计算机网络的组成什么不是必须的

① 计算机网络的组成包括哪几个部分网络由哪三部分组成

上帝视角

计算机网络

如上图就是一张简单的计算机网络，那么什么是计算机网络呢？

网络的定义：

网络是由若干节点和连接这些节点的链路构成，表示诸多对象及其相互联系。

在我看来计算机网络通俗地讲就是通过传输介质将分布在各个地方的计算机和网络设备连接起来，实现数据通信、资源共享的一张网络。

计算机网络主要包括三部分：

1、计算机 （可以包括客户端、服务器）

2、网络设备 （路由器、交换机、防火墙等）

3、传输介质（可以分为有线和无线的）

按照地域范围可以对网络进行如下分类:

局域网 ：小范围内的私有网络，一个家庭内的网络、一个公司内的网络、一个校园内的网络都属于局域网。

广域网：把不同地域的局域网互相连接起来的网络。运营商搭建连接远距离区域的广域网。

互联网：由世界各地的局域网和广域网连接起来的网络。互联网是一个开放、互联的网络，不属于任何个人和任何机构。

OSI参考模型&TCP/IP参考模型

计算机网络是按照什么标准实现数据的传输通信的呢？这个就不得不提今天的主题OSI参考模型和TCP/IP分层模型。

OSI参考模型分为七层从下往上分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层

TCP/IP分层模型分为四层从下往上分别是：网络接口层、网络层、传输层、应用层

OSI参考模型各层的作用

物理层:

是参考模型中的最底层，主要定义了系统的电气、机械、过程和功能标准。如：电压、物理数据速率、最大传输距离、物理联接器和其他的类似特性。

物理层传输的基本单位是比特流，即0和1，也就是最基本的电信号或光信号，是最基本的物理传输特征。

计算机的世界里只有0和1, 正如你现在所看这篇文章的文字, 存储在计算机中也是一大串0和1的组合. 但是这些数字不能在真实的物理介质中传输的, 而需要把它转换为光信号或者电信号, 所以这一层负责将这些比特流(0101)与光电信号进行转换.

物理层示例图

数据链路层：

传输的基本单位为“帧”，将比特组合成字节，再将字节组合成帧，使用链路层地址（以太网使用MAC地址）来访问介质，并为网络层提供差错控制和流量控制服务。

数据链路层由MAC(介质访问控制子层)和LLC(逻辑链路控制子层)组成。

介质访问控制子层的主要任务是规定如何在物理线路上传输帧。（和物理层相连）

数据链路控制子层主要负责逻辑上识别不同协议类型，并对其进行封装。也就是说数据链路控制子层会接受网络协议数据、分组的数据报并且添加更多的控制信息，从而把这个分组传送到它的目标设备。（和网络层对接）

数据链路层示例图

网络层：

传输的基本单位为“数据包”，提供IP地址，负责把数据包从源网络传输到目标网络的路由选择工作。

IP协议是网络层中的核心协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。

网络层示例图

传输层：

传输的基本单位为“段”，提供面向连接或非面向连接的数据传递以及进行重传前的差错检测。

传输层示例图

会话层：

负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。

会话层示例图

表示层：

提供各种用于应用层数据的编码和转换功能，确保一个系统的应用层发送的数据能被另一个系统的应用层识别。

表示层示例图

应用层：

OSI参考模型中最靠近用户的一层，为应用程序提供网络服务。

应用层示例图

最介质后用一张图概括

数据封装/解封装

PC1和PC2需要进行数据通信？那么PC1发送给PC2的数据包需要根据OSI参考模型至上而下进行数据封装，PC2收到数据包至下而上进行解封装

这里的封装和解封装的概念可以使用寄快递和取快递类比，中间的传输介质就是物流公司。

寄快递的时候是不是需要将物品层层包装起来，其实就是数据包封装的过程；取快递的时候需要拆解包裹，这个其实就是数据包解封装的过程。

OSI模型每一层对应的数据名称

传输介质

网络传输介质是指在网络中传输信息的载体，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。

不同的传输介质具有不同的特性，这些特性直接影响到通信的诸多方面，如线路编码方式、传输速度和传输距离；

常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质

有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方，有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。

同轴电缆：

同轴电缆是一种早期使用的传输介质，同轴电缆的标准分为两种，10BASE2和10BASE5。这两种标准都支持10Mbps的传输速率，最长传输距离分别为185米和500米。一般情况下，10Base2同轴电缆使用BNC接头，10Base5同轴电缆使用N型接头。

现在，10Mbps的传输速率早已不能满足目前企业网络需求，因此同轴电缆在目前企业网络中很少应用。这两种以太网已基本被淘汰，企业网中也几乎不再使用它们。

双绞线：

双绞线由两条互相绝缘的铜线组成，其典型直径为1mm。这两条铜线拧在一起，就可以减少邻近线对电气的干扰。双绞线即能用于传输模拟信号，也能用于传输数字信号，其带宽决定于铜线的直径和传输距离。

与同轴电缆相比双绞线（Twisted Pair）具有更低的制造和部署成本，因此在企业网络中被广泛应用。

双绞线可分为屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair，STP)和非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair，UTP)。屏蔽双绞线在双绞线与外层绝缘封套之间有一个金属屏蔽层，可以屏蔽电磁干扰。

双绞线有很多种类型，不同类型的双绞线所支持的传输速率一般也不相同。

例如，3类双绞线支持10Mbps传输速率；5类双绞线支持100Mbps传输速率，满足快速以太网标准；超5类双绞线及更高级别的双绞线支持千兆以太网传输。

双绞线使用RJ-45接头连接网络设备。为保证终端能够正确收发数据，RJ-45接头中的针脚必须按照一定的线序排列。

线序：白橙 橙 白绿 蓝 白蓝 绿 白棕 棕

光纤：

光纤是由纯石英玻璃制成的。纤芯外面包围着一层折射率比芯纤低的包层，包层外是一塑料护套。光纤通常被扎成束，外面有外壳保护。光纤的传输速率可达100Gbit/s.

