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文檔簡介
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)期末復(fù)習(xí)資料引言計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域的基石,也是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的核心課程。本復(fù)習(xí)資料旨在梳理課程核心知識(shí)點(diǎn),幫助同學(xué)們系統(tǒng)回顧網(wǎng)絡(luò)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及典型應(yīng)用,為期末考試做好充分準(zhǔn)備。資料內(nèi)容力求精煉、重點(diǎn)突出,建議結(jié)合教材、課堂筆記及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行綜合復(fù)習(xí)。一、網(wǎng)絡(luò)基本概念與體系結(jié)構(gòu)1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是將地理上分散的、具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng),通過通信設(shè)備和線路連接起來,在網(wǎng)絡(luò)軟件(主要是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和協(xié)議)的管理和控制下,實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。其主要功能包括:數(shù)據(jù)通信、資源共享(硬件、軟件、數(shù)據(jù))、分布式處理、提高系統(tǒng)可靠性等。1.2網(wǎng)絡(luò)分類按覆蓋范圍可分為:局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)(MAN)、廣域網(wǎng)(WAN)。LAN通常局限于較小地理范圍,如一個(gè)辦公室、一棟樓,特點(diǎn)是高帶寬、低延遲;WAN覆蓋范圍廣,如國家或全球,通常借助公共通信基礎(chǔ)設(shè)施。按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為:總線型、星型、環(huán)型、樹型、網(wǎng)狀型等。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)影響網(wǎng)絡(luò)的可靠性、可擴(kuò)展性和通信效率。1.3網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是為了完成計(jì)算機(jī)間的通信合作,把每個(gè)計(jì)算機(jī)互連的功能劃分成定義明確的層次,規(guī)定了同層次進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層次之間的接口服務(wù)。1.3.1OSI七層模型OSI參考模型將網(wǎng)絡(luò)功能劃分為七層,從下至上分別是:*物理層:定義物理介質(zhì)上的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性,實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸。*數(shù)據(jù)鏈路層:負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點(diǎn)間的鏈路上,將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)封裝成幀,進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制,確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。*網(wǎng)絡(luò)層:負(fù)責(zé)分組從源端到目的端的選路和轉(zhuǎn)發(fā),提供邏輯地址(IP地址),處理網(wǎng)絡(luò)擁塞等。*運(yùn)輸層:為源端和目的端的應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),主要協(xié)議有TCP和UDP。*會(huì)話層:負(fù)責(zé)建立、管理和終止應(yīng)用程序之間的會(huì)話連接。*表示層:處理通信雙方的數(shù)據(jù)表示問題,如數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、加密解密、壓縮解壓等。1.3.2TCP/IP四層/五層模型TCP/IP協(xié)議簇是互聯(lián)網(wǎng)的核心,通常被描述為四層模型(網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層IP、運(yùn)輸層TCP/UDP、應(yīng)用層)或五層模型(在四層模型基礎(chǔ)上,將網(wǎng)絡(luò)接口層細(xì)分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層)。*網(wǎng)絡(luò)接口層(或物理層、數(shù)據(jù)鏈路層):對(duì)應(yīng)OSI低兩層功能。*網(wǎng)際層IP:核心協(xié)議為IP協(xié)議,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)報(bào)的選路和轉(zhuǎn)發(fā)。*運(yùn)輸層:包含TCP(傳輸控制協(xié)議,面向連接、可靠)和UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議,無連接、不可靠)。