通信是指通过某种传输媒介（如电缆、光纤、无线电波等）将信息从一个地方（信源）传输到另一个地方（信宿）的过程-CSDN博客

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一、通信与网络基础概述

（一）通信的基本概念

通信是指通过某种传输媒介（如电缆、光纤、无线电波等）将信息从一个地方（信源）传输到另一个地方（信宿）的过程。通信系统通常包括信源、发送设备、传输媒介、接收设备和信宿五个基本组成部分。例如，在一个语音通信系统中，说话者的语音是信源，话筒是发送设备，电话线或无线信道是传输媒介，听筒是接收设备，而听话者的耳朵就是信宿。

（二）网络的概念

网络是由多个节点（计算机、服务器、交换机等设备）通过通信链路连接起来，以实现资源共享、数据通信和协同工作的系统。网络可以按照多种方式进行分类，如按覆盖范围分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。局域网通常覆盖一个较小的地理区域，如一个办公室或学校；城域网覆盖范围稍大，如一个城市；广域网则可以覆盖国家甚至全球范围，像互联网就是一个典型的广域网。

二、通信协议与网络模型

（一）通信协议

通信协议是通信双方必须共同遵守的规则和约定。它规定了数据的格式、传输顺序、传输速率、错误检测和纠正等。例如，TCP/IP协议是互联网中最重要的协议之一。TCP（传输控制协议）负责数据的可靠传输，它通过建立连接、确认数据包的接收、重传丢失的数据包等方式确保数据能够准确无误地到达目的地。IP（网际协议）则负责将数据包从源地址路由到目的地址，它主要处理数据包的寻址和路由选择。

（二）网络模型

网络模型是对网络通信过程的一种抽象和层次化划分。最著名的网络模型是OSI（开放系统互连）参考模型和TCP/IP模型。OSI模型分为七层，从下到上依次是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层都有其特定的功能，例如物理层负责定义物理连接的电气、机械和功能特性；数据链路层负责将数据封装成帧，并在相邻节点之间可靠传输；网络层负责路由选择和数据包转发；传输层负责端到端的可靠通信；会话层负责建立、管理和终止会话；表示层负责数据格式的转换和加密解密；应用层则为用户提供各种网络应用服务，如电子邮件、网页浏览等。

TCP/IP模型则相对简化，分为四层：链路层、网络层、传输层和应用层。链路层对应OSI模型中的物理层和数据链路层，主要负责在本地网络中传输数据；网络层主要由IP协议实现，负责数据包的路由；传输层由TCP和UDP（用户数据报协议）实现，TCP提供可靠传输，UDP提供无连接的、尽力而为的传输；应用层则包含各种应用层协议，如HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）等。

三、网络拓扑结构

（一）总线型拓扑

总线型拓扑结构中，所有节点都连接到一条共享的总线。这种结构的优点是简单、成本低、易于安装。例如，在早期的以太网中，多个计算机通过一条同轴电缆连接。它的缺点是总线带宽有限，当多个节点同时发送数据时，容易产生冲突，导致数据传输效率下降。而且一旦总线出现故障，整个网络就会瘫痪。

（二）星型拓扑

星型拓扑结构中，所有节点都通过单独的链路连接到一个中心节点（通常是交换机或集线器）。这种结构的优点是易于管理和维护，中心节点可以集中控制数据的转发和故障检测。例如，在一个小型办公网络中，每台计算机都通过网线连接到一个交换机。如果某台计算机出现故障，不会影响其他计算机的通信。缺点是中心节点的负担较重，一旦中心节点故障，整个网络就会瘫痪。

（三）环型拓扑

环型拓扑结构中，每个节点都连接到两个相邻的节点，形成一个闭合的环。数据在环中单向或双向传输。这种结构的优点是传输延迟固定，适合实时通信。例如，在一些工业控制系统中，环型拓扑可以保证数据的快速传输。缺点是如果某个节点或链路出现故障，整个环路的通信都会受到影响。

