计算机网络的定义：多个独立的计算机通过通信线路和通信设备互连起来的系统，以实现彼此交换信息（通信）和共享资源的目的。
计算机网络功能：（1） 数据通信 。（2） 资源共享 。（3）并行和分布式处理（数据处理）。（4）提高可靠性。（5）负载均衡。
计算机网络的分类
按网络的分布范围来分，网络可分为广域网WAN，城域网MAN，局域网LAN，个人区域网PAN。
计算机网络基本网络拓扑结构有五种： 总线形、星形、树形、环形、网状形 。
计算机网络按使用者分类，可分为公用网，专用网。
计算机网络从逻辑功能上可以分为资源子网和通信子网。
计算机网络的性能指标
带宽 ：
时延 是衡量计算机网络性能的一个重要指标，数据经历的总时延一般是指 发送时延、传播时延、排队时延和处理时延 。
吞吐量 ：
速率（数据率，比特率） ：bit/s
信道利用率 ：
1.2 计算机网络体系结构与参考模型
网络体系结构：计算机网络的各个层次及其相关协议的集合，是对计算机网络所完成功能的精确定义。
接口数据单元IDU、服务数据单元SDU、协议数据单元PDU以及他们之间的关系。
协议
网络协议：为主机与主机之间、主机与通信子网之间或子网中各通信节点之间的通信而使用的，是通信双方必须遵守的，事先约定好的规则、标准或约定。
网络协议的三要素： 语法、语义、时序（同步） 。
网络协议采用分层方式的优点：各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分隔开。易于实现和维护。有利于标准化工作。
协议族：协议栈，许多成员协议的集合。
接口
相邻实体间的通信是通过它们的边界进行的，该边界称为相邻层间的接口，每一层都定义了向它的相邻高层提供的一组服务。
服务由服务访问点（SAP）提供上层使用，某一层的SAP就是上一层可以访问本层服务的地方，每个SAP都有一个唯一属于它的地址。服务访问点SAP：同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方。
服务
服务原语主要分为：请求原语，指示原语，响应原语，证实原语。
按是否面向连接可将服务分为面向连接和面向无连接的服务。
面向连接的网络服务 ：基于分组交换的虚电路方式。为数据传输建立一条虚电路，这条电路在整个数据传输过程中都是有效的，属于这次数据传输过程的所有包都将按顺序沿着这条电路传输。优点：顺序性、差错和流量控制，使用较少的协议控制信息。缺点：一旦连接建立，路由就不再具有灵活性。
面向非连接的网络服务 ：基于分组交换的数据报方式。每个包被当作一个独立的单元，不提供逻辑连接。优点：服务简单，不同路径并行传输。缺点：可靠性低，所需的额外开销大。不按顺序传输。
面向连接和面向无连接的服务主要的区别有两条：其一，面向连接的服务进行数据传送分为三个阶段。其二，面向连接的通信具有数据的保序性，而面向无连接的通信不能保证接收数据的顺序与发送数据的顺序一致。
OSI参考模型
OSI参考模型的系统结构是层次，从底层到高层依次是 物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层 。
1）物理层：实现透明地传送比特流。负责建立、保持和拆除物理链路；比特如何编码。传送单位是比特（bit）。
2）数据链路层：实现无差错帧传送，包括把原始比特流分帧、排序、设置检错、确认、重发、流控等功能；负责建立、维护和释放数据链路；传送信息的单位是帧（frame）。
3）网络层：实现分组传送，选择合适的路由器和交换节点，透明地向目的站交付发送站所发送的分组或包。传送的信息单位是分组或包（packet）。路由选择、拥塞控制与网络互连。
4）传输层：实现端到端的数据发送，透明地传送报文（message）。
5）会话层：为完成一个相对独立的统一任务而进行的双方按序传送报文和有关的非传送操作的过程。需要解决会话的顺序，同步问题，活动管理。会话层的功能是为进行通信的高层之间建立、维护一个会话连接，并对高层之间的通信进行同步控制。
6）表示层：主要解决用户信息的语法表示问题。数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复。
7）应用层：解决应用的共性问题：包括应用基础和典型应用。
TCP／IP参考模型
TCP/IP参考模型有四层,每一层完成的主要功能和使用的主要协议如下：
第一层： 网络接口层 ,对应于基本网络硬件，并规定了怎样把数据组织成帧及计算机怎样在网络中传输帧，这一层和各物理网络的具体实现有关，只要能够传输IP分组的任何协议都是允许的，如局域网MAC层协议Ethernet, Token Ring, 串行链路点点协议PPP等；
