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文章背景图

《计算机网络技术》--十四五规划教材

Zero Zero
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2025-12-23
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没错就是这本书……翻了一遍写得很基础但是也挺详细的,由于本人并非计算机网络专业,同时对计网不咋感兴趣,但是吧因为要期末考试了,因此还是写一这本书的笔记就当巩固自己基础了哈,废话不多说了直接进入正题

项目一 初识计算机网络

目录如下:

任务一:认识校园网

一、计算机网络概述

这一整块的内容没啥可以讲的,很简单就是基础的概念,特别是计算机网络的历史,我直接简单迈过好吧,就这种用来水课的内容真没必要看

1. 计算机网络的定义

计算机网络是指将地理位置不同的、具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信设备和线路连接起来,以实现资源共享和信息传递的系统。其核心要素包括:至少两台独立设备、连接通道、通信协议和资源共享目的。

类比:一个“微信群”

想象一下,你想和朋友聊天、分享文件、一起玩游戏——你们需要一个“群聊”来互相联系。这个“群”就是计算机网络

(1)至少两台独立设备互联

  • 就像是微信群里至少要有两个人才能聊天。

  • 所以网络中必须有主机(Host),比如电脑、手机、服务器等,也可以是交换机、路由器这些“中间人”。

(2)节点之间要有连接通道

  • 就好像微信群里的成员要能发消息,必须都连上网络(Wi-Fi或手机信号),就像电话线或网线一样。

  • 这种物理连接叫“传输介质”,比如光纤、双绞线、无线电波。

(3)通信必须遵守协议规则

  • 好比你在群里说话要用中文,不能突然说外语,否则别人听不懂。

  • 网络中的“语言”叫协议,比如互联网用的是 TCP/IP 协议栈,就像大家都讲普通话一样。

(4)目的:资源共享与数据通信

  • 好比你在群里可以共享照片、文档、链接,还能视频通话。

  • 网络也是一样,可以共享打印机、文件、软件资源,甚至远程办公。

想象一个小区里的居民(计算机)通过公共走廊(网络线路)和门牌号(IP地址)互相联系。居民可以共享电梯(资源)、发送信件(数据),但必须遵守小区管理规定(协议)。


2. 计算机网络分类

按地理范围分:

类型

范围

类比

局域网(LAN)

几千米以内(如一栋楼、校园)

就像一个小区的邻居们组了个微信群,只限本小区的人交流。

城域网(MAN)

几十到几千米(覆盖整个城市)

像是一个城市的公交系统,把各个区域连接起来。

广域网(WAN)

百千米到几千千米(跨城市/国家)

就像高铁网络,把不同城市连在一起,速度慢但距离远。

🎯 提示:互联网(Internet)其实是无数个 WAN 和 LAN 组成的“超级网络”。

二、计算机网络的发展历史

第一阶段:面向终端的计算机网络(1946年左右)

比如你写完作业,得把作业本交给老师批改,不能当场修改。

当时计算机很贵,只能放在中心机房,用户要把程序写在“穿孔纸带”上,像打字机一样输入,再送到中心机处理。一台大计算机连接多个“终端”(类似显示器+键盘),所有计算都在中心机完成。

🔍 问题来了:

  1. 中心机太忙了(既要通信又要算账),响应慢。

  2. 一条线只能连一个终端,效率低。

🔧 改进措施:

  • 加了“前端处理机” → 分担通信任务(相当于前台收件员)

  • 加了“集中器” → 把多个终端集中管理(相当于快递柜)

✅ 结果:减轻负担,提高效率,但还是“中心化”的结构。


第二阶段:计算机—计算机网络(ARPA网时代)

image-IngX.png

类比:大学之间的科研合作网络

美国国防部搞了个 ARPA 网(互联网前身),让几所大学的计算机互连。目标是共享资源(比如图书、实验设备)。使用分组交换技术把数据切成小包发送,像快递拆成包裹寄送。

两种结构:

  1. 多主机互联:每台主机既是服务器又是客户端,像几个学校各自有实验室,也能互相访问。

  2. 通信子网 + 资源子网

    • 通信子网负责“传信”(CCP 是通信控制器)

    • 资源子网负责“干活”(提供服务)

📌 关键点:这是真正意义上的“计算机网络”,不是单机+终端


第三阶段:开放式标准化网络(OSI模型)

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类比:国际通用语言标准

  • 以前各厂家自己定规则,就像各国说不同语言,无法沟通。而国际标准化组织 ISO 在1984年提出 OSI七层模型,就像制定了“全球通用语”。它规定了从底层硬件到上层应用的每一层该做什么,确保不同厂商设备能互联互通。

💡 OSI 的作用:统一接口,促进互操作性,推动互联网发展。

🧩 后来虽然实际中用的是 TCP/IP 模型,但 OSI 是理论基础,就是“教科书上的理想模型”。

三、计算机网络新技术

1. 5G通信技术

5G 是第五代移动通信,比 4G 快得多(最高 10Gbps,比 4G 快 100 倍)。

延迟极低(<1毫秒),就像你点击按钮,立刻就有反应。

支持海量设备同时联网(比如智慧城市里的摄像头、传感器)。

🎯 应用场景:

智能家居、自动驾驶、远程医疗手术、工业物联网

2. 物联网(IoT)

万物互联

物联网 = “物”+“联网”,所有东西都可以联网,比如冰箱知道你要买牛奶,灯泡能自动亮灭。

🔹 架构三层:

层级

功能

类比

感知层

感知环境(传感器、RFID、GPS)

眼睛、耳朵、鼻子,收集信息

网络层

传输数据(WiFi、4G/5G)

血管和神经,传递信号

应用层

实现具体功能(智能家居、交通监控)

大脑决策,执行命令

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3. 云计算技术

类比:水电煤供应方式的变革

  • 传统方式:你自己买发电机、建水库 → 成本高、维护难。

  • 云计算:像用水用电一样,按需使用,随用随付。

📌 核心特点:

