零基础入门计算机网络：第一章概述全解（三种交换方式+八大性能指标+体系结构分层+十年考研真题精讲）

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具体说明

文档重点标注

核心作用

是信息时代不可或缺的基础设施，支撑着人们的日常沟通、工作、学习和娱乐

大家都有切身体会

权威数据来源

中国互联网络信息中心（CNNIC）提供我国互联网发展的各方面统计信息

可到 CNNIC 官网获取最新数据

学习要求

理解计算机网络在信息时代的重要性

基础认知要求

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具体要点

文档重点标注

基本概念

网络：由若干结点和连接这些结点的链路组成 互联网：多个网络通过路由器互联形成的更大网络 因特网：世界上最大的互联网

要求理解基本概念

发展三阶段

1. 单个网络 ARPANET 向互联网发展 2. 三级结构的因特网（主干网、地区网、校园网） 3. 多层次 ISP 结构的因特网

只需了解即可

标准化工作

因特网的标准化工作由因特网协会（ISOC）负责 所有标准都以 RFC（请求评论）的形式发布

只需了解即可

交换方式

工作原理

核心特点

优点

缺点

文档重点标注

电路交换

通信前先建立一条专用的物理链路，通信过程中始终占用该链路，通信结束后释放链路

面向连接，独占资源

传输时延小，无冲突，适用于实时通信

线路利用率低，建立连接时间长

了解特点和区别

报文交换

将整个报文作为一个整体，在每个结点存储后转发到下一个结点

存储 – 转发，以报文为单位

线路利用率高，无需建立连接

传输时延大，对结点存储能力要求高

了解特点和区别

分组交换

将报文分割成若干个较小的分组，每个分组独立存储转发，到达目的地后再重新组装成报文

存储 – 转发，以分组为单位

线路利用率高，传输时延小，可靠性高

有额外的首部开销，可能出现分组失序

本小节重点，需掌握分组概念和存储转发概念

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具体要点

文档重点标注

定义

最简单的定义：一些互联的、自治的计算机的集合

"互联"：计算机之间能够通过通信线路交换数据

"自治"：每台计算机都有自己的操作系统，能够独立运行

希望同学们能够给出自己对计算机网络的定义

按交换技术分类

电路交换网、分组交换网、报文交换网

能举出分类角度及具体类型

按使用者分类

公用网（如电信网）、专用网（如企业内网）

能举出分类角度及具体类型

按传输介质分类

有线网（如以太网）、无线网（如 WiFi）

能举出分类角度及具体类型

按覆盖范围分类

广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）、个域网（PAN）

能举出分类角度及具体类型

按拓扑结构分类

总线型网络、星型网络、环形网络、网状型网络

能举出分类角度及具体类型

性能指标

定义

计算公式 / 说明

文档重点标注

速率

每秒传输的比特数，也称为比特率或数据率

单位：bit/s、kb/s、Mb/s、Gb/s

基础指标

带宽

网络通信线路所能传送数据的能力，即最高数据率

单位与速率相同

表示线路的传输能力

吞吐量

单位时间内通过某个网络或信道接口的数据量

受带宽和网络拥塞程度影响

实际传输能力

时延

数据从网络一端传送到另一端所需的时间

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 发送时延 = 分组长度 / 发送速率 传播时延 = 信道长度 / 电磁波传播速率

重点掌握，三种时延的区别和计算

时延带宽积

传播时延和带宽的乘积

时延带宽积 = 传播时延 × 带宽 又称为 "以比特为单位的链路长度"

