计算机网络基础

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计算机网络概述：
计算机网络概述，最基础的一章，带大家去进入到网络的世界中。


物联网网络，大家有没有听说过这个名词？你们学校有没有开一个叫做物联网工程的专业？开的话也是这两年才开起来的，这是一个比较新的名词，注意，我说的是比较，就是说也是有一段时间了。


我们来看物联网的定义啊。通过二维码识读设备、射频识别装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，所以说这么多设备都是信息传感设备，这里很多设备大家都是第一次听说，比较陌生，我们不需要具体的了解每个设备，只要知道它是信息传感设备就行了。这些设备呢，按约定的协议，协议这个名词在之后的学习中会经常遇到，我们还会去学习很多的协议，在这里，你可以把协议当成一个软件，就比如说我们要用qq可以和别人聊天语音视频传文件等等，新浪微博可以去看别人发的微博，关注实时的一个信息，自己也可以发表微博。就是说一个软件可以实现一种功能。协议大概就是这样的一个东西，之后会去具体给大家介绍的。按照约定的协议，把物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，物联网其实就是让物体能够上网，然后进行信息交换通信。这就是物联网的定义。思科对它的定义是，聚合人、流程、数据和物品，使网络连接比以往更具有相关性、更有价值，信息转化为行动，打造新的能力、提供丰富的体验，给企业、个人和国家带来前所未有的经济机遇。这是思科对物联网的定义啊。其实我们现在还达不到一个物联网网络这是我们奋斗的目标啊。


这是网络的一张图，就是让家、移动设备、办公楼还有大厦都可以去连接到我们的Internet中，让它们都可以去上网通信。


我们现在讲的都是这个计算机网络，来看它的定义。计算机网络是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个大规模、功能强的系统，使用某些通信协议，你们看，这里也用到了协议了吧，所以再强调一遍，协议是一个很重要的东西，它使众多的计算机可以方便的互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。就是说它把各个地方的计算机连接起来，用某些协议去让它们相互传递信息，就是相互通信，这就是我们常说的计算机网络的定义。


说完计算机网络的定义，我们来讲网络的基本功能。网络有三大功能，第一个是资源共享，这个刚刚计算机网络的定义里有提到，就是说你们之间相互通信了，你们可以去共享硬件、软件、数据信息等资源。举个很简单的例子啊，你和你朋友的电脑都连上网络，通过qq，你们能相互传图片啊信息对吧。这就是我们说的资源共享。好，第二个，是分布式处理与负载均衡。首先我们要知道什么是分布式处理和负载均衡，先说分布式处理，它是将不同地点或是不同功能或是拥有不同数据的多台计算机连在一个网络，协调的完成工作，这是分布式处理，负载均衡现在你们可以这么去理解，你们从学校到公司要坐公交车对吧，你们可以坐两辆公交车到公司，就是随便哪辆都可以，起点终点都是一样的，这样的话，你们来就想坐哪路公交车就坐哪路公交车，这样呢，就是负载均衡，所以在我们网络中呢，去往同一个目标要付出的代价相同的两条路呢，就把它叫做负载均衡。最后一个是综合信息服务，这个应该很好理解吧，就是我们网络能干很多事情，能提供的信息功能也很多，这就是综合信息服务。
好，那我们来说一说计算机网络的基本类别。这个基本类别是按照地理位置划分的，它分成三种啊。第一种，是LAN，中文翻译过来就是局域网，它是封闭式的，就是说有边界的，它的范围大小就是几千米，所以它的数据传输很快。不同的局域网不能通信，而且局域网是非常安全的，为什么这么说呢，因为我们的局域网中，用户具有使用权和管理权的，在这个网络中，有哪些设备接入你都是知道的，所以很安全，这就是局域网的一些特点。在我们的生活中，像你们寝室啊，家啊，都算做一个局域网，因为你们寝室与寝室之间都是不能互相通信的吧，你们都接入不了对方的网络当中，家也是一样的，你家和邻居家网络是不能互通的对吧。与局域网相对应的就是WAN，广域网。它的特点基本上都和局域网是相反的。它是无边界的，范围很广，所以呢数据传输速度就慢了。在广域网中，是相对不安全的，为什么呢，因为在广域网中，用户只有租用权，不具有管理权，所以说用户是不知道我们连接的这个网络中有哪些设备接入了，万一接入了一个黑客呢，它就可以去窃取我们的信息。那我们的运营商啊就可以看作一个广域网。那还有一个，就是介于它们之间的，叫做MAN，城域网，它的范围是介于局域网和广域网之间的，距离一般在10km左右。这个一般用得到的很少，我们一般就去用局域网和广域网就行了，所以不仅要知道三个种类，还要知道局域网和广域网的特点，我说的知道，就是要去记忆的啊，下节课来了我要去提问的。


