软件设计师考试 | 第十章网络与信息安全基础知识 | 网络概述

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2022-10-17 10:38 241阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  （一）计算机网络的概念
     *   *  1. 计算机网络的发展
         *  2. 计算机网络的功能
     *  （二）计算机网络的分类
     *   *  1. 局域网
         *  2. 城域网
         *  3. 广域网
     *  （三）网络的拓扑结构
     *   *  1. 总线型结构
         *  2. 星型结构
         *  3. 环形结构
         *  4. 树形结构
         *  5. 分布式结构
     *  （四）ISO/OSI网络体系结构
     *   *  1. ISO/OSI参考模型
         *  2. 参考模型的信息流向

## （一）计算机网络的概念 ##

### 1. 计算机网络的发展 ###

**发展过程：**

1.  具有通信功能的单机系统
2.  具有通信功能的多机系统
3.  以共享资源为目的的计算机网络
4.  以局域网及因特网为支撑环境的分布式计算机系统

### 2. 计算机网络的功能 ###

**主要功能：**

*  数据通信
 *  资源共享
 *  负载均衡
 *  高可靠性

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## （二）计算机网络的分类 ##

### 1. 局域网 ###

局域网（`LAN`）是指传输距离有限、传输速度较高、以共享网络资源为目的的网络系统。

**特点：**

*  分布范围有限
 *  有较高的通信带宽，数据传输率高
 *  数据传输可靠
 *  通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质，跨楼时使用光纤
 *  拓扑结构简单、简洁，大多采用总线、星型和环形等，系统容易配置和管理
 *  网络的控制一般趋向于分布式，从而减少了对某个结点的依赖，避免并减小了一个结点故障对整个网络的影响
 *  通常，网络归单一组织所拥有和使用，不受任何公共网络管理机构的规定约束，容易进行设备的更新和新技术的应用，以不断增强网络功能

### 2. 城域网 ###

城域网（`MAN`）是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，从而为接入网络的企业、机关、公司及社会单位提供文字、声音和图像的集成服务。

### 3. 广域网 ###

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。

**特点：**

*  分布范围广
 *  数据传输率低
 *  数据传输的可靠性随着传输介质的不同而不同，若用光纤，误码率一般在`10^-6~10^-11`之间
 *  广域网常常借用传统的公共传输网来实现，因为单独建造一个广域网极其昂贵
 *  拓扑结构较为复杂，大多采用“分布式网络”，即所有计算机都与交换结点相连，从而实现网络中的任何两台计算机都可以进行通信

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## （三）网络的拓扑结构 ##

网络拓扑结构是指网络中通信线路和结点的几何排序，用于表示整个网络的结构外貌，反映各结点之间的结构关系。它影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等重要方面，是计算机网络十分重要的要素。

### 1. 总线型结构 ###

**特点：**

*  只有一条双向通路，便于进行广播式传送信息；
 *  属于分布式控制，无须中央处理器，故结构比较简单；
 *  结点的增、删和位置的变动较容易，变动中不影响网络的正常运行，系统扩充性能好；
 *  结点的接口通常采用无源线路，系统可靠性高；
 *  设备少、价格低、安装使用方便；
 *  由于电气信号通路多，干扰较大，因此对信号的质量要求高；
 *  负载重时，线路的利用率较低；
 *  网上的信息延迟时间不确定，故障隔离和检测困难。

![总线型][2bc7289c3c6f8d50f48474de01379074.png]

### 2. 星型结构 ###

在星型结构中，使用中央交换单元以放射状连接到网中的各个结点。中央单元采用电路交换方式以建立所希望通信的两结点间专用的路径。通常用双绞线将结点与中央单元进行连接。

**特点：**

*  维护管理容易，重新配置灵活；
 *  故障隔离和检测容易；
 *  网络延迟时间短；
 *  各结点与中央交换单元直接连通，各结点之间通信必须经过中央单元转换；
 *  网络共享能力差；
 *  线路利用率低，中央单元负荷重。

![星型][c2f27e7aab7b340ac311cbbd93817dad.png]

