网络规划设计师学习笔记
一、计算机网络概述1. 计算机网络的定义标准定义将分散的、具有独立功能的计算机系统通过通信设备与线路连接起来由功能完善的软件实现资源共享的系统。核心关键词分散 → 多台计算机通信设备与线路 → 硬件基础软件 → 协议、操作系统资源共享 → 最终目的数据、硬件、软件共享2. 网络组成三要素要素内容例子硬件计算机、通信设备、传输介质路由器、交换机、网线、光纤软件网络协议、网络操作系统TCP/IP、Windows Server、Linux协议通信规则和标准HTTP、TCP、IP3. 网络分类考试重点按覆盖范围分类类型范围典型应用特点PAN个域网10米内蓝牙、USB个人设备互联LAN局域网1公里内办公室、家庭WiFi高速、低延迟、私有MAN城域网5-50公里城市光纤网络覆盖一个城市WAN广域网几十到几千公里互联网、跨国专线低速、高延迟、公共按拓扑结构分类拓扑结构优点缺点适用场景总线型所有节点连一条总线布线简单、成本低单点故障、扩展难早期以太网星型中心节点连接所有节点易管理、故障隔离中心节点故障全瘫现代局域网交换机为中心环型节点首尾相连成环传输延迟确定单点故障可破坏全网令牌环网淘汰树型层次化的星型结构易扩展、适合大规模根节点故障影响大企业网、校园网网状型节点之间多路径连接可靠性高、容错强成本高、配置复杂广域网核心、互联网骨干考试重点星型最常用网状型可靠性最高。按交换方式分类方式特点例子电路交换独占线路、实时性好、资源浪费传统电话报文交换存储转发、整条报文传输、延迟大早期电报分组交换存储转发、分组传输、效率高现代互联网IP现代网络基本都是分组交换。4. 三网融合网络传统业务融合后电信网络电话、短信语音、数据、视频有线电视网络电视节目宽带、点播、互动计算机网络数据传输语音VoIP、视频IPTV融合技术基础数字化 IP协议统一承载。二、OSI参考模型 ⭐⭐⭐核心中的核心1. 为什么分层分层目的说明复杂问题简单化每层只解决一类问题独立发展某层技术升级不影响其他层标准化接口层与层之间接口统一便于互连促进竞争不同厂商可在同一层实现不同技术2. 七层模型层号名称英文数据单元核心功能典型设备/协议7应用层Application数据Data为用户应用提供服务HTTP、FTP、SMTP、DNS6表示层Presentation数据数据格式转换、加密解密、压缩解压SSL/TLS、JPEG、ASCII5会话层Session数据建立、管理、终止会话NetBIOS、RPC4传输层Transport段Segment端到端可靠传输、流量控制TCP、UDP3网络层Network分组/包Packet逻辑寻址、路由选择、拥塞控制IP、ICMP、ARP、路由器2数据链路层Data Link帧Frame物理寻址、帧的封装与解封、差错检测Ethernet、PPP、交换机1物理层Physical比特Bit比特流传输、物理接口、电气特性网线、光纤、集线器、中继器助记口诀应表会传网数物从高层到低层或 物数网传会表应从低层到高层3. 各层详细功能第7层应用层直接为用户应用提供服务不是应用程序本身而是应用程序使用的网络服务常见协议HTTP网页、FTP文件、SMTP邮件、DNS域名、Telnet远程登录、SSH安全远程第6层表示层数据表示格式ASCII、Unicode、EBCDIC加密解密SSL/TLS压缩解压JPEG、MPEG、GIF数据转换不同计算机系统之间的数据格式转换第5层会话层建立会话如登录远程服务器管理会话保持会话活跃、同步终止会话正常断开或异常断开处理会话恢复断点续传第4层传输层 ⭐⭐⭐核心功能端到端通信进程到进程可靠传输TCP或 不可靠传输UDP端口寻址区分同一主机上的不同应用流量控制、拥塞控制TCPTCP vs UDP特性TCPUDP连接类型面向连接无连接可靠性可靠确认、重传、排序不可靠传输顺序保证不保证流量控制有滑动窗口无拥塞控制有无开销大20字节头部小8字节头部速度慢快适用场景文件传输、网页、邮件视频直播、DNS、在线游戏、VoIPTCP三次握手客户端 → SYN → 服务端客户端 ← SYNACK ← 服务端客户端 → ACK → 服务端TCP四次挥手客户端 → FIN → 服务端客户端 ← ACK ← 服务端客户端 ← FIN ← 服务端客户端 → ACK → 服务端第3层网络层 ⭐⭐⭐核心功能逻辑寻址IP地址全球唯一路由选择选择最佳路径分组转发跨网络传输拥塞控制关键协议IP核心协议提供无连接、不可靠的分组传输ICMP网络控制报文ping命令IGMP组播组成员管理ARPIP地址 → MAC地址RARPMAC地址 → IP地址已淘汰路由协议RIP、OSPF、BGPIP地址分类IPv4类型范围默认掩码用途A类1.0.0.0 ~ 126.255.255.255255.0.0.0大型网络B类128.0.0.0 ~ 191.255.255.255255.255.0.0中型网络C类192.0.0.0 ~ 223.255.255.255255.255.255.0小型网络D类224.0.0.0 ~ 239.255.255.255—组播E类240.0.0.0 ~ 255.255.255.255—保留/实验私有IP地址不会出现在公网10.0.0.0 ~ 10.255.255.255172.16.0.0 ~ 172.31.255.255192.168.0.0 ~ 192.168.255.255第2层数据链路层 ⭐⭐核心功能物理寻址MAC地址48位全球唯一帧的封装与解封差错检测CRC校验介质访问控制MAC子层MAC地址格式00:1A:2B:3C:4D:5E↑前24位厂商代码OUI↑后24位设备唯一编号数据链路层分为两个子层LLC逻辑链路控制与上层交互MAC介质访问控制与物理层交互控制对介质的访问常见协议Ethernet以太网、PPP、HDLC、ATM、Frame Relay第1层物理层核心功能比特流传输物理接口RJ45、光纤接口、BNC电气特性电压、电流、传输速率机械特性接口形状、引脚数目规程特性信号时序传输介质有线双绞线UTP/STP、同轴电缆、光纤单模/多模无线无线电波、微波、红外线、激光物理层设备中继器Repeater信号放大延长传输距离集线器Hub多端口中继器广播所有端口4. 数据封装与解封装封装过程发送方从上到下应用层数据↓表示层 表示层头部 → 数据↓会话层 会话层头部 → 数据↓传输层 TCP/UDP头部 → 段Segment↓网络层 IP头部 → 分组/包Packet↓数据链路层 帧头MAC地址 帧尾CRC → 帧Frame↓物理层→ 比特流Bit解封装过程接收方从下到上物理层比特流↓数据链路层去帧头帧尾 → 分组↓网络层去IP头 → 段↓传输层去TCP/UDP头 → 数据↓会话层去会话层头 → 数据↓表示层去表示层头 → 数据↓应用层去应用层头 → 原始数据各层数据单元名称层数据单元名称英文应用层/表示层/会话层数据Data传输层段TCP/数据报UDPSegment / Datagram网络层分组/包Packet数据链路层帧Frame物理层比特Bit助记数段分包帧比从上到下5. 层间关系服务、接口、协议概念定义类比服务Service下层为上层提供的功能快递公司提供送货服务接口Interface层与层之间的交互边界快递公司的收件窗口协议Protocol对等层之间的通信规则快递行业的统一运单格式SAP服务访问点层间接口的地址标识。传输层SAP 端口号网络层SAP IP地址数据链路层SAP MAC地址三、TCP/IP模型 ⭐⭐⭐1. 