1 总述****
1、从组成部分上看，计算机网络由硬件、软件、协议组成。协议规定了网络传输数据时所遵循的规范。
2、从工 作方式上看，计算机网络分为边缘部分和核心部分。边缘部分由所有连接在因特网上、供用户直接使用的主机组成，用来进行通信和资源共享。核心部分由大量的网络和连接这些网络的路由器组成，它为边缘部分提供连通性和交换服务。
3、从功能组成上看，计算机网络由通信子网和资源子网组成。通信子网由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，它使网络具有数据传输、交换、控制和存储的能力,实现联网计算机之间的数据通信。资源子网是实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供共享其他计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源的服务。
4、计算机网络的分类：
按分布范围分类：广域网(WAN)，城域网(MAN)，局域网(LAN)，个人区域网(PAN）
按传输技术分类：广播式网络，点对点网络
按网络的拓扑结构：星形、总线形、环形和网状形网络按使用者分类：公用网，专用网
按交换技术分类：电路交换网络，报文交换网络，分组交换网络
按传输介质：有线，无线
5、网络的拓扑结构
星形网络：每个终端或计算机都以单独的线路与中央设备相连。便于集中控制和管理，成本高、中心结点对故障敏感。
总线形网络：用单根传输线把计算机连接起来。建网容易、增减结点方便、节省线路。重负载时通信效率不高、总线任一处对故障敏感（线路某处出现问题影响整体通信）。
环形网络：所有计算机接口设备连接成一个环（令牌环局域网）。
网状形网络：一般情况下，每个结点至少有两条路径与其他结点相连，多用在广域网中。有规则型和非规则型两种。其优点是可靠性高，缺点是控制复杂、线路成本高。
6、计算机网络的功能
数据通信、资源共享、分布式处理、信息综合处理、负载均衡、提高可靠性 。 最基本的功能是数据通信功能，数据通信功能也是实现其他功能的基础。
7、什么是计算机网络协议、接口、服务
协议，就是规则的集合。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，它是控制两个（或多个）对等实体进行通信的规则的集合，也就是水平的。协议由语法、语义和同步三部分组成。
语法规定了传输数据的格式;
语义规定了所要完成的功能，即需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答;
同步规定了执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序的详细说明。
接口是同一结点内相邻两层间交换信息的连接点，是一个系统内部的规定。
服务是指下层为紧相邻的上层提供的功能调用，（也就是垂直的）。对等实体在协议的控制下，使得本层能为上一层提供服务，但要实现本层协议还需要使用下一层所提供的服务。
协议是网络上计算机之间进行信息交换和资源共享时所共同遵守的约定，没有协议的存在，网络的作用也无就从谈起，在因特网中应用的网络协议是采用分组交换技术的TCP/IP协议，它是因特网的核心技术。
2 物理层****
数据：是指传送信息的实体。
信号：是数据的电气的或电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。数据和信号都可以用“模拟的”或“数字的”来修饰：①连续变化的数据（或信号）称为模拟数据（或模拟信号）：②取值仅允许为有限的几个离散数值的数据（或信号）称为数字数据（或数字信号)
码元：是指用一个固定时长的信号波形(数字脉冲)，表示一位k进制数字，1码元可以携带多个比特的信息量。
数据通信：是指数字计算机或其他数字终端之间的通信。一企数据通信系统主要可划分为信源、信道和信宿三部分。
基带传输：未对载波调制的待传信号称为基带信号调制就在信道上直接进行的传输方式称为基带传输。
所占的频带称为基带。即不经过
频带传输：在计算机网络系统的远程通信中把数字信息调制成模拟音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号的传输技术。
传输介质：双绞线，同轴电缆，光纤，无线传输介质（无线电波，微波，红外和激光）
物理层接口特性：机械特性，电气特性，功能特性，规程特性 （分别指代）
从通信双方信息的交互方式看可分为 1)单工通信 2)半双工通信 3)全双工通信
| 交换方式**** | 优点**** | 缺点**** |
|---|---|---|
| 电路交换 | 通信时延小。有序传输。没有冲突。适用范围广。实时性强。控制简单。 | 建立连接时间长。线路独占，使用效率低。灵活性差。难以规格化。 |
| 报文交换 | 无需建立连接时延。动态分配线路。提高线路可靠性。提高线路利用率。提供多目标服务。 | 要经历存储、转发，引起转发时延。报文交换对报文的大小没有限制，要求网络结点需要有较大的缓存空间。 |
| 分组交换 | 无建立时延。线路利用率高。简化了存储管理（相对于报文交换，分组长度固定，缓冲区大小也固定)。加速传输（流水线方式）。 | 存在存储转发时延。需要传输额外的信息量。当分组交换采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦。若采用虚电路服务，虽无失序问题,但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。 |
报文交换与分组交换的区别：
