2.1 计算机网络基础

2.1.1 计算机网络概述

计算机网络也称计算机通信网，通常的定义是：一些相互连接、以共享资源为目的、自治的计算机集合。从逻辑功能上看，计算机网络是以传输信息为目的，用通信线路将多台计算机连接起来的计算机系统的集合；从用户角度看，计算机网络是一个能自动管理的网络操作系统，由它调用完成用户所需资源。比较通用的定义是：计算机网络是利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传输的系统。从整体上来说，计算机网络就是把分布在不同区域的计算机与专门的外部设备通过通信线路连接成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。

为了使不同厂家生产的计算机能够相互通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，国际标准化组织（ISO）在1978年提出了开放系统互联（OSI）参考模型（见图2.1），即著名的OSI/RM模型。OSI参考模型将计算机网络体系结构划分为七层，自下而上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。其中第四层完成数据传输服务，上面三层面向用户。

（1）物理层（Physical Layer）。物理层为上层提供了一个传输数据的可靠传输介质，确保原始数据可在各种传输介质上传输。物理层有两个重要设备，即中继器和集线器。

（2）数据链路层（Data Link Layer）。数据链路层在物理层的基础上向网络层提供服务，将源自网络层的数据可靠地传输到相邻节点的网络层。为达到这一目的，数据链路必须解决一系列相应的问题：如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧，帧是数据链路层的传输单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率，使发送方与接收方相匹配，以及如何在两个网络实体之间建立、维持和释放数据链路，使数据链路层在不可靠的传输介质上提供可靠的传输服务。数据链路层的作用包括：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

有关数据链路层的重点知识包括：

① 数据链路层为网络层提供可靠的数据传输。

② 基本数据单位为帧。

③ 主要的协议包括以太网协议。

④ 两个重要设备：网桥和交换机。

（3）网络层（Network Layer）。网络层实现了两个端系统之间的数据透明传输，具体功能包括寻址，路由选择，连接的建立、保持和终止等。网络层提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输技术和数据交换技术。

网络层中涉及众多的协议，其中包括TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传输服务。IP协议的主要功能包括无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用、实现其功能的还有地址解析协议（Address Resolution Protocol, ARP）、逆地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol, RARP）、互联网控制报文协议（Internet Control Message Protocol, ICMP）、互联网组管理协议（Internet Group Management Protocol, IGMP）。有关网络层的重点知识包括：

① 网络层负责子网间数据报的路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互联等功能。

② 基本数据单位为数据报。

③ 主要的协议包括IP、ICMP、ARP、RARP。

④ 重要的设备：路由器。

（4）传输层（Transport Layer）。传输层是第一个端到端的层次，即主机到主机的层次。传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外，传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。

传输层的任务是根据通信子网的特性，最佳地利用网络资源，为两个端系统的会话层提供建立、维护和取消传输连接的服务，负责端到端的数据传输。在传输层中，数据传输的协议数据单元称为数据段或数据报。

网络层负责根据网络地址将源节点发送的数据传输到目的节点，传输层负责将数据传输到相应的端口。

有关网络层的重点知识包括：

① 传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输，以及端到端的差错控制和流量控制问题。

② 主要的协议包括TCP、UDP。

③ 重要的设备：网关。

（5）会话层（Session Layer）。会话层管理主机之间的会话进程，即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层可以通过在数据中插入校验点来实现数据的同步。

（6）表示层（Presentation Layer）。表示层对上层数据或信息进行变换，以保证一个主机的应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据加密、压缩、格式转换等。

（7）应用层（Application Layer）。为操作系统或网络应用程序提供访问Web服务的接口。

会话层、表示层和应用层的重点知识包括：

数据传输的基本单位为数据报

主要的协议包括FTP、Telnet、DNS、SMTP、POP3、HTTP。