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概述
计算机网络是通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机技术用来解决信息的存储、加工、处理等方面的问题，通信技术用来解决传递信息方面的问题。
计算机网络的定义
计算机网络 是指将地理位置不同的多台自治计算机系统及其外部网络通过通信介质互联，在网络操作系统和网络管理软件及通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的系统。
21世纪重要的特征是网络化、信息化、数字化
“三网融合”指的是电信网络、有线电视网络、计算机网络
计算机网络的组成
资源子网 主要包括网络中所有的主计算机、I/O设备和终端，各种网络协议、网络软件和数据库等。主要负责全网的信息处理、数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。
通信子网 主要包括通信设备、网络通信协议、通信控制软件等用来实现网络通信功能的设备及其软件的集合。主要为用户提供数据的传输、转接、加工、变换等服务。
计算机网络的功能
数据通信 可实现计算机和计算机、计算机和终端、终端和终端之间的数据信息传递
资源共享 计算机资源包括硬件资源、软件资源和数据资源
集中管理 管理信息系统、办公自动化系统等的产生，可提高工作效率，增加经济效益
分布式处理 将庞大的任务划分为若干小任务，再分配给不同的计算机处理
负荷均衡 工作被均匀地分配给网络上的各台计算机系统，网络控制中心负责分配和检测，当某台计算机负荷过重时，系统会自动转移给负荷较轻的计算机处理。扩大其应用范围，提高可靠性，方便用户，提高了性价比
计算机网络的发展
第一阶段 远程终端连接（60年代初期到60年代中期）
计算机是网络的中心和控制者，终端围绕中心计算机分布在各处，呈分层星型结构，各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件资源，计算机的主要任务还是进行批处理，在20世纪60年代出现分时系统后，则具有交互式处理和成批处理能力。
问题：只提供终端和主机之间的通信，子网之间无法通信。
（1）具有远程通信功能的单机系统
- 解决了多个用户共享主机资源的问题。终端为哑终端，没有自己的CPU、内存和硬盘，没有处理能力。
- 存在问题：主机负担重，通信费用高。
（2）具有远程通信功能的多机系统
- 解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。
- 存在问题：多个用户只能共享一台主机资源。
第二阶段 计算机网络阶段（60年代中期到70年代中期）
又称分组交换网阶段。分组交换网由通信子网和资源子网组成，以通信子网为中心，不仅共享通信子网的资源，还可以共享资源子网的硬件和软件资源。
问题：网络对用户是不透明的。
第三阶段 计算机网络互联阶段（70年代中期到80年代末期）
为了使不同体系结构的计算机网络网络能够互联，国际标准化组织（ISO）提出了能使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架——开放式通信系统互联参考模型(OSI）
改变：网络体系结构的形成和网络协议的标准化，使计算机网络对用户提供透明服务
第四阶段 信息高速公路（始于80年代末）
采用高速网络技术，综合业务数字网的实现，多媒体和智能型网络的兴起。（相继出现了快速以太网、光纤分布式数字接口(FDDI)、快速分组交换技术(包括帧中继、ATM)、千兆以太网、B-ISDN 等一系列新型网络技术，Internet是这一代网络的典型代表）
计算机网络的分类
按网络覆盖范围：广域网、城域网、局域网
| 名称 | 英文名称 | 覆盖范围 | 实际应用 |
|---|---|---|---|
| 广域网（WAN） | Wide Area NewWork | 几百到几千公里 | 国家 |
| 城域网（MAN） | Metropolitan Area Network | 10-100公里 | 城市 |
| 局域网（LAN） | Local Area Network | 10公里以内 | 房间、建筑物、校园 |
按网络拓扑结构：星型、环型、总线型、树型、网型、混合型
星型拓扑 具有一个控制中心，采用集中式控制，各站点通过点到点的链路与中心站点相连。
优点：容易在网络中增加新的站点；数据的安全性和优先级容易控制；易于实现网络监控；网络延迟时间短
缺点：各个站点之间的信息交换必须由中心站中转或控制，当中心站出现超负载或中心站发生故障时，会导致整个网络停止工作；网络共享能力差；线路利用率低
环型拓扑 各站点通过通信介质连成一个封闭的环型，各节点通过中继器连入网内，各中继器首尾相连。
优点：信息在网络中沿固定方向流动，两个站点之间只有唯一通路，大大简化了路径的选择；易于安装和监控
缺点：环路封闭，网络建成后，难以增加新的站点；串行站点过多时，影响传输效率，使网络响应时间变长；网络中某个站点发生故障，可能导致整个网络停止工作
总线型拓扑 网络中所有的站点共享一条双向数据通道。
优点：结构简单，易扩展，任何一个站点的故障都不会造成整个网络的瘫痪，共享资源能力强，便于广播式工作
缺点：故障隔离和监控比较困难；网上信息延迟时间不确定；总线故障，影响整个网络
树型拓扑 是总线型拓扑的扩充形式，传输介质是不封闭的分支电缆。
特点同总线型拓扑大致相同
网型拓扑 无严格的布点规则和形状，各节点之间有多条线路相连。
优点：传输速率高、容错率高、可靠性好
缺点：控制和管理复杂，布线工程量大，建设成本高
混合型拓扑 将两种或几种拓扑结构混合使用
按网络通信传播方式：广播式网络、点对点式网络
广播式网络 所有计算机共享一个公共通信信道。当网络中一台计算机向另一台计算机发送信息时，发送的信息中含有源地址和目的地址，这一信息被广播到网络中的每一台计算机，网络中的每台计算机接收信息后检查信息中包含的目的地址，符合则接收消息，否则丢弃消息。
