高校春季計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)講義第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與核心模型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心是體系結(jié)構(gòu)，它定義了網(wǎng)絡(luò)組件間的通信規(guī)則與層次分工。目前主流的體系結(jié)構(gòu)有兩種：OSI七層模型（開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型）與TCP/IP四層模型（因特網(wǎng)核心模型）。1.1OSI七層模型（邏輯分層）OSI模型從下到上分為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。每層承擔(dān)獨(dú)立功能，通過“層間接口”傳遞數(shù)據(jù)（以“協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU”形式）：物理層：負(fù)責(zé)比特流的傳輸（如電信號、光信號），定義傳輸介質(zhì)（雙絞線、光纖）、接口標(biāo)準(zhǔn)（RJ-45、LC）。數(shù)據(jù)鏈路層：將比特流封裝為“幀”，處理差錯(cuò)（CRC校驗(yàn)）、接入控制（如CSMA/CD），典型協(xié)議如以太網(wǎng)（Ethernet）、PPP。網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)“端到端”的邏輯尋址與路由選擇，核心是IP協(xié)議，將數(shù)據(jù)報(bào)從源主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)主機(jī)。傳輸層：提供“進(jìn)程間”的可靠/不可靠通信，TCP（可靠）與UDP（不可靠）是核心協(xié)議。1.2TCP/IP四層模型（實(shí)際應(yīng)用）TCP/IP模型更貼近實(shí)際網(wǎng)絡(luò)，分為：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。它與OSI的對應(yīng)關(guān)系為：網(wǎng)絡(luò)接口層→物理層+數(shù)據(jù)鏈路層；網(wǎng)絡(luò)層→OSI網(wǎng)絡(luò)層；傳輸層→OSI傳輸層；應(yīng)用層→OSI會話+表示+應(yīng)用層。TCP/IP的核心是IP協(xié)議（網(wǎng)絡(luò)層）與TCP/UDP協(xié)議（傳輸層），它們共同支撐了因特網(wǎng)的通信基礎(chǔ)。1.3分層的意義分層設(shè)計(jì)讓網(wǎng)絡(luò)功能“模塊化”：每層只需關(guān)注自身職責(zé)，降低復(fù)雜度（如物理層升級光纖，不影響傳輸層的TCP協(xié)議）。同時(shí)，分層也便于故障排查（如網(wǎng)絡(luò)不通時(shí)，可從物理層開始逐層排查）。第二章物理層與數(shù)據(jù)鏈路層：網(wǎng)絡(luò)通信的“底層基石”2.1物理層：信號與介質(zhì)的“對話”物理層的核心是信號傳輸與介質(zhì)適配：傳輸介質(zhì)：雙絞線（如超五類、六類，支持100Mbps~10Gbps）、光纖（單模/多模，長距離高速傳輸）、無線（電磁波，如WiFi的2.4G/5G頻段）。編碼方式：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男问剑缏鼜厮固鼐幋a（每個(gè)比特中間有跳變，用于同步，以太網(wǎng)早期采用）、差分曼徹斯特編碼（跳變僅表示邏輯變化）。接口標(biāo)準(zhǔn)：如RJ-45（雙絞線以太網(wǎng)接口）、LC/SC（光纖接口）、RS-232（串口，早期串口通信）。2.2數(shù)據(jù)鏈路層：“幀”的封裝與管理數(shù)據(jù)鏈路層的核心是幀的處理與介質(zhì)訪問控制（MAC）：幀結(jié)構(gòu)：以太網(wǎng)幀包含“前導(dǎo)碼（同步）、目的MAC、源MAC、類型（上層協(xié)議）、數(shù)據(jù)、CRC（差錯(cuò)校驗(yàn)）”。MAC地址：48位二進(jìn)制（如`____`），全球唯一，用于局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備識別。介質(zhì)訪問控制：解決“多設(shè)備共享傳輸介質(zhì)”的沖突問題：CSMA/CD（帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問）：以太網(wǎng)早期（總線型）的機(jī)制，設(shè)備先監(jiān)聽，無信號則發(fā)送，若沖突則退避重發(fā)。CSMA/CA（帶沖突避免的載波監(jiān)聽多路訪問）：無線局域網(wǎng)（WiFi）的機(jī)制，發(fā)送前先“預(yù)約”信道（RTS/CTS幀），避免隱藏終端問題。VLAN（虛擬局域網(wǎng)）：通過交換機(jī)將物理局域網(wǎng)劃分為多個(gè)邏輯子網(wǎng)，隔離廣播域，提升安全性與性能。配置時(shí)需在交換機(jī)端口指定VLANID（如VLAN10、VLAN20）。第三章網(wǎng)絡(luò)層：“端到端”的路由與尋址3.1IP地址與子網(wǎng)劃分IP地址是網(wǎng)絡(luò)層的邏輯地址，分為IPv4（32位，如`192.168.1.1`）與IPv6（128位，如`2001:db8::1`）。