第二层： 网际层 ,规定了互联网中传输的包格式及从一台计算机通过一个或多个路由器到最终目的地的包转发机制，主要解决路由选择、拥塞控制和网络互连等问题，使用的主要协议有IP(网际协议，用于传输IP分组，实现的是不可靠的无连接数据报服务),ICMP(网际控制报文协议，使用ICMP报文传送一些控制信息)等；
第三层： 运输层 ,负责在源主机和目的主机的应用程序间提供端-端的数据传输服务，使用的主要协议有TCP(传输控制协议，提供可靠的端-端的字节流服务),UDP(用户数据报协议，一种简单的面向数据报的传输协议);
第四层： 应用层 ,面向用户的各种应用，包含了所有的高层协议，常见的如文件传输协议FTP，虚拟终端协议TELNET, 简单邮件传输协议SMTP，域名系统DNS(负责域名解析)，简单网络管理协议SNMP，访问WWW站点的超文本传输协议HTTP等。
第2章 物理层 2.1 通信基础
数据通信系统可以分为源系统（信源），传输系统（信道）和目的系统（信宿）三大部分。
在物理层，数据传输的基本单位是 比特 。在数据链路层，数据传输的基本单位是帧。
信道带宽 ：信道的发送和接受两端传输比特信号的最大速率称为信道的带宽。单位为赫兹Hz。
信道容量 ：单位时间内信道上所传输的最大比特数。单位为每秒比特数b/s。
基带传输，宽带传输
基带传输：利用数字通信信道直接传输数字信号的方法称为基带传输。适用于近距离传输。
宽带传输：在数据通信技术中，利用模拟通信信道，通过调制解调器传输模拟数据信号的方法称为宽带传输。适用于远距离传输。
从通信的双方信息交互的方式来看，可以有 单工通信，半双工通信和全双工通信 三种基本方式。
码元传输速率 ：
信息传输速率 ：
奈奎斯特定理
理想低通信道下的极限数据传输率（单位为b/s）
香农定理
信道的极限数据传输率（单位为b/s ）
信噪比（单位为dB）
奈氏准则与香农公式在数据通信中的 意义 ：奈氏准则与香农公式的意义在于揭示了信道对数据传输率的限制，只是两者作用的范围不同。奈氏准则给出了每赫带宽的理想低通信道的最高码元的传输速率是每秒2个码元。香农公式则推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率，其中W为信道的带宽（以赫兹为单位），S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。
1） 数字数据编码为数字信号
归零编码（RZ）：
非归零编码（NRZ）：1为高电平，0为低电平
反向非归零编码（NRZI）：信号不变为1，信号翻转为零
曼彻斯特编码 ：1=负电压到正电压的跳变，0=正电压到负电压的跳变。信号变化发生在比特中间位置。
差分曼彻斯特编码：
以10011010为例
4B/5B编码：
2） 数字数据调制为模拟信号
幅移键控ASK：
频移键控FSK：
相移键控PSK：
正交振幅调制QAM ： QAM技术的数据传输率为（单位为b/s ）
#模拟信号传输的基础是载波，载波有三大要素，即振幅，频率和初相位。进行数据传输时，将数字信号转换成模拟信号的过程称为 调制 。
3）模拟数据编码为数字信号
采样： 采样频率必须大于等于最大频率的两倍
量化
编码
4）模拟数字调制为模拟信号
线路交换、报文交换和分组交换
在现代通信过程中比较常见的交换技术有三种，他们分别是电路交换、报文交换和分组交换。
电路交换 ：一种有连接的交换方式
报文交换 ：携带目标地址和源地址等信息，无须建立连接
分组交换 ：线路利用率最高，且实时性好，时延比报文交换少，是当今计算机网络主要采用的方式。
常用的分组交换方法分为：数据报和虚电路 。
1）数据报：无须连接，更适用于出错率高的线路
2）虚电路：需要连接，虚电路中只需要提供虚地址就可以，并不需要目标地址
虚电路有2种实现形式：交换虚电路和永久虚电路。
2.2 传输介质
导向传输介质
1）双绞线（非屏蔽UTP，屏蔽STP）：
2）同轴电缆：
3）光纤：
#光纤通信中，光纤按光束是否在光纤中全反射、在光纤中光经过的通路数不同可分为单模光纤和多模光纤。在常用的传输介质中，带宽最宽、信号传输衰减最小、抗干扰能力最强的一类传输介质是光缆。
非导向传输介质
无线传输介质：1）无线电波2）微波，红外线，激光。
物理层接口的特性： 机械特性，电气特性，功能特性，规程特性 。
2.3 物理层设备
中继器 ：物理层设备。用于扩展局域网的硬件设备，将信号放大并传输到另一个网段。中继器用于扩大广播域，放大信号。
集线器 ：一种特殊的中继器。简单的集线器可将总线型的连线方式改造为星型。复杂的集线器可以用做网桥或路由器的替代品减少网络拥塞。高级的集线器为FDDI、帧中继、ATM网络提供了非常高速的连通性。
