计算机网络基本知识

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什么是计算机网络？

硬件方面：通过线缆将网络设备和计算机连接起来。

软件方面：操作系统，应用软件，应用程序通过通信线路互连；实现资源共享、信息传递。

计算机网络（network）：将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

互联网（internet），又称国际网络：指的是网络与网络之间所串连成的庞大网络，这些网络以一组通用的协议相连，形成逻辑上的单一巨大国际网络。

协议（protocol）：是不同的设备之间通信使用的。（开发软件实现协议，c语言）

VPN，虚拟私人/专用网络（Virtual Private Network）：在公共网络里建立一条虚拟专用的通道，传输公司/个人机密信息。传输的数据是加密的。

计算机网络的功能

1. 数据通信。
2. 资源共享。
3. 增加可靠性。
4. 提高系统处理能力。

计算机网络发展

交换机介绍

交换机：组建局域网使用的，将很多电脑连接起来，组成一个局域网。

品牌：tp-link h3c（华为和美国3com）小米 锐捷 中兴 思科（Cisco）    

•     低端：tp-link 物美价廉 小米
•     中端：h3c 锐捷
•     高端：思科 华为

 新华三（H3C）ER3200G3 双WAN+3LAN千兆企业级有线路由器 带机150-200 上网行为管理。

路由器介绍

路由器 router：实现跨网段通信使用的，将数据从一个网络送到另外一个网络。

品牌：

•     高端：cisco，华为，华3（华为和美国的3com公司合资-杭州-性价比高）。
•     中端：锐捷。
•     低端：tp-link 腾达  小米  360。

WAN与LAN

标准

ISO（国际标准化组织）：国际标准化组织负责制定各种行业的标准，包括计算机网络领域。如OSI参考模型、HDLC。

ANSI（美国国家标准化局）：制订统一的通用标准。

ITU-T（国际电信联盟-电信标准部）：负责协调和规范全球电信和信息通信领域的发展。如远程通信标准。

IEEE（电气和电子工程师学会）：是一个专业技术组织，致力于推动技术创新并制定相关标准。如802标准。

IEEE 802局域网标准

IEEE 802标准是局域网和城域网的一系列标准，由电气和电子工程师协会（IEEE）制定。‌ 该标准系列涵盖了局域网和城域网的物理层和数据链路层，对应OSI模型的最低两层‌。

IEEE 802标准系列包括多个子标准，每个子标准由委员会中的专门工作组负责。例如：

• ‌IEEE 802.1‌：局域网结构、寻址、网络互联和网络。
• ‌IEEE 802.2‌：逻辑链路控制（LLC）子层。
• ‌IEEE 802.3‌：载波监听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD）访问控制方法与物理层规范。（有线标准）
• ‌IEEE 802.4‌：令牌总线访问控制方法与物理层规范。
• ‌IEEE 802.5‌：令牌环访问控制方法与物理层规范。
• ‌IEEE 802.11‌：无线局域网访问控制方法与物理层规范‌。（无线标准）
• ‌IEEE 802.11标准是无线局域网（WLAN）的核心标准，首次发布于1997年，定义了无线局域网的

各个方面，包括无线接入、数据传输和安全性。‌ 该标准不断演进，从最初的2.4GHz频段和2 Mbps传输速率，发展到现在的Wi-Fi 6（IEEE 802.11ax），提供更高的传输速率和更好的用户体验‌。

计算机的数制

数制：计数的方法，指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。

数位：指数字符号在一个数中所处的位置。

基数：指在某种进位计数制中，数位上所能使用的数字符号的个数。

位权：指在某种进位计数制中，数位所代表的大小，即处在某一位上的“1”所表示的数值的大小。

• 十进制数（Decimal number）：(1010)10，1010D，1010
• 二进制数（Binary number）：(1010)2，1010B
• 十六进制数（Hexadecimal number）：(1010)16，1010H

存储量

byte 字节 B，bit 位  b，8位 1字节。

• 1024 字节 -     1 KB
• 1024 KB -       1 MB
• 1024 MB -       1 GB
• 1024 GB -       1 TB
• 1024 TB -       1 PB
• 1024 PB -       1 EB

K--->M-->G-->T-->P-->E

拓扑结构

1.星型：很多场景。

2.网型：成本高，投入设备多，高可用。

网络的结构

分层网络设计是一种网络架构方法，旨在构建可靠、可扩展且高效的计算机网络系统。该设计方法通过将网络划分为不同的层次，每个层次承担特定的功能和责任，以实现更好的管理、性能和安全性。

分层网络设计最初由思科（Cisco）在2002年提出，如今已经成为许多网络设计的标准实践。

1、接入层（Access Layer）： 这是用户设备（如计算机、手机、打印机等）接入网络的入口。接入层负责提供用户接入、认证、安全策略等功能，同时也执行本地流量处理。交换机在这一层起到关键作用，将用户设备连接到网络。

