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计算机网络基础考试复习资料

一、网络基本概念与体系结构

1.1计算机网络的定义与功能

计算机网络是将地理上分散的、具有独立功能的多台计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，在网络软件（尤其是网络操作系统和协议）的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的系统。其核心功能包括数据通信、资源共享（硬件、软件、数据）、分布式处理以及提高系统可靠性。

1.2网络分类

按覆盖范围可分为：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。LAN通常局限于较小地理范围，如一个办公室、一栋楼，特点是高带宽、低延迟；WAN则覆盖广阔区域，如国家或全球，依赖公共或专用通信线路。

按拓扑结构可分为：总线型、星型、环型、树型和网状结构。星型拓扑以中央节点为中心，各节点通过单独线路连接，易于管理和故障排查，是目前应用最广泛的拓扑之一；总线型拓扑采用单一传输介质，结构简单但故障排查困难；环型拓扑中数据沿固定方向传输，任一节点故障可能影响全网。

1.3网络体系结构与协议

网络体系结构是为实现计算机之间的通信而设计的分层模型及其协议的集合。协议是通信双方必须共同遵守的规则和约定，包含语法（数据格式）、语义（控制信息和动作）和时序（事件顺序）三要素。

1.4OSI七层模型

OSI（开放系统互连）参考模型是一个理论框架，将网络通信功能划分为七个层次，从下至上分别为：

*物理层：定义物理介质上比特流的传输规范，涉及电压、接口类型、传输速率等。

*数据链路层：负责将网络层数据封装成帧，进行差错控制和流量控制，确保点到点的可靠传输。MAC地址（物理地址）工作在此层。

*网络层：提供逻辑地址（IP地址），负责数据包的路由选择和转发，实现不同网络之间的通信。

*传输层：为端到端的应用进程提供可靠或不可靠的数据传输服务，主要协议有TCP和UDP。

*会话层：负责建立、管理和终止应用程序之间的会话连接。

*表示层：处理数据的表示形式，如格式转换、加密解密、压缩解压等，确保不同系统能正确理解数据内容。

*应用层：直接为用户应用程序提供服务，如文件传输、电子邮件、网页浏览等。

1.5TCP/IP四层模型

TCP/IP协议簇是互联网的核心，通常被划分为四层：

*网络接口层：对应OSI的物理层和数据链路层，负责数据帧的发送和接收。

*网络层（网际层）：核心协议为IP协议，负责数据包的路由和寻址，与OSI网络层功能相似。

*传输层：与OSI传输层功能一致，主要协议为TCP和UDP。

OSI与TCP/IP模型对比：OSI模型层次清晰，理论完整，但过于复杂；TCP/IP模型简洁实用，是实际网络的主流标准。两者在网络层和传输层的核心功能上有较多相似之处。

二、物理层与数据链路层

2.1物理层基本概念

物理层关注在物理介质上传输原始比特流。主要特性包括：机械特性（接口形状、引脚数）、电气特性（电压范围、传输速率）、功能特性（引脚信号含义）、规程特性（信号传输顺序）。常见的物理层标准有RS-232、RJ-45（以太网）、光纤接口等。

2.2数据链路层功能

数据链路层主要功能包括：帧的封装与拆封、差错控制（如CRC校验）、流量控制（协调发送方和接收方速率）、以及访问控制（解决多节点共享信道的冲突问题，如CSMA/CD）。

2.3以太网技术

以太网是目前应用最广泛的局域网技术。

*MAC地址：固化在网卡中的48位二进制地址，全球唯一，用于数据链路层标识网络设备。

*CSMA/CD协议：带冲突检测的载波监听多路访问协议。工作原理可概括为“先听后发，边发边听，冲突停发，随机重发”。适用于总线型以太网。

*以太网帧格式：包含目的MAC地址、源MAC地址、类型/长度字段、数据字段、FCS（帧校验序列）等。

三、网络层

3.1网络层核心功能

网络层的核心功能是实现数据包从源主机到目的主机的透明传输，主要涉及路由选择、拥塞控制和网络互连。

3.2IP协议

IP协议是TCP/IP协议簇中网络层的核心协议，提供无连接、不可靠的数据包传输服务。

*IP地址：用于标识网络中的主机。IPv4地址由32位二进制组成，通常表示为点分十进制形式。

*IP地址分类：传统IP地址分为A、B、C、D、E类。A类地址首位为0，B类为10，C类为110，D类为1110（组播），E类为11110（保留）。

*子网掩码：与IP地址配合使用，用于区分网络号和主机号。通过子网掩码与IP地址进行逻辑“与”运算，可得到网络地址。

*子网划分：将一个大的IP网络划分为多个小的子网，以提高IP地址利用率和网络安全性。通过借位将主机位部分用作子网位。

*CIDR（无类别域间路由）：消除了传统的地址分类，采用“IP地址/前缀长度”