双绞线和同轴电缆传输数据时使用的是电信号，而光纤传输数据时使用的是光信号。

光纤支持的传输速率包括10Mbps，100Mbps，1Gbps，10Gbps，甚至更高。

根据光纤传输光信号模式的不同，光纤又可分为单模光纤和多模光纤。

单模光纤只能传输一种模式的光，不存在模间色散，因此适用于长距离高速传输。

如下图所示：黄色为单模光纤。

多模光纤允许不同模式的光在一根光纤上传输，由于模间色散较大而导致信号脉冲展宽严重，因此多模光纤主要用于局域网中的短距离传输。

如下图所示：橙色为多模光纤。

无线传输介质指我们周围的自由空间。我们利用无线电波在自由空间的传播可以实现多种无线通信。在自由空间传输的电磁波根据频谱可将其分为无线电波、微波、红外线、激光等，信息被加载在电磁波上进行传输。无线传输的介质有：无线电波、红外线、微波、卫星和激光。

无线传输的优点在于安装、移动以及变更都较容易，不会受到环境的限制。但信号在传输过程中容易受到干扰和被窃取，且初期的安装费用较高。

MAC地址

什么是MAC地址

如同每一个人都有一个名字一样，每一台网络设备都用物理地址来标识自己，这个地址就是MAC地址。MAC地址也叫物理地址，大多数网卡厂商把MAC地址烧入了网卡的ROM中。

网络设备的MAC地址是全球唯一的。

MAC地址组成

MAC地址长度为48比特，通常用十六进制表示。

MAC地址包含两部分：

1、前24比特是组织唯一标识符（OUI，Organizationally Unique Identifier），由IEEE统一分配给设备制造商。例如，华为的网络产品的MAC地址前24比特是0x00e0fc。

2、后24位序列号是厂商分配给每个产品的唯一数值，由各个厂商自行分配（这里所说的产品可以是网卡或者其他需要MAC地址的设备）。

MAC地址作用

数据链路层基于MAC地址进行帧的传输。发送端使用接收端的MAC地址作为目的地址发送数据帧。

IP地址

大家都知道计算机都会有一个IP地址，只有配置了IP地址的主机才可以上网，IP地址的获取可以手动静态配置，也可以通过DHCP动态获取IP地址。

如下图所示，本机是自动获取IP地址的，如果使用静态的方式配置IP地址，需要配置IP地址、子网掩码、默认网关。

如何查看本机动态获取的地址呢？

通过cmd打开命令提示符，输入“ipconfig”,如下图所示可以看到本机获取的IP地址为192.168.1.25, 子网掩码为255.255.255.0，网关为192.168.1.1。

上面查询到的地址是私网地址，那么如何查看自己的公网地址呢？如下图，本机使用的公网地址是114.252.113.101，使用的是北京联通的地址。

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什么是IP地址

IP地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又叫网际协议地址。

IP地址是IP协议（IP协议是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议）提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理MAC地址的差异。

IP地址就像是我们的家庭住址一样，如果你要写信给一个人，你就要知道他（她）的地址，这样邮递员才能把信送到。计算机发送信息就好比是邮递员，它必须知道唯一的“家庭地址”才能不至于把信送错人家。只不过我们的地址是用文字来表示的，计算机的地址用二进制数字表示。

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IP地址作用

IP地址用来标识网络中的设备，具有IP地址的设备可以在同一网段内或跨网段通信。（后续会介绍网络中的主机如何通过IP地址进行通信的）

IP地址包括两部分，第一部分是网络号，表示IP地址所属的网段，第二部分是主机号，用来唯一标识本网段上的某台网络设备。

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IP地址表示

IPv4地址为32比特的二进制数，通常用点分十进制表示

IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节）。

IP地址通常用“点分十进制”表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。

例：点分十进IP地址（100.4.5.6），实际上是32位二进制数（

01100100.00000100.00000101.00000110）。

二进制和十进制转换：

例如：100=64+32+4=2^6+2^5+2^2 ,那么100的二进制就是 0110 0100 。

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IP地址分类

IPv4地址被划分为A、B、C、D、E五类，每类地址的网络号包含不同的字节数。

A类，B类，和C类地址为可分配IP地址，每类地址支持的网络数和主机数不同。

比如，A类地址可支持126个网络，每个网络支持2^24 （16,777,216 )个主机地址，另外每个网段中的网络地址和广播地址不能分配给主机。

C类地址支持200多万个网络，每个网络支持256个主机地址，其中254个地址可以分配给主机使用。

D类地址为组播地址。主机收到以D类地址为目的地址的报文后，且该主机是该组播组成员，就会接收并处理该报文。

各类IP地址可以通过第一个字节中的比特位进行区分。

如A类地址第一字节的最高位固定为0，B类地址第一字节的高两位固定为10，C类地址第一字节的高三位固定为110，D类地址第一字节的高四位固定为1110，E类地址第一字节的高四位固定为1111。

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私有地址、特殊地址:

IPv4中的部分IP地址被保留用作特殊用途。

为节省IPv4地址，A， B， C类地址段中都预留了特定范围的地址作为私网地址。

现在，世界上所有终端系统和网络设备需要的IP地址总数已经超过了32位IPv4地址所能支持的最大地址数4，294，967，296。为主机分配私网地址节省了公网地址，可以用来缓解IP地址短缺的问题。企业网络中普遍使用私网地址，不同企业网络中的私网地址可以重叠。默认情况下，网络中的主机无法使用私网地址与公网通信；当需要与公网通信时，私网地址必须转换成公网地址。

私有地址范围:

