计算机网络基本
计算机网络基本概念是网络技术的基础,涵盖了计算机网络的定义、类型、发展历程及其各种重要概念。下面详细讲解这些内容:
1. 计算机网络的基本概念
计算机网络(Computer Network)指的是由多个计算机和其他硬件设备通过通信链路连接起来,通过交换信息资源和共享硬件、软件资源的系统。计算机网络的核心目标是实现计算机之间的数据传输、资源共享和远程访问。
计算机网络的主要功能包括:
数据通信:传输数据,如电子邮件、网页浏览、文件共享等。
资源共享:共享硬件(如打印机、硬盘)、软件(如操作系统、应用程序)。
远程访问:用户可以在任何地方访问网络上的资源,远程登录、访问数据库等。
2. 计算机网络的主要形式和发展历程
a. 计算机网络的主要形式
计算机网络的主要形式包括:
局域网(LAN, Local Area Network):覆盖范围较小,通常用于同一建筑或相邻建筑之间的计算机连接。LAN的传输速度较高,成本较低,常用于办公室、学校和家庭等地方。
广域网(WAN, Wide Area Network):覆盖范围广泛,连接不同地理位置的计算机,常见的例子是互联网。WAN的数据传输速度较低,但能够跨越更大的物理距离。
城域网(MAN, Metropolitan Area Network):介于局域网和广域网之间,覆盖一个城市或较大的区域。适用于公司或组织的多个办公地点之间的网络连接。
个人局域网(PAN, Personal Area Network):用于短距离连接,如蓝牙和Wi-Fi设备之间的连接,通常覆盖一个小范围(几米到十几米)。
无线局域网(WLAN, Wireless Local Area Network):使用无线技术(如Wi-Fi)连接计算机和设备。相比传统有线局域网,WLAN提供了更高的灵活性。
b. 计算机网络的发展历程
- 1950年代:计算机网络的雏形开始出现,计算机通过直接连接共享资源。
- 1960年代:美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助了一个名为ARPANET的项目,这是现代互联网的前身,首次实现了计算机间的远程通信。
- 1970年代:TCP/IP协议的开发和ARPANET的扩展,为全球网络的连通性奠定了基础。
- 1980年代:随着个人计算机的普及,局域网技术(如以太网)开始快速发展。互联网逐渐由学术研究走向商用。
- 1990年代:互联网迅速发展,全球范围内的计算机和设备实现了互联互通。浏览器和网页技术的出现大大推动了互联网的发展。
- 2000年代至今:互联网应用蓬勃发展,移动互联网、云计算、大数据、物联网(IoT)等技术推动了网络的进一步演化。
3. 网络的分类及常见概念
计算机网络可以根据不同的标准进行分类,常见的分类方式包括:
a. 根据网络覆盖范围分类
- 局域网(LAN):通常指一个小范围内的网络(如办公室、家庭、学校)。
- 广域网(WAN):覆盖更广泛区域的网络,通常跨越多个城市、国家或全球。
- 城域网(MAN):城市范围内的网络。
b. 根据网络拓扑结构分类
网络拓扑结构描述了计算机和其他设备在网络中如何互联,常见的拓扑结构包括:
总线拓扑(Bus Topology):所有设备通过单根共享的传输介质进行连接,常见于小型局域网。
星型拓扑(Star Topology):所有设备通过独立的连接线连接到一个中心节点(如交换机或路由器),这是一种非常常见的网络结构。
环型拓扑(Ring Topology):设备按环形连接,每个设备通过单一连接与两个相邻设备相连,常见于令牌环网络。
网状拓扑(Mesh Topology):每个设备都与其他设备直接连接,提供多路径冗余,具有高可靠性,但布线成本高。
树型拓扑(Tree Topology):是星型拓扑的扩展,多个星型拓扑连接形成树形结构,适用于较大规模的网络。
c. 根据数据传输方式分类
网络交换方式有以下几种常见类型:
电路交换(Circuit Switching):在通信过程中为通话双方建立一条固定的通信线路(如传统的电话网络)。
分组交换(Packet Switching):数据被分成小的数据包,并通过网络传输,每个包独立选择最优路径进行传输。互联网使用的就是分组交换。
报文交换(Message Switching):整体数据作为一个消息进行传输,适用于较大的消息,但效率较低,较少应用。
d. 性能指标
计算机网络的性能衡量标准包括以下几项:
带宽(Bandwidth):网络传输能力,通常以比特每秒(bps)表示,表示网络每秒钟能传输的数据量。
吞吐量(Throughput):实际数据传输速率,与带宽相关,但也受网络拥塞、延迟等因素影响。
时延(Latency):数据从源节点到达目标节点所需的时间。包括传播时延、处理时延和排队时延等。
可靠性(Reliability):网络在给定时间内正常工作的概率,通常与网络的冗余设计、故障检测和恢复机制相关。
丢包率(Packet Loss Rate):数据包在网络中丢失的比例,丢包率高可能导致网络性能下降。
抖动(Jitter):数据包到达的时间变化,通常影响实时通信应用(如VoIP或视频会议)的质量。
4. 其他常见网络概念
a. 网络协议
网络协议是计算机之间通信的规则和约定,它们确保数据能够可靠地传输。常见的网络协议包括:
- TCP/IP(传输控制协议/互联网协议):用于互联网和局域网中数据传输的核心协议。
- HTTP(超文本传输协议):用于万维网上传输网页的协议。
- FTP(文件传输协议):用于文件在计算机之间传输的协议。
- DNS(域名系统):用于将域名转换为IP地址的系统。
b. IP地址与子网
- IP地址:计算机网络中的每台设备都有一个唯一的IP地址,类似于家庭中的邮政地址。
- 子网(Subnet):将一个大的IP网络划分为多个小的网络(子网),以提高网络管理效率和安全性。
c. 交换机、路由器与网关
- 交换机(Switch):用于局域网内设备间的通信,负责根据MAC地址转发数据帧。
- 路由器(Router):用于连接不同网络(如局域网和广域网),并根据IP地址转发数据包。
网关(Gateway):用于不同协议网络之间的通信,它可以将一个协议的数据转化为另一个