
- 解析： 传输层的数据单位叫数据段或数据报（简称报文）。