10.0.0.0~10.255.255.255

172.16.0.0~172.31.255.255

192.168.0.0~192.168.255.255

还有其他一些特殊IP地址，如127.0.0.0网段中的地址为环回地址，用于诊断网络是否正常。IPv4中的第一个地址0.0.0.0表示任何网络255.255.255.255是0.0.0.0网络中的广播地址。

特殊地址

127.0.0.0 ~ 127.255.255.255

0.0.0.0

255.255.255.255

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子网掩码:

上面介绍到IP地址由网络部分和主机部分组成，那么如何区分呢？子网掩码用于区分网络部分和主机部分。

子网掩码与IP地址的表示方法相同。

每个IP地址和子网掩码一起可以用来唯一的标识一个网段中的某台网络设备。子网掩码中的1表示网络位，0表示主机位。

例如：子网掩码 255.128.0.0表示网络位为9位，主机位为23位。

默认子网掩码：

每类IP地址有一个缺省子网掩码。

A类地址的缺省子网掩码为8位，即第一个字节表示网络位，其他三个字节表示主机位。

B类地址的缺省子网掩码为16位，因此B类地址支持更多的网络，但是主机数也相应减少。

C类地址的缺省子网掩码为24位，支持的网络最多，同时也限制了单个网络中主机的数量。

ARP协议

一台主机要发送数据给另一台主机时，必须要知道目的主机的网络层地址（即IP地址）。IP地址由网络层来提供，但是仅有IP地址是不够的。

IP数据报文必须封装成帧才能通过数据链路进行发送。数据帧必须要包含目的MAC地址，因此发送端还必须获取到目的MAC地址。那么如何获取对方的mac地址呢？

通过ARP（Address Resolution Protocol）协议可以根据IP地址获取对方的MAC地址。如上图所示：

主机A（ip为10.0.0.1）要和主机C（ip为10.0.0.3）通信，数据包经过主机A的封装后发给主机C，我们知道主机A封装数据时除了要知道对方的IP地址，还需要知道对方的MAC地址，这时候就需要借助ARP协议了。

下面我们看下ARP是如何获取主机C的MAC地址的？

1、ARP请求：

主机A首先会去检查ARP缓存表（ARP缓存用来存放IP地址和MAC地址的关联信息）中是否存在主机C的MAC地址。

本例中由于是第一次通信，主机A的ARP缓存表中没有主机C的MAC地址。

这时主机A会发送ARP request报文（广播报文）来获取主机C的MAC地址。

之前已经讲过广播的概念的，广播报文只会在广播域中传播，路由器可以隔离广播域。你知道以太网数据帧在网络中如何发送和接收的吗？一文带你搞懂它

ARP request报文封装在以太帧里。

帧头中的源MAC地址为发送端主机A的MAC地址。此时，由于主机A不知道主机C的MAC地址，所以目的MAC地址为广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。

ARP request报文中包含源IP地址、目的IP地址、源MAC地址、目的MAC地址，其中目的MAC地址的值为0。

ARP Request报文会在整个网络上传播，该网络中所有主机包括网关都会接收到此ARP request报文。网关将会阻止该报文发送到其他网络上。

本例中主机B和主机C都会收到主机A发送的ARP广播请求报文。

2、ARP应答：

主机B收到主机A发送的ARP广播请求报文，查看目的IP不是自己会丢弃，但是会在自己的ARP缓存表中记录主机A的IP和MAC的映射关系，在主机B上通过命令arp -a 可以查询到；

主机C发现目的IP是自己，会在自己的ARP缓存表中记录主机A的IP和MAC的映射关系，并会向主机A单播回应ARP Reply报文。

主机A收到主机C的回应报文后后会在自己的ARP缓存表中记录主机C的IP和MAC的映射关系，下次发送数据是就可以查询到主机C的MAC。

ARP Reply报文中的源协议地址是主机C自己的IP地址，目标协议地址是主机A的IP地址，目的MAC地址是主机A的MAC地址，源MAC地址是自己的MAC地址，同时Operation Code被设置为reply。

ARP Reply报文通过单播传送。

TCP协议

我们知道TCP是传输层协议，用于为应用层提供服务，通过端口号可以唯一标识一个应用。

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什么是TCP?

TCP 是面向连接的,提供端到端可靠性服务的传输层协议。

面向连接：

面向连接中通信中，会在在两个端点之间建立了一条可靠的数据通信信道。

电话就是一种面向连接的服务，双方建立连接后才能够通话，可以确保对方听到你说话；而发短信就不是一种面向连接的服务，你随时可以发送短信，但是不能确保对方及时收到。

端到端可靠:

保证从发送端发送的报文都可以被目的端收到，哪怕被丢弃，也可以让发送端重传;

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为什么需要TCP,TCP可以解决什么问题?

IP 层是“不可靠”的，它只负责数据包的发送，但它不保证数据包能够被接收、不保证网络包的按序交付、也不保证网络包中的数据的完整性。

如果需要保障网络数据包的可靠性，那么就需要由上层（传输层）的 TCP 协议来负责。

因为 TCP 是一个工作在传输层的可靠数据传输的服务，它能确保接收端接收的网络包是无损坏、无间隔、非冗余和按序的。后续会讲TCP协议是如何确保数据包的可靠传输的？

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TCP报文格式

我们知道待发送的数据是根据TCP/IP四层模型层层封装的，那么TCP协议是如何封装的？下面我们看下TCP的报文格式。

如图所示为TCP报文头格式。

TCP数据段由TCP Header（头部）和TCP Data（数据）组成。TCP最多可以有60个字节的头部，如果没有Options字段，正常的长度是20字节。

下面我们一起看下TCP头部的各个字段：

1、16位源端口号：源主机的应用程序使用的端口号。

2、16位目的端口号：目的主机的应用程序使用的端口号。每个TCP头部都包含源和目的端的端口号，这两个值加上IP头部中的源IP地址和目的IP地址可以唯一确定一个TCP连接。

