这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第1篇笔记
参与青训营过程中，感觉都是大佬，计网知识都好厉害，而自己好多协议啥的都忘了，于是自己恶补一下了计算机网络的前几章的基础知识，此篇为复习笔记。
第一章 概述重点
1.协议与服务有什么区别？有何关系？
答：为进行网络间的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，或称为协议。网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。
· 协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。协议的语法方面的规则定义了所交换的信息的格式，而协议的语义方面的规则定义了发送者或接收者所要完成的操作。
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
协议和服务在概念上是不一样的。首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的实体是透明的。其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的"，即服务是由下层向上层通过层间接口间接口提供的。另外，并非在一个层内完成的全部功能都称为服务，只有那些能够被高一层实体”看得见“的功能才能称之为”服务“。
2.网络协议的三个要素是什么？各有什么含义？
答：
（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式
（2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
（3）同步，即事件实现顺序的详细说明。
3.试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。
答：OSI的体系结构是七层协议。TCP/IP的体系结构是四层协议，而真正有具体内容的只是上面三层。综合OSI和RCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。
五层协议的各层主要功能如下：
（1)物理层——在物理层上所传数据的单位是比特(bit)。物理层的任务就是透明地传送比
特流。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应如何连接。当然，
哪几个比特代表什么意思，则不是物理层所要管的。请注意，传递信息所利用的一些物理媒
体.如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而是在物理层协议的
下面。因此也有人把物理媒体当作第0层。
(2) 数据链路层——常简称为链路层。在两个相邻结点之间(主机和路由器之间或两个路由器之间)传送数据是直接传送的(即不需要经过转发的点对点通信)。这时就需要使用专门的链路层的协议。数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上“透明”地传送帧中的数据。每一帧包括 数据和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差错控制等)。在接收数据时，控制信息使接收端能够知道个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。这样，数据链路层在收到一个帧后，就可从中提取出数据部分，上交给网络层 。控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错。如发现有差错，数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧，以免继续传送下去白白浪费网络资源。如果需要改正错误，就由运输层的TCP协议来完成。
（3）网络层——网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称为数据报。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。对于由广播信道构成的分组交换网，路由选择的问题很简单，因此这种网络的网络层非常简单，甚至可以没有。
（4）运输层——运输层的认为就是负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。由于一个主机可同时运行多个进程，因此运输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面的服务。分用则是运输层把受到的信息分别交付上面应用层中的相应的进程。运输层主要使用以下两种协议:一个是传输控制协议TCP,是面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付。另一个是用户数据报协议UDP,是无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能“尽最大努力交付”。
(5) 应用层——应用层是体系结构中的最高层。应用层直接为用户的应用进程提供服务
这里的进程就是指正在运行的程序。在互联网中的应用层协议很多，如支持万维网应用
HTTP协议、支持电子邮件的SMTP协议、支持文件传送的FTP协议，等等。
第二章 物理层
1、物理层要解决哪些问题？物理层的主要特点是什么？
物理层要解决的主要问题：
（1）物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，就可以使数据链路层只需要考虑完成本层的协议和服务。
（2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题，而不是具体的传输媒体。
（3）完成传输方式的转换。因为计算及内部是以并行的方式传输，但数据在通信线路上是串行传输（逐个比特按照时间顺序传输）。
（4）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。
物理层的主要特点：
（1）由于在OSI之前，许多物理规程或协议已经制定出来了，而且在数据通信领域中，这些物理规程已被许多商品化的设备所采用，加之，物理层协议涉及的范围广泛，所以至今没有按OSI的抽象模型制定一套新的物理层协议，而是沿用已存在的物理规程，将物理层确定为描述与传输媒体接口的机械，电气，功能和过程特性。
（2）由于物理连接的方式很多，传输媒体的种类也很多，因此，具体的物理协议相当复杂。
物理层的特性：
a、物理特性：各种规格的接插件。
b、电气特性：电压范围。
c、功能特性：电平电压的意义。
d、过程特性：不同功能的各种可能时间出现的顺序。
2、规程与协议有什么区别？
用于物理层的协议也常称为规程，因此，规程可以指物理层协议。
3、名词解析：
数据：是运送信息的实体。（用特定的方式表示信息）
信号：则是数据的电气的或电磁的表现。
模拟数据：运送信息的模拟信号。
模拟信号：连续变化的信号。
数字信号：取值为有限的几个离散值的信号。