点对点式网络 每条物理线路连接一对计算机。一台计算机向另一台计算机发送信息时，如果两台计算机之间没有直接的物理线路连接，信息就要通过一些中间计算机的接收、存储、转发，直至最终到达目的计算机。
网络层次结构
物理层
基本概念
解决在各种传输媒体上传输比特0和1的问题，进而给数据链路层提供透明传输比特流的服务。主要任务有：
机械特性 指明接口所用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
电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围
功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
传输媒体
导引型传输媒体
-
同轴电缆
同轴电缆（50Ω）：数字传输，过去用于局域网 宽带同轴电缆（75Ω）：模拟传输，目前主要用于有线电视 同轴电缆价格较贵且布线不够灵活和方便，随着集线器的出现，在局域网领域基本上都采用双绞线作为传输媒体 -
双绞线
绞合的作用：抵御外界电磁波干扰、减少相邻导线的电磁干扰 -
光纤
优点：通信容量大；传输损耗小，远距离传输时更加经济；抗雷电和电磁干扰性能好；无串音干扰，保密性好，不轻易被窃听；体积小、重量轻 缺点：割接需要专用设备；光电接口价格较贵
非导引型传输媒体
- 电波、微波、红外线、可见光
传输方式
串行传输、并行传输
- 串行传输
数据是一个比特一个比特依次发送的，只需要一条数据传输线路
- 并行传输
一次发送n个比特，需要n条传输线路；并行传输的速度是串行传输的n倍，但是成本高
在计算机网络中，数据远距离传输使用串行传输，计算机内部的数据传输，使用并行传输
同步传输、异步传输
- 同步传输
数据块以稳定的比特流形式传输，字节之间没有间隙，接受端在每个比特的中间时刻进行检测，以判别接受到的是比特0或者比特1
- 异步传输
以字节为独立的传输单位，字节之间的时间间隔不固定。接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步。为此通常在每个字节的前后分别加上起始位和结束位
单工通信、半双工通信、全双工通信
- 单工通信（单向通信）
只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。例如无线电广播
- 半双工通信（双向交替通信）
通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（也不能同时接收）。例如对讲机
- 全双工通信（双向同时通信）
通信的双方可以同时发送和接收信息。例如电话
单向通信需要一个信道，而双向交替通信、双向同时通信需要两个信道（每方各一个）
编码与调制
基本概念
- 编码：把数字信号转换为另一种数字信号，在数字通道中传输，为编码；把模拟信号转换成数字信号，在数字信道中传输，也称为编码
- 调制：把数字信号转换为模拟信号，在模拟信道中传输，为调制；将模拟信号转换为另一种模拟信号，在模拟信道中传输，也称为调制
- 码云：指在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形
常用编码
- 不归零编码（NRZ）：低电平表示“0”，高电平表示“1”。缺点：难以分辨一位的结束和另一位的开始。解决：用额外一根传输线来传输时钟信号，使得发送方和接收方同步，一般数据传输系统都不采用这种方式。
- 归零编码（RZ）：每个码元传输结束后信号都要“归零”，所以接收方只要在信号归零后进行采样即可，不需要单独的时钟信号，这种方式称为自同步，编码效率低
- 曼彻斯特编码：在每个码元时间的中间时刻，信号都分别发生跳变，负跳变（向下，由高到低）表示比特1，正跳变（向上，由低到高）表示比特0
- 差分曼彻斯特编码：根据码元或每个时钟周期的起始处电平是否跳变表示比特，发生跳变为0，不发生跳变为1
基本调制方法
调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）、混合调制
信道复用技术
为什么：在一般情况下，通信信道带宽远远大于用户所需的带宽，使用信道复用技术可以提高信道利用率，共享信道资源，降低网络成本
是什么：允许用户使用一个共享信道进行通信。（好比一条公路上只有一个车道，无论车辆开得再快，车流量还是有限的，如果改成四车道或八车道，车流量就可以高出很多，就好像复用技术）
怎么做：频分复用FDM、时分复用TDM、统计时分复用STDM、波分复用WDM、码分复用CDM
- 频分复用（FDM）：将整个带宽分为多份，用户在分到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带，所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源
不同用户，相同时间，不同频率，适用于电磁信号传输
- 时分复用（TDM）：将时间划分为一段段等长的时分复用帧，每一个时分复用的用户在每一个帧中占用固定序号的时隙，每一个用户占用的时隙是周期性出现的，所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度
不同用户，不同时间，相同频率，适用于电磁信号传输，时分复用相比频分复用更有利于数字信号的传输
- 统计时分复用（STDM）：由于时分复用会导致信道利用率不高，因为当用户暂时无法按数据发送时，分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，统计时分复用不固定分配时隙，而是按需动态分配时隙，可以提高线路的利用率
- 波分复用（WDM）：光的频分复用，使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。不同用户，相同时间，不同波长，适用于光波传输
- 码分复用（CDM）：每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信；由于用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。不同用户，相同时间，相同频率，适用于移动通信中，特别是在无线局域网中