TCP允许一个主机同时运行多个应用进程。每台主机可以拥有多个应用端口，每对端口号、源和目标IP地址的组合唯一地标识了一个会话。

端口分为知名端口和动态端口。

有些网络服务会使用固定的端口，这类端口称为知名端口，端口号范围为0-1023。如FTP、HTTP、Telnet、SNMP服务均使用知名端口。

动态端口号范围从1024到65535，这些端口号一般不固定分配给某个服务，也就是说许多服务都可以使用这些端口。只要运行的程序向系统提出访问网络的申请，那么系统就可以从这些端口号中分配一个供该程序使用。

3、32位序列号：用于标识从发送端发出的不同的TCP数据段的序号。可以解决网络包乱序问题。

数据段在网络中传输时，它们的顺序可能会发生变化；接收端依据此序列号，便可按照正确的顺序重组数据。

假定主机A和B进行tcp通信，A传送给B一个tcp报文段中，序号值被系统初始化为某一个随机值ISN，那么在该传输方向上（从A到B），后续的所有tcp报文段中的序号值都会被设定为ISN加上该报文段所携带数据的第一个字节在整个字节流中的偏移。例如某个TCP报文段传送的数据是字节流中的第1025~2048字节，那么该报文段的序号值就是ISN+1025。

4、32位确认序列号：用于标识接收端确认收到的数据段。确认序列号为成功收到的数据序列号加1。用来解决不丢包的问题。

假定主机A和B进行tcp通信，那么A发出的tcp报文段不但带有自己的序号，也包含了对B发送来的tcp报文段的确认号。反之也一样。若确认号=N，则表明：到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。

5、4位头部长度：表示头部占32bit字的数目，它能表达的TCP头部最大长度为60字节。

6、6位标志位：

URG：紧急指针是否有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送（相当于高优先级的数据），而不要按原来的排队顺序来传送。

例如，已经发送了很长的一个程序在远端的主机上运行。但后来发现了一些问题，需要取消该程序的运行。因此用户从键盘发出中断命令（Control+c）。如果不使用紧急数据，那么这两个字符将存储在接收TCP的缓存末尾。只有在所有的数据被处理完毕后这两个字符才被交付接收方的应用进程。这样做就浪费了许多时间。

当URG置为1时，发送应用进程就告诉发送方的TCP有紧急数据要传送。于是发送方TCP就把紧急数据插入到本报文段数据的最前面，而在紧急数据后面的数据仍时普通数据。这时要与首部中紧急指针字段配合使用。

ACK：表示确认号是否有效，携带ack标志的报文段也称确认报文段，仅当ACK=1时确认号字段才有效。当ACK=0时，确认号无效。TCP规定，在连接建立后所有的传送的报文段都必须把ACK置1。

PSH：提示接收端应用程序应该立即从tcp接受缓冲区中读走数据，为后续接收的数据让出空间。

当两个应用进程进行交互式的通信时，有时在一端的应用进程希望在键入一个命令后立即就能收到对方的响应。在这种情况下，TCP就可以使用推送操作。这时，发送方TCP把PSH置1，并立即创建一个报文段发送出去。接收方TCP收到PSH=1的报文段，就尽快地交付接收应用进程，而不再等到整个缓存都填满了后向上交付。虽然应用程序可以选择推送操作，但推送还很少使用。

RST：表示要求对方重建连接。带RST标志的tcp报文段也叫复位报文段。

当RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。RST置1还用来拒绝一个非法的报文段或拒绝打开一个连接。

SYN：表示建立一个连接，携带SYN的tcp报文段为同步报文段。在连接建立时用来同步序号。

当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文段。对方若同意建立连接，则应在相应的报文段中使用SYN=1和ACK=1。因此，SYN置为1就表示这是一个连接请求。

FIN标志：表示告知对方本端要关闭连接了。用来释放一个连接。

当FIN=1时，表明此报文段的发送方的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

7、16位窗口大小：表示接收端期望通过单次确认而收到的数据的大小。由于该字段为16位，所以窗口大小的最大值为65535字节，该机制通常用来进行流量控制。

窗口值是【0，2^16-1]之间的整数。窗口指的是发送本报文段的一方的接收窗口（而不是自己的发送窗口）。

窗口值告诉对方：从本报文段首部中的确认号算起，接收方目前允许对方发送的数据量。之所以要有这个限制，是因为接收方的数据缓存空间是有限的。

总之，窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。并且窗口值是经常在动态变化着。

8、16位校验和：校验整个TCP报文段，包括TCP头部和TCP数据。该值由发送端计算和记录并由接收端进行验证。

9、16位紧急指针：是一个正的偏移量。它和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一字节的序号。因此这个字段是紧急指针相对当前序号的偏移量。发送紧急数据时会用到这个。

紧急指针仅在URG=1时才有意义，它指出本报文段中的紧急数据的字节数（紧急数据结束后就是普通数据）。

因此，紧急指针指出了紧急数据的末尾在报文段中的位置。当所有紧急数据都处理完时，TCP就告诉应用程序恢复到正常操作。值得注意的是，即使窗口为零时也可发送紧急数据。

10、选项：长度可变，最长可达40字节。当没有使用“选项”时，TCP的首部长度是20字节。

UDP协议

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什么是UDP？

UDP 是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联） 参考模型中一种无连接的传输层协议，传输可靠性没有保证。

