计算机网络概述

作者：姚博文 · 2026-08-15

计算机网络

1\. 概述

1.1 什么是计算机网络

计算机网络是**互联的、自治的计算机集合**。其核心功能是资源共享与信息传递。

1.2 计算机网络分类

· 按覆盖范围：**局域网 LAN**、**城域网 MAN**、**广域网 WAN**

· 按拓扑结构：星型、总线型、环型、树型、网状

· 按交换方式：电路交换、报文交换、分组交换

1.3 性能指标

· **速率**：数据率，单位 bit/s（b/s）

· **带宽**：网络通信线路传送数据的能力，单位 bit/s

· **吞吐量**：单位时间内通过某个网络的实际数据量

· **时延** = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

· **往返时间 RTT**

2\. 网络体系结构

2.1 分层思想

· **协议**：控制两个对等实体进行通信的规则集合（语法、语义、同步）

· **分层原则**：各层独立、每层只对相邻层提供服务接口、对上层屏蔽实现细节

2.2 OSI 参考模型（七层）

| 层次 | 名称 | 主要功能 |

| --- | --- | --- |

| 7 | 应用层 | 面向用户的网络应用（HTTP、FTP、DNS） |

| 6 | 表示层 | 数据格式转换、加密、压缩 |

| 5 | 会话层 | 建立、管理和终止会话 |

| 4 | 传输层 | 端到端可靠传输（TCP、UDP） |

| 3 | 网络层 | 路由选择、分组转发（IP） |

| 2 | 数据链路层 | 成帧、差错控制、流量控制 |

| 1 | 物理层 | 比特流的透明传输 |

口诀：**物数网传会表应**

2.3 TCP/IP 体系结构（四层）

· 应用层 → 传输层 → 网际层 → 网络接口层

· 与 OSI 对应：TCP/IP 的应用层 ≈ OSI 的应用层+表示层+会话层

3\. 物理层

· 主要任务：透明地传送比特流

· 常见介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线信道

· 编码与调制：把数据转换为信号

4\. 数据链路层

4.1 基本问题

· **封装成帧**：加上帧头帧尾，标明帧边界

· **透明传输**：用转义字符解决帧中数据与定界符冲突

· **差错检测**：循环冗余校验 **CRC**

4.2 介质访问控制

· **CSMA/CD**（总线型以太网）：先听后发、边发边听、冲突停发、随机重发

· **CSMA/CA**（无线局域网）：载波监听 + 冲突避免（RTS/CTS）

4.3 以太网与 MAC 地址

· MAC 地址 48 位（6 字节），全球唯一

· 交换机通过 MAC 地址表转发帧

5\. 网络层

5.1 IP 协议

· **IPv4**：32 位地址，点分十进制

· **IPv6**：128 位地址，冒号十六进制

5.2 IP 地址分类

| 类别 | 首字节范围 | 用途 |

| --- | --- | --- |

| A | 0–127 | 大型网络 |

| B | 128–191 | 中型网络 |

| C | 192–223 | 小型网络 |

| D | 224–239 | 组播 |

| E | 240–255 | 保留 |

5.3 子网划分与 CIDR

· 子网掩码：从 IP 中区分网络号和主机号

· **CIDR**（无分类编址）：IP/前缀长度，如 $192.168.1.0/24$

5.4 常用协议

· **ARP**：IP 地址 → MAC 地址

· **ICMP**：差错报告（ping 基于它）

· **路由协议**：RIP（距离向量）、OSPF（链路状态）、BGP（自治系统间）

6\. 传输层

6.1 端口

· 端口号标识进程，16 位（0–65535）

· 熟知端口：HTTP=80、HTTPS=443、DNS=53、FTP=21、SSH=22

6.2 TCP（面向连接）

· 三次握手建立连接、四次挥手释放连接

· 可靠传输：序号、确认、重传

· 流量控制：滑动窗口

· 拥塞控制：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复

6.3 UDP（无连接）

· 尽最大努力交付，不保证可靠

· 首部仅 8 字节，开销小，适合实时应用（视频、语音、DNS 查询）

7\. 应用层

| 协议 | 端口 | 作用 |

| --- | --- | --- |

| HTTP/HT