*應(yīng)用層:包含各類用戶應(yīng)用協(xié)議。OSI模型是理論上的理想模型,TCP/IP模型則是實(shí)際應(yīng)用中的主流標(biāo)準(zhǔn)。理解分層思想、各層功能及協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)是掌握網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵。二、物理層與數(shù)據(jù)鏈路層2.1物理層基本概念物理層主要涉及傳輸介質(zhì)的特性(如雙絞線、同軸電纜、光纖、無線信道)、信號(hào)的編碼與調(diào)制(數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào),基帶傳輸、頻帶傳輸)、數(shù)據(jù)傳輸速率(比特率)、帶寬、信道容量(香農(nóng)公式)、復(fù)用技術(shù)(時(shí)分復(fù)用TDM、頻分復(fù)用FDM、波分復(fù)用WDM、碼分復(fù)用CDM)等基本概念。2.2數(shù)據(jù)鏈路層2.2.1數(shù)據(jù)鏈路層功能數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能包括:幀同步(如何界定一幀的開始與結(jié)束,如字符填充、比特填充)、差錯(cuò)控制(檢錯(cuò)編碼如CRC循環(huán)冗余校驗(yàn))、流量控制(如停-等協(xié)議、滑動(dòng)窗口協(xié)議)、以及MAC(介質(zhì)訪問控制)子層的介質(zhì)訪問控制方法。2.2.2介質(zhì)訪問控制方法*CSMA/CD(帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問):用于總線型以太網(wǎng),核心思想是“先聽后發(fā),邊發(fā)邊聽,沖突停發(fā),隨機(jī)重發(fā)”。*CSMA/CA(帶沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問):用于無線局域網(wǎng)WLAN(如802.11),通過RTS/CTS等機(jī)制避免沖突。*令牌傳遞:用于令牌環(huán)網(wǎng),通過令牌控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送權(quán)。2.2.3局域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)是最廣泛使用的局域網(wǎng)技術(shù)。*以太網(wǎng)幀格式:包含目的MAC地址、源MAC地址、類型/長度字段、數(shù)據(jù)、FCS(幀檢驗(yàn)序列)。*MAC地址:48位二進(jìn)制,全球唯一,固化在網(wǎng)卡中,用于局域網(wǎng)內(nèi)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)接口。*交換機(jī):工作在數(shù)據(jù)鏈路層,基于MAC地址進(jìn)行幀轉(zhuǎn)發(fā),維護(hù)MAC地址表,可分割沖突域,提升網(wǎng)絡(luò)性能。*VLAN(虛擬局域網(wǎng)):通過將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段,實(shí)現(xiàn)廣播域隔離,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性和管理靈活性。三、網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)的核心,負(fù)責(zé)將分組從源主機(jī)通過中間路由器轉(zhuǎn)發(fā)到目的主機(jī)。3.1IP協(xié)議IP協(xié)議是網(wǎng)際層的核心協(xié)議,提供無連接、不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。3.1.1IP地址與分類IP地址(IPv4)是32位二進(jìn)制數(shù),通常用點(diǎn)分十進(jìn)制表示。分為A、B、C、D、E五類。*A類地址:首位為0,網(wǎng)絡(luò)號(hào)8位,主機(jī)號(hào)24位。*B類地址:前兩位為10,網(wǎng)絡(luò)號(hào)16位,主機(jī)號(hào)16位。*C類地址:前三位為110,網(wǎng)絡(luò)號(hào)24位,主機(jī)號(hào)8位。*D類地址:用于組播,前四位為1110。*E類地址:保留,前四位為1111。3.1.2子網(wǎng)劃分與CIDR為提高IP地址利用率,引入子網(wǎng)劃分技術(shù),將主機(jī)號(hào)部分借位作為子網(wǎng)號(hào)。子網(wǎng)掩碼用于區(qū)分IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)(含子網(wǎng)號(hào))和主機(jī)號(hào)。無類別域間路由CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)消除了傳統(tǒng)的地址分類,使用“IP地址/前綴長度”表示,如/24。3.1.3ARP協(xié)議地址解析協(xié)議ARP(AddressResolutionProtocol)用于將IP地址解析為對(duì)應(yīng)的MAC地址。其工作原理是通過廣播發(fā)送ARP請(qǐng)求,目標(biāo)主機(jī)單播回復(fù)ARP應(yīng)答。3.1.4ICMP協(xié)議網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP(InternetControlMessageProtocol)用于在IP主機(jī)、路由器之間傳遞控制消息,如差錯(cuò)報(bào)告(目的不可達(dá)、超時(shí))和查詢消息(回顯請(qǐng)求/應(yīng)答,即ping命令)。3.2路由選擇路由選擇是網(wǎng)絡(luò)層的核心功能,涉及路由算法和路由協(xié)議。