### 3. 环形结构 ###

环形机构的信息传输线路构成一个封闭的环型，各结点通过中继器连入网内，各中继器间首尾相连，信息单向沿环路逐点传送。

**特点：**

*  信息的流动方向是固定的，两个结点仅有一条通路，路径控制简单；
 *  有旁路设备，结点一旦发生故障，系统自动旁路，可靠性高；
 *  信息要串行穿过多个结点，在网中结点过多时传输效率低，系统响应速度慢；
 *  由于环路封闭，扩充较难。

![环型][01b9de91a0896cb2dcb3d15d2a0a3674.png]

### 4. 树形结构 ###

树型结构是总线结构的扩充形式，传输介质是不封闭的分支电缆，它主要用于多个网络组成的分级结构中，其特点同总线型网。

![树型][7d8a56ed2e983a4b13dac4d88362f622.png]

### 5. 分布式结构 ###

分布式结构无严格的布点规定和形状，各结点之间有多条线路相连。

**特点：**

*  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；
 *  资源共享方便，网络响应时间短；
 *  由于结点与多个结点相连，故结点的路由选择和流量控制难度大，管理软件复杂；
 *  硬件成本高。

![分布式][e1c33fdde4cd59570dc5818f7ab65c4c.png]

广域网与局域网所使用的网络拓扑结构有所不同，广域网多用分布式或树型结构，而局域网通常使用总线型、环型、星型或树型结构。

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## （四）ISO/OSI网络体系结构 ##

为了设计复杂的计算机网络，人们提出了将网络分层的方法。

### 1. ISO/OSI参考模型 ###

模型有七层，由低到高分别为：

*  物理层  
    提供建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规程的特性；提供有关在传输介质上传输非结构的位流及物理链路故障检测指示。
 *  数据链路层  
    负责在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据，并进行流量的控制。
 *  网络层  
    为传输层实体提供端到端的交换网络数据功能，使得传输层摆脱路由选择、交换方式和拥挤控制等网络传输细节；可以为传输层实体建立、维持和拆除一条或多条通信路径；对网络传输中发生的不可恢复的差错予以报告。
 *  传输层  
    为会话层实体提供透明、可靠的数据传输服务，保证端到端的数据完整性；选择网络层能提供最适宜的服务；提供建立、维护和拆除传输连接功能。
 *  会话层  
    为彼此合作的表示层实体提供建立、维护和结束会话连接的功能；完成通信进程的逻辑名字与物理名字间的对应；提供会话管理服务。
 *  表示层  
    为应用层进程提供能解释所交换信息含义的一组服务，即将要交换的数据从适合于某一用户的抽象语法转换成适合于`OSI`系统内部使用的传输语法；提供格式化的表示和转换数据服务。  
    数据的压缩、解压缩、加密和解密等工作都由表示层负责。
 *  应用层  
    提供`OSI`用户服务，即确定进程之间通信的性质，以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务。

![OSI模型][OSI]

### 2. 参考模型的信息流向 ###

![ISO/OSI RM内信息流动][ISO_OSI RM]

如上图所示（假设`A`系统的用户要向`B`系统的用户传送数据）：

1.  `A`系统用户的数据先送入应用层，该层给它附加控制信息`AH`（头标）后，送入表示层；
2.  表示层对数据进行必要的变换并加头标`PH`后送入会话层；
3.  会话层也加头标`SH`送入传输层；
4.  传输层将长报文分段后并加头标`TH`送至网络层；
5.  网络层将信息变成报文分组，并加组号`NH`送数据链路层；
6.  数据链路层将信息加上头标和尾标（`DH`和`DT`）变成帧，经物理层按位发送到对方（`B`系统）。
7.  `B`系统接收到信息后，按照与`A`系统相反的动作，层层剥去控制信息，最后把原数据传送给`B`系统的用户。

两系统中只有物理层是实通信，其余各层均为虚通信。

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[e1c33fdde4cd59570dc5818f7ab65c4c.png]: /images/20221014/2f06141fc2f648558779f5a529683051.png
[OSI]: /images/20221014/a69919bccb1542809341471006468f5e.png
[ISO_OSI RM]: /images/20221014/59b7f04ac90d484c861dbfd18440d96a.png