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UDP报文头

UDP报文分为UDP报文头和UDP数据区域两部分。报头由源端口、目的端口、报文长度以及校验和组成。

UDP头部的标识如下：

16位源端口号：源主机的应用程序使用的端口号。

16位目的端口号：目的主机的应用程序使用的端口号。

16位UDP长度：是指UDP头部和UDP数据的字节长度。因为UDP头部长度为8字节，所以该字段的最小值为8。

16位UDP校验和：该字段提供了与TCP校验字段同样的功能；该字段是可选的。

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为什么需要UDP？

UDP(User Datagram Protocol)传输与IP传输非常类似，它的传输方式也是”Best Effort“的，所以UDP协议也是不可靠的。

我们知道TCP就是为了解决IP层不可靠的传输层协议，既然UDP是不可靠的，为什么不直接使用IP协议而要额外增加一个UDP协议呢？

1、一个重要的原因是IP协议中并没有端口(port)的概念。IP协议进行的是IP地址到IP地址的传输，这意味者两台计算机之间的对话。但每台计算机中需要有多个通信通道，并将多个通信通道分配给不同的进程使用。一个端口就代表了这样的一个通信通道。UDP协议实现了端口，从而让数据包可以在送到IP地址的基础上，进一步可以送到某个端口。

2、对于一些简单的通信，我们只需要“Best Effort”式的IP传输就可以了，而不需要TCP协议复杂的建立连接的方式(特别是在早期网络环境中，如果过多的建立TCP连接，会造成很大的网络负担，而UDP协议可以相对快速的处理这些简单通信）

3、在使用TCP协议传输数据时，如果一个数据段丢失或者接收端对某个数据段没有确认，发送端会重新发送该数据段。TCP重新发送数据会带来传输延迟和重复数据，降低了用户的体验。对于迟延敏感的应用，少量的数据丢失一般可以被忽略，这时使用UDP传输将能够提升用户的体验。

② 计算机网络通常由哪些部分组成

计算机网络通常由以下几个部分组成：

• 硬件：包括计算机、路由器、交换机、调制解调器等硬件设备，用于在网络中传输和处理数据。

• 1、软件：包括操作系统、网络协议、网络服务、应用程序等软件，用于控制网络硬件设备的操作，并提供各种网络服务。

• 2、协议：网络协议规定了网络中数据的传输方式和处理方式。常见的协议包括TCP/IP协议、HTTP协议、FTP协议、SMTP协议等。

• 3、拓扑结构：网络拓扑结构指的是网络中各个设备之间的物理连接方式。常见的拓扑结构包括星型拓扑、总线型拓扑、环型拓扑等。

• 4、网络服务：网络服务是网络中的各种应用程序，包括电子邮件、文件传输、远程登录、网页浏览等服务。

• 5、安全机制：网络安全是网络中一个重要的方面，包括防火桥慎滑墙、加密技术、身份认证、访问控制等安全机制，用于保护网络中的数据和设备免受攻击和威胁。

总之，计算机网络是由硬件、软孝迹件、协议、拓扑结构、网络服务和安全机制等多个组成部分构成的复杂系统。这些组成部分相互作用，共同实现了计算机网络中的数据传输、处理、存储和管理等功能。

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③ 计算机网络的三个组成部分分别是什么

计算机网络组成的三要素为：

1、计算机及辅助设备(HUB集线器)；

2、通信介质(导线、无线)；

3、网络软件(Windows NT、Novell）。

拓展资料：

计算机网络体系结构可以从网络体系结构、网络组织、网络配置三个方面来描述，网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络，网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局，硬件、软件和通信线路来描述计算机网络，网络体系结构是从功能上来描述计算机网络结构。

网络协议是计算机网络必不可少的，一个完整的计算机网络需要有一套复杂的协议集合，组织复杂的计算机网络协议的最好方式就是层次模型。而将计算机网络层次模型和各层协议的集合定义为计算机网络体系结构（Network Architecture）。

计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系·计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即计算机网络体系结构的内容。

组成结构

一、计算机系统和终端

计算机系统和终端提供网络服务界面。地域集中的多个独立终端可通过一个终端控制器连入网络。

二、通信处理机

通信处理机也叫通信控制器或前端处理机，是计算机网络中完成通信控制的专用计算机，通常由小型机、微机或带有CPU的专用设备充当。在广域网中，采用专门的计算机充当通信处理机：在局域网中，由于通信控制功能比较简单，所以没有专门的通信处理机，而是在计算机中插入一个网络适配器（网卡）来控制通信。

三、通信线路和通信设备

通信线路是连接各计算机系统终端的物理通路。通信设备的采用与线路类型有很大关系：如果是模拟线路，在线中两端使用Modem（调制解调器）；如果是有线介质，在计算机和介质之间就必须使用相应的介质连接部件。

四、操作系统

计算机连入网络后，还需要安装操作系统软件才能实现资源共享和管理网络资源。如：Windows 98、Windows 2000、Windows xp等。

五、网络协议

网络协议是规定在网络中进行相互通信时需遵守的规则，只有遵守这些规则才能实现网络通信。常见的协议有：TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。

④ 计算机网络的组成和体系结构

一、计算机网络的基本组成

计算机网络是一个很复杂的系统，它由许多计算机软件、硬件和通信设备组合而成。下面对一个计算机网络所需的主要部分，即服务器、工作站、外围设备、网络软件作简要介绍。

1.服务器（Server）

在计算机网络中，服务器是整个网络系统的核心，一般是指分散在不同地点担负一定数据处理任务和提供资源的计算机，它为网络用户提供服务并管理整个网络，它影响着网络的整体性能。一般在大型网络中采用大型机、中型机和小型机作为网络服务器，可保证网络的可靠性。对于网点不多，网络通信量不大，数据安全性要求不太高的网络，可以选用高档微机作网络服务器。根据服务器在网络中担负的网络功能的不同，又可分为文件服务器、通信服务器和打印服务器等。在小型局域网中，最常用的是文件服务器。一般来说网络越大、用户越多、服务器负荷越大，对服务器性能要求越高。