  • 资源池化:大量服务器组成“云”,统一调度。

  • 弹性伸缩:你需要更多算力?马上加;不用了就关掉。

  • 虚拟化:把一台物理机变成多个虚拟机,灵活分配。

📈 举个例子:

  • 你开淘宝店,流量高峰期需要很多服务器;

  • 用云计算,瞬间扩容,高峰过后释放资源,省钱省心。

✅ 本质:资源到架构的全面弹性 —— 想用多少就用多少,随时调整。

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四、计算机网络协议

类比:两人打电话前要先约定“怎么说话”

协议 = 规则 = 通信双方必须遵守的“合同”

三个要素:

要素

含义

类比

语法

数据格式,怎么打包信息

你说话的句式,比如“你好,我是XXX”

语义

发什么信息、做什么动作

你要表达的意思,比如“请帮我查天气”

时序

顺序,谁先谁后

对话流程,比如先问好,再提问

✅ 举个例子:

  • A说:“Hello, I’m Alice.”(语法正确,语义清晰)

  • B回应:“Hi Alice, how are you?”(时序合理)

  • 如果A直接说“下雨了”,B就不知道是谁说的,这就是没遵循协议。

协议三大特点:

  1. 清晰明确 → 每一步都要清楚,不能模糊。

  2. 人人了解 → 参与者都懂规则。

  3. 共同遵守 → 大家都同意,不然没法沟通。

五、典型的网络体系结构

基础定义:

网络体系结构(Network Architecture) 是指计算机网络各层次结构模型及其协议的集合。它是一个抽象的概念,用于规范网络中每一层的功能和交互方式。

🔍 关键点:

  • 它不关心具体用什么硬件或软件实现,只规定“做什么”,网络设备(如路由器、交换机)是这个模型的具体实现。

👉 就像一栋大楼的设计图纸——图纸告诉你每层要建什么功能(比如客厅、厨房),但不告诉你用什么材料建。

OSI 七层参考模型

这是国际标准化组织(ISO)在1984年提出的理论标准框架,虽然实际互联网没完全用它,但它对理解网络非常有帮助。

七层从上到下依次为:

OSI层 次

功能

优化后的类比

具体解释

应用层

用户交互接 口和服务

用户决定寄什 么(信件/包 裹)

用户选择应用协议(HTTP协议请求网页,SMTP邮 件协议),就像决定寄包裹(http请求)还是寄 信。

表示层

数据格式转 换、加密

包装和加密处 理

数据加密(TLS)、压缩(GZIP),像用信封密封 信件或泡沫纸包裹易碎品。

会话层

建立/管理 通信会话

预约取件时间

建立连接(如TCP三次握手),类似和快递员约定 上门时间。

传输层

端到端可靠 传输

选择运输方式 (空运/陆运)

TCP(空运,可靠但贵)或UDP(陆运,便宜但可 能丢件),决定如何保证送达。

网络层

跨网络寻址 和路由

规划全国运输 路线

IP地址=收件地址,路由器=分拨中心,决定走哪条 高速(最优路径)。

数据链 路层

局域网内帧 传输

本地快递分拣

交换机按MAC地址(门牌号)分发数据,像分拣中 心按小区分配快递员。

物理层

传输原始比 特流

运输工具(卡 车/飞机)

网线、光纤、Wi-Fi像卡车或飞机,实际搬运"包裹" (比特流)。

📌 注意:OSI模型是理想化的分层设计,现实中很多功能被合并了。

各层功能详解

1. 应用层(Application Layer)

作用:为用户提供网络服务接口。应用层向下使用表示层提供的服务。应用程序实质上是对应用层接口的封装,真正提供网络资源访问的是应用层接口。

例子:QQ、浏览器、Web服务器、邮件服务器等。

类比:就像你在餐馆点餐时使用的菜单。你不需要知道后厨怎么做的,只需要说出“我要一份红烧肉”。

✅ 实际上,这些应用程序都通过应用层协议(如HTTP、FTP、SMTP)与网络通信。

2. 表示层(Presentation Layer)

作用:表示层向上为应用层提供服务,向下使用会话层的服务,处理数据的表示方式,包括:

编码(ASCII/Unicode)、加密(SSL/TLS)、压缩(ZIP)

类比:就像把“红烧肉”这个词变成厨房能看懂的“R12345”编号,或者加密防止别人偷看订单。

⚠️ 如果发送方用UTF-8编码,接收方用GBK解码,就会乱码!

3. 会话层(Session Layer)

作用:建立、维护和终止两个应用程序之间的通信会话,为向下使用传输层提供的服务。

✅ 比如你打开网页,浏览器和服务器之间就建立了一个“会话”。

4. 传输层(Transport Layer)

作用:提供端到端的数据传输服务,保证可靠性。它向上对会话层提供可靠的数据传输服务,向下使用网络层提供的服务。

关键技术

  • 流量控制(避免拥塞)

  • 分段/重组

  • 差错检测与重传

主要协议

  • TCP:面向连接、可靠、有序传输(适合文件下载、网页浏览)

  • UDP:无连接、速度快、不可靠(适合视频直播、在线游戏)

5. 网络层(Network Layer)

作用:负责将数据包从源主机发送到目的主机,完成路由选择。

核心功能

逻辑寻址(使用 IP 地址)、路由选择(选最优路径)、连接的建立、维持、终止

主要协议:IPv4、IPv6、ICMP、ARP

🧭 类比:就像地图导航APP,帮你规划从家到公司的最佳路线。路由器就是路口的指示牌。

6. 数据链路层(Data Link Layer)

作用:在相邻节点之间进行可靠的数据传输。

功能

帧封装(将数据打包成帧)、MAC地址寻址(物理地址)、差错校验(CRC)、流量控制

常见协议:PPP、Ethernet、Wi-Fi

🛠️ 类比:就像小区内的快递站,把包裹(帧)从A楼运到B楼,确保不丢失、不损坏。

7. 物理层(Physical Layer)

