计算机网络概述与网络硬件硬件基础🌵
计算机网络概述
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局域网(LAN)：传输距离有限，传输速度高，以共享网络资源为目的的网络系统。
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城域网(MAN)：规模介于局域网和广域网之间的一种较大范围的高速网络，一般覆 盖临近的多个单位和城市。
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广域网(WAN)：又称远程网，它是指覆盖范围广、传输速率相对较低、以数据通信 为主要目的的数据通信网。
网络的拓扑结构
指网络中通信线路和节点的几何顺序，用以表示整个网络的 结构外貌，反映各节点之间的结构关系。
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🍕总线型结构：
特点：结构简单，节点的增、删和位置的变动较容易。 因此系统的扩充性能好。
缺点：负载重时，线路的利用率较低。网络延迟时间不确定，故障隔离和检测困难。
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🍕星型结构：
特点：
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维护管理容易，重新配置灵活；
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故障隔离和检测容易；网络延迟时间短；
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各节点与中央交换单元直接连通，各节点之间通信必须经 过中央单元转换；
缺点： 1、网络共享能力差； 2、线路利用率低，中央单元负荷重。
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🍕环型结构：
特点：
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环型网中信息的流动方向是固定的，两个 节点仅有一条通路，路径控制简单；
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有旁路设备，节点一旦发生故障，系统自动旁路， 可靠性高；结构简单，节点的增、删和位置的变动较 容易。
缺点：
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信息要串行穿过多个节点，在网中节点过 多时传输效率低，系统响应速度慢；
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由于环路封闭，扩充较难。
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🍕分布式结构：
特点：
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分布式网络具有较高的可靠性，当一条线路有故障 时，不会影响整个系统工作；
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资源共享方便，网络响应时间短；
缺点：
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由于节点与多个节点连接，故节点的路由选择和流量控制难度大
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理软件复杂，硬件成本高
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ISO/OSI参考模型
网络互连设备
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🍗物理层的设备：
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中继器：
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它是在物理层上实现局域网网段互连的，用于扩展局域网网段的长度。
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在以太网中最多只能使用4个中继器。
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集线器：
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可以看成是一种特殊的多路中继器，其优点是当网络系统中某条线路 节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作。
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分为无源和有源。无源集线器不对信号作任何处理，只负责将多段介 质连接在一起。有源集线器对传输信号进行再生和放大。
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🍗数据链路层的设备：
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网桥：用于连接两个局域网网段，对帧进行过滤。
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过滤帧：网桥检查帧的源地址和目的地址，如果不在同一网段上，就把帧转发到另一个网段上， 如果在，则不转发。
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隔离不同网段：将不同楼层的网络分成不同的网络段，段中间用网桥连接，这样可以缓解网络通 信繁忙的程度，提高通信效率；另外还可以提高网络的可靠性，一个网络段发生故障不会影响另 一个网络段。
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交换机：
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按MAC地址（物理地址）进行数据转发，比网桥的转发性能要高，数据延迟要小。
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交换机的工作过程：从某一节点收到帧后，在其内存的MAC地址表（端口号-MAC地址）中进行查找， 确认该MAC地址的网卡连接在哪一个节点，然后将帧转发至该节点。如果没有找到该MAC地址，就 将数据包广播到所有节点，拥有该MAC的网卡收到广播后做出应答，交换机将该MAC地址添加到MAC 地址列表中。
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交换机有三种交换技术：端口交换、帧交换和信元交换。
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🍗网络层的设备：
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路由器：用于连接多个逻辑上分开的网络，例如不同的子网。
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路由器具有很强的异种网互连能力。例如：即使两个互连的网络最低两层的协议不同，也可通过支持多协议的路由器进行连接。
