网络基础学习指南

网络基础知识教授现代网络设计的构建块。学习不同类型的网络、概念、架构和设计。网络基础向计算机科学专业的学生教授现代网络设计的构建模块。通常，您将了解许多不同类型的网络、网络概念、网络架构、网络通信和网络设计。

入门：需要了解的关键术语

以下定义将帮助您更好地理解计算机网络：

• 网络
• 联网
• 存根网络
• 星网
• 环网
• 公交网络
• 网络地图

定义网络

网络是一组两个或多个计算机系统或连接在一起以交换数据的其他设备。网络共享资源、交换文件和电子通信。例如，联网的计算机可以共享文件，或者网络上的多台计算机可以共享同一台打印机。

不同类型的网络

有许多类型的计算机网络。常见的网络类型包括：

• 局域网(LAN)：计算机在地理上相距很近（即在同一建筑物内）。
• 广域网(WAN)：计算机之间的距离较远，通过电话线或无线电波连接。
• Metropolitan-area network (MAN)：为城镇或城市设计的数据网络。
• 家庭区域网络(HAN)：包含在用户家中的网络，用于连接个人的数字设备。
• 虚拟专用网络(VPN)：通过使用公共线路（通常是 Internet）连接到专用网络（例如公司内部网络）而构建的网络。
• 存储区域网络(SAN)：存储设备的高速网络，还将这些存储设备与服务器连接起来。

网络标准的重要性

网络标准对于确保硬件和软件可以协同工作非常重要。如果没有标准，您将无法轻松开发网络来共享信息。网络标准可以分为两种方式之一：正式的和事实上的（非正式的）。

正式标准由行业组织或政府制定。网络层软件、数据链路层、硬件等都有正式的标准。正式标准化是制定规范、确定选择和行业接受度的漫长过程。

有几个领先的标准化组织，包括国际标准化组织 (ISO) 和美国国家标准协会 (ANSI)。世界上最著名的标准组织是互联网工程任务组 (IETF)。IETF 制定了管理互联网运营量的标准。

第二类网络标准是事实上的标准。这些标准通常出现在市场上，并得到技术供应商的支持，但没有官方支持。例如，Microsoft Windows 是事实上的标准，但没有得到任何标准组织的正式认可。它只是被广泛认可和接受。

网络组件、设备和功能

网络共享通用设备和功能，例如服务器、传输介质（用于连接网络的电缆）客户端、共享数据（例如文件和电子邮件）、网卡、打印机和其他外围设备。

下面简要介绍常见的网络组件和设备。您可以单击下面的任何链接来阅读完整的 Webopedia 定义：

服务器：网络上管理网络资源的计算机或设备。服务器通常是专用的，这意味着它们除了服务器任务之外不执行其他任务。

客户端：客户端是在个人计算机或工作站上运行并依赖服务器执行某些操作的应用程序。

设备：不属于基本计算机的计算机设备，例如 CD-ROM 驱动器或打印机。设备的示例包括磁盘驱动器、打印机和调制解调器。

传输媒体：用于将通信信号从一个系统传送到另一个系统的物理系统类型。传输介质的示例包括双绞线电缆、同轴电缆和光纤电缆。

网络操作系统 (NOS)：网络操作系统包括用于将计算机和设备连接到局域网 (LAN) 的特殊功能。术语网络操作系统通常是为通过添加网络功能来增强基本操作系统的软件保留的。

操作系统：操作系统提供了一个软件平台，其他程序（称为应用程序）可以在该平台上运行。操作系统执行基本任务，例如识别键盘输入、将输出发送到显示屏、跟踪磁盘上的文件和目录，以及控制磁盘驱动器和打印机等外围设备。

网络接口卡 (NIC)：插入计算机的扩展板，以便计算机可以连接到网络。大多数 NIC 是为特定类型的网络、协议和媒体设计的，尽管有些可以服务于多个网络。

集线器：网络中设备的公共连接点。一个集线器包含多个端口。当一个数据包到达一个端口时，它会被复制到其他端口，以便 LAN 的所有网段都可以看到所有数据包。

交换机：在 LAN 段之间过滤和转发数据包的设备。交换机在数据链路层（第 2 层）运行，有时在 OSI 参考模型的网络层（第 3 层）运行。

路由器：路由器是沿网络转发数据包的设备。路由器连接到至少两个网络并位于网关处，即两个或多个网络连接的地方。

网关：网络上的一个节点，用作另一个网络的入口。

网桥：连接两个局域网 (LAN) 或使用相同协议的同一 LAN 的两个网段的设备

通道服务单元/数字服务单元 (CSU/DSU)：CSU 是一种将终端连接到数字线路的设备。通常，这两个设备被封装为一个单元。

终端适配器（ISDN 适配器）：将计算机连接到外部数字通信线路（如 ISDN 线路）的设备。终端适配器有点像调制解调器，但只需要传递数字信号。

接入点：一种硬件设备或计算机软件，充当无线设备用户连接到有线 LAN 的通信集线器。

调制解调器（调制器-解调器）：调制解调器是一种设备或程序，它使计算机能够通过例如电话或电缆线路传输数据。

防火墙：旨在防止未经授权访问或从专用网络访问的系统。防火墙可以在硬件和软件中实现，或者两者的结合。

MAC 地址：MAC（媒体访问控制）地址，有时称为硬件地址或物理地址，是分配给网络适配器或任何具有内置网络功能的设备的 ID 代码。

网络模型

为了简化网络，一切都被分层，每一层处理特定的任务，并且独立于所有其他层。控制从一层传递到下一层，从一个站的顶层开始，然后进行到底层，通过通道到下一个站并支持层次结构。网络模型用于定义一组网络层以及它们如何交互。两种最广泛认可的网络模型包括 TCP/IP 模型和 OSI 网络模型。

