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计算机网络基础知识

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📄 教材出处 · 第 3 小时《计算机网络》 (书第 28–34 页) ▸ 查看原文摘录 打开教材 PDF ↗
第 28 页 ↗计算机网络基础知识 3.0 章节考点分析 主要学习计算机网络的基本概念、通信技术、网络技术、组网技术和网络工程等内容。
第 29 页 ↗计算机网络基础知识 21 【导读小贴士】 尽管计算机网络是计算机系统信息共享和信息传输必不可少的重要组成部分,大量的高级架构 知识如分布式、高并发、面向服务、微服务、云原生等均与网络密不可分,但是这一小时的内容不 作为考试学习研究的重点。
第 30 页 ↗设置最小帧长是为了避免冲突,最小 帧长是根据网络中检测冲突的最长时间来定的。
第 31 页 ↗ 2.网络协议 OSI/RM七层模型见表3.1。
第 32 页 ↗和服务器之间需建立两条 TCP 连接,一条用于传送控制信息(使用 21 号端口),另一条用于传送 文件内容(使用20号端口)。
第 33 页 ↗ (2)链路聚合协议,可以提升与邻接交换设备之间的端口带宽和提高链路可靠性。

知识点目录(共 8 项)

  1. 网络分类与拓扑结构;通信技术:奈奎斯特 / 香农定理、CRC 差错控制、复用技术(FDM / TDM / WDM)
  2. 5G 三大场景(eMBB / uRLLC / mMTC)
  3. OSI 七层 vs TCP/IP 四层模型、各层功能与设备归属
  4. 各层协议:ARP / IP / ICMP / TCP / UDP / HTTP / FTP / SMTP / DNS / DHCP
  5. TCP vs UDP、三次握手 / 四次挥手、滑动窗口
  6. IP 地址与子网划分计算(必考)、CIDR、IPv6
  7. DNS 递归 / 迭代查询;路由协议 RIP / OSPF / BGP
  8. 组网技术:交换机 / 路由器 / 三层交换 / VLAN / 无线(WLAN / 蓝牙 / ZigBee / NFC);网络工程阶段

知识点详解

一、网络指标与通信技术

指标分两类:① 性能指标——速率、带宽、吞吐量、时延(发送时延 / 传播时延 / 排队时延 / 处理时延);② 非性能指标——费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、易管理性、可维护性。

两个必考公式(选择题计算题):

定理公式说明
奈奎斯特定理(无噪声信道)极限速率 = 2W·log₂V (b/s)W 为信道带宽(Hz),V 为码元离散电平数目;有限电平数即可,与信噪比无关
香农定理(有噪声信道)C = W·log₂(1+S/N) (b/s)S/N 为信噪比;若给出 dB,先换算:dB = 10·lg(S/N),如 30dB → S/N=1000

复用技术(一条信道传多路数据):TDM 时分复用、FDM 频分复用、CDM 码分复用、WDM 波分复用(光纤)——"一条路上跑多辆车"。多址技术(一条线上多个用户同时传数据):TDMA、FDMA、CDMA——"一辆车上的货属于不同用户"。

差错控制:CRC 循环冗余校验(模 2 除法,只检错不纠错);海明码可纠 1 位错(2^r ≥ m+r+1)。

5G 网络三大特征:① 高速率、低时延、高接入用户数;② 服务化架构 SBA(网络功能灵活定制、按需组合、软件快速迭代);③ 网络切片(单个物理网络切分出多个隔离的逻辑网络,还引入基于 FlexE 灵用以太网的硬切片)。三大应用场景:eMBB 增强移动宽带 / uRLLC 超高可靠低时延通信 / mMTC 海量机器类通信。

💡 记忆:奈奎斯特"无噪 2W log₂V",香农"有噪 W log₂(1+S/N)"——无噪没有 S/N,有噪必须加 S/N;给出 dB 先除以 10 取 lg 还原 S/N。5G 场景口诀"大带宽、低时延、大连接"。

二、网络分类与拓扑

类型标准/要点
局域网 LAN有限地理范围封闭型网络;5 种拓扑:总线型、星型、树型、环型、网状
以太网IEEE 802.3;数据帧最小 64 字节(依据:网络中检测冲突的最长时间,为避免冲突),最大 1518 字节
无线局域网 WLANIEEE 802.11(a/b/g/n/ac 等子标准),拓扑有点对点型(互联与延长)、Hub 型(终端接入)、完全分布型(理论阶段);802.11n 速率可达 200Mb/s,802.11ac 可达 1Gb/s
广域网 WAN通信子网 + 资源子网;分公共/专用/无线传输网络 3 类;技术:SONET、SDH、DDN、FR 帧中继、ATM
城域网 MANIEEE 802.6;分核心层、汇聚层、接入层 3 层
个人无线覆盖覆盖范围从小到大:蓝牙 802.15.1(约 10m)< ZigBee 802.15.4(10~100m)< WLAN 802.11n(约 100m)< WiMAX 802.16m(2~10km)——蓝牙最小(真题)
⚠️ 真题辨析:最小帧长 64 字节是根据"检测冲突的最长时间"定的(不是最短时间、不是最小信息单位);1518 是最大帧长不是最小帧长选项干扰。

