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计算机网络基础

1网络模型与协议

1.1原理与内容

计算机网络模型，如OSI七层模型和TCP/IP四层模型，定义了网络通信的层次结构，每一层都有其特定的功能和协议。这些模型帮助我们理解网络通信的流程，以及数据在网络中如何被封装和解封装。

1.1.1OSI七层模型

应用层：提供应用程序之间的接口，如HTTP、FTP、SMTP等。

表示层：处理数据的表示和格式，如加密、压缩等。

会话层：管理会话的建立、维护和终止。

传输层：负责端到端的数据传输，如TCP、UDP协议。

网络层：处理数据包的路由和寻址，如IP协议。

数据链路层：确保数据在物理链路上的可靠传输，如以太网协议。

物理层：定义物理信号的传输，如RS-232、RJ-45等。

1.1.2TCP/IP四层模型

应用层：与OSI模型的应用层、表示层和会话层相对应。

传输层：与OSI模型的传输层相同。

网络层：与OSI模型的网络层相同。

网络接口层：与OSI模型的数据链路层和物理层相对应。

1.2示例

1.2.1TCP协议握手过程

TCP协议通过三次握手建立连接：

客户端发送SYN（同步）包给服务器，请求建立连接。

服务器收到SYN包后，发送SYN+ACK（确认）包给客户端。

客户端收到服务器的SYN+ACK包后，发送ACK包给服务器，连接建立。

1.2.2Python代码示例

importsocket

#创建socket对象

client_socket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)

#发送SYN包

client_socket.connect((,80))

#接收SYN+ACK包

data=client_socket.recv(1024)

#发送ACK包

client_socket.send(GET/HTTP/1.1\r\nHost:\r\n\r\n)

#接收数据

data=client_socket.recv(1024)

print(data)

#关闭连接

client_socket.close()

2数据传输与编码

2.1原理与内容

数据传输涉及数据的发送、接收和处理，而编码则是将数据转换为适合在网络上传输的格式。常见的编码方式有ASCII、Unicode、UTF-8等。

2.1.1ASCII编码

ASCII编码使用7位二进制数表示128种可能的字符，包括英文字符、数字和一些控制字符。

2.1.2Unicode编码

Unicode编码是一种国际标准，用于表示世界上所有的字符，包括中文、日文、韩文等。

2.1.3UTF-8编码

UTF-8编码是一种可变长度的Unicode编码方式，使用1到4个字节表示一个字符，兼容ASCII编码。

2.2示例

2.2.1Python代码示例

#ASCII编码

ascii_str=Hello,World!

ascii_bytes=ascii_str.encode(ascii)

print(ascii_bytes)#输出：bHello,World!

#Unicode编码

unicode_str=u你好，世界！

unicode_bytes=unicode_str.encode(unicode_escape)

print(unicode_bytes)#输出：b\\u4f60\\u597d\\uff0c\\u4e16\\u754c\\uff01

#UTF-8编码

utf8_str=你好，世界！

utf8_bytes=utf8_str.encode(utf-8)

print(utf8_bytes)#输出：b\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd\xef\xbc\x8c\xe4\xb8\x96\xe7\x95\x8c\xef\xbc\x81

3网络设备与拓扑结构

3.1原理与内容

网络设备包括路由器、交换机、集线器、网桥等，它们在网络中扮演着不同的角色。拓扑结构则描述了网络中设备的连接方式，常见的有总线型、星型、环型、树型和网状型。

3.1.1路由器

路由器在网络层工作，负责数据包的路由和寻址，将数据包从一个网络发送到另一个网络。

3.1.2交换机

交换机在数据链路层工作，负责在局域网内转发数据包，提高网络的效率和性能。

3.1.3集线器

集线器在物理层工作，将多个设备连接到一个网络，但不具有数据转发功能。

3.1.4网桥

网桥在数据链路层工作，用于连接两个或多个局域网，具有数据转发功能。

3.2示例

3.2.1网络拓扑结构

假设一个小型办公室网络，包含一台路由器、一台交换机、一台集线器和五台计算机