2.工作站（Workstation）

工作站有时也称为“节点”或“客户机（Client）”，是指通过网络适配器和线缆连接到网络上的计算机，是网络用户进行信息处理的个人计算机。它和服务器不同，服务器是为整个网络提供服务并管理整个网络，而工作站只是一个接入网络的设备，它保持原有计算机的功能，作为独立的计算机为用户服务，同时又可按一定的权限访问服务器，享用网络资源。

工作站通常都是普通的个人计算机，有时为了节约经费，不配软、硬盘，称为“无盘工作站”。

3.网络外围设备

是指连接服务器和工作站的一些连线或连接设备，如同轴电缆、双绞线、光纤等传输介质，网卡（NIC）、中继器（Repeater）、集线器（Hub）、交换机（Switch）、网桥（Bridge）等，又如用于广域网的设备：调制解调器（Modem）、路由器（Router）、网关（Gateway）等，接口设备：T型头、BNC连接器、终端匹配器、RJ45头、ST头、SC头、FC头等。

4.网络软件

前面介绍的都是网络硬件设备。要想网络能很好地运行，还必须有网络软件。

通常网络软件包括网络操作系统（NOS）、网络协议软件和网络通信软件等。其中，网络操作系统是为了使计算机具备正常运行和连接上网的能力，常见的网络操作系统有UNIX、Linux、Novell Netware、Windows NT、Windows 2000 Server、Windows XP等；网络协议软件是为了各台计算能使用统一的协议，可以看成是计算机之间相互会话使用的语言；而运用协议进行实际的通信则是由通信软件完成的。

网络软件功能的强弱直接影响到网络的性能，因为网络中的资源共享、相互通信、访问控制和文件管理等都是通过网络软件实现的。

二、计算机网络的拓扑结构

所谓计算机网络的拓扑结构是指网络中各结点（包括连接到网络中的设备、计算机）的地理分布和互连关系的几何构形，即网络中结点的互连模式。

网络的拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等指标，常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型等，通过使用路由器和交换机等互连设备，可在此基础上构建一个更大网络。

1.总线型

在总线型结构中，将所有的入网计算机接入到一条通信传输线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终端匹配器如图6-1（a）。总线型结构的优点是信道利用率高，可扩充性好，结构简单，价格便宜。当数据在总线上传递时，会不断地“广播”，第一节点均可收到此信息，各节点会对比数据送达的地址与自己的地址是否相同，若相同，则接收该数据，否则不必理会该数据。缺点是同一时刻只能有两个网络结点在相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳的节点数有限。在总线上只要有一个结点连接出现问题，会影响整个网络运行，且不易找到故障点。

图6-1 网络拓扑结构

2.星型

在星型结构中，以中央结点为中心，其他结点都与中央结点相连。每台计算机通过单独的通信线路连接到中央结点，由该中央结点向目的结点传送信息，如图6-1（b），因此，中央结点必须有较强的功能和较高的可靠性。

在已实现的网络拓扑结构中，这是最流行的一种。跟总线型拓扑结构相比，它的主要的优势是一旦某一个电缆线段被损坏了，只有连接到那个电缆段的主机才会受到影响，结构简单，建网容易，便于管理。缺点是该拓扑是以点对点方式布线的，故所需线材较多，成本相对较高，此外中央结点易成为系统的“瓶颈”，且一旦发生故障，将导致全网瘫痪。

3.环型

在环型结构中，如图6-1（c）所示，各网络结点连成封闭环路，数据只能是单向传递，每个收到数据包的结点都向它的下一结点转发该数据包，环游一圈后由发送结点回收。当数据包经过目标结点时，目标结点根据数据包中的目标地址判断出是自己接收，并把该数据包拷贝到自己的接收缓冲中。

环型拓扑结构的优点是：结构简单，网络管理比较简单，实时性强。缺点是：成本较高，可靠性差，网络扩充复杂，网络中若有任一结点发生故障都会使整个网络瘫痪。

三、计算机网络的体系结构

要弄清网络的体系结构，需先弄清网络协议是什么。

网络协议是两台网络上的计算机进行通信时使用的语言，是通信的规则和约定。为了在网络上传输数据，网络协议定义了数据应该如何被打成包、并且定义了在接收数据时接收计算机如何解包。在同一网络中的两台计算机为了相互通信，必须运行同一协议，就如同两个人交谈时，必须采用对方听得懂的语言和语速。

由于网络结点之间的连接可能是很复杂的，因此，为了减少协议设计的复杂性，在制定协议时，一般把复杂成分分解成一些简单成分，再将它们复合起来，而大多数网络都按层来组织，并且规定：（1）一般是将用户应用程序作为最高层，把物理通信线路作为最低层，将其间再分为若干层，规定每层处理的任务，也规定每层的接口标准；（2）每一层向上一层提供服务，而与再上一层不发生关系；（3）每一层可以调用下一层的服务传输信息，而与再下一层不发生关系。（4）相邻两层有明显的接口。

除最低层可水平通信外，其他层只能垂直通信。

层和协议的集合被称为网络的体系结构。为了帮助大家理解，我们从现实生活中的一个例子来理解网络的层次关系。假如一个只懂得法语的法国文学家和一个只懂得中文的中国文学家要进行学术交流，那么他们可将论文翻译成英语或某一种中间语言，然后交给各自的秘书选一种通信方式发给对方，如图6-2所示。

图6-2 中法文学家学术交流方式

下面介绍两个重要的网络体系结构：OSI参考模型和TCP/IP参考模型。

1.OSI参考模型

由于世界各大型计算机厂商推出各自的网络体系结构，不同计算机厂商的设备相互通信困难。为建立更大范围内的计算机网络，必然要解决异构网络的互连，因而国际标准化组织ISO于1977年提出“开放系统互连参考模型”，即着名的OSI（Open system interconnection/Reference Model）。它将计算机网络规定为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层等七层，受到计算机界和通信界的极大关注。

