计算机网络与局域网技术
1.1 计算机网络的功能
计算机网络的定义
计算机网络的基本功能
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硬件共享：提供对处理设备、存储设备和输入输出设备等的全网共享，降低投资并便于集中管理与负载均衡。 -
软件和信息共享：支持远程调用软件、数据远程处理与结果返回，避免重复开发与存储，便于集中管理。 -
数据传输：实现用户间、处理器间及用户与处理器间的数据传送，支撑电子邮件、文件传输、语音/视频通信等应用。 -
集中管理：通过MIS和OA系统实现日常工作的实时集中控制与管理，提升效率与经济效益。 -
分布式处理：将大型任务分解为子任务，由不同计算机协同完成。 -
负载均衡：网络控制中心动态分配任务，将过载节点的工作自动转移至轻载节点。
1.2 计算机网络的组成和分类
计算机网络的组成
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资源子网：由主机和终端组成，负责数据处理与网络资源/服务提供，通过高速线路连接通信子网。 -
通信子网：含传输线路、网络设备和控制中心，承担数据传输、转发等通信处理任务，与具体应用无关。 -
网络协议：为异构设备间数据传输制定的格式、规则与约定，是计算机网络区别于普通互连系统的根本标志。
计算机网络的分类
按覆盖范围划分
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广域网（WAN）：覆盖数百至数千千米，跨地区/国家/全球；需租用专线，传输延迟大，信息衰减严重。 -
局域网（LAN）：覆盖几十米至数千米，限于建筑或园区；配置易、速率高、用户数灵活（2–数百台）；IEEE 802标准定义以太网、令牌环、FDDI、WLAN等。 -
城域网（MAN）：覆盖数十至数百千米（如城市），是LAN的地理延伸；基于IEEE 802.6标准；连接多个LAN。 -
个人区域网（PAN）：无线连接个人电子设备，范围约10米；又称无线个人区域网（WPAN）。
按交换方式划分
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电路交换：通信前建链、结束后释放；信道独享、带宽恒定、时延短；但线路利用率低；典型应用：传统电话网。 -
分组交换：数据划分为带协议头的分组，独立路由、异步传输；目的地重装还原；含虚电路交换（面向连接、逻辑通道）和数据报交换（无连接、每分组含目的地址、顺序可能乱序）。 -
分组交换优势：线路非独占、适合突发数据、抗时延抖动；TCP/IP、X.25、帧中继等均基于此；互联网即典型分组交换网。
1.3 计算机网络的体系结构
分层原理
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分层设计思想：将复杂协议集分解为相对独立的层次，每层完成特定功能，层间通过接口（SAP）交互。 -
服务访问点（SAP）：相邻层通信接口；N层通过N-SAP向上层提供服务，上层通过N-SAP向下层请求服务；低层实现对高层透明。 -
服务原语（Primitive）：在SAP上传递的抽象操作指令，用于发起/响应服务请求。 -
协议（Protocol）：对等层实体间为完成本层功能必须共同遵守的通信规则。
层次划分原则
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功能明确：每层有唯一且不重叠的核心功能，变更不影响其他层（只要接口不变）。 -
接口清晰：减少跨层通信量，降低耦合。 -
数层数适中：避免功能混杂（层数过少）或开销过大（层数过多）；典型为4–7层。
网络协议三要素
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语义（Semantics）：规定控制信息含义、动作与响应（如差错处理、协调机制）。 -
语法（Syntax）：定义数据/控制信息的格式、编码、信号电平等。 -
同步（Synchronization）：规定事件顺序、速率匹配与时序关系。
1.4 计算机网络分层模型
OSI/RM（开放系统互连参考模型）
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7层结构（自下而上）：物理层（PHL）、数据链路层（DLL）、网络层（NL）、传输层（TL）、会话层（SL）、表示层（PL）、应用层（AL）。 -
数据单元：SDU（本层待传数据）、PDU（对等层传输单元）、IDU（相邻层接口传输单元，含SDU+控制信息）。 -
数据传输过程：发送端逐层加头部（AH→PH→SH→TH→NH→DH→DT），物理层转为比特流；接收端逐层剥离头部，仅处理本层PDU。 -
各层功能：
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物理层：透明传输比特流；定义机械、电气、功能、规程特性；介质含光纤/双绞线/同轴电缆/红外。 -
数据链路层：组织比特流为帧，实现相邻节点可靠传输；含MAC（介质访问控制）与LLC（逻辑链路控制）子层；解决流量控制、差错恢复、帧同步。 -
网络层：实现端到端分组路由与转发；解决拥塞控制、网际互连；是通信子网核心层。 -
传输层：提供端到端可靠服务；处理差错、顺序、流量控制；采用分流/复用/差错恢复/流量控制技术。 -
会话层：管理进程间对话连接（建立/拆除），执行名称与权限识别。 -
表示层：处理数据格式转换、压缩/加密、字符/图形解释、协议转换。 -
应用层：直接面向用户，提供文件/数据库/邮件等网络服务与API。
TCP/IP参考模型
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4层结构（自下而上）：网络接口层、网络层（IP层）、传输层（TCP/UDP）、应用层。 -
与OSI对比：网络接口层对应OSI物理层+数据链路层；网络层对应OSI网络层；传输层对应OSI传输层；应用层整合OSI会话层、表示层、应用层功能。 -
特点：源于实践，事实标准；层次较OSI模糊但实用性强；广泛应用于Internet与LAN。
各层常用协议简介
物理层协议
数据链路层协议
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局域网协议：IEEE 802.2（LLC）、802.3（CSMA/CD）、802.4（令牌总线）、802.5（令牌环）、802.8（FDDI）。 -
面向字符协议：BSC（二进制同步通信），简单但兼容性差、半双工、效率低。 -
面向比特协议：HDLC（高级数据链路控制），含标志字段（01111110）、零比特填充、8位控制字段、全双工、窗口机制、帧校验。 -
TCP/IP协议簇中对应协议：SLIP（已淘汰）、PPP（主流点对点协议）、ARP（IP→MAC）、RARP（MAC→IP）。
网络层协议
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X.25分组层：CCITT定义，提供可靠虚电路服务（OSI下三层）。 -
IPX/SPX：Novell提出，用于客户机/服务器网络。 -
IP（Internet Protocol）：核心协议，负责寻址与路由。 -
ICMP：传输控制与错误消息。 -
IGMP：管理主机多播组成员身份。 -
RIP：距离向量内部网关协议。 -
OSPF：链路状态内部网关协议。 -
BGP：外部网关协议，用于自治系统间通信。
传输层协议
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A类服务：高可靠性，对应虚电路（如X.25）。 -
B类服务：中等可靠性，广域网常见。 -
C类服务：低可靠性，对应数据报（如UDP）。 -
TCP：面向连接、可靠、有序、流量控制；适用于大批量数据传输。 -
UDP：无连接、不可靠、低开销；适用于小批量、实时性要求高的应用。
应用层协议
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Telnet：远程登录（TCP）。 -
FTP：文件传输（TCP）。 -
SMTP：电子邮件发送（TCP）。 -
SNMP：网络管理（UDP）。 -
DNS：域名解析（TCP/UDP）。 -
HTTP：超文本传输（TCP）。 -
HTTPS：HTTP over SSL/TLS，加密传输（TCP）。 -
NTP：网络时间同步（UDP）。