表示链路所能容纳的比特数

往返时间（RTT）

通信双方交互一次所耗费的时间

包括数据传输时间和确认信息传输时间

衡量网络响应速度的重要指标

利用率

信道利用率：某信道有百分之几的时间被利用 网络利用率：全网络信道利用率的加权平均

利用率过高会导致时延迅速增大 利用率过低会浪费通信资源

重点掌握，并非越高越好

丢包率

一定时间范围内，丢失的分组数量与总分组数量的比率

分组丢失原因：误码被丢弃、队列已满被丢弃

衡量网络可靠性的重要指标

体系结构类型

层数

各层名称（从下到上）

地位

核心特点

文档重点标注

OSI 参考模型

7 层

物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层

法律上的国际标准

理论完善但过于复杂

因缺乏商业驱动力、实现复杂、周期过长而失败

TCP/IP 参考模型

4 层

网络接口层、网际层、运输层、应用层

事实上的国际标准

简单实用，市场主导

1983 年开始使用；网络接口层无具体内容，可互联各种网络接口

五层原理体系结构

5 层

物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层

教学用标准

综合 OSI 和 TCP/IP 优点

将 TCP/IP 的网络接口层重新划分为物理层和数据链路层

层次

解决的核心问题

主要功能

关键技术 / 概念

文档重点标注

物理层

使用何种信号表示比特 0 和 1

传输比特流

传输媒体、物理接口、信号编码

传输媒体不属于物理层

数据链路层

分组在一个网络 / 一段链路上的传输

主机编址、帧封装、介质访问控制

MAC 地址、以太网帧、冲突检测

解决 "谁发给谁" 和 "如何避免冲突" 问题

网络层

分组在多个网络间的传输和路由

网络编址、路由选择、分组转发

IP 地址、路由器、路由表

解决 "跨网络传输" 问题；IP 协议是网际层核心

运输层

进程之间基于网络的通信

进程标识、可靠 / 不可靠传输

端口号、TCP、UDP

解决 "数据交给哪个应用程序" 问题；第一个提供端到端服务的层次

应用层

通过应用进程交互实现特定网络应用

提供各种网络服务

HTTP、SMTP、FTP、DNS

直接面向用户的网络应用

术语类别

术语

定义

关键说明

文档重点标注

实体

实体

任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

可以是硬件（如网卡），也可以是软件（如浏览器进程）

对等实体

通信双方相同层次中的实体

例如主机 A 的应用层进程和服务器的应用层进程

通信双方的网卡和正在通信的应用进程都是对等实体

协议

协议

控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

协议是 "水平的"，只在对等实体之间起作用

逻辑通信是假设的，目的是方便单独研究某一层

语法

定义通信双方所交换信息的格式

规定数据的字段、长度和顺序

协议三要素之一

语义

定义通信双方所要完成的操作

规定收到信息后应该做什么

协议三要素之一

同步

定义通信双方的时序关系

规定操作的先后顺序和状态转换

协议三要素之一；不是指时钟频率同步

服务

服务

本层向上一层提供的功能

服务是 "垂直的"，下层为上层提供服务

上层实体看得见下层的服务，但看不见实现服务的具体协议（协议透明）

服务访问点 (SAP)

同一系统中相邻两层实体交换信息的逻辑接口

用于区分不同的服务类型

数据链路层：帧类型字段；网络层：协议字段；运输层：端口号

数据单元

协议数据单元 (PDU)

对等层次之间传送的数据包

不同层有不同名称：物理层 – 比特流；数据链路层 – 帧；网络层 – IP 数据报；运输层 – TCP 报文段 / UDP 用户数据报；应用层 – 应用报文

服务数据单元 (SDU)

同一系统内层与层之间交换的数据包

多个 SDU 可以合并为一个 PDU，一个 SDU 也可以划分为几个 PDU

年份

题号

题目

答案

核心解析

考点

2009

33

第一个提供端到端服务的层次是什么？ A. 数据链路层 B. 传输层

C. 会话层 D. 应用层

B

数据链路层：链路到链路 网络层：主机到主机 运输层：进程到进程（端到端） 应用层：应用到应用

各层的服务范围

2010

33

下列选项中不属于网络体系结构所描述的内容是？

A. 网络的层次 B. 每一层使用的协议

C. 协议的内部实现细节 D. 每一层必须完成的功能

C

体系结构是功能的精确定义，不涉及具体的硬件或软件实现细节

网络体系结构的定义

2013

33

在 OSI 参考模型中，下列功能需要由应用层的相邻层实现的是？

A. 对话管理 B. 数据格式转换

C. 路由选择 D. 可靠数据传输

B

应用层的相邻层是表示层 表示层功能：数据格式化、压缩、加密解密

OSI 七层各层功能

2014

33

在 OSI 参考模型中，直接为会话层提供服务的是？

A. 应用层 B. 表示层

C. 传输层 D. 网络层

C

下层为相邻上层提供服务 会话层的相邻下层是运输层

服务的垂直性

2017

33

假设 OSI 参考模型的应用层欲发送 400 字节的数据，除物理层和应用层之外，其他各层在封装 PDU 时均引入 20 字节的额外开销，则应用层数据传输效率约为多少？

A. 80% B. 83% C. 87% D. 91%

A

额外开销层数：表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层（共 5 层） 总数据量 = 400+5×20=500 字节 传输效率 = 400/500=80%

分层封装的开销计算

2018

33

下列 TCP/IP 应用层协议中，使用 UDP 协议的是？

A. SMTP B. FTP C. DNS D. HTTP

C

DNS 使用 UDP 的 53 号端口 SMTP、FTP、HTTP 均使用 TCP

应用层协议与运输层协议的对应关系

年份

题号

题目

答案

核心解析

考点

2010

34

在下图所示的采用 "存储 – 转发" 方式的分组交换网络中，所有链路的数据传输速率为 100Mbps，分组大小为 1000B，其中分组头大小为 20B。若主机 H1 向主机 H2 发送一个大小为 980000B 的文件，则在不考虑分组拆装时间和传播延迟的情况下，从 H1 开始发送到 H2 接收完文件为止，需要的时间至少是？

A. 80ms B. 80.08ms

C. 80.16ms D. 80.24ms

C

分组数 =(980000)/(1000-20)=1000 个 一个分组的发送时延 = 1000×8bit/100Mbps=80μs 总时延 = 1000×80μs+2×80μs=80160μs=80.16ms

分组交换总时延计算

2013

33

主机甲通过 1 个路由器（存储转发方式）与主机乙互联，两段链路的数据传输速率均为 10Mbps，主机甲分别采用报文交换和分组大小为 10kb 的分组交换向主机乙发送一个大小为 8Mb 的报文。若忽略链路传播延迟、分组头开销和分组拆装时间，则两种交换方式完成该报文传输所需的总时间分别为？

A. 800ms、1600ms

B. 801ms、1600ms

C. 1600ms、800ms

D. 1600ms、801ms

D

报文交换总时延 = 2×(8Mb/10Mbps)=1600ms 分组交换总时延 =

(8Mb/10Mbps)+(10kb/10Mbps)

=800ms+1ms=801ms

报文交换与分组交换的时延对比