2、汇聚层（Distribution Layer）： 汇聚层位于接入层和核心层之间，承担连接不同接入层子网的任务。在汇聚层，流量聚合和筛选，同时进行部门间的隔离（通过虚拟局域网或VLAN技术）。

3、核心层（Core Layer）： 核心层是网络的主干，负责高速数据传输和流量交换。它连接不同的汇聚层和提供网络的高可用性和冗余。核心层需要具备高带宽、低延迟和高可用性的特点。

网络参考模型

OSI参考模型

国际标准化组织（International Standard Organization，ISO）于1984年颁布了开放系统互连（Open System Interconnection，OSI）参考模型。

OSI参考模型是一个开放式体系结构，它规定将网络分为七层，从下往上依次是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

• 7 应用层
• 6 表示层
• 5 会话层
• 4 传输层
• 3 网络层
• 2 数据链路层
• 1 物理层

2层 交换机，3层 交换机。

4层 负载均衡，7层 负载均衡。

7层 ：计算机，手机，防火墙。

TCP/IP五层模型

TCP ：传输控制协议（Transmission Control Protocol）

IP ： 互联网协议 internet protocol

• 5 应用层
• 4 传输层 --》段，数据段
• 3 网络层 --》IP包，数据包--》路由器
• 2 数据链路层 --》数据帧，帧--》交换机
• 1 物理层  --》比特流--》网卡，网线，光纤

数据封装

封装过程图解

解封装过程图解

各层间通信 

PDU 

PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）‌是在分层网络结构中。

PDU包含来自上层的信息和当前层的实体附加的信息，这个PDU会被传送到下一较低的层。

物理层实际以一种编帧的位流形式传输这些PDU，这些PDU由协议栈的较高层建造。接收系统自下而上传送这些分组通过协议栈，并在协议栈的每一层分离出PDU中的相关信息。‌

PDU在计算机网络中起着至关重要的作用。它们是不同网络层次之间通信的基础，确保了数据的正确传输和处理。每一层附加到PDU上的信息是指定给另一个系统的同等层的，这就是对等层进行一次通信会话协调的过程。

在不同的网络层次中，PDU的具体应用也有所不同。例如，在数据链路层，PDU被称为‌LLC（逻辑链路控制）PDU或‌MPDU（介质访问控制）PDU；在网络层，PDU被称为‌NPDU（网络协议数据单元）；在传输层，PDU被称为‌TPDU（传输控制协议数据单元）。

什么是信号

1. 信息
2. 数据
3. 信号

数据是指所有能输入到计算机并被计算机程序处理的‌符号的总称。数据可以是‌字母、‌数字符号的组合、‌语音、‌图形、‌图像等，这些数据经过加工后就成为‌信息。

信号是表示消息的物理量，可以通过幅度、频率、相位的变化来表示不同的消息。‌ 信号是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，信号包含光信号、声信号和电信号等。

信号的分类

1. 模拟信号
2. 数字信号

模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度、频率或相位随时间作连续变化，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号‌‌。

模拟信号的特点包括：

1. ‌连续性‌：模拟信号在时间和幅度上都是连续变化的，可以用一个连续的函数来描述‌。
2. ‌无限多个数值‌：模拟信号可以取无限多个数值，因为它可以在一定的时间范围内有无限多个不同的取值‌。
3. ‌表示多种信息‌：模拟信号可以表示声音、图像、电压等连续的物理量，并且可以在时间和幅度上进行无限细分‌。

数字信号是指自变量和因变量都是离散的信号，只能取有限个数值。‌ 在计算机网络中，数字信号通常由二进制数表示，每个数值都被编码成一个二进制数。

数字信号的特点：

1. 抗干扰能力强。
2. 可靠性高。
3. 适用于长距离传输和存储‌。

‌

信号在传输过程中产生的失真

1.噪声

2.衰减

噪声是指在信号传输和处理过程中，由于设备自身、环境干扰等原因产生的附加信号，这些信号与输入信号无关，是有害的。

衰减则是信号在传输过程中能量逐渐减少的现象，模拟信号和数字信号都会受到衰减的影响‌。

采取措施

1、使用中继器、放大器等设备。中继器负责在两个节点的物理层上按位置传递信息，完成信号的复制、调整和放大。放大器则能把输入信号的电压或功率放大，从而补偿信号的衰减。

2、还有一些设备如晶体管、电子管等也曾用于信号放大。

双绞线

定义

双绞线（Twisted Pair，TP）是一种综合布线工程中最常用的传输介质，是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消，有效降低信号干扰的程度。