作用:负责在物理媒介上传输原始比特流(0 和 1)。

组成:光纤、双绞线、无线电波、电缆等。

功能

  • 建立、维护、断开物理连接

  • 信号电平、传输速率、同步方式

常见标准:EIA-RS-232C、EIA-RS-449

🔌 类比:就像电线本身,电流在上面流动,代表0和1。你不需要知道电线是怎么做的,只要知道它能传电就行。

OSI vs TCP/IP 模型对比

关键点
TCP/IP是实际运行的模型,而OSI是理论参考模型。互联网之所以成功,是因为采用了简洁高效的TCP/IP四层模型。

1.应用层

TCP/IP概念模型的应用层对应OSI参考模型的应用层、表示层和会话层,TCP/IP的应用层负责实现OSI参考模型中高三层的所有功能,包括提供用户与网络交互的接口、规定应用进程之间所传输数据的表示方法以及为通信的应用程序创建、维护和释放连接。网络应用多种多样,常见的网络应用及其对应的应用层协议如下图所示。

2.传输层

TCP/IP概念模型的传输层对应OSI参考模型的传输层,该层为应用层提供端到端的数据通信服务,常用的传输层协议为TCP协议和UDP协议。

(1)TCP协议。

TCP协议即传输控制协议(Transmission Control Protocol),是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输协议。

(2)UDP协议。

UDP协议即用户数据报协议(User Datagram Protocol),面向无连接的通信,不能如TCP协议般很好地保证数据的完整性和正确性,但处理速度快,耗费资源少,一般用在对数据完整性要求低、对传输效率要求高的应用中。

3.网际层

TCP/IP概念模型的网际层对应OSI参考模型的网络层。网际层通过网络互联和路由选择功能实现主机与网络之间的交互,完成主机到主机的通信。网际层中最常使用的协议是Internet Protocol,即网际协议,简称IP协议。网际层向传输层提供服务,它提供的服务分为以下两种。

(1)面向连接的服务。

(2)无连接的服务。

4.网络接口层

TCP/IP概念模型的网络接口层对应OSI参考模型的数据链路层和物理层,其主要功能为封装成帧、透明传输和差错检测,同时规定物理设备与传输媒介之间的接口规则,实现网络中物理设备间比特流的传输。数据链路层的常用协议为PPP(Point--to-PointProtocol,点对点协议),该协议规定,接收方接收到数据帧时仅对其进行差错检测,若检测正确就保留这个帧,否则将其丢弃。物理层常用的协议有EIA-RS-232C、EIARS-449等,这些协议规定物理设备的特性,如设备接口的形状与尺寸、信号传输时的电平与脉冲宽度、电路信号出现的顺序、应答关系等。当网络基于TCPP概念模型搭建时,在数据的传输流程中,除传输层和网络层外,应用层和数据链路层也会向从上层接收到的数据包中添加控制信息。若接收双方通过同一个路由器连接,那么数据在传输过程中的变化如图所示。

数据传输过程

数据在不同层次中的封装过程,即“封装(Encapsulation)”与“解封装(Decapsulation)”。

🔄 数据发送流程(从上到下):
  1. 应用层:用户输入“Hello World” → 添加应用层头(h5)

  2. 传输层:添加传输层头(h4),如TCP头部 → 形成段(Segment)

  3. 网络层:添加网络层头(h3),如IP头部 → 形成数据报(Datagram)

  4. 数据链路层:添加数据链路层头(h2)和尾(t2),如以太网头部 → 形成帧(Frame)

  5. 物理层:将帧转换为比特流(0和1) → 通过物理媒介传输

📦 类比:就像寄快递:

  • 写信(数据)→ 放进信封(应用层)→ 贴邮票写地址(传输层)→ 包裹打包(网络层)→ 装箱贴标签(数据链路层)→ 装车运输(物理层)

🔄 数据接收流程(从下到上):
  1. 物理层:接收比特流 → 转换为帧

  2. 数据链路层:检查帧头尾 → 去掉h2和t2 → 交给网络层

  3. 网络层:去掉h3 → 得到数据报 → 交给传输层

  4. 传输层:去掉h4 → 得到段 → 交给应用层

  5. 应用层:去掉h5 → 得到原始数据 → 显示给用户

📥 类比:收件人拆包裹 → 拆箱子 → 拆信封 → 读信

总结:

计算机网络就像一个复杂的“物流系统”,每一层都扮演不同的角色:从打包(封装)、运输(路由)、配送(传输)到最终交付(应用)。OSI模型是它的“理想架构图”,而TCP/IP是“现实中的运作流程”。

任务实践:

这个内容没啥可以说的,因为是在公共频道,而且学校服务器以及学校网络拓扑图也不可能放公共频道(怕打了追我责任哈,虽然我手上确实有这些)


这个也是没啥可以说的,很简单的内容,就是查看计算机网络参数和基础信息,比如终端:ipconfig查看ip地址就是了,这里直接跳过。

任务二:安装配置实验环境

一、网络设备模拟工具

当前主流的网络设备模拟器主要有三种:

  1. 华为模拟器 eNSP(Enterprise Network Simulation Platform)

  2. DynapmipsGUI 模拟器(由 Christophe Fillot 编写,用于模拟 Cisco 路由器)

  3. Packet Tracer 模拟器(Cisco 公司为 CCNA 认证开发的网络设计、配置与故障排除软件)

当然哈书中重点介绍了 华为 eNSP 模拟器,特点如下(简单代过吧):

