计算机网络中科大 - 第1章 结构化笔记（详细解析）
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目录
- **1. 计算机网络概述**
- **1.1 计算机网络的定义**
- **1.2 计算机网络的发展**
- **2. 计算机网络的组成与分类**
- **2.1 计算机网络的组成**
- **2.2 计算机网络的分类**
- **按地理范围**
- **按拓扑结构**
- **按交换方式**
- **3. 计算机网络的性能指标**
- **4. 计算机网络体系结构**
- **4.1 计算机网络体系结构概述**
- **4.2 OSI 七层模型**
- **4.3 TCP/IP 四层模型**
- **5. 计算机网络的协议**
- **6. 计算机网络的应用**
- **7. 计算机网络安全**
- **7.1 网络攻击类型**
- **7.2 网络安全防护措施**
1. 计算机网络概述
1.1 计算机网络的定义
- 计算机网络是互连的计算机系统，通过通信设备和协议，实现数据共享、远程访问和信息交换。
- 核心目标：
- 数据通信
- 资源共享（如文件、打印机）
- 分布式计算
- 提高系统可靠性
1.2 计算机网络的发展
计算机网络的发展经历了多个阶段：
-
远程终端连接阶段（1950-1960s）
- 采用集中式计算，远程终端通过电话线连接主机。
- 代表技术：IBM 360 计算机
-
计算机互联阶段（1970s）
- 计算机可以通过**局域网（LAN）**互联。
- 代表技术：以太网（Ethernet）、分组交换技术
-
互联网（Internet）形成阶段（1980s-1990s）
- TCP/IP协议成为标准，全球网络形成。
- 代表技术：TCP/IP协议、DNS、WWW
-
现代网络阶段（2000s-至今）
- 移动互联网、云计算、物联网（IoT）、5G通信、人工智能（AI）等技术发展。
2. 计算机网络的组成与分类
2.1 计算机网络的组成
计算机网络由硬件、软件、协议三部分组成：
- 硬件：
- 终端设备（PC、服务器）
- 网络设备（交换机、路由器）
- 传输介质（光纤、双绞线）
- 软件：
- 操作系统中的网络协议栈
- 网络管理软件（如Wireshark）
- 应用软件（如浏览器、邮件客户端）
- 协议：
- 网络通信的规则，如TCP/IP、HTTP、FTP等。
2.2 计算机网络的分类
按地理范围
| 网络类型 | 特点 |
|---|---|
| 广域网（WAN） | 覆盖大区域，如互联网 |
| 城域网（MAN） | 覆盖城市级网络 |
| 局域网（LAN） | 企业/校园内部网络 |
| 个人区域网（PAN） | 个人设备间通信，如蓝牙 |
按拓扑结构
- 总线型（所有设备共享一条通信线路）
- 星型（所有设备连接到中央节点）
- 环型（设备依次相连，形成闭环）
- 网状型（设备互连，冗余度高）
按交换方式
- 电路交换（如传统电话网络）
- 分组交换（如互联网）
- 报文交换（适用于大文件传输）
3. 计算机网络的性能指标
计算机网络性能衡量指标包括：
- 带宽（Bandwidth）：单位时间内数据传输能力（bps）。
- 时延（Latency）：数据从源端到目的端的时间，分为：
- 传播时延：信号传播所需时间。
- 传输时延：数据从主机发送到信道所需时间。
- 排队时延：网络设备排队等待处理的时间。
- 吞吐量（Throughput）：单位时间内成功传输的数据量。
- 丢包率（Packet Loss Rate）：丢失数据包的比例。
- 可靠性（Reliability）：衡量网络系统的稳定性，如故障恢复能力。
4. 计算机网络体系结构
4.1 计算机网络体系结构概述
计算机网络体系结构采用分层模型，主要包括：
- OSI七层模型
- TCP/IP四层模型
4.2 OSI 七层模型
| 层次 | 功能 | 典型协议/设备 |
|---|---|---|
| 应用层 | 提供应用服务 | HTTP、FTP、SMTP |
| 表示层 | 数据格式转换 | 加密、解密 |
| 会话层 | 维护会话 | 会话建立、管理 |
| 传输层 | 端到端通信 | TCP、UDP |
| 网络层 | IP寻址与路由 | IP、ICMP、路由器 |
| 数据链路层 | 物理寻址 | 以太网、MAC地址 |
| 物理层 | 比特流传输 | 光纤、双绞线 |
4.3 TCP/IP 四层模型
| 层次 | 功能 | 对应OSI层 |
|---|---|---|
| 应用层 | 提供应用协议 | OSI应用层、表示层、会话层 |
| 传输层 | 端到端传输 | OSI传输层 |
| 网络层 | 路由和寻址 | OSI网络层 |
| 网络接口层 | 物理连接 | OSI数据链路层、物理层 |
5. 计算机网络的协议
计算机网络协议用于定义通信规则：
- 应用层协议：
- HTTP/HTTPS（超文本传输协议）
- FTP（文件传输协议）
- SMTP/POP3/IMAP（电子邮件协议）
- 传输层协议：
- TCP（可靠的面向连接协议）
- UDP（无连接的快速传输协议）
- 网络层协议：
- IP（提供IP地址寻址）
- ICMP（用于错误报告）
- ARP（IP地址到MAC地址映射）
- 数据链路层协议：
- 以太网协议（Ethernet）
- Wi-Fi（802.11）（无线网络协议）
6. 计算机网络的应用
计算机网络的广泛应用：
- 互联网：
- 浏览器、电子邮件、社交媒体
- 云计算：
- 云存储、云服务器
- 物联网（IoT）：
- 智能家居、智慧城市
- 远程办公与在线教育
- 网络安全：
- 数据加密、防火墙、入侵检测
7. 计算机网络安全
7.1 网络攻击类型
- DDoS攻击（分布式拒绝服务攻击）
- 中间人攻击（MITM）
- SQL注入
- 跨站脚本攻击（XSS）
- 社会工程学攻击
7.2 网络安全防护措施
- 加密技术（如TLS/SSL）
- 防火墙（访问控制）
- 入侵检测系统（IDS）
- VPN（虚拟专用网）