这是局域网的网络物理拓扑图，大家可以去和广域网的网络物理拓扑图做对比啊，一个有蓝色的框框，一个没有，这就体现了我刚刚给大家介绍的局域网和广域网的特点啊，一个有边界，一个没边界，大家学习网络呢，有一个很基本的能力要掌握，就是要能看懂拓扑图，这个其实是很简单的，但是现在对于你们来说还有点困难，为什么呢？因为你们看图中的这个图标都看不懂吧，有些同学可能英文比较好，看英文就大概知道了这些是什么了，那作为一个基础的东西，我来先带大家去了解一下思科的设备图标。


我们来看ppt，思科常用图标，来一个一个给大家介绍。第一个：路由器，我们一般画的话就画一个圆圈，里面一个×，这就表示路由器，它和我们物理里面的电灯泡画法是一样的，这个很好记了对吧。第二个：交换机，它是用一个长方形里面双向箭头去表示。AP：无线AP，让设备能够无线连接上网的。多层交换机：也可以叫做三层及三层以上的交换机。具有路由功能的多层交换机、无线：设备无线连接网络，拓扑图中就用这个线去连接。带着两个天线一样的路由器叫做无线路由器，说下面这个路由器之前先给大家介绍这个防火墙，像墙一样的就表示防火墙，那这个路由器上面加了防火墙的图标就表示带有防火墙功能的路由器，ip电话：它和我们家用的电话不太一样，它是走流量的，可以视频通话，在我们公司前台就有一个ip电话，大家感兴趣可以下课去看一下，pc：就是我们俗称的电脑，server：就是服务器，这个云一样的是多个设备集群，一般都表示运营商ISP，大家都知道运营商里的设备是很多的对吧，这个是帧中继：这个我们现在都不去使用了，长得和房子一样的是小型办公，这个在外企中很常见，就是比方说你家里有点事，你可以去和你的boss申请回家办公，是可以的啊。PIX：是思科专有的防火墙。下面还有两种线，闪电一样的是广域网线，连接广域网的设备就用这样的线，直线表示的是以太网的线，连接以太网的设备就用这样的直线。好，这些图标都介绍完了，不知道大家现在记住了多少啊，但是有几个是必须要去记住的，因为很常用的，大家在书本上去标注一下：路由器、交换机、pc、server、广域网线、以太网线。


那么现在大家就应该能看懂拓扑图了吧，路由器啊，交换机啊，主机啊，服务器啊，还有连接它们的以太网线。叫大家记住的几个这里基本上都出现了对吧。好，这是拓扑图啊。
然后我们来看物理拓扑结构，第一类是总线型，环形和星型。它们都有一个特点，就是单一故障，比方说第一个总线型，它是只能往一个方向传递信息的，往左或者往右，那中间有一点断了，这整个链路都不能通信了吧。环形呢，也是只能往一个方向环绕的，顺时针或者逆时针，那有一点断了，同样不能通信了吧。最后一个星型也是一样的，所有设备通信都要经过中间这个核心设备，那这个核心设备断了，所有设备都不能通信了。大家要知道啊，整个网络不能通信是很恐怖的事情啊，之前有家上海的金融公司，就因为网络断了五分钟，就要求赔偿几百万，所以说网络中不能有这样的单一故障出现。


那我们为了去解决这样的问题，我们就研发出来了这样的一个结构，是双环的，叫做FDDI，它外面和里面的方向是相反的，比如说AB两点通信，那中间有一点断了，它可以从旁边的链路绕过来。这样就保证了通信，但是这样的网络它是需要全部都是用光纤去连接的，光纤特别贵，所以这种结构的网络成本特别高，也不实际。


就有了第三种网络拓扑结构。先是全网状的，就是每一个点都和其他每个点都相连，这样实现了一个全网的结构，那AB要进行通信，有很多条路可以走，断了上面三个它都还继续通信，这样大大提高了容错能力，但是！这个成本也是很高，为什么呢？大家买过网线吗？现在网线多少钱一米？有一块，两块的，像公司一般用的都是十块二十块的网线，那现在这里有六台设备，我再加一台呢，需要多六根网线，再加一台，需要的更多，我们网络中不可能就这么几台设备对不对？所以说它的成本很高啊。这样就有了旁边这种部分网状结构，它是在容错能力和成本之间寻求平衡。什么意思呢，就是说，核心的设备，连接的线就多一些，不太重要的设备，转发的信息比较少的就少连几根线。可以看这个图啊，最左边的这个设备它就是核心设备，你看它和其它所有设备都连接起来了吧，那它上面的这个就相对来说不重要一些，就连了两个设备，这就是部分网状的结构。


那我们现在用的一般都是这样的结构：三个层，核心层、汇聚层和接入层。接入层是接入终端用户的，就好比你们学校寝室楼啊，每一层都算作一个接入层，不知道大家注意过没，你们每个楼层都是有一个机房，里面放着交换机的，它就是把你们这层寝室的所有终端用户都连在一起。汇聚层是提供服务的，它可以进行一些路由策略、控制，就好比你们寝室的一整栋楼，它能决定接入层的终端用户的上网权限。这是汇聚层干的事，那核心层是干嘛的呢，它是高速转发数据的，把数据上传给运营商以及下发数据的。这就是三个层的作用。