高度仿真、图形化操作、分布式部署、免费开放


二、虚拟机技术

1. 虚拟机概述

  • 虚拟机(Virtual Machine) 是指通过软件模拟出的一个完整计算机系统,具备硬件系统功能,并在隔离环境中运行。

  • 在实体计算机中能完成的工作,在虚拟机中也能实现。

  • 创建虚拟机时需将主机的部分硬盘和内存作为虚拟资源分配给虚拟机。

  • 每个虚拟机拥有独立的 CMOS、硬盘和操作系统,可以像使用真实计算机一样进行操作。

2. 虚拟系统

  • 虚拟系统是生成现有操作系统的全新虚拟镜像,功能与真实 Windows 系统完全一致。

  • 进入虚拟系统后,所有操作都在独立的虚拟系统内进行,不会影响宿主系统。

  • 可以独立安装软件、保存数据、拥有自己的桌面环境。

  • 支持在现有系统与虚拟镜像之间灵活切换。

主流虚拟机软件:VMware(VMware ACE)、VirtualBox、Virtual PC。

虚拟系统 vs 虚拟机的区别:

特性

虚拟系统

虚拟机

性能影响

不降低主机性能

可能占用较多资源

启动速度

快速启动,无需重启系统

启动较慢,类似开机

操作系统兼容性

仅能模拟当前操作系统环境

可模拟多种操作系统(如 Linux、macOS)

底层模拟

不模拟硬件指令

需要模拟底层硬件指令,运行速度较慢

3. 虚拟机的分类

市场上有多种虚拟机类型,如微软、Mac、HP、Sun、Intel、AMD、Java、BB、Linux、VMware 等。文档主要介绍以下三类:

(1)Linux 虚拟机
  • 安装在 Windows 上的虚拟 Linux 环境。

  • 实际是一个文件,非真正意义上的操作系统,但用户体验接近真实系统。

  • 移植性强,适合学习 Linux 和开发测试。

(2)Java 虚拟机(JVM)
  • 是一个“虚构”的计算机,通过软件在实际计算机上模拟各种计算功能。

  • 具备完整的硬件架构(如处理器、堆栈、寄存器)和指令系统。

  • 是 Java 程序跨平台运行的基础。

(3)VMware 虚拟机
  • 功能强大的桌面虚拟化软件。

  • 支持在同一台电脑上运行多个操作系统,便于开发、测试和部署应用。

  • VMware Workstation 可模拟完整网络环境,适合企业 IT 人员使用。

  • 特色功能包括:

    • 虚拟网络配置

    • 实时快照(Snapshot)

    • 拖曳共享文件夹

    • 支持 PXE 启动等高级功能

任务实践:


这里没啥可以讲的,因为当时搞Kali的时候就已经学会了,按照正常的流程去进行创建虚拟机就好了,然后快照就更简单了,就是给他拍了个照而已挺简单;

这里也没啥可以将很简单,就是下载eNSP就可以了,不过要提一下,就是还有三个组件也是要下载的,WinPcap、Wireshark、VisualBox这三个,不过我们平时也基本上都有用这三个东西(当然哈,Wireshark还需要下载nmap这个插件)但是整体难度不大,要是这都不会下载想从事计算机也是🈸了哈

任务三:实现双机互联

根据您提供的图片内容,这是一份关于数据通信基础计算机网络传输介质的教材或学习资料。以下是对该文档内容的详细解读与总结:

一、数据通信基础

1. 数据通信的基本概念

数据通信是通信技术和计算机技术相结合产生的一种新型通信方式,用于在两地之间传输信息。要实现通信,必须有传输信道,根据传输媒介的不同,可分为有线数据通信无线数据通信

(1)数据
  • 定义:数据是有意义的实体,是表征事物的形式,如文字、声音、图像等。

  • 分类

    • 模拟数据:连续变化的数据(如语音波形)

    • 数字数据:离散值表示的数据(如文本、二进制代码)

(2)信号
  • 定义:信号是数据的电磁或电子编码形式。

  • 分类

    • 模拟信号:连续变化的电信号,例如正弦波(见图1-36a)。

    • 数字信号:离散变化的电信号,通常表现为“0”和“1”的电压脉冲序列(见图1-36b),如计算机产生的电信号。

🔹 图1-36:

  • (a) 模拟信号:平滑曲线,随时间连续变化

  • (b) 数字信号:矩形波,只在高电平(1)和低电平(0)之间切换

图片-BNHv.png

(3)信道

  • 定义:信道是用来向某一方向传送信息的媒体。

  • 一条通信线路通常包含两条信道:

    • 发送信道(发送端 → 接收端)

    • 接收信道(接收端 → 发送端)


2. 数据通信方式

数据通信主要有两种基本方式:并行通信串行通信

(1)并行通信方式

  • 多个数据位同时传输。

  • 例如:8位数据需要8条独立的数据线连接发送端与接收端(见图1-37)。

  • 优点:传输速度快,处理简单。

  • 缺点:成本高、布线复杂,适用于短距离通信(如计算机内部总线)。


显示了 b0 到 b7 八个数据位通过各自的线路并行传输。

(2)串行通信方式

  • 数据一位一位地在通信线上依次传输。

  • 速度比并行慢,但只需一条通信线。

  • 因为电话网已覆盖广泛区域,利用现有电话线进行串行通信具有极大的实践意义(见图1-38)。


所有数据按顺序从 b7 到 b0 逐位发送。

(3)串行数据通信的方向性结构

串行通信按通信方向分为三种模式:

  • (a) 单工:单向箭头,只能单向传输(只能发送或接收)

  • (b) 半双工:双向箭头但中间有开关控制,可双向通信,但不能同时进行(交替发送/接收)

  • (c) 全双工:双向通道可同时工作,可同时双向传输


3. 数据传输技术

(1)基带传输技术

  • 使用数字信号直接在信道上传输。

  • 计算机生成的二进制比特流通常是矩形脉冲信号。

  • 这种未经调制的原始信号称为基带信号

  • 直接传输这种信号的方式叫做基带传输,适用于局域网(如以太网)。

(2)频带传输技术

  • 将数字信号调制成模拟信号后,在模拟信道上传输。

  • 常用设备是调制解调器(Modem)

  • 适用于远程通信(如通过电话线上网)。

(3)多路复用技术

为了提高信道利用率,允许多个信号共享同一物理信道的技术,包括:

  • 频分多路复用(FDM):不同频率划分信道

  • 波分多路复用(WDM):光纤中不同波长承载不同信号

  • 时分多路复用(TDM):不同时段分配给不同用户


二、计算机网络传输介质

传输介质是信息传输的物理路径,分为有线介质无线介质,对传输速率、距离、可靠性等都有重要影响。

1. 双绞线(Twisted Pair Cable)

  • 最常用的网络传输介质之一。

  • 由两根绝缘导线相互缠绕而成,减少电磁干扰。

  • 分类:

    • 非屏蔽双绞线(UTP):无额外屏蔽层,成本低,适合一般办公环境(见图1-40a)

    • 屏蔽双绞线(STP):外加金属网状屏蔽层,抗干扰能力强(见图1-40b)

  • (a) UTP:仅两根绞合导线 + 外皮

  • (b) STP:增加了一层屏蔽层


2. 同轴电缆(Coaxial Cable)

  • 内导体 + 绝缘层 + 网状导电层 + 外皮构成。

  • 内导体与外层形成电流回路,抗干扰能力强。

  • 在以太网中常用标准:

    • RG-58A/U:细缆,用于早期局域网

    • RG-11:粗缆,性能更好,传输距离更远,但安装不便

  • 两端需安装50欧姆终端电阻器防止信号反射。

  • 内导体、塑料绝缘层、网状导电层和外皮四层结构。


3. 光纤(Optical Fiber)

  • 利用光作为信息载体,由纤芯、包层和保护层组成。

  • 纤芯:由玻璃或塑料制成,传导光线。

  • 包层:折射率较低,使光在纤芯内全反射传播。

  • 保护层:增强机械强度。

  • (a) 单根光纤结构

  • (b) 多根光纤组成的光缆(含加强钢丝、护套等)

光纤类型:

  • 单模光纤:纤芯极细,光直线传播,损耗小,传输距离远(可达数十公里),用于长途通信。

  • 多模光纤:纤芯较粗,支持多种角度入射的光线,通过全反射传播,但存在色散问题,传输距离较短(一般<2km),常用于局域网。

✅ 光纤优势:带宽大、传输距离远、抗干扰强、安全性高,正在逐步取代双绞线成为主流传输介质。


4. 无线传输介质

  • 不依赖导体,而是利用电磁波在空间中传播信号。

  • 特点:

    • 无需铺设电缆,适合偏远山区、海岛、移动场景。

    • 易受天气、障碍物影响。

  • 常见类型:

    • 微波通信(如Wi-Fi、4G/5G)

    • 卫星通信

    • 红外线、激光通信(短距离点对点)


总结归纳

项目

关键知识点

数据通信三要素

数据、信号、信道

信号类型

模拟信号(连续)、数字信号(离散)

通信方式

并行 vs 串行;单工 / 半双工 / 全双工

传输技术

基带传输、频带传输、多路复用(FDM/WDM/TDM)

传输介质

双绞线(UTP/STP)、同轴电缆、光纤(单模/多模)、无线(微波/卫星)

任务实践:


这个没啥难度,就是简单的双绞线水晶头制作哈,不过当时捋线的时候弄得手疼,特别是六类的那种,还有红线那种网线很难弄

接下来这个的话也是没啥难度,正常配置即可:

随后直接测试连通性,ping成功就可以了。

单元测试:

填空题

1.计算机网络的两大功能是_信息传递__和__资源共享___。

2.__调制解调器____是一种计算机硬件,它可以将数字信号翻译成模拟信号,将模拟信号翻译成计算机语言。

3.计算机-计算机网络中,由CCP互联组成的内网称为__通信子网____,由中心机和终端组成的外网称为__资源子网____。

4.由多个网络互相连接形成的更大的网络称为__互联网____。

5.按拓扑结构分类,局域网可分为__星型____、__环型__、__总线型____、__树型__等。

6.在Windows系统中可通过虚拟机软件_Vmware Workstation__创建和管理虚拟机。

7.通信系统包含信息发送端、_信息接收端___和__通信线路____。

8.按传输媒介分类,信道可分为_有线信道__和_无线信道__。

判断题

1.双绞线的绞合方式可在一定程度上抵御外界的电磁波干扰,但会增强双绞线对之间的相互干扰。(错)

2.光纤即光导纤维,有纤芯、包层和保护层组成,其中纤芯是由塑料或玻璃制成的纤维,可作为光传导工具。(对)

3.双绞线的信号强度随双绞线长度的增加而衰减。(对)

4.因特网是世界上最大的互联网。(对)

5.NSFNET是一个三级计算机网络,分为主干网、地区网和校园网。(对)

单选题

1.无线通信中信号的载体为。(  A  )

A、电磁波

B、微波

C、声波

D、空气

2.下列哪个选项不是VMware提供的虚拟网络类型。(  C  )

A、桥接模式

B、仅主机模式

C、NTA模式

D、网络地址转换模式

简答题:

1.什么是计算机网络?计算机网络的组成部分有哪些?

答:计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来,在功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等)管理下,实现资源共享和数据通信的系统。

计算机网络组成包括:计算机、网络操作系统、传输介质以及相应的应用软件四部分。

2.请描述一下局域网、城域网和广义网的区别?

答:它们的区别为:

(1)局域网

局域网(LAN)所覆盖的地理范围一般在几公里以内,是覆盖范围最小的网络。局域网一般应用在一个房间、一栋建筑物及校园网等,是应用最广泛,也是最常见的计算机网络。局域网连接的设备数量可以是两台计算机,也可以是成百上千个终端组网。

(2)城域网

城域网(MAN)覆盖的地理范围一般在几十公里到几千公里,通常覆盖整个城市。城域网属于宽带局域网,是介于广域网和局域网之间的一种高速网络。

(3)广域网

广域网(WAN)也称远程网,其覆盖的范围为一百公里到几千公里,一般包含多个不同城市中的局域网或城域网。广域网的数据传输速率比局域网高,但广域网信息传输的延迟比局域网大的多,其延迟可从几毫秒到几百毫秒。

项目二:组建中小型局域网

任务一:组建办公室网络

一、局域网概述

什么是局域网(Local Area Network, LAN)?