数字数据：取值为不连续数值的数据。
码元：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。（在二进制编码的时候只有两种码元，一种代表0状态，一种代表1状态）
单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。分为只接收不发送和只发送不接收（电视广播），只需要一条信道。
半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来（对讲机）。需要两条信道。
全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息，需要两条信道。
基带信号（即基本频带信号）：来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件（数字比特流）的数据信号都属于基带信号。
基带调制：仅仅对基带信号的波形进行变换，转换后的信号依旧是数字信号。
带通信号：把基带信号经过载波调制（带通调制）后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道），将数字信号变成了模拟信号。
4、物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含哪些什么内容？
（1）机械特性 ：明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
（2）电气特性 ：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何意。
（4）规程特性：说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
5、数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？信噪比能否任意提高？香农公式在数据通信中的意义是什么？“比特/秒”和“码元/秒”有何区别？
（1）码元传输速率受奈氏准则的限制（超过速率上限就会出现码间串扰），信息传输速率受香农公式的限制（超过上限会出现差错传输）。
（2）信噪比不能任意提高，因为噪声强度不可能无限降低。
（3）香农公式在数据通信中的意义是：只要信息传输速率低于信道的极限传信率，就可实现无差传输。
（4）比特/秒是信息传输速率的单位，码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。一个码元不一定对应于一个比特。只能说在二进制中二者相等，在多进制中就不一定了。
6、常用的传输媒体有哪几种？各有何特点？
双绞线：通过绞合减少相邻导线的电磁干扰；可以传输数字信号和模拟信号，通信距离太长的话需要加放大器放大衰弱的信号，加中继器对失真的数字信号进行整形。
屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)：加了金属丝编织的屏蔽层的双绞线，抗电磁干扰的能力更强。
无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)：没加屏蔽层的双绞线。
同轴电缆：具有很好的抗电磁干扰特性，可用于传输数据率较高的数据，如：有线电视网。
光纤：速度快；不失真；通信容量大；体积小，重量轻。
短波通信（高频通信）：主要靠电离层反射，但电离层的不稳定易产生衰落现象，电离层的反射易产生多径效应。
无线电微波通信：地面微波通信和卫星通信。
为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？
7、为了通过共享信道、最大限度提高信道利用率。
频分：时间相同，频率不同。
时分：频率相同，时间不同。
码分复用：同样的时间使用同样的频带进行通信。
波分：光的频分复用。
8、码分多址CDMA为什么可以使所有用户在同样的时间使用同样的频带进行通信而不会互相干扰？这种复用方法有何优缺点？
各用户使用经过特殊挑选的相互正交的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
优点： 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
缺点：占用较大的带宽。
第三章 数据链路层
第四章、网络层
1、网络层的功能
1.定义了基于IP协议的逻辑地址
2.连接不同的网段
3.选择数据通过网络的最佳路径
2、IP数据包的格式
版本：占用4位二进制数，版本字段，证明IP地址是IPV4还是IPV6
首部长度：占用4位二进制数，IP包头的长度
总长度：占用16位二进制数，IP数据总长度
优先级与服务类型：占用8位二进制数，判定优先级，用来获得更好的
标识符：占用16位二进制数，用来标识数据报，当数据报的长度超过1500字节，而必须分片时，这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中。具有相同的标识字段值的分片报文会被重组成原来的数据报。
标志：占用3位二进制数，用来标识是第几段数据
段偏移量：占用13 位二进制数，当报文被分片后，该字段标记该分片在原报文中的相对位置。
TTL：占用8位二进制数，生存时间，表示数据报在网络中的寿命
协议号：占用8位二进制数，表示该数据报文所携带的数据所使用的协议类型
首部校验和：占用16位二进制数，用于协议头数据的有限校验，可以保证传输时的正确性和完整性
源地址：占用32位二进制数，发送方的IP地址
目标地址：占用32位二进制数，接收方的IP地址
2、ICMP协议是什么?
1、ICMP协议 ICMP：Internet控制报文协议，是一个“错误侦测和回馈机制”
2、作用 测试网络的联通性，并给予一定的反馈
3、组成 ping、tracert（路由跟踪）
3、ping命令的机本格式
1、ping -t 测试故障或需要进行持续连通性测试时用
ctrl+c：中断命令
2、ping -a 参数可以显示目标主机名称
3、ping -l 单位位字节，默认ping包的大小是32字节，可用于简单测试通信质量
4、ARP协议知识点
1、什么是ARP协议
Address Resolution Protocol 地址解析协议，讲一个已知的目标IP解析成对应的MAC地址，IP地址与MAC地址成映射关系
2、ARP协议的工作原理 工作原理:PC1已知IPC2的IP地址，未知IPC2的MAC时候用。PC1发送ARP广播给二层交换机，二层交换机接收到ARP广播消息后无条件泛洪处理，连接到二层交换机下的所有PC都将接收到此广播消息，每个PC都会把自身的IP地址和目标IP地址进行比对，若一致则接收此广播消息，并回数据包给PCl，PC1接收到返回的数据包后会记录下PC2的IP和MAC地址，记录到ARP缓存表中;若不一致则去弃处理。
ARP:正向地址解析协议
使用场合：己知自标IP，未知目标MAC时候用
RARP:反向地址解析协议
使用场合:己知自标MAC，未知目标IP时候用
3、ARP相关的命令
arp-a：查看ARP缓存表
arp-：清楚ARP缓存
arp-s：ARP绑定，例：arp-s 192.168.0.1 aa-aa-aa-aa-aa-aa