IPv4分類：A類（`1.0.0.0~126.255.255.255`）、B類（`128.0.0.0~191.255.255.255`）、C類（`192.0.0.0~223.255.255.255`），但現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多采用無類別域間路由（CIDR），如`192.168.1.0/24`（子網(wǎng)掩碼`255.255.255.0`，24位網(wǎng)絡(luò)位）。子網(wǎng)劃分：將大網(wǎng)段拆分為小網(wǎng)段（如`192.168.1.0/24`拆為`192.168.1.0/26`和`192.168.1.64/26`），減少廣播域大小，提升網(wǎng)絡(luò)效率。3.2路由選擇與路由協(xié)議路由的核心是將數(shù)據(jù)報(bào)從源IP轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)IP，分為：靜態(tài)路由：管理員手動配置路由表（如路由器上`iproute192.168.2.0255.255.255.010.0.0.1`），適合小型網(wǎng)絡(luò)。動態(tài)路由：路由器通過協(xié)議自動學(xué)習(xí)路由，如RIP（距離矢量，基于跳數(shù)）、OSPF（鏈路狀態(tài)，基于帶寬/延遲）、BGP（邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議，因特網(wǎng)骨干網(wǎng)路由）。3.3ARP與ICMP：網(wǎng)絡(luò)層的“輔助工具”ARP（地址解析協(xié)議）：將IP地址轉(zhuǎn)換為MAC地址（如主機(jī)要訪問`192.168.1.10`，會發(fā)送ARP請求：“誰有`192.168.1.10`？請告訴我你的MAC”），緩存表（ARP表）超時(shí)后會重新請求。ICMP（因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議）：用于網(wǎng)絡(luò)診斷，如`ping`（發(fā)送ICMP回顯請求，測試連通性）、`traceroute`（跟蹤路由，顯示每一跳的延遲）。第四章傳輸層：“進(jìn)程間”的可靠通信4.1TCP與UDP的核心區(qū)別傳輸層的兩大協(xié)議：TCP（傳輸控制協(xié)議）與UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）：UDP：無連接、不可靠（無確認(rèn)、無重傳）、低延遲，適合實(shí)時(shí)性要求高的場景（如視頻流、游戲、DNS）。4.2TCP的“三次握手”與“四次揮手”三次握手（建立連接）：1.客戶端（C）→服務(wù)器（S）：SYN（同步序列號）包，請求建立連接。2.S→C：SYN+ACK包，確認(rèn)客戶端的SYN，并發(fā)送自己的SYN。3.C→S：ACK包，確認(rèn)服務(wù)器的SYN，連接建立。*（為什么是三次？兩次握手可能導(dǎo)致“已失效的連接請求”被服務(wù)器錯(cuò)誤接收，三次可確保雙方都準(zhǔn)備好。）*四次揮手（斷開連接）：1.C→S：FIN（結(jié)束）包，請求斷開。2.S→C：ACK包，確認(rèn)FIN（此時(shí)服務(wù)器可能還有數(shù)據(jù)未發(fā)送）。3.S→C：FIN包，服務(wù)器數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，請求斷開。4.C→S：ACK包，確認(rèn)FIN，連接斷開。*（為什么是四次？因?yàn)門CP是全雙工通信，雙方都需獨(dú)立關(guān)閉發(fā)送端。）*第五章應(yīng)用層：“用戶可見”的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)5.1典型應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議直接為用戶提供服務(wù)，常見的有：5.2應(yīng)用層的“會話”與“安全”第六章實(shí)踐與常見問題分析6.1實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)：用Wireshark抓包分析TCP連接1.打開Wireshark，選擇本地網(wǎng)卡，過濾條件設(shè)為`tcp`。3.分析數(shù)據(jù)包：找到SYN包（Flags為`SYN`）、SYN+ACK包（Flags為`SYN,ACK`）、ACK包（Flags為`ACK`），觀察序列號、確認(rèn)號的變化。6.2常見網(wǎng)絡(luò)故障排查物理層故障：檢查網(wǎng)線是否插好、光纖是否斷連（用測線儀或光功率計(jì)）、接口燈是否亮。數(shù)據(jù)鏈路層故障：查看交換機(jī)端口的VLAN配置是否正確（`showvlanbrief`）、MAC地址表是否有異常（`showmacaddress-table`）。網(wǎng)絡(luò)層故障：用`ipconfig`（Windows）或`ifconfig`（Linux）查看IP地址是否正確，`ping`網(wǎng)關(guān)測試連通性，`traceroute`跟蹤路由跳數(shù)。傳輸層/應(yīng)用層故障：檢查端口是否被占用（`netstat-ano`）、服務(wù)是否正常運(yùn)行（如Web服務(wù)器的Apache/Nginx進(jìn)程）?？偨Y(jié)與復(fù)習(xí)建議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心是“分層協(xié)作”：從物理層的信號傳輸，到應(yīng)用層的用戶服務(wù)，每層都有明確的職責(zé)。復(fù)習(xí)時(shí)建議：1.