（四）树型拓扑

树型拓扑结构是一种分层的星型结构，它结合了星型和总线型拓扑的优点。每个分支可以看作是一个小型的星型网络，而整个网络又像一个树状结构。这种结构的优点是易于扩展，可以通过增加分支来扩大网络规模。例如，在一个大型企业的网络中，总部和各个分支机构可以通过树型拓扑进行连接。缺点是结构相对复杂，管理难度较大。

（五）网状拓扑

网状拓扑结构中，每个节点都通过多条链路与其他节点相连。这种结构的优点是可靠性高，因为数据可以通过多条路径传输，即使某条链路或某个节点出现故障，数据仍然可以通过其他路径到达目的地。例如，在大型的电信骨干网络中，网状拓扑可以保证通信的高可靠性。缺点是成本高，线路复杂，管理难度大。

四、传输介质

（一）有线传输介质

双绞线
- 双绞线由两根相互绝缘的铜导线绞合而成。它分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）。非屏蔽双绞线成本低、安装方便，广泛应用于局域网中，如常见的五类线、超五类线和六类线。双绞线的主要缺点是传输距离有限，一般在100米以内，而且容易受到电磁干扰。
同轴电缆
- 同轴电缆由内导体、绝缘层、外导体和保护层组成。它具有较高的带宽和抗干扰能力，曾被广泛应用于早期的有线电视网络和以太网。例如，粗同轴电缆（10Base5）和细同轴电缆（10Base2）在早期的以太网中用于连接计算机。但随着技术的发展，同轴电缆在计算机网络中的应用逐渐减少。
光纤
- 光纤是一种利用光信号传输信息的介质，它具有容量大、传输距离远、抗干扰能力强等优点。光纤分为单模光纤和多模光纤。单模光纤只允许一种模式的光传播，传输距离远，适用于长距离、高速率的通信；多模光纤允许多种模式的光传播，但传输距离相对较短。光纤在现代通信网络中应用广泛，如在骨干网络和数据中心之间的连接。

（二）无线传输介质

无线电波
- 无线电波在无线通信中应用广泛，包括AM/FM广播、无线电视、移动通信等。在移动通信领域，如4G、5G网络，无线电波通过基站和移动设备之间的通信实现数据传输。它具有覆盖范围广、不受地理限制等优点，但容易受到干扰，如建筑物遮挡、电磁干扰等。
微波
- 微波频率较高，波长较短。它主要用于点对点的通信，如卫星通信和微波接力通信。微波通信的优点是传输速率高，但传输距离相对较短，且需要直线传播，容易受到地形等障碍物的影响。
红外线
- 红外线通信是一种短距离无线通信技术，通常用于设备之间的近距离通信，如遥控器与电视、手机之间的红外数据传输。它的优点是安全性较高，因为红外线不能穿透墙壁等障碍物，但传输距离非常有限，一般在几米范围内。

五、网络设备

（一）交换机

交换机工作在数据链路层，主要功能是根据数据帧中的MAC地址进行转发。它能够为接入的设备提供独立的通信通道，减少冲突域。例如，在一个企业局域网中，交换机可以连接多台计算机、打印机等设备，使它们能够高效地进行数据通信。交换机有多种类型，如二层交换机、三层交换机。三层交换机除了具备二层交换机的功能外，还具有路由功能，可以在不同网络之间进行数据转发。

（二）路由器

路由器工作在网络层，主要功能是根据IP地址进行数据包的路由选择和转发。它连接不同的网络，如局域网和广域网。例如，在家庭网络中，路由器将家庭内部的局域网连接到互联网。路由器可以根据路由表来确定数据包的最佳路径，路由表可以通过静态配置或动态路由协议（如RIP、OSPF等）生成。动态路由协议可以自动发现网络拓扑的变化并更新路由表，从而提高网络的灵活性和可靠性。