报文交换与分组交换的原理都是：将用户数据加上源地址、目的地址、长度、校验码等辅助信息封装成PDU，发给下个结点。下个结点收到后先暂存报文，待输出线路空闲时再转发给下个结点，重复该过程直到到达目的结点。每个PDU可单独选择到达目的结点的路径。
不同之处在于：分组交换所生成的PDU的长度较短且是固定的，而报文交换的PDU的长度不是固定的。正是这一差别，使得分组交换具有独特的优点：①缓冲区易于管理；②分组的平均延迟更小，网络中占用的平均缓冲区更少；③更易标准化；④更适合应用，所以现在的主流网络基本上都可以看成是分组交换网络。
数据报与虚电路：
数据报：
当作为通信子网用户的端系统要发送一个报文时， 在端系统中实现的高层协议先把报文拆成若干个带有序号的数据单元，并在网络层加上地址等控制信息后形成数据报分组(即网络层PDU)。中间结点存储分组一段很短的时间，找到最佳的路由后，尽快转发每个分组。不同的分组可以走不同的路径，也可以按不同的顺序到达目的结点。
数据报服务具有如下特点：
1)发送分组前不需要建立连接。发送方可随时发送分组，网络中的结点可随时接收分组。
2)网络尽最大努力交付，传输不保证可靠性，所以可能丢失：为每个分组通立地选择路由，转发的路径可能不同，因而分组不一定按序到达目的结点。
3)发送的分组中要包括发送端和接收端的完整地址，以便可以独立传输。
4)分组在交换结点存储转发时，需要排队等候处理，这会带来一定的时延。当通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时，这种时延会大增加，交换结点还可根据情况丢弃部分分组。
5)网络具有冗余路径，当某一交换结点或一段链路出现故障时，可相应地更新转发表，寻找另一条路径转发分组，对故障的适应能力强。
6)存储转发的延时一般较小，提高了网络的吞吐量。
7)收发双方不独占某一链路，资源利用率较高。
虚电路：
虚电路方式试图将数据报方式与电路交换方式结合起来，充分发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果。在分组发送之前，要求在发送方和接收方建立一条逻辑上相连的虚电路，并且连接一旦建立，虚电路所对应的物理路径也就固定了。与电路交换类似，整个通信过程分为三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。
虚电路服务具有如下特点:
1)虚电路通信链路的建立和拆除需要时间开销，对交互式的应用和小量的短分组情况，显得很浪费，但对长时间、频繁的数据交换，则效率较高。
2)虚电路的路由选择体现在连接建立阶段，连接建立后，传输路径就确定了。
3)虚电路提供了可靠的通信功能，能保证每个分组正确且有序到达。此外，还可以对两个数据端点的流量进行控制，当接收方来不及接收数据时，可以通知发送方暂缓发送。
4)虚电路有一个致命的弱点，即当网络中的某个结点或某条链路出故障而彻底失效时，则所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏。
5)分组首部并不包含目的地址，而是包含虚电路标识符，相对数据报方式开销小。
| **** | 数据报服务**** | 虚电路服务**** |
|---|---|---|
| 连接的建立 | 不要 | 必须有 |
| 目的地址 | 每个分组都要完整的地址 | 仅在建立连接阶段使用，之后每个分组使用长度较短的虚电路号 |
| 路由选择 | 每个分组进行独立的路由选择和转发 | 属于同一条虚电路的分组按照同一路由转发 |
| 分组顺序 | 不保证分组的有序到达 | 保证分组的有序到达 |
| 可靠性 | 不保证可靠通信，可靠通信由客户主机保证 | 可靠性由网络保证 |
| 对网络故障的适应性 | 出故障的节点丢失分组，其他分组路径选择发生变化，可正常传输 | 所有经过故障节点的虚电路均不能正常工作 |
| 差错处理和流量控制 | 由用户主机进行流量控制，不保证数据报的可靠性 | 可由分组交换网负责，也可由用户主机负责 |
在以太网中，数据是以帧的形式传输的。源端用户的较长报文要被分为若干个数据块，这些数据块在各层还要加上相应的控制信息，在网络层是分组，在数据链路层是以太网的帧。以太网的用户在会话期间只是断续地使用以太网链路。
集线器
集线器：集线器（Hub)实质上是一个多端口的中继器，工作在物理层。在Hub工作时，当一个端口接收到数据信号后，由于信号在从端口到Hub的传输过程中已有了衰减，所以Hub便将该信号进行整形放大，使之再生（恢复）到发送时的状态，紧接着转发到其他所有(除输入端口以外）处于工作状态的端口上。如果同时有两个或多个端口输入，则输出时会发生冲突，致使这些数据都成为无效的。Hub在网络中只起到信号放大和转发作用，其目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力。
中继器
中继器：又称为转发器，主要功能是将信号整形并放大再转发出去，以消除信号由于经过一长段电缆，因噪声或其他原因而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需要的要求来扩大网络传输的距离。其原理是信号再生（而不是简单地将衰减的信号放大）。中继器有两个端口，将一个端口输入的数据从另一个端口发送出去，它仅作用于信号的电气部分。而不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。（注意中继器不能连接速率不同的两个网段)
ADSL
非对称数字用户线，ADSL技术采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