  • 定义:在有限地理范围内(如一栋楼、一个校园、一个公司),由多台计算机、服务器、打印机等终端设备通过通信线路连接起来,实现资源共享和信息交换的私有网络。

  • 典型特征

覆盖范围小(通常 < 2 km)

高传输速率(10 Mbps ~ 10 Gbps+)

低误码率

归单一组织管理

使用私有 IP 地址(如 192.168.x.x10.x.x.x

局域网的核心目标:

  • 资源共享:文件、打印机、数据库、应用软件等。

  • 通信协作:内部邮件、即时通讯、视频会议。

  • 集中管理:用户账户、权限、安全策略统一控制。

  • 成本节约:避免重复购置硬件和互联网出口。

局域网的类型:

  • 按传输介质分类:有线网;无线网。

  • 按网络拓扑结构分类:总线型、星型、树型、环型、混合型。

  • 按访问控制方法分类:以太网、令牌环网、FDDI网、无限局域网等

二、网络连接设备

设备

OSI 层级

功能详解

典型应用场景

网卡(NIC)

物理层 + 数据链路层

提供物理接口(RJ45/光纤),处理 MAC 地址,封装/解封装帧

所有联网终端必备

中继器(Repeater)

物理层

放大电信号,延长传输距离(≤100m → ≤200m)

已淘汰,仅用于历史理解

集线器(Hub)

物理层

多端口中继器,所有端口共享带宽,广播所有帧

教学演示,实际已不用

网桥(Bridge)

数据链路层

基于 MAC 地址过滤帧,分割冲突域

早期用于连接两个网段

交换机(Switch)

数据链路层

学习 MAC 表,点对点转发,每个端口独享带宽

现代局域网核心设备

路由器(Router)

网络层

基于 IP 路由表转发数据包,隔离广播域,连接不同网络

连接 LAN 与 WAN(如互联网)

三层交换机

网络层 + 数据链路层

兼具交换和路由功能,VLAN 间高速通信

中大型企业核心/汇聚层

无线 AP(Access Point)

数据链路层

为 Wi-Fi 客户端提供接入,相当于“无线交换机”

办公室、商场、家庭无线覆盖

相关配图:

网卡:

中继器:

集线器:

网桥:

交换机:

路由器:

无线AP:

三、以太网组网技术

概述

  • 定义:由 Xerox、Intel 和 DEC 联合开发的基带局域网技术,是当前最普遍的局域网标准。

  • 特点

    • 组网灵活简便

    • 支持多种物理介质(双绞线、光纤等)

    • 可采用总线型或星型拓扑结构

  • 核心技术:CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)

🔹 传统以太网速率:10 Mbps
🔹 现代以太网:通过交换机实现星型拓扑,减少冲突,提升效率

1.以太网主要分类

类型

说明

快速以太网

百兆以太网(100BASE-T),基于 IEEE802.3 标准

千兆以太网

提供 1 Gbps 带宽,兼容传统协议,主用光纤,传输距离可达 80 km

万兆以太网

10 Gbps,保留以太网帧结构,支持广域网接入

光纤以太网

利用光纤实现 WAN 通信,支持 10Mbps~1Gbps 多种速率

端到端以太网

以太网作为接入技术,成本低,广泛用于城域网

2.以太网关键技术:CSMA/CD

工作流程(6步)

  1. 监听:若线路空闲 → 开始发送;否则等待。

  2. 发送:边发边听,若检测到冲突 → 继续发送直到最小帧长(保证所有设备感知冲突)。

  3. 成功:发送完成,通知上层协议。

  4. 忙态:线路忙 → 等待空闲。

  5. 空闲后:随机延迟后重试,最多尝试 16 次。

  6. 失败:超过最大尝试次数 → 发送失败。

  • 媒体忙?→ 等待

  • 发送中检测碰撞?→ 发送 jam 信号,计数器 +1

  • 重试次数 >16?→ 失败

  • 否则 → 随机延时后重试

3.万兆以太网组网技术

特点

  1. 支持广域网接口:可直接连接 SDH STM-64 接口,实现端到端全程连接。

  2. 不再使用 CSMA/CD:仅支持点对点全双工通信。

  3. 采用 64/66B 编码:替代旧的 8/10B 编码,提升传输效率。

  4. 主要传输介质为光纤,传输距离可达 40 公里

万兆以太网标准

标准

应用网络

传输距离(单位:千米)

传输介质

10GBase-LX4

局域网

0.3

多模光纤

10GBase-LX4

局域网

10

单模光纤

10GBase-SR

局域网

0.3

多模光纤

10GBase-LR

局域网

10

单模光纤

10GBase-ER

局域网

40

单模光纤

10GBase-SW

广域网

0.3

多模光纤

10GBase-LW

广域网

10

单模光纤

10GBase-EW

广域网

40

单模光纤

10GBase-CX4

局域网

0.015

4根Twinax线缆

10GBase-T

局域网

0.025-0.1

双绞线

⚠️ 注:10GBase-T 使用双绞线,但距离短(<100m),常用于数据中心内部互联。

任务实施:

正常按照提示的配置即可很简单的:


任务二、共享网络资源

一、计算机网络拓扑结构

  • 定义:指网络中节点(如计算机、交换机)之间物理连接的布局方式。

  • 作用:决定数据传输路径、影响网络性能、可扩展性和可靠性。

常见局域网拓扑结构

拓扑类型

特点

优点

缺点

典型应用

总线型

所有设备通过接口直接连接到一条公共通信线路(总线)

结构简单、成本低

单点故障影响全网,易发生冲突

早期以太网

环形

各工作站依次连接成一个封闭环,数据单向或双向传送

控制简单,传输效率高

任一点故障导致全网瘫痪

FDDI 网络

星形

所有设备通过独立链路连接到中心节点(如交换机)