三、OSI 七层 vs TCP/IP 四层与设备归属

7 应用层|6 表示层|5 会话层 4 传输层(端到端,端口) 3 网络层(点到点,路由) 2 数据链路层(帧,差错/流量控制) 1 物理层(比特流) TCP/IP 应用层 FTP / Telnet / SMTP / SNMP HTTP / HTTPS / DNS / DHCP / NFS = OSI 的应用+表示+会话 网际层:IP / ICMP / ARP / RARP 传输层:TCP(可靠)/ UDP(不可靠) = OSI 的传输层 TCP/IP 网络接口层 = OSI 的数据链路层 + 物理层(Ethernet 802.3 / FDDI 等) 设备层级:Hub 中继器=物理层|网桥 交换机=数据链路层|路由器 防火墙=网络层 交换机还有隔离冲突域功能;防火墙是网络对外的门户
图 1 OSI 七层与 TCP/IP 四层映射及设备层级
层功能关键词
应用层直接为终端用户服务,提供应用过程接口
表示层数据表示/编码约定、本地句法转换(加密、压缩也在此层)
会话层建立/维护/管理会话连接,安全验证、同步、重建中断会话
传输层端到端透明传送;服务访问点为端口;TCP 保证无差错、按序、无丢失、无冗余
网络层路由选择、阻塞控制、网络互连;虚电路分组交换与数据报分组交换
数据链路层封装成帧、差错控制、流量控制、点到点帧传输
物理层比特流传输;机械/电气/功能/规程 4 特性

四、应用层协议与端口(必背表)

协议底层端口要点
FTPTCP21 控制 / 20 数据客户机与服务器间建立两条 TCP 连接
TFTPUDP69简单文件传输,不可靠,用超时重传保证到达,无存取授权与认证
HTTPTCP80超文本传输
HTTPSTCP443HTTP + SSL/TLS,传输加密+身份认证
SMTPTCP25发邮件(收邮件为 POP3 110)
SNMPUDP161网络管理
DNSUDP/TCP53域名→IP(PTR 记录反向:IP→域名);迭代查询=返回其他服务器引用、本地服务器继续访问;递归查询=服务器彻底解析并返回最终结果
DHCPUDP67/68动态分配 IP/网关/DNS 地址;多个 DHCP 服务器发 OFFER 时,客户端只根据第一个收到的 OFFER 返回 REQUEST

TCP vs UDP(高频辨析):TCP——可靠的、面向连接,差错校验和重传、流量控制、拥塞控制,适合数据量小、可靠性要求高的场合;UDP——不可靠的、无连接,适合数据量大、可靠性要求不高、要求速度快的场合。二者共同点:均提供端口寻址(真题:连接管理/差错重传/流量控制是 TCP 独有)。

IPv4 → IPv6 过渡技术 3 种:双协议栈、隧道技术、NAT-PT。IP 数据报目的地址:单播、多播/组播、任播。

五、交换机与路由器协议

交换机功能:集线、中继、桥接、隔离冲突域。协议:① STP 生成树协议——解决链路环路问题;② 链路聚合——提升端口带宽、提高链路可靠性。

路由器功能:异种网络互连、子网协议转换、数据路由、速率适配、隔离网络、报文分片和重组、备份和流量控制。协议:

💡 记忆:"对内 IGP(RIP/OSPF),对外 BGP 一统天下"。RIP 数跳数(≤15),OSPF 算链路代价。

六、网络工程与分层设计

网络建设 3 环节:网络规划(需求为导向,兼顾技术与工程可行性)→ 网络设计(逻辑设计 + 物理设计)→ 网络实施(工程实施计划、设备验收、安装调试、试运行切换、用户培训)。

逻辑设计:网络结构设计、技术选型、IP 地址和路由设计、网络冗余设计、网络安全设计;物理设计:布线设计、机房设计、设备选型。

冗余设计概念要点(真题高发)
目的避免网络组件单点失效造成应用失效
备用路径主路径失效时才启用,与主路径承担不同的网络负载("同时投入使用分担流量"是错误说法)
负载分担通过并行链路提供流量分担来提高性能;存在备用链路时可加入负载分担设计减轻主路径负担

分层设计 3 层:

💡 本节框架:"指标两分 → 通信(复用/多址/5G)→ 网络(LAN/WAN/MAN/5 代移动通信)→ 组网(设备层级/协议端口/TCP-UDP/交换路由)→ 工程(3 环节/冗余/3 层)"。上午计算题优先练:奈奎斯特/香农、子网划分、最小帧长。