3.2.1路由算法分類*靜態(tài)路由:由網(wǎng)絡(luò)管理員手動(dòng)配置,適用于小型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。*動(dòng)態(tài)路由:路由器通過路由協(xié)議自動(dòng)學(xué)習(xí)和更新路由表,適用于大型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易變的網(wǎng)絡(luò)。3.2.2常用路由協(xié)議*RIP(路由信息協(xié)議):基于距離矢量算法,以跳數(shù)作為度量值,最大跳數(shù)為15。*OSPF(開放最短路徑優(yōu)先):基于鏈路狀態(tài)算法,使用Dijkstra算法計(jì)算最短路徑,以帶寬等作為度量值,適合大型網(wǎng)絡(luò)。3.3IPv6簡介IPv6是為解決IPv4地址耗盡問題而提出的下一代IP協(xié)議。其主要特點(diǎn)包括:128位地址空間、簡化的報(bào)頭、內(nèi)置安全性(IPsec)、更好的QoS支持等。三、運(yùn)輸層運(yùn)輸層為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的邏輯通信服務(wù),屏蔽了低層網(wǎng)絡(luò)的差異。4.1端口與套接字套接字(Socket)由IP地址和端口號(hào)組成,唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。4.2TCP協(xié)議TCP(傳輸控制協(xié)議)是面向連接的、可靠的傳輸協(xié)議。4.2.1TCP連接管理*三次握手:建立TCP連接??蛻舳税l(fā)送SYN報(bào)文,服務(wù)器回復(fù)SYN+ACK報(bào)文,客戶端再發(fā)送ACK報(bào)文。*四次揮手:釋放TCP連接。主動(dòng)關(guān)閉方發(fā)送FIN報(bào)文,被動(dòng)關(guān)閉方回復(fù)ACK;被動(dòng)關(guān)閉方準(zhǔn)備好后發(fā)送FIN報(bào)文,主動(dòng)關(guān)閉方回復(fù)ACK。4.2.2TCP可靠傳輸機(jī)制TCP通過序號(hào)、確認(rèn)、重傳(超時(shí)重傳、快速重傳)、流量控制(滑動(dòng)窗口機(jī)制)、擁塞控制(慢開始、擁塞避免、快重傳、快恢復(fù))等機(jī)制保證可靠傳輸。4.3UDP協(xié)議UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)是無連接的、不可靠的傳輸協(xié)議。它不進(jìn)行連接建立和釋放,不保證數(shù)據(jù)按序到達(dá),沒有重傳機(jī)制。但UDP具有開銷小、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn),適用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求高而對(duì)可靠性要求不高的應(yīng)用,如視頻流、語音通話、DNS查詢等。4.4TCP與UDP的比較TCP提供可靠、面向連接、字節(jié)流服務(wù),開銷大;UDP提供不可靠、無連接、數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù),開銷小。應(yīng)用根據(jù)需求選擇合適的運(yùn)輸層協(xié)議。四、應(yīng)用層應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的最上層,直接為用戶應(yīng)用程序提供服務(wù)。5.1DNS(域名系統(tǒng))5.3FTP(文件傳輸協(xié)議)FTP用于在客戶端和服務(wù)器之間進(jìn)行文件傳輸,使用TCP協(xié)議,需要建立控制連接(端口21)和數(shù)據(jù)連接(主動(dòng)模式/被動(dòng)模式)。5.4Email(電子郵件)電子郵件系統(tǒng)基于多個(gè)協(xié)議協(xié)作:*SMTP(簡單郵件傳輸協(xié)議):用于發(fā)送郵件,默認(rèn)端口25。*POP3(郵局協(xié)議版本3)/IMAP(互聯(lián)網(wǎng)消息訪問協(xié)議):用于接收郵件,POP3默認(rèn)端口110,IMAP默認(rèn)端口143。五、網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)6.1網(wǎng)絡(luò)安全基本概念網(wǎng)絡(luò)安全目標(biāo)包括機(jī)密性、完整性、可用性。常見的網(wǎng)絡(luò)威脅包括:病毒、蠕蟲、木馬、拒絕服務(wù)攻擊(DoS/DDoS)、中間人攻擊、釣魚攻擊等。6.2基本安全技術(shù)*數(shù)據(jù)加密:對(duì)稱加密(如AES)、非對(duì)稱加密(如RSA)。*防火墻:位于內(nèi)外網(wǎng)邊界,根據(jù)規(guī)則控制數(shù)據(jù)包進(jìn)出,分為包過濾防火墻、應(yīng)用網(wǎng)關(guān)防火墻等。*入侵檢測(cè)系統(tǒng)(IDS)/入侵防御系統(tǒng)(IPS):IDS檢測(cè)入侵行為并報(bào)警,IPS則能主動(dòng)阻斷攻擊。*訪問控制:基于身份的訪問控制、基于角色的訪問控制。六、復(fù)習(xí)建議與應(yīng)試技巧1.梳理知識(shí)體系:以網(wǎng)絡(luò)分層模型為主線,將各層的協(xié)議、技術(shù)、原理串聯(lián)起來,形成完整的知識(shí)框架。2.理解核心概念:對(duì)關(guān)鍵術(shù)語、協(xié)議原理(如TCP三次握手、IP路由、子網(wǎng)劃分)要深入理解,而非死記硬背。3.多做習(xí)題:通過習(xí)題檢驗(yàn)對(duì)知識(shí)
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