2.TCP/IP参考模型

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet protocol）协议是Internet使用的通信协议，由ARPANET研究中心开发。TCP/IP是一组协议集（Internet protocol suite），而TCP、IP是该协议中最重要最普遍使用的两个协议，所以用TCP/IP来泛指该组协议。

TCP/IP协议的体系结构被分为四层：

（1）网络接口层 是该模型的最低层，其作用是负责接收IP数据报，并通过网络发送出去，或者从网络上接收网络帧，分离IP数据报。

（2）网络层 IP协议被定义驻留在这一层中，它负责将信息从一台主机传到指定接收的另一台主机。主要功能是：寻址、打包和路由选择。

（3）传输层 提供了两个协议用于数据传输，即传输控制协议TCP和通用数据协议UDP，负责提供准确可靠和高效的数据传送服务。

（4）应用层 位于TCP/IP最高层，为用户提供一组常用的应用程序协议。例如：简单邮件传输协议SMTP、文件传协议FTP、远程登录协议Telnet、超文本传输协议HTTP（该协议是后来扩充的）等。随着Internet的发展，又开发了许多实用的应用层协议。

图6-3是TCP/IP模型和OSI模型的简单比较：

图6-3 TCP/IP模型和OSI模型的对比

⑤ 计算机网络由哪两部分组成

计算机网络主要由资源子网和通信子网两部分组成。

• 资源子网：这是计算机网络中面向用户的部分，主要负责全网络面向应用的数据处理工作。它包括了提供各种网络资源和服务的设备，如计算机、服务器、数据库等，以及用户访问这些资源所需的软件和接口。

• 通信子网：这是计算机网络中负责数据通信的部分，主要由通信设备和通信线路组成。它的主要功能是实现网络节点之间的数据传输和交换，确保数据能够准确、高效地从一个节点传输到另一个节点。

虽然通信协议不是计算机网络的一个物理组成部分，但它是确保网络通信能够顺利进行的关键因素。通信协议规定了通信双方必须共同遵守的规则和约定，是计算机网络与一般计算机互连系统的根本区别。

⑥ 组成网络所需的硬件设备有哪些

计算机网络是由两个或多个计算机通过特定通信模式连接起来的一组计算机，完整的计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成的。
组成一般计算机网络的硬件有哪些？一是网络服务器；二是网络工作站；三是网络适配器，又称为网络接口卡或网卡；四是连接线，学名“传输介质”或“传输媒体”，主要是电缆或双绞线，还有不常用的光纤。如果要扩展局域网的规模，就需要增加通信连接设备，如调制解调器、集线器、网桥和路由器等。我们把这些硬件连接起来，再安装上专门用来支持网络运行的软件，包括系统软件和应用软件，那么一个能够满足工作或生活需求的计算机网络也就建成了。服务提供者--服务器
服务器（Server）是一台高性能计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理各网络工作站成员的信息请示等，并连接一些外部设备如打印机、CD－ROM、调制解调器等。根据其作用的不同分为文件服务器、应用程序服务器和数据库服务器等。Internet网管中心就有WWW服务器、FTP服务器等各类服务器。
广义上的Server（服务器）是指向运行在别的计算机上的客户端程序提供某种特定服务的计算机或是软件包。这一名称可能指某种特定的程序，例如WWW服务器，也可能指用于运行程序的计算机，例如，“我们的邮件服务器今天崩溃了”，这就是电子邮件不能被发送出去的原因。一台单独的服务器计算机上可以同时有多个服务器软件包在运行，也就是说，它们可以向网络上的客户提供多种不同的服务。

网络服务器是不是就是所说的文件服务器？一般意义上的网络服务器确也是指文件服务器。文件服务器是网络中最重要的硬件设备，其中装有NOS（网络操作系统）、系统管理工具和各种应用程序等，是组建一个客户机/服务器局域网所必需的基本配置；对于对等网，每台计算机则既是服务器也是搭族工作站。

采用什么样的微机用作服务器最为合适？若有条件购置专门的文件服务器则更好，因为硬件上有专门考虑，我们在前面不是说服务器的硬盘存取速度对网络的影响很大吗？所以专用的服务器就对数据的存储、速度、可靠性都有考虑，诸如硬盘镜像、双工等容错技术一般都会得到应用。不过一般的小型LAN，采用PII级的微机，配备一个或数个GB的大容量硬盘和一个32位的网卡也就可以满足需求。

坐享其成者--工作站
工作站（Workstation）也称客户机，由服务器进行管理和提供服务的、连入网络的任何计算机都属于工作站，其性能一般低于服务器。个人计算机接入Internet后，在获取Internet的服务的同时，其本身就成为一台Internet网上的工作站。网络工作站需要运行网络操作系统的客户端软件。

计算机的哨卡--网卡
网卡也称网络适配器、网络接口卡（NIC，Network Interface Card），在局域网中用于将用户计算机与网络相连，大多数局域网采用以太（Ethernet）网卡，如NE2000网卡、PCMCIA卡等。

何谓网卡？网卡是一块插入微机I/O槽中，发出和接收不同的信息帧、计算帧检验序列、执行编码译码转换等以实现微机通讯的集成电路卡。它主要完成如下功能：（1）读入由其它网络设备（路由器、交换机、集线器或其它NIC）传输过来的数据包（一般是帧的形式），经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别的数据，通过主板上的总线将数据传输到所需PC设备中（CPU、内存或硬盘）；（2）将PC设备发送的数据，打包后输送至其它网络设备中。它按总线类型可分为ISA网卡、EISA网卡、PCI网卡等。其中ISA网卡的数据传送以16位进行，EISA和PCI网卡的数据传送量为32位，速度较快。