再给大家介绍两个信息交换的方式：电路交换和分组交换。先说电路交换，它是基于电话网的电路交换。就是以前的那种拨号上网，不知道大家有没有用过，反正我小时候上网就是用拨号上网的，那个时候如果电话一打，你这边网就断了。它的优点，第一延迟小，为什么这么说呢，因为你和对方必须建立连接后才能通信，这样，他发什么，你就能收到什么。第二个优点，透明传输，什么是透明传输呢？就是说你传输的数据啊，中间没有加任何的控制字段，你从中截取一段数据，就是纯数据，不会有别的东西，这是透明传输。缺点呢，第一个带宽固定，就是说你办的是10M的宽带，那你发的数据是5M，它还是使用10M的带宽去给你传输。第二个，网络资源利用率低，就是你发5M还用10M，那整个网络都要给你拿去传数据，不能干别的事，这样就会降低利用率了。第三初始化接连建立慢，这个有个很明显的例子，就是你们打电话，是不是你拨出去就立马通？不是吧，是要等几秒它才能通才会有嘀嘀嘀的声音对吧，这里是一样的道理，所以说它初始化连接建立慢。再来说这个分组交换，它是以分组为单位存储转发。就是说，它会把数据啊，分成好几组，一组一组的去发送。它的优点是多路复用和网络资源利用率高，什么是多路复用呢？就是说我们网络中，带宽可能会大于要传输的数据，这个时候它就会分成好几个道，分别传不同的东西，就比如，这里有10M的带宽，你发一个数据是3M，另外一个是2M，那还有5M你用来看电影。这就是多路复用，所以这样网络的资源利用率就很高。那它也有缺点的，缺点就是延迟大，实时性差，因为它不需要建立连接之后再传数据，所以你传过来的数据我可能会过一段时间再去接收到，这样实时性就差，延迟也大了。还有就是设备功能复杂，因为它需要完成的过程比较复杂，所以设备的功能也就复杂。这是两种交换方式，我们现在网络中一般都是使用分组交换的。


那我给大家介绍电路交换和分组交换的时候提到了两个名词：带宽和延迟，这两个名词很重要，我来给大家去讲解一下这两个名词，第一个带宽bandwidth：描述在一定时间范围内能从一个节点传送到另一个节点的数据量。它有点类似我们说的速度，速度是怎么定义的？描述物体从一点到另一点的时间，带宽就类似于数据传输速度。通常以bps为单位，比特每秒。以太网的带宽是10Mbps，快速以太网的带宽是100Mbps，这是带宽。那延迟呢叫delay，描述网络上数据从一个节点传送到另一个节点所经历的时间，我们讲带宽是越大越好，延迟是越小越好，那这两个名词要去记住啊，以后还会经常用的。


这是一些网络标准化组织，为什么要有这些组织的存在？因为我们要统一网络标准，兼容各厂商产品。那我们的手机充电器有两种，现在严格来说其实是三种，苹果充电器，安卓充电器，还有一个安卓的type-c充电器，那这三个充电器是不能互相使用的，所以有人苹果手机没电了，必须要去借苹果充电器，借安卓充电器就充不了，我们就使用的不太方便，对吧？如果统一了，那我们使用起来就更加方便了。网络也是一样，那来看第一个国际标准化组织ISO，它不光光是制定网络的标准，还有别的方面的标准，那网络方面它制定了一个很重要的标准OSI，这个OSI标准下一章会给大家详细介绍。第二个电子电气工程协会IEEE，它提供了网络硬件的标准，有一个802委员会，是专门指定局域网的标准的。第三个美国国家标准局ANSI，它就是制定我们之前讲的FDDI光线分布式数据接口的。第四个国际电信联盟ITU，它是定义广域网的标准的。最后一个INTERNET架构委员会IAB，它是为网络而诞生的一个组织，负责各种Internet标准的定义，它提出了一个RFC，大家听过没？这个RFC是很权威的东西，就比方说你和别人因为一个网络知识起争议了，那你在RFC文档中找到了原话，告诉别人，别人就会服你了，这就是RFC。大家课下可以去看一看RFC啊，它有很多很多的，去了解了解，不能学了网络连RFC都不知道是什么哦。


最后来给大家介绍一下思科的体系。分成CCNA初级工程师，CCNP资深工程师还有CCIE专家级工程师。这个图中就列出来了这三种，其实还有一种，你们知道叫什么吗？CCE，比CCIE还厉害的一个，全球都没多少个，非常厉害的，但是考试条件也是很苛刻的，要十年以上的工作经验，而且考试费都要十几万。那我们国内一般考到CCIE就很牛了，像以前，有个CCNA还是很好找工作的，但是现在，至少都是要CCNP才可以了，工作的要求越来越高了。这是思科认证的一个体系，可以简单了解一下。






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