【windows|009】计算机网络基础知识

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1、网络协议与标准

1.1 网络协议

1.2 网络标准

2、网线基础知识

2.1 网线线序

2.2 直通线

2.3 交叉线

3、交换机和路由器

3.1 交换机

3.2 路由器

4、网段

4.1 物理网段

4.2 逻辑网段

4.3 物理网段和逻辑网段的区别与联系

5、局域网和公网

5.1 局域网

5.2 公网

5.3 局域网和公网的区别与联系

1、网络协议与标准

网络协议与标准在计算机网络中扮演着至关重要的角色，它们确保了不同设备之间能够进行有效的通信和数据交换

1.1 网络协议

网络协议是计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。它定义了不同设备之间的通信方式，包括数据传输格式、错误检测和修复、以及网络节点之间的路由选择等。网络协议的功能主要包括以下几个方面：

数据传输：网络协议定义了数据在网络中的传输方式和格式，包括数据的分组和重组、数据的传输速率、及时性要求等。通过规定数据传输方式，网络协议保证了数据能够在通信双方之间可靠地传输。
错误检测和修复：在数据传输过程中，很容易发生错误，如数据的丢失、损坏或重复等。网络协议通过引入各种检测和纠错机制，如CRC校验、ACK确认等，可以检测和修复这些错误，确保数据的完整性和正确性。
数据路由：当数据需要在网络中传输时，网络协议需要选择一条合适的路由来传递数据。通过路由选择算法，网络协议可以确定数据在网络中的传输路径，以确保数据能够按照预期的方式到达目的地。
网络管理：网络协议还定义了一些网络管理的方式和规则，如IP地址的分配和管理方式、网络设备的命名和配置、以及网络安全的策略等。这些规则有助于方便地管理和维护网络。

1.2 网络标准

网络标准是指网络技术、网络设备、网络应用和网络管理等方面的规范、约定和规则。它的制定和实施有利于提高网络的稳定性、安全性和可靠性，促进网络的发展和应用。网络标准主要包括以下几个方面：

网络技术标准：如TCP/IP协议，它规定了数据在Internet上的传输方式和处理规则，是网络技术的规范和约定。
网络设备标准：规定了网络设备的技术规范、性能要求、接口标准和兼容性要求等。网络设备必须符合相关的网络标准，才能保证设备之间的兼容性和互操作性，确保网络的稳定性和安全性。
网络应用标准：规定了网络应用的技术标准、数据格式、通信协议和安全要求等。网络应用必须符合相关的网络标准，才能保证应用之间的互操作性和数据的安全可靠性。
网络管理标准：规定了网络管理的技术标准、管理协议、管理策略和安全机制等。网络管理必须符合相关的网络标准，才能保证网络的安全稳定和资源的合理利用。

2、网线基础知识

2.1 网线线序

网线线序指的是网线中8根线的排列顺序，它对于网络信号的传输和稳定性至关重要。网线线序主要遵循两种标准：T568A和T568B。

T568A线序：

绿色/白色（White-Green）
绿色（Green）
橙色/白色（White-Orange）
蓝色（Blue）
蓝色/白色（White-Blue）
橙色（Orange）
棕色/白色（White-Brown）
棕色（Brown）

T568B线序：

橙色/白色（White-Orange）
橙色（Orange）
绿色/白色（White-Green）
蓝色（Blue）
蓝色/白色（White-Blue）
绿色（Green）
棕色/白色（White-Brown）
棕色（Brown）

在实际应用中，T568B线序更为常见，因为大多数的网络设备默认使用T568B线序。同时，在千兆以太网中，为了保证最佳性能，推荐使用T568B线序。

网线线序的意义：

信号传输与接收：在双绞线中，通常使用1、2线来传输数据，3、6线来接收数据。正确的线序保证了发送端和接收端的信号对应，使得数据能够顺利传输。
减少电磁干扰（EMI）：双绞线的设计让每一对信号线（如1和2，3和6）相互绞合，这样可以有效减少相邻线对之间的电磁干扰，提升信号质量。
兼容性和标准化：T568A和T568B是两种通用的线序标准，确保了不同设备间网线的互换性和兼容性。遵循这些标准有助于维护人员快速识别和修复问题，也便于网络组件的标准化生产。