四层结构TCP/IP层对应OSI层核心协议数据单元应用层应用层表示层会话层HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet、SSH数据传输层传输层TCP、UDP段/数据报网际层网络层IP、ICMP、IGMP、ARP、RIP、OSPF、BGP分组网络接口层数据链路层物理层Ethernet、PPP、Wi-Fi、ARP帧/比特2. TCP/IP vs OSI 对比特性OSITCP/IP层数7层4层理论性理论模型先模型后协议实践模型先协议后模型通用性通用不绑定具体协议绑定TCP/IP协议族网络层连接无连接服务只有无连接IP传输层只有面向连接面向连接TCP无连接UDP普及度理论指导实际应用广泛3. 为什么TCP/IP合并了OSI的层合并的层理由应用层表示层会话层 → 应用层实际编程中由同一软件处理功能耦合数据链路层物理层 → 网络接口层硬件驱动统一管理软件不关心物理细节4. TCP/IP数据封装过程应用层HTTP请求 GET /index.html↓传输层 TCP头源端口52000目标端口80序号确认号↓网际层 IP头源IP 192.168.1.5目标IP 220.181.38.148TTL↓网络接口层 Ethernet头源MAC本机目标MAC网关 CRC↓物理层→ 0101010101... 比特流四、网络设备与OSI层对应 ⭐⭐设备工作层核心功能特点中继器物理层信号放大、延长距离无脑放大不识别地址集线器物理层多端口中继广播共享带宽冲突域大网桥数据链路层连接两个LAN基于MAC转发可隔离冲突域交换机数据链路层基于MAC地址转发多端口每个端口独立带宽隔离冲突域路由器网络层基于IP地址转发选择路径隔离广播域连接不同网络网关传输层及以上协议转换连接不同架构的网络关键概念概念定义设备影响冲突域可能产生信号冲突的区域交换机每个端口一个冲突域集线器所有端口一个冲突域广播域广播帧能到达的范围路由器隔离广播域交换机不隔离五、常见协议与层次对应表应用层协议协议全称端口功能传输层协议HTTP超文本传输协议80网页浏览TCPHTTPSHTTP SSL443安全网页浏览TCPFTP文件传输协议20/21文件上传下载TCPSFTPSSH文件传输22安全文件传输TCPSMTP简单邮件传输25发送邮件TCPPOP3邮局协议v3110接收邮件TCPIMAP互联网邮件访问143在线接收邮件TCPTelnet远程登录23明文远程控制TCPSSH安全外壳22加密远程控制TCPDNS域名系统53域名→IP解析UDP默认/TCPDHCP动态主机配置67/68自动分配IPUDPSNMP简单网络管理161网络设备监控UDPTFTP简单文件传输69轻量文件传输UDPNTP网络时间协议123时间同步UDP传输层协议协议特点应用场景TCP可靠、面向连接、三次握手、四次挥手网页、邮件、文件传输UDP不可靠、无连接、快速DNS、视频直播、在线游戏、VoIP网络层协议协议功能说明IP逻辑寻址、路由、分组转发核心协议无连接、不可靠ICMP网络控制报文ping、tracerouteIGMP组播组成员管理视频会议、IPTVARPIP地址 → MAC地址局域网内地址解析RARPMAC地址 → IP地址已淘汰被DHCP取代RIP距离向量路由协议跳数最多15小型网络OSPF链路状态路由协议快速收敛大型网络BGP边界网关协议互联网骨干自治系统间数据链路层协议协议特点应用场景Ethernet最常用CSMA/CD有线局域网Wi-Fi (802.11)无线CSMA/CA无线局域网PPP点对点拨号认证拨号上网、ADSLHDLC面向比特同步传输广域网老旧PPPoEPPP over Ethernet宽带拨号L2TP二层隧道VPNATM信元交换固定53字节早期广域网淘汰六、关键考点总结考点1OSI七层顺序从上到下应用层 → 表示层 → 会话层 → 传输层 → 网络层 → 数据链路层 → 物理层数据单元数据 → 数据 → 数据 → 段 → 分组 → 帧 → 比特助记应表会传网数物数段分包帧比考点2TCP/IP四层与OSI七层对应OSI: 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层↑_________________↓ ↑ ↑ ↑______________↓TCP/IP: 应用层 传输层 网际层 网络接口层考点3设备与层对应设备层中继器、集线器物理层网桥、交换机数据链路层路由器网络层网关传输层及以上考点4协议与层对应协议层HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet、SSH、DHCP、SNMP应用层TCP、UDP传输层IP、ICMP、IGMP、ARP、RIP、OSPF、BGP网络层Ethernet、PPP、HDLC、Wi-Fi数据链路层考点5TCP vs UDPTCPUDP连接面向连接无连接可靠性可靠不可靠顺序保证不保证速度慢快应用网页、邮件、文件DNS、视频、游戏考点6数据封装过程应用层数据↓ TCP/UDP头传输层段↓ IP头网络层分组↓ 帧头MAC 帧尾CRC数据链路层帧↓物理层比特流考点7ARP工作原理常考主机查本地ARP缓存表没有则发送ARP广播请求目标MACFF:FF:FF:FF:FF:FF目标主机回复ARP单播响应请求方更新ARP缓存表ARP只能在同一局域网内工作跨网段需要经过网关。考点8IP地址与MAC地址区别IP地址MAC地址层次网络层数据链路层长度32位IPv4/128位IPv648位分配方式逻辑分配可更改硬件烧录全球唯一变化性可随网络变化固定不变范围全局路由局域网内有效格式点分十进制十六进制冒号分隔七、易混淆点辨析辨析1DNS用TCP还是UDP场景协议原因普通DNS查询UDP一次请求一次响应快区域传输主从同步TCP数据量大需要可靠DNS响应超过512字节TCPUDP报文最大512字节默认用UDP大数据用TCP。辨析2交换机 vs 路由器交换机路由器工作层数据链路层网络层寻址依据MAC地址IP地址转发范围同一局域网内跨网络隔离冲突域✅ 每个端口一个✅ 每个端口一个隔离广播域❌ 不隔离✅ 隔离路由功能❌ 无✅ 有辨析3TCP三次握手 vs 四次挥手三次握手四次挥手目的建立连接断开连接为什么次数不同同步双方初始序号ACK和SYN可合并双方数据可能没发完FIN和ACK不能合并状态变化CLOSED → SYN_SENT → ESTABLISHEDESTABLISHED → FIN_WAIT → TIME_WAIT → CLOSED辨析4冲突域 vs 广播域概念定义被什么设备隔离冲突域可能产生信号碰撞的区域交换机每个端口一个、路由器广播域广播帧能到达的范围只有路由器能隔离八、真题演练题1OSI模型中实现端到端可靠传输的是哪一层答案传输层解析传输层提供端到端进程到进程的通信服务TCP实现可靠传输。题2下列设备中能隔离广播域的是A. 集线器 B. 网桥 C. 交换机 D. 路由器答案D. 路由器解析只有路由器工作在网络层能隔离广播域。交换机、网桥、集线器都不能。题3TCP和UDP的主要区别是答案要点TCP面向连接、可靠、有序UDP无连接、不可靠、无序TCP有流量控制和拥塞控制UDP没有TCP适用于要求可靠性的应用UDP适用于实时性要求高的应用题4数据从应用层到物理层各层数据单元依次是答案数据 → 段 → 分组 → 帧 → 比特题5ARP协议的作用是什么工作在哪一层答案将IP地址解析为MAC地址工作在网络层或数据链路层与网络层之间。九、本章自检清单知识点是否掌握自测方法OSI七层顺序☐闭眼背诵应表会传网数物各层数据单元☐背诵数段分包帧比TCP/IP四层☐画出与OSI的对应图TCP vs UDP☐说出5个区别三次握手/四次挥手☐画出状态转换图常见协议与层对应☐随机抽10个协议说出层次设备与层对应☐说出中继器/集线器/交换机/路由器/网关的层封装过程☐画出完整封装图ARP工作原理☐解释为什么ARP只能局域网内工作IP vs MAC☐说出5个区别
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