（三）网桥

网桥也工作在数据链路层，主要用于连接两个相似的网络（如两个局域网）。它根据MAC地址对数据帧进行过滤和转发，

以下是关于系统架构设计师考试中通信与网络基础的核心知识点整理，涵盖考试重点、常考题型及学习建议，帮助考生高效备考：

一、考试大纲核心知识点

1. 计算机网络体系结构

OSI/RM七层模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层）的功能、协议及典型设备对应关系。
▶ 常考：各层协议（如物理层的IEEE 802.3、数据链路层的PPP/HDLC、网络层的IP/ICMP、传输层的TCP/UDP）、设备（集线器/交换机/路由器分别对应物理层/数据链路层/网络层）。
TCP/IP四层模型（网络接口层、网络层、传输层、应用层）与OSI的对应关系。
五层参考模型（物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层）的简化结构。

2. 物理层与数据链路层

物理层：
▶ 传输介质（双绞线、光纤、同轴电缆的传输特性、带宽、抗干扰能力）。
▶ 编码技术（NRZ、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码的特点）。
▶ 多路复用技术（FDM、TDM、WDM、CDMA的原理及应用场景）。
数据链路层：
▶ 流量控制与差错控制（滑动窗口、ARQ协议、CRC校验）。
▶ 局域网技术（IEEE 802标准族：802.3以太网、802.11无线局域网、VLAN原理与配置）。
▶ 广域网协议（PPP、HDLC、Frame Relay、ATM的特点及应用）。

3. 网络层与传输层

网络层：
▶ IP协议（IPv4/IPv6地址结构、子网划分、CIDR、路由汇聚）。
▶ 路由协议（RIP、OSPF、BGP的类型、工作原理、度量值及适用场景）。
▶ 网络设备（路由器的工作原理、ACL访问控制列表、NAT/PAT技术）。
传输层：
▶ TCP与UDP的对比（面向连接/无连接、可靠性、流量控制、应用场景）。
▶ TCP三次握手与四次挥手过程（状态转换图、常见异常处理如SYN Flood攻击）。
▶ 端口号分配（知名端口如HTTP 80、FTP 21/20、SSH 22等）。

4. 应用层协议

常见协议功能与端口：

协议	端口	功能描述
HTTP/HTTPS	80/443	网页传输（HTTPS加密）
FTP	21/20	文件传输（控制连接/数据连接）
SMTP/POP3	25/110	邮件发送/接收
DNS	53	域名解析
DHCP	67/68	动态主机配置
SSH/Telnet	22/23	远程登录（SSH加密）

P2P架构、CDN内容分发网络的原理。

5. 网络安全基础

安全威胁类型（主动攻击/被动攻击、常见攻击如DDoS、ARP欺骗、SQL注入）。
加密技术（对称加密AES/DES、非对称加密RSA、数字签名与证书原理）。
安全协议（SSL/TLS、IPSec、VPN类型（PPTP/L2TP/IPSec））。
防火墙与入侵检测系统（IDS/IPS）的区别与部署方式。

6. 新兴网络技术

云计算网络架构（IaaS/PaaS/SaaS的网络需求、SDN软件定义网络）。
5G/6G网络特点（高带宽、低时延、切片技术）。
物联网（IoT）通信协议（MQTT、CoAP）与组网技术（Zigbee、LoRa）。
边缘计算与雾计算的网络架构。

二、常考题型与解题思路

1. 案例分析题

典型场景：企业网络架构设计、故障排查、协议优化。
▶ 例：某公司网络无法访问外网，需分析可能原因（NAT配置错误、路由表缺失、防火墙策略拦截）。
解题步骤：
1. 分层排查（从物理层到应用层逐层定位）。
2. 结合协议特性（如TCP连接异常需检查三次握手过程）。
3. 考虑网络设备配置（路由器ACL、交换机VLAN划分）。

2. 计算题

IPv4子网划分：
▶ 例：给定IP地址192.168.1.0/24，需划分4个子网，求子网掩码、每个子网可用IP范围。
▶ 思路：计算所需子网位（2^n ≥ 4 → n=2），新子网掩码为24+2=26位（255.255.255.192），每个子网容纳2^(32-26)-2=62主机。
路由汇聚：
▶ 例：汇聚子网192.168.1.0/24、192.168.2.0/24，求最小汇聚地址。
▶ 思路：将IP转换为二进制，找共同前缀。192.168.00000001.0/24与192.168.00000010.0/24的共同前缀为前22位，汇聚地址为192.168.0.0/22。