注意事项：

在进行网线接线时，应注意引脚序号的正确性，从左至右引脚序号是1～8。
整个网络布线应仅采用一种网线标准，以保持最佳的兼容性。
对于1000M网卡，需要使用四对线，即8根芯线全部用于传递数据。

2.2 直通线

直通线，也被称为正线或标准线，用于连接不同类型的网络设备，如计算机与路由器、交换机、集线器等。直通线两端采用相同的线序，即遵循T568B或T568A标准。

直通线特点：

两端引脚排列顺序相同，保证了信号可以直接穿过线路传输。
无需调整线序，连接简单方便。

直通线应用：

数据传输：在计算机网络中，直通线常用于连接计算机与网络交换机，实现数据的传输和通信。
信号传输：也广泛用于音频和视频设备之间的连接，如音频播放器与扬声器、电视机与DVD播放机等。
电力供应：部分直通线还用于将电源适配器与设备连接，实现稳定的电力供应。

2.3 交叉线

交叉线，也被称为交换线或互换线，用于连接相同类型的设备，如两台计算机或两个交换机。交叉线两端线序不同，通常是将一端线序的1和3、2和6对调。

交叉线特点：

两端线序不同，实现了发送和接收信号的线对正确匹配。
连接方式相对于直通线较为复杂，需要根据具体连接要求调整线序。

交叉线应用：

网络连接：在计算机网络中，交叉线常用于连接两台计算机或网络设备，实现直接的数据传输。
串行通信：交叉线也常用于串行通信中，如连接计算机与调制解调器、计算机与路由器等。
电话线连接：在电话系统中，交叉线常用于将电话机与墙壁插座相连，使电话线路正常工作。

直通线和交叉线在电缆连接中有着不同的作用和用途。直通线主要用于连接不同类型的设备，而交叉线则用于连接相同类型的设备。正确选择和使用这两种线缆，可以确保设备正常工作，并实现稳定的数据传输和通信。

3、交换机和路由器

交换机和路由器在计算机网络中各自扮演着重要角色，它们在功能、应用场景和工作原理上存在显著差异。

3.1 交换机

定义与功能

交换机是一种用于电（光）信号转发的网络设备，它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。
交换机最常见的类型是以太网交换机，其他还有电话语音交换机、光纤交换机等。
交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层，根据MAC地址进行寻址。

应用场景

企业网络：连接计算机、服务器、网络打印机等网络设备，实现数据传输和交换。
商务大厦网络：连接各层PC，提供高速接入能力。
酒店宽带网络：采用三层交换机，支持多种模块。
金融行业网络：连接银行网络核心层设备，如路由器、防火墙等。
医院网络：连接各层PC，支持医疗设备的网络通信。
物联网组网：用于连接IC卡读写器、USB传输设备等。

工作原理

交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵，可进行多个端口对之间的数据传输。
交换机根据端口地址表和转发决策来隔离冲突域和转发数据包。

3.2 路由器

定义与功能

路由器是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用。
路由器能够理解不同的协议，如以太网协议、TCP/IP协议，并能根据选定的路由算法把数据包按最佳路线传送到指定位置。
路由器工作在网络层，根据IP地址寻址，并处理TCP/IP协议。

应用场景

家庭网络：提供高速互联网接入、扩展无线网络覆盖、实现远程监控与控制。
办公环境：搭建临时网络环境、支持移动办公、数据传输与共享。
公共设施：提供公共无线网络服务、实时数据传输、远程管理设施设备。

工作原理

路由器通过路由决定数据的转发，实现网络互连、子网间速率适配、隔离子网、隔离广播域、指定访问规则等功能。
路由器在操作中仅接受源站或其他相关路由器传递的信息，通过路由表选择最佳路径进行数据包转发。

交换机和路由器在计算机网络中各自扮演着不同的角色。交换机主要用于在局域网内部提供高速、低延迟的数据传输，而路由器则主要用于连接不同网络，实现网络间的通信和数据转发。两者在功能、应用场景和工作原理上均有所不同，但都是构建稳定、高效网络的关键设备。

4、网段

网段是计算机网络中的一个重要概念，它通过将网络分成多个物理段来提高性能、提供隔离和安全性，并增加网络配置的灵活性。在配置网络时，需要了解不同类型的网段地址范围以及相应的网络设备（如路由器、桥和交换集线器）的作用和配置方法。
几乎所有的网络产品都被分成了多个物理段，这是由于网络实现中技术的限制引起的。同时，一个网络也可能被分成多个段来提高性能。