双绞线一般由两根22～26号绝缘铜导线相互缠绕而成，“双绞线”的名字也是由此而来。实际使用时，双绞线是由多对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里的。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。

常用的类型

1、5类：该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。

在双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。通常，4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。

2、超5类：超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（SNR）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。

3、6类：该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。

六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。

六类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。

双绞线分类

1、屏蔽双绞线：在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层。

屏蔽双绞线分为STP和FTP（Foil Twisted-Pair），STP指每条线都有各自的屏蔽层，而FTP只在整个电缆有屏蔽装置，并且两端都正确接地时才起作用。所以要求整个系统是屏蔽器件，包括电缆、信息点、水晶头和配线架等，同时建筑物需要有良好的接地系统。

2、非屏蔽双绞线（UnshieldedTwisted Pair，缩写UTP）是一种数据传输线，由四对不同颜色的传输线所组成，广泛用于以太网路和电话线中。

非屏蔽双绞线电缆具有以下优点：

• 无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间，成本低；
• 重量轻，易弯曲，易安装；
• 将串扰减至最小或加以消除；
• 具有阻燃性；
• 具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线。

双绞线跳线的制作

直通5类线的制作方法

步骤1：用双绞线网线钳把5类双绞线的一端剪齐，然后把剪齐的一端插入到网线钳用于剥线的缺口中，注意网线不能弯。

步骤2：稍微握紧压线钳慢慢旋转一圈，让刀口划开双绞线的保护胶皮，拔下胶皮。

注意：剥线长度通常应恰好为水晶头长度，这样可以有效避免剥线过长或过短造成的麻烦。

步骤3：剥除外皮后即可见到双绞线网线的4对8条芯线，并且可以看到每对的颜色都不同。每对缠绕的两根芯线是由一种染有相应颜色的芯线加上一条只染有少许相应颜色的白色相间芯线组成。四条全色芯线的颜色为：棕色、橙色、绿色、蓝色。

步骤4：把每对都是相互缠绕在一起的线缆逐一解开。解开后则根据规则把几组线缆依次地排列好并理顺，排列的时候应该注意尽量避免线路过多的缠绕和重叠。把线缆依次排列并理顺之后，由于线缆之前是相互缠绕着的，因此线缆会有一定的弯曲，应该把线缆尽量扯直并保持线缆平扁。把线缆扯直的方法也十分简单，利用双手抓着线缆然后向两个相反方向用力，并上下扯一下即可。

步骤5：把线缆依次排列好并理顺压直之后，应该细心检查一遍，之后利用压线钳的剪线刀口把线缆项部裁剪整齐。

步骤6：把整理好的线缆插入水晶头内。要将水晶头有塑造料弹簧片的一面向下，有针脚的一面向上，使有针脚的一端指向远离自己的方向，有方型孔的一端对着自己。此时，最左边的是第1脚，最右边的是第8脚，其余依次顺序排列。插入的时候需要注意缓缓地用力把8条线缆同时沿IU一45头内的8个线槽插入，一直插到线槽的顶端。

注意：裁剪的时候应该是水平方向插入，否则线缆长度不一会影响到线缆与水晶头的正常接触。若之前把保护层剥下过多的话，可以在这里将过长的细线剪短，保留去掉外层保护层的部分约为15mm，这个长度正好能将各细导线插入到各自的线槽。如果该段留得过长，一来会由于线缆不再互绞而增加串扰，二来会由于水晶头不能压住护套而可能导致电缆从水晶头中脱出，造成线路的接触不良甚至中断。

步骤7：压线。在最后一步压线之前，此时可以从水晶头的顶部检查，看看是否每一组线缆都紧紧地顶在水晶头的末端。确认无误之后就可以把水晶头插入压线钳的8P槽内压线了，把水晶头插入后，用力握紧线钳，若力气不够的话，可以使用双手一起压，这样压的过程使得水晶头凸出在外面的针脚全部压入水晶并头内，施力之后听到一声轻微的“啪”即可。

步骤8：压线之后水晶头凸出在外面的针脚全部压入水晶并头内，而且水晶头下部的塑料扣位也压紧在网线的灰色保护层之上。

双绞线的连接规范

EIA/TIA 568A和568B

T568A：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕

T568B：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕

从左到右

双绞线连通性测试

电缆连通性常见问题

1. 水晶头接触不良
2. 网卡驱动问题
3. 路由器设置问题
4. 线缆损坏等

检测连通性

解决方法包括检查水晶头的连接是否稳固，必要时更换新的水晶头‌。

其次，‌网卡驱动问题‌也可能导致网络连通性故障。如果网卡驱动未正确安装或已损坏，也会导致网络连接问题。可以通过设备管理器检查网卡驱动是否正常，必要时重新安装或更新驱动‌。