易管理、故障隔离好、扩展方便

中心节点为瓶颈

当前主流办公网

树形

由多个星形结构组成,呈层次化分布

易于扩展、便于管理

高层故障影响范围大

大型企业网络

网状

各节点间相互连接,无主从关系,分布式控制

高可靠性、冗余性强

成本高、布线复杂

广域网骨干网

总结

  • 现代局域网首选:星形结构(配合交换机使用)

  • 🔁 树形结构是星形的扩展,用于多楼层或部门级组网

  • ⚠️ 总线和环形已基本淘汰,主要用于历史理解

  • 🌐 网状结构用于高可靠场景,如电信骨干网


“从总线到星形,再到树形与网状,网络拓扑演进的核心是提高可靠性与可扩展性

二、计算机网络资源共享

一、文件夹共享(Windows 系统)

操作步骤:

  1. 打开 “计算机管理” → “共享文件夹” → “共享”。

  2. 右击“共享” → “新建共享” → 启动“共享文件夹向导”。

  3. 选择要共享的文件夹路径(如 D:\项目二)。

  4. 输入 共享名描述信息(便于识别)。

  5. 设置访问权限(如:Everyone → 读取/更改/完全控制)。

  6. 单击“完成”,共享成功。

注意事项

  • 避免使用“默认共享”。

  • 共享权限需结合 NTFS 权限,最终权限为两者交集。

  • 仅管理员或特定用户组可创建共享。

二、打印机共享

实现方式:

  1. 在一台计算机上安装本地打印机 → 设置为“共享”。

    • 此机称为 打印服务器

  2. 其他工作站通过“添加打印机” → “网络打印机” → 浏览并选择该共享打印机。

  3. 安装驱动后即可使用。

💡 提示:建议关闭“密码保护共享”以简化访问流程。

三、子网划分与IP地址规划

一、什么是子网划分?

  • 目的:将一个大的网络划分为多个较小的子网,提高IP利用率和网络管理效率。

  • 方法:借用IP地址中的主机位作为子网位,形成新的网络结构。

🔍 结构变化:

原始:网络位 | 主机位
划分后:网络位 | 子网位 | 主机位

二、示例:C类地址 192.168.10.0 /26(借用2位主机位)

子网号

网络地址

广播地址

有效主机IP范围

第一个子网

192.168.10.0

192.168.10.63

192.168.10.1 ~ 192.168.10.62

第二个子网

192.168.10.64

192.168.10.127

192.168.10.65 ~ 192.168.10.126

第三个子网

192.168.10.128

192.168.10.191

192.168.10.129 ~ 192.168.10.190

第四个子网

192.168.10.192

192.168.10.255

192.168.10.193 ~ 192.168.10.254

✅ 每个子网可容纳 62 台主机(2⁶ - 2 = 62)。


三、关键点总结

  • 子网掩码用于区分网络位、子网位和主机位。

  • 划分子网后,外部仍视为一个网络(隐藏内部结构)。

  • 合理规划可避免IP浪费,便于VLAN和路由管理。

任务实施:

一、子网划分与IP地址规划

简单的子网划分以及本地PC的IPv4地址划分:

姓名

计算机名

管理员名

初始密码

IP地址

子网掩码

刘一

Xx001

Admin001

Xxgcx001

192.168.10.1

255.255.255.192

罗二

Xx002

Admin002

Xxgcx002

192.168.10.2

255.255.255.192

……

……

……

……

……

……

张三

Xx009

Admin009

Xxgcx009

192.168.10.9

255.255.255.192

李四

Xx010

Admin010

Xxgcx010

192.168.10.10

255.255.255.192

公用计算机

Xx011

Admin011

Xxgcx011

192.168.10.11

255.255.255.192

资源共享权限:

计算机名

资源名称

公共数据文件夹

打印机

Xx001

只读

添加网络打印机可用

Xx002

只读

添加网络打印机可用

……

只读

添加网络打印机可用

Xx009

只读

添加网络打印机可用

Xx010

只读

添加网络打印机可用

Xx011

读写

设置打印机共享

二、网络资源共享设置

一、公共数据文件夹共享

  • 打开 “计算机管理” → “共享文件夹” → “共享”。

  • 使用“共享文件夹向导”创建共享文件夹,设置共享名和权限。

二、打印机共享

  1. 在共享计算机上打开 “设备与打印机”

  2. 右击打印机 → “打印机属性” → “共享”选项卡。

  3. 勾选“共享这台打印机”,设置共享名。

  4. 进入“高级共享设置”,关闭密码保护共享(便于访问)。

三、映射网络驱动器

操作步骤:

  1. 在服务器上创建专用账户 xxy,并设置权限。

  2. 创建文件夹“信息员备份文件”,仅允许 xxy 账户完全控制。

  3. 在客户端(辅导员电脑)双击【网络】→ 找到目标计算机(如 Xx011)→ 右键共享文件夹 → “映射网络驱动器”

  4. 选择盘符(如 Z:)→ 点击【确定】。

  5. 映射成功后,该驱动器将显示在“我的电脑”中,可像本地磁盘一样使用。

效果:远程文件夹变为本地盘符,方便日常操作。

功能

核心操作

注意事项

文件夹共享

使用“共享文件夹向导”

设置合理权限

打印机共享

属性 → 共享 → 关闭密码保护

提高可用性

映射驱动器

网络 → 右键 → 映射网络驱动器

便于频繁访问

任务三:组建部门局域网

一、交换机概念

一、交换机简介

  • 定义:又称交换式集线器,用于对数据包进行处理并转发至指定端口。

  • 功能:自动寻址、避免碰撞,实现高效通信。

  • 本质:集线器的升级产品,工作在数据链路层(OSI第二层)。

二、交换机分类

分类依据

类型

协议层

第二层、第三层、第四层交换机

管理功能

网管型、非网管型

三、数据转发方式

  1. 直通交换:收到帧头即转发,速度快但不校验。

  2. 存储转发:接收完整帧后检查错误再转发,可靠但延迟稍高。

  3. 碎片隔离:丢弃前64字节内的冲突帧,平衡速度与可靠性。

四、工作原理

  • 基于 MAC 地址 进行识别和转发。

  • 学习源 MAC 地址 → 存入内部地址表 → 根据目的 MAC 转发。

  • 建立临时交换路径,实现点对点通信。

五、交换机 vs 集线器(Hub)

