# 计算机网络基础
计算机网络在二十世纪 60 年代起源于美国，原本用于军事通讯，后逐渐进入民用，经过短短 40 年不断的发展和完善，现已广泛应用于各个领域，并正以高速向前迈进。
# 基本概念
计算机网络(computer network)，通常也简称网路，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连接起来，以功能完善的网络软件实现网络的硬件、软件及资源共享和信息传递的系统。
简单的说即连接两台或多台计算机进行通信的系统。其中计算机、通信线路和网络设备以及通信协议和网络软件是组成网络的三大要素。
计算机网络的功能包括：
- 信息交换：计算机网络最基本的功能，实现计算机之间快速、可靠传送各种信息。
- 资源共享：计算机网络最主要的功能，共享网络上的硬件设备和软件以及数据资源。
- 分布式处理：利用网络环境实现分布处理和建立优良、可靠性高的分布式功能数据库系统。将多台计算机整合起来共同承担计算和存储任务。
# 网络的拓扑结构
拓扑结构是指网络的结构构形。计算机网络按照拓扑结构可以分为星形、树形、环形、网状和总线型结构。
星形结构网络：所有的结点都通过独立的线路链接到一个中心的交汇点，中心节点外的任何两个节点之间没有任何直接联通的线路。其具有以下几个特点：
- 通信协议简单
- 对外围站点要求不高
- 单个站点故障不会影响全网
- 电路利用率低，连线费用大
- 网络性能依赖中央借点
- 每个站点需要一个专有链路
树形结构网络：主机按级分层连接，是星形结构的扩展，它采用分层结构，具有一个节点和多层分支节点。其具有以下几个特点：
- 任意两个节点之间不产生回路
- 每个链路都支持双向传输
- 网络中节点扩充方便灵活
- 除叶节点外，任何一个节点及其链路发生故障会影响整个网络
环形结构网络：所有主机都通过相应的硬件接口连接到一个封闭的环上，实际上是首尾相连的总线结构。其具有以下几个特点：
- 传输速率高，传输距离远
- 各结点的地位和作用相同
- 各结点传输信息的时间固定
- 容易实现分布式控制
- 站点和故障会引起整个网络的崩溃
网状结构网络：一种无规则的连接方式，任一个结点至少有两条线路与其他结点相连。其具有以下几个特点：
- 节点间路径多，碰撞和阻塞减少
- 局部的故障不会影响整个网络
- 网络扩充和主机入网比较灵活、简单
- 缺点：网络机制复杂，建网困难
总线型结构网络：所有主机都通过相应的硬件接口链接到一根中心传输线上(总线，bus)。其具有以下几个特点：
- 结构简单，可靠性高
- 布线容易，连线总长度小于星形结构
- 对站点扩充和删除容易
- 总线任务繁重，容易产生瓶颈问题
- 总线本身的故障对系统的影响是毁灭性的
- 总线主干两端必须做终结处理
# 计算机网络的组成及相关概念
计算机网络是由计算机硬件和计算机软件两大部分组成的：
- 硬件是网络系统的物质基础，包括网络设备和传输介质。构成一个计算机网络，首先需要计算机及其附属的设备通过传输介质与其它的计算机系统连接起来。
- 软件通产包括网络协议、通信软件和网络操作系统。网络软件用来实现对网络的控制和管理、网络通信和资源的共享。
服务器：网络中的主机，主要提供网络资源和网络管理，根据网络工作站提出的请求，对网络用户提供服务。
工作站：连接到网络上的用户使用的个人计算机，都称为工作站。用户通过工作站使用服务器提供的服务和网络资源。
网络传输介质：网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络的数据通信具有一定的影响。如今网络传输介质包括有线传输介质和无线传输介质。有线传输介质主要包括双绞线、同轴电缆和光纤，而采用无线介质连接的网络称为无线网，主要使用微波通信和卫星通信。
# 计算机网络协议
什么是网路协议？
正如人们交流时需要采用互相理解的语言，网络协议就是指计算机网路中通信双方为了实现通信而设计的规则。即关于信息传输顺序、信息格式和信息内容的约定。其由以下三个部分组成：
- 语法：数据与控制信息的结构或格式。
- 语义：每部分控制信息和数据所代表的含义。
- 时序：详细说明事件应该如何实现。
在实际的网络系统中，最常用的协议有 TCP/IP，它包括了多个不同功能的协议，如 HTTP、FTP 等。其中 TCP 和 IP 是保证数据完整传输的最基本的协议，简称 TCP/IP 协议，并具有以下特点：
- 标准化：几乎所有网络软件和设备都能在该协议下运行。
- 可路由性：用户可以将多个局域网连成一个大型互联网络。
# 计算机网络体系结构
计算机网络体系结构有 OSI 参考模型和TCP/IP 参考模型。
| OSI 七层网络模型 | TCP/IP 四层概念模型 | 对应网络协议 | 数据单位 | 功能 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 7 | 应用层（Application） | 应用层 | HTTP、TFTP, FTP, NFS, WAIS、SMTP | APDU | 用户接口 |
| 6 | 表示层（Presentation） | Telnet, Rlogin, SNMP, Gopher | PPDU | 数据的表现形式，特定功能的实现：如文件加密 | |
| 5 | 会话层（Session） | SMTP, DNS | SPDU | 对应用会话的管理、同步（如回话是否进行网络传递） | |
| 4 | 传输层（Transport） | 传输层 | TCP, UDP | TPDU | 确定传输协议是可靠的，(确定端口)，传输前的错误检测和流控 |
| 3 | 网络层（Network） | 网际互联层 | IP, ICMP, ARP, RARP, AKP, UUCP | 报文 | 提供逻辑地址(写入 IP)、选路 |
| 2 | 数据链路层（Data Link） | 网络接口层 | FDDI, Ethernet, Arpanet, PDN, SLIP, PPP | 帧 | 成帧(写入 MAC)、用 MAC 地址访问媒介、错误检测与修正 |
| 1 | 物理层（Physical） | IEEE 802.1A, IEEE 802.2 到 IEEE 802.11 | 比特 | 设备之间的比特流的传输、物理接口和电气特性等 |
OSI 模型（OSI model），即开放式系统互联通信参考模型(Open System Interconnection Reference Model，缩写为 OSI)，一种概念模型，由国际标准化组织提出，一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。
TCP/IP 模型 借鉴了 OSI 模型，所以相似的是它们都是分层结构并如上表所示具有一定的对应关系，但前者是先有协议然后再提出的模型，所以不适用于非 TCP/IP 网络。
| 应用层 | Hytera 自有传输协议 | |
|---|---|---|
| 传输层 | TCP(三次握手并保持连接，更稳定) | UDP(直接传输，更快) |
| 网络层 | IP ICMP | |
| 物理链路层 | 根据需求选择不同的物理链路 | |
分层管理分工明确、便于管理，在 OSI 模型 中上三层(5-7)是为用户提供服务的，在未进行数据传递时依然会提供服务，而下四层是对实际的数据进行传递，只在实际进行数据传递时才提供服务。下面是对传输数据的封装过程的一个简单描述：
最后比特流在物理媒体中传播，目的主机收到比特流后又会对封装的数据进行反向的剥析。