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路由器最主要的功能是选择路径。在路由器的存储器中维护着一个路径表，记录各个网络的逻辑 地址，用于识别其他网络。
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路由器的工作过程：收到某个网络向另一个网络发送的信息包时，打开信息包，并解读信息包中 的数据，获得目的网络的逻辑地址（IP地址），使用复杂的程序决定该由哪条路径发送最合适， 然后重新打包并转发出去。
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三层交换机：不仅包括所有交换机的功能，还包含了网络层的部分功能。一次路由，多次交换。
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工作原理：可以总结为“一次路由，多次交换” 。当三层交换机第一次收到一个数据包时必须通过路由功能寻找转发端口，同时记住目标MAC地址和源MAC地址，以及其他相关信息，当再次收到 目标地址和源地址相同的帧时就直接进行交换了，不再调用路由功能。三层交换机不但具有路由 功能，而且比通常的路由器转发得更快
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🍗应用层的设备：
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网关：主要功能是进行协议转换。
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当要连接不同类型而协议差别又较大的网络时，要选用网关设备。它 可以将协议进行转换，并将数据重新分组，以便在两个不同类型的网络之间进行通信。
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TCP/IP协议簇
🎁TCP/IP协议是Internet的核心协议，是迄今为止发展最为成熟的互联网络协议 系统。TCP/IP包含以下五个特性：
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逻辑编址。每一台连入互联网的设备都要分配一个IP地址，一个IP地址包 含网络号，子网络号和主机号，因此可以通过IP地址很方便地找到对应的设备。
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路由选择。在TCP/IP协议中包含了专门用于定义路由器如何选择网络路径 的协议，即IP数据包的路由选择。
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域名解析。为了方便用户记忆，专门设计了一种更方便的字母式地址结构， 称为域名。将域名映射为IP地址的操作，称为域名解析。
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错误检测与流量控制。TCP/IP协议可以检测数据信息的传输错误，确认已 传递的数据信息已被成功接收，监测网络系统中的信息流量，防止出现网络拥塞。
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网际层协议 ：
IP
IP所提供的服务通常被认为是无连接的和不可靠的，它将差错检测和流量控制之类的服务授权给了其他的各层协议，这正是TCP/IP能 够高效率工作的一个重要保证。
其主要功能包括：
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将上层数据（TCP/UDP数据）或同层的其他数据（如ICMP数据）封装到IP数据报中；
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将IP数据报传送到最终目的地；
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为了使数据能够在链路层上进行传输对数据进行分段；
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确定数据报到达其他网络中的目的地的路径。
ARP和RARP：
ARP负责将IP地址转换为物理地址（MAC地址）；RARP负 责将物理地址转换为IP地址。
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网络中的任何设备（主机、路由器和交换机等）均有唯一的物理地址， 该地址通过网卡给出，每个网卡出厂后都有不同的编号，即用户所购 买的网卡有着唯一的物理地址。而IP协议又使用了IP地址，因此，在 数据传输过程中，必须对IP地址和物理地址进行相互转换。
ICMP（网络控制信息协议）：
是一个专门用于发送差错报文的协议。 由于IP是一种尽力传送的协议，传送的数据报有可能丢失、重复、延迟 或乱序，因此IP需要一种避免差错并在发生差错时报告的机制。
主要功能有：通告网络故障、通告网络拥堵、协助解决故障。
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传输层协议
TCP：
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TCP提供了一个可靠的、面向连接的、全双工的数据传输服务。
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它采用了一种叫做“重发”的技术。即在TCP传输过程中，发送方启动 一个定时器，然后传输数据包，接收方收到后给发送方发送一个“确 认”信息，如果超过时间发送方还没有收到确认信息，就重新发送这 个数据包。
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利用TCP建立和关闭连接时，均需要通过三次握手。
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源主机发送一个数据包，表示想与目的主机进行通信。
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目的主机发送一个确认进行响应，表示愿意进行通信。
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源主机再发送一个确认来响应，该确认中可包含真正要发送的数据包。
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TCP协议一般用于传输数据量比较少，且对可靠性要求高的场合。
UDP：
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UDP是一种不可靠的、无连接的协议，可以保证应用程序进程间的通信。
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UDP的主要作用是将UDP消息展示给应用层，它并不负责重新发送丢失的或出错的数据信息，不对接收到的无序IP数据报重新排序，不消除重复的IP数据报，不对已收到数据进行确认，也不负责建立或终止连接。
🎈TCP与UDP
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TCP是面向连接的、可靠的，但是它是以牺牲通信量来实现的，也就是会降低传输 速率。如果传输的数据量不多，对传输速度要求不高，但是对可靠性要求较高的 时候，则用TCP。
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