网卡的工作原理与调制解调器的工作原理类似，只不过在网卡中输入和输出的都是数字信号，传送速度比调制解调器快得多。

网卡有16位与32位之分，16位网卡的代表产品是NE2000，市面上非常流行其兼容产品，有些就叫让让不出来名字，一般用于工作站；32位网卡的代表产品是NE3200，一般用于服务器，市面上也有兼容产品出售。

网卡的接口大小不一，其旁边还有红、绿两个小灯，起什么作用呢？网卡的接口有三种规格：粗同轴电缆接口（AUI接口）；细同轴电缆坦枝局接口（BNC接口）；无屏蔽双绞线接口（RJ-45接口）。一般的网卡仅一种接口，但也有两种甚至三种接口的，称为二合一或三合一卡。红、绿小灯是网卡的工作指示灯，红灯亮时表示正在发送或接收数据，绿灯亮则表示网络连接正常，否则就不正常。值得说明的是，倘若联接两台计算机线路的长度大于规定长度（双绞线为100米，细电缆是185米），即使连接正常，绿灯也不会亮。

勤快的“猫”--调制解调器Modem
调制解调器也叫Modem，俗称“猫”。它是一个通过电话拨号接入Internet的必备的硬件设备。通常计算机内部使用的是“数字信号”，而通过电话线路传输的信号是“模拟信号”。调制解调器的作用就是当计算机发送信息时，将计算机内部使用的数字信号转换成可以用电话线传输的模拟信号，通过电话线发送出去；接收信息时，把电话线上传来的模拟信号转换成数字信号传送给计算机，供其接收和处理。

按调制解调器与计算机连接方式可分为内置式与外置式。内置式调制解调器体积小，使用时插入主机板的插槽，不能单独携带；外置式调制解调器体积大，使用时与计算机的通信接口（COM1或COM2）相连，有通信工作状态指示，可以单独携带、能方便地与其他计算机连接使用。

按调制解调器的传输能力不同有低速和高速之分，常见的调制解调器速率有14.4Kbps、28.8Kbps、33.6Kbps、56Kbps等。“bps”为每秒钟传输的数据量（字节数），工作速度越快，上网效果越好，价格越高，但电话线路的通信能力可能制约调制解调器的整体工作效率。

信号的加油站--中继器和集线器
要扩展局域网的规模，就需要用通信线缆连接更远的计算机设备，但当信号在线缆中传输时会受到干扰，产生衰减。如果信号衰减到一定的程度，信号将不能识别，计算机之间不能通信。必须使信号保持原样继续传播才有意义。

中继器（Repeater），用于连接同类型的两个局域网或延伸一个局域网。当我们安装一个局域网而物理距离又超过了线路的规定长度时，就可以用它进行延伸；中继器也可以收到一个网络的信号后将其放大发送到另一网络，从而起到连接两个局域网的作用。

集线器称为HUB，是一种集中完成多台设备连接的专用设备，提供了检错能力和网络管理等有关功能。HUB有三种类型：对被传送数据不做任何添加的Passive HUB，被称为被动集线器；能再生信号，监测数据通讯的Active HUB，被称为主动集线器；能提供网络管理功能的Intelligent HUB，被称为智能集线器。

网络间的关卡--网桥、路由器和网关
网桥（Bridge）也连接网络分支，但网桥多了一个“过滤帧”的功能。一个网络的物理连线距离虽然在规定范围内，但由于负荷很重，可以用网桥把一个网络分割成两个网络。这是因为网桥会检查帧的发送和目的地址，如果这两个地址都在网桥的这一半，那么这个帧就不会发送到网桥的另一半，这就可以降低整个网的通讯负荷，这个功能就叫“过滤帧”。

假如需要连接两种不同类型的局域网，那就得用路由器（Router），它可以连接遵守不同网络协议的网络。路由器能识别数据的目的地地址所在的网络，并能从多条路径中选择最佳的路径发送数据。如果两个网络不仅网络协议不一样，而且硬件和数据结构都大相径庭，那么就得用网关（Gateway）。不过，这两个东西在一般的局域网中几乎是派不上用场的。

信号的马路--传输媒体
网络电缆用于网络设备之间的通信连接，常用的网络电缆有双绞线、细同轴电缆、粗同轴电缆、光缆等。此外计算机网络还使用无线传输媒体（包括微波、红外线和激光）、卫星线路等传输媒体。坚强的后盾--不间断电源UPS
UPS是不间断电源（Uninterruptible Power System）的英文名称的缩写，它伴随着计算机的诞生而出现，是计算机常用的外围设备之一。实际上，UPS是一种含有储能装置，并以逆变器为主要组成部分的恒压恒额的不间断电源。

UPS在其发展初期，仅被视为一种备用电源。后来，由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题，使计算机等设备的电子系统受到干扰，造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果，引起巨大的经济损失。因此，UPS日益受到重视，并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪涌等功能的电力保护系统。目前在市场上可以购买到种类繁多的UPS电源设备，其输出功率从500VA到3000kVA不等。

当有市电供给UPS的时候，UPS对市电进行稳压（220V±5％）后为计算机供电。此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电。因UPS设计的不同，UPS适应的范围也不同，UPS输出电压在±10－15％的变化一般属正常的计算机使用电压。当市电异常或者中断时，UPS立即将机内电池的电能通过逆变转换供给计算机系统，以维持计算机系统的正常工作并保护计算机的软硬件不受损失。

配备UPS的主要目的是防止由于突然停电而导致计算机丢失信息和破坏硬盘，但有些设备工作时是并不害怕突然停电的（如打印机等）。为了节省UPS的能源，打印机可以考虑不必经过UPS而直接接入市电。如果是网络系统，可考虑UPS只供电给主机（或者服务器）及其有关部分。这样可保证UPS既能够用到最重要的设备上，又能节省投资。