OSI 模型的 7 层

开放系统互连 (OSI) 是所有通信系统的开放标准。OSI 模型定义了一个网络框架以在七层中实现协议。

物理层

该层通过网络在电气和机械层面传输比特流——电脉冲、光或无线电信号。它提供了在载体上发送和接收数据的硬件手段，包括定义电缆、卡和物理方面。示例包括以太网、FDDI、B8ZS、V.35、V.24、RJ45。

数据链路层

在这一层，数据包被编码和解码成比特。它提供传输协议知识和管理，并处理物理层、流控制和帧同步中的错误。数据链路层分为两个子层：媒体访问控制（MAC）层和逻辑链路控制（LLC）层。示例包括 PPP、FDDI、ATM、IEEE 802.5/802.2、IEEE 802.3/802.2、HDLC、帧中继。

网络层

该层提供交换和路由技术，创建称为虚拟电路的逻辑路径，用于在节点之间传输数据。路由和转发是这一层的功能，以及寻址、互联网络、错误处理、拥塞控制和数据包排序。示例包括 AppleTalk DDP、IP、IPX。

传输层

该层提供端系统或主机之间的透明数据传输，并负责端到端的错误恢复和流量控制。它确保完整的数据传输。示例包括 SPX、TCP、UDP。

会话层

该层建立、管理和终止应用程序之间的连接。会话层在每一端的应用程序之间建立、协调和终止对话、交换和对话。示例包括 NFS、NetBios 名称、RPC、SQL。

表示层

该层通过从应用程序转换为网络格式来提供与数据表示（例如加密）差异的独立性，反之亦然。该层对要通过网络发送的数据进行格式化和加密，从而避免出现兼容性问题。示例包括加密、ASCII、EBCDIC、TIFF、GIF、PICT、JPEG、MPEG、MIDI。

应用层

该层支持应用程序和最终用户进程。识别通信伙伴，识别服务质量，考虑用户身份验证和隐私，并识别对数据语法的任何约束。这一层的一切都是特定于应用程序的。该层为文件传输、电子邮件和其他网络软件服务提供应用服务。示例包括 WWW 浏览器、NFS、SNMP、Telnet、HTTP、FTP

TCP/IP 模型

TCP/IP 网络模型是一个四层参考模型。属于 TCP/IP 协议族的所有协议都位于该模型的前三层。

应用

定义 TCP/IP 应用程序协议以及主机程序如何与传输层服务接口以使用网络。协议示例包括 HTTP、Telnet、FTP、TFTP、SNMP、DNS、SMTP。

运输

提供主机之间的通信会话管理。定义传输数据时使用的服务级别和连接状态。协议示例包括 TCP、UDP、RTP。

互联网

将数据打包成 IP 数据报，其中包含用于在主机之间和跨网络转发数据报的源地址和目标地址信息。执行 IP 数据报的路由。协议示例包括 IP、ICMP、ARP、RARP。

网络接口

指定如何通过网络物理发送数据的详细信息，包括如何通过直接与网络介质（例如同轴电缆、光纤或双绞铜线）接口的硬件设备对比特进行电信号传输。协议示例包括以太网、令牌环、FDDI、X.25、帧中继、RS-232、v.35。

TCP/IP 模型的每一层对应于七层开放系统互连 (OSI) 参考模型的一层或多层。

网络拓扑

网络拓扑是指计算机网络中不同元素（即链路和节点）的形状或排列。网络拓扑定义了网络中不同节点如何相互连接以及它们如何通信由网络的拓扑决定。

拓扑要么是物理的，要么是逻辑的。LAN 中有四种主要的拓扑结构。

总线拓扑

所有设备都连接到称为总线或骨干网的中央电缆。对于小型网络，总线网络相对便宜且易于安装。

环形拓扑

所有设备都以闭环的形式相互连接，因此每个设备都直接连接到另外两个设备，一个在它的两侧。

星型拓扑

所有设备都连接到中央集线器。星型网络相对容易安装和管理，但可能会出现瓶颈，因为所有数据都必须通过集线器。

树形拓扑

树形拓扑结合了线性总线和星形拓扑的特征。它由连接到线性总线主干电缆的星形配置工作站组组成。

这些拓扑也可以混合使用。例如，总线星型网络由称为骨干网的高带宽总线组成，它连接一组带宽较慢的星形段。