线缆损坏‌也是一个不可忽视的问题。长时间使用或不当操作可能导致线缆内部断裂，影响网络连接。检查线缆外观是否有损坏，必要时更换新的线缆‌。

按照以下步骤进行排查：

1. 检查网线连接‌：确保网线连接稳固，没有松动或损坏。
2. ‌使用Ping命令‌：通过Ping命令检查网络连通性，首先Ping本机的IP地址，然后Ping默认网关的IP地址，最后Ping远程主机IP地址‌。
3. ‌检查网卡和驱动‌：在设备管理器中检查网卡是否正常工作，驱动是否安装正确‌。
4. ‌检查路由器设置‌：确保路由器设置正确，必要时重启路由器‌。

线缆的连接

标准网线：直通线两边的线序是一样的，都是T568B 或者T568A。

交叉线：两边的线序是不一样的，一边是T568B 另一边是T568A。

全反线：是一种用于连接设备控制台端口的特殊网线。‌ 它主要用于连接设备的Console口和PC串口，实现计算机用户登录路由器或交换机来输入命令。全反线的线序是一头为568B，另一头颜色全部反过来，确保连接后能够正常使用。

全反线的线序和制作方法：全反线的线序一般是一头为T568B标准（白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕），另一头则为棕、白棕、绿、白蓝、蓝、白橙、橙、白绿。

EIA/TIA标准推荐两种线缆标识方法

1、线缆标签

2、套管标签

光纤的特点

1. 传输带宽非常宽，通信容量大‌：光纤具有极高的传输带宽，可以同时传输多个频率的光信号，从而实现高速数据传输。相比传统的铜缆，光纤的带宽更大，能够满足更高的数据传输需求‌。

2. 传输损耗小，中继距离长‌：光纤的传输损耗非常低，信号可以传输几百公里甚至更远的距离而不会损失质量。这使得光纤特别适用于长距离传输，减少了中继站的数量，提高了通信质量‌。

3. 抗电磁干扰能力强‌：光纤传输的是光信号，不受电磁波的干扰，因此在有大量电磁干扰的环境下表现优异。这使得光纤在抗干扰性能方面比传统的铜缆更为优越‌。

4. 保密性好‌：光纤传输信号不会产生电磁辐射，因此不易被窃听或截取数据。这在一些对数据安全性要求较高的场景中尤为重要‌。

5‌. 体积小、重量轻‌：光纤的线径细、体积小、重量轻，方便部署和维护，特别适合大规模通信网络的安装和使用‌。

6‌. 误码率低，传输可靠性高‌：光纤的传输误码率非常低，信号传输稳定可靠，减少了数据传输过程中的错误‌。

7‌. 适合点对点连接‌：光纤适合用于点对点的长距离连接，能够提供稳定的高速数据传输‌。

光纤分为单模光纤和多模光纤

光纤接口分类

1、FC接口‌：FC接口是一种体积较大的光纤连接器，采用螺纹连接方式，具有连接牢固、耐高温、耐腐蚀的特点。它主要用于管线配线架、光纤盒等设备，适用于要求较高的环境，如光纤通信测试‌。

2、ST接口‌：ST接口是一种较早使用的光纤接口，采用卡口式连接方式，外径为2.5mm。它主要用于早期设备和光纤配线架、光纤盒等。ST接口适用于短距离的光纤通信应用，如10Base-F、100Base-FX和1000Base-SX‌。

3‌、SC接口‌：SC接口是一种方形光纤连接器，大小约为RJ-45接口的一半，结构简单，插拔方便。它主要用于路由器、交换机、光纤收发器等设备，适用于千兆以太网、光纤分布式数据接口(FDDI)以及ATM等高速光纤通信应用‌。

4‌、LC接口‌：LC接口是一种小型的光纤接口，外形类似于RJ-45接口，但比RJ-45接口小。它采用插拔式连接方式，连接方便，插入损耗低。LC接口主要用于低速率、低功率光模块，适用于高密度光纤连接和数据中心等场合‌。

5‌、MTRJ接口‌：MTRJ接口是一种小型光纤接口，采用RJ-45接口的形式，大小比SC接口还要小。它可以同时传输两路信号，适用于需要双向通信的场合。MTRJ接口主要用于高速网络和双向通信系统‌。

以太网接口

以太网接口（Ethernet interface）是路由器的一种常见网络接口，它通过以太网协议连接到网络中的其他设备。以太网接口通常有多个，每个接口都有一个唯一的MAC地址，用于标识该接口所连接的设备。以太网接口可以用于连接局域网和广域网，它是路由器实现路由功能的重要手段。

RJ-45  ---》水晶头

光口和电口

水晶头光纤接口：光口。

网线的接口：电口（RJ45  100个/盒）。

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