物理网段和逻辑网段是计算机网络中的两个重要概念，它们在定义、功能和应用上存在差异。在设计和配置网络时，需要根据实际需求来合理规划物理网段和逻辑网段的划分，以实现高效、安全的网络通信。

4.1 物理网段

物理网段指的是在计算机网络中，通过相同的物理层设备（如传输介质、中继器、集线器等）能够直接相互通信的一组设备或节点。这些设备通常位于同一局域网（LAN）内，通过同一路由器或交换机进行连接。

特点：

物理连接：设备之间通过物理介质（如双绞线、光纤等）直接连接。
传输介质：使用相同的传输介质进行通信。
中继设备：可能包含中继器、集线器等物理层设备。

示例：两台计算机通过交叉双绞线直接连接，它们就处于同一物理网段。

4.2 逻辑网段

逻辑网段，也称为IP地址网段，是基于网络层（IP层）的地址划分来定义的。即使设备在物理上位于不同的位置或网络，只要它们的IP地址在同一逻辑网段内，它们就被视为同一逻辑网络的一部分。

特点：

IP地址：通过IP地址和子网掩码来判断设备是否在同一逻辑网段。
路由策略：逻辑网段之间的通信需要通过路由器进行路由选择。
网络隔离：不同的逻辑网段之间可以通过路由器进行隔离，提高网络安全性。

示例：两个物理上独立的局域网，通过配置相同的IP地址范围和子网掩码，可以构成同一逻辑网段。

4.3 物理网段和逻辑网段的区别与联系

区别：物理网段强调设备之间的物理连接和传输介质，而逻辑网段则基于IP地址的划分和路由策略。
联系：在实际应用中，物理网段和逻辑网段往往相互关联。例如，在同一物理网段内的设备通常会被配置在同一逻辑网段内，以便于它们之间的通信和管理。同时，不同的物理网段之间也可以通过配置相同的逻辑网段来实现跨网络的通信。

5、局域网和公网

局域网和公网是计算机网络中常见的两种不同类型的网络，它们在多个方面有着显著的区别。

5.1 局域网

局域网是一种覆盖有限地理区域（如一栋建筑、一个校园或一组相邻的建筑物）的计算机网络。它通常包含一组相互连接的计算机和其他设备，这些设备共享相同的传输介质和协议，以便进行数据通信和资源共享。

局域网特点：

地理范围有限：通常局限于一个较小的地理区域。
高速数据传输：由于设备之间的距离较近，局域网通常能够提供高速的数据传输速率。
高带宽：局域网中的传输介质（如以太网电缆或Wi-Fi）通常具有较高的带宽，能够支持大量数据的快速传输。
共享资源：局域网中的设备可以共享打印机、文件服务器等资源。
安全性：由于局域网中的设备相对固定，因此可以实施更严格的安全措施来保护网络和数据。

5.2 公网

公网是指公共网络，也称为广域网（Wide Area Network, WAN）或互联网（Internet）。它是一个全球性的计算机网络，连接了世界各地的计算机、服务器和其他设备，使得人们可以随时随地访问和使用网络资源。

公网特点：

地理范围广泛：公网覆盖全球范围，连接了数以亿计的设备。
数据传输速度慢：由于数据包需要经过多个路由器和交换机进行转发，公网上的数据传输速度通常比局域网慢。
带宽受限：公网的带宽通常受到多种因素的影响，如网络拥堵、服务提供商的限制等。
安全性较低：由于公网中的设备数量庞大且来源复杂，因此存在较高的安全风险，如黑客攻击、病毒传播等。

5.3 局域网和公网的区别与联系

区别：局域网和公网在地理范围、数据传输速度、带宽和安全性等方面存在显著差异。局域网通常局限于一个较小的地理区域，提供高速、高带宽的数据传输和资源共享；而公网则覆盖全球范围，数据传输速度较慢，带宽受限，且存在较高的安全风险。
联系：局域网和公网是相互关联的。许多组织和企业使用局域网来连接内部设备并共享资源，同时通过互联网（公网）与外部世界进行通信和数据交换。在这种情况下，局域网和公网之间的连接通常通过路由器或网关设备来实现。这些设备负责将局域网中的数据包转发到公网上，并将来自公网的数据包转发到局域网中的目标设备。