对比项

交换机

集线器

工作层次

数据链路层

物理层

转发方式

智能转发

广播所有端口

带宽

每端口独享带宽

所有端口共享带宽

寻址方式

MAC 地址

无寻址能力

关键区别:交换机“一对一”传输,集线器“广播式”发送。

六、常见端口标准

标准类型

速率

接口

传输介质

最大距离

10Base-T

10 Mbps

RJ45

双绞线

100 m

100Base-TX

100 Mbps

RJ45

双绞线

100 m

1000Base-T

1 Gbps

RJ45

双绞线

100 m

1000Base-FX

1 Gbps

光纤

单/多模光纤

550–10000 m

🔍 注:Base 表示基带传输;T=铜缆,F=光纤。

七、可网管交换机管理方式

  1. 串口管理(RS-232)

  2. Web 浏览器管理

  3. 网管软件管理(如 SNMP)

二、可网管交换机的管理方式

一、管理访问方式

方式

说明

适用场景

Console(控制台)

通过串口线连接 PC 与交换机 Console 口,使用终端软件(如 SecureCRT、Xshell、PuTTY)登录

首次配置、故障恢复

Telnet / SSH

通过网络远程登录命令行界面

日常维护(SSH 更安全)

Web 管理

浏览器访问交换机 IP 地址,图形化操作

非专业用户、简单配置

SNMP 网管系统

通过网管平台集中监控多台设备

企业级运维

建议流程

  1. 先用 Console 完成基础配置(IP、密码、VLAN等)

  2. 启用 Telnet/SSH,后续远程管理


二、命令行视图体系(以华为为例)

交换机采用分层视图结构,不同视图下可执行的命令不同:

视图

提示符

进入方式

主要功能

用户视图

<LSW1>

开机默认进入

查看状态、保存配置、重启设备

系统视图

[LSW1]

system-view

全局配置入口,可进入其他子视图

接口视图

[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]

interface GigabitEthernet 0/0/1

配置端口速率、双工、VLAN、描述等

VLAN 视图

[LSW1-vlan10]

vlan 10

创建 VLAN、配置 VLAN 属性

协议视图

[LSW1-rip-1]

rip 1

配置路由协议(RIP、OSPF 等)

视图切换命令:

<LSW1> system-view                    # 用户 → 系统视图
[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/1  # 进入接口
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1] quit      # 返回系统视图
[LSW1] return                         # 直接返回用户视图(任意层级可用)

三、基础配置命令详解

1. 修改设备名称(便于识别)

[LSW1] sysname SW-Core
[SW-Core]   # 提示符立即更新

2. 配置 Console 登录密码(本地安全)

[SW-Core] user-interface console 0        # 进入 Console 接口
[SW-Core-ui-console0] authentication-mode password  # 设置密码认证
[SW-Core-ui-console0] set authentication password cipher Huawei@123
[SW-Core-ui-console0] user privilege level 3        # 设置权限等级为3(管理级)

3. 配置远程登录(VTY 密码)

[SW-Core] user-interface vty 0 4          # 同时支持5个Telnet会话(0~4)
[SW-Core-ui-vty0-4] authentication-mode password
Please configure the login password (8-16): Huawei@123
[SW-Core-ui-vty0-4] user privilege level 3
[SW-Core-ui-vty0-4] protocol inbound telnet  # 允许Telnet(部分设备需显式开启)

🔐 安全建议:生产环境应使用 stelnet(SSH)替代 Telnet。

4. 配置管理 IP(用于远程访问)

[SW-Core] interface Vlanif 1              # 进入 VLAN 1 的虚拟接口(默认管理VLAN)
[SW-Core-Vlanif1] ip address 192.168.1.10 255.255.255.0
[SW-Core-Vlanif1] quit
[SW-Core] ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.1  # 配置默认网关(可选)

⚠️ 注意:非三层交换机可能不支持 Vlanif,需通过带外管理或上联路由器访问。


四、用户权限等级(华为设备)

级别

权限范围

典型用途

0(访问级)

ping, tracert

普通用户测试连通性

1(监控级)

+ display 命令

网络监控人员查看状态

2(配置级)

+ 配置接口、VLAN 等

网络工程师日常配置

3–15(管理级)

+ 保存、重启、删除配置

管理员(通常设为3)

✅ 默认创建用户时建议设为 level 3,否则无法 save 或修改关键配置。


五、查看与保存配置

常用查看命令:

<SW-Core> display current-configuration    # 查看当前运行配置(最重要!)
<SW-Core> display saved-configuration     # 查看已保存的启动配置
<SW-Core> display ip interface brief      # 查看接口IP状态
<SW-Core> display vlan                   # 查看VLAN信息

保存配置(防止重启丢失):

<SW-Core> save
The current configuration will be written to the device.
Are you sure? [Y/N] y
Info: Please input the file name (*.cfg, *.zip) [vrpcfg.zip]:  # 直接回车用默认名
Save the configuration successfully.

💡 重要原则任何配置修改后必须 save,否则断电即失效!


六、常见问题与注意事项

  1. 忘记密码?
    → 需通过 Console 进入 BootROM 模式清除配置(不同品牌方法不同)。

  2. 无法 Telnet 登录?
    → 检查:① VTY 密码是否设置;② 交换机是否有管理 IP;③ 是否允许 Telnet 协议。

  3. 配置错误怎么办?
    → 使用 undo 命令撤销(如 undo ip address),或直接 reset saved-configuration 重启清空。

  4. 区分“运行配置” vs “启动配置”

    • current-configuration = 当前内存中的配置(未保存)

    • saved-configuration = 下次开机加载的配置(已保存)

任务实施:

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