时分多路复用(TDM)， 频 分多路复用(FDM)，波分多路复用（WDM)，统计时分复用****
时分多路复用(TDM):**
**时分多路复用是将一条物理信道按时间分成若干个时间片，轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号占用，而不像FDM那样，同一时间同时发送多路信号。
频分多路复用(FDM):**
**频分多路复用是一种将多路基带信号调制到不同频率载波上再进行叠加形成一个复合信号的多路复用技术。在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽的情况下，可将设物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽)的子信道，每个子信道传输一种信号，这就是频分多路复用。
波分多路复用(WDM):**
**波分多路复用就是光的频分多路复用，在一根光纤中传输多种不同波长（频率)的光信号，由于波长（频率）不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来。由于光波处F频谱的高频段，有很高的带宽，因而可以实现很多路的波分复用。
统计时分复用：
时分多路复用是将一条物理信道按时间分成若干个时间片，按需地分配给多个信号使用，而不是类似时分复用轮流地分配给多个信号使用。
以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。这与传统的时分复用（TDM ） 相比优缺点 ：
CSMA/CD是一种动态的介质随机接入共享信道方式，而TDM是一种静态的划分信道,所以从对信道的利用率来讲，CSMA/CD用户共享信道，更灵活，信道利用率更高。不像TDM,为用户按时隙固定分配信道，当用户没有数据传送时，信道在用户时隙就浪费了：也因为CSMA/CD是用户共享信道，所以当同时有多个用户需要使用信道时，会发生碰撞，降低了信道的利用率，而TDM中用户在分配的时隙中不会与别的用户发生冲突。对局域网来说，连入信道的是相距较近的用户，因此通常信道带宽较大。如果使用TDM方式，用户在自己的时隙没有发送的情况会更多，不利于信道的充分利用。对于计算机通信来讲，突发式的数据更不利于使用TDM方式。
3 数据链路层****
字符填充**
**字符填充法使用一些特定的字符来定界一帧的开始(DLESTX)与结束(DLEETX)。为了使信息位中出现的特殊字符不被误判为帧的首尾定界符，可以在特殊字符前面填充一个转义字符(DLE)来加以区分（注意，转义字符是 ASCII中的控制字符，是一个字符，而非是“D”"L”“E”3个字符的组合)，以实现数据的透明传输：接收方收到转义字符后，就知道其后面紧跟的是数据信息，而不是控制信息。
比特填充**
**比特填充法允许数据帧包含任意个数的比特，也允许每个字符的编码包含任意个数的比特。它使用一个特定的比特模式，即01111110来标志一帧的开始和结束。为了不使信息位中出现的比特流011111100被误判为帧的首尾标志，发送方的数据链路层产信息位中遇到5个连续的“1”时，将自动在其后插入一个“0”；而接收方做该过程的逆操作，即每收到5个连续的“1”时，则自动删除后面紧跟的“0”，以恢复原信息。
CRC冗余码****
循环冗余码(Cyclic Redundancy Code,CRC)又称为多项式码，任何一个由二进制数位串组成的代码都可以和一个只含有0和1两个系数的多项式建立一一对应关系。一个k 位帧可以看成是X^(k-1)到X^0的k次多项式的系数序列，这个多项式的阶数为k-1，高位是X^(k-1)项的系数，下一位是X^(k-2)的系数，依此类推。例如：1110011有7位，表示成多项式是X^6+X^5+X^4+X+1。给定一个mbit的帧或报文，发送器生成一个rbit的序列，称为帧检验序列(FCS)。这样所形成的帧将由(m+r)比特组成。发送方和接收方事先商定一个多项式G(x）（最高位和最低位必须为1），使这个带检验码的帧刚好能被这个预先确定的多项式G(x)整除。接收方用相同的多项式去除收到的帧，如果无余数，则认为无差错。
冗余码的计算举例：设 G(x)=1101（即r=3)，待传送数据M=101001（即m=6)，经模2除法运算后的结果是：商Q-110101（这个商没什么用)，余数R=001。所以发送出去的数据为101001001。
CS MA /CD：即载波侦听多路访问/碰撞检测，发送前先侦听，每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他站点在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，要等待信道变为空闲时再发送。“碰撞检测”就是边发送边侦听，即适配器边发送数据边检测信道上信号电压的变化情况，以便判断自己在发送数据时其他站点是否也在发送数据。（先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发）。
CS MA /CD大致流程**
**(1)准备发送：适配器从网络层获得一个分组，加上以太网的首部和尾部，组成以太网帧，放入适配器的缓存中。但在发送之前，必须先检测信道。
(2)检测信道：若检测到信道忙，则应不停地检测，一直等待信道转为空闲，若检测到信道空闲，并在帧间最小间隔时间内信道保持空闲（保证了帧间最小间隔），就发送这个帧。
(3)在发送过程中仍不停地检测信道，即网络适配器要边发送边监听。这里只有两种可能性：
①发送成功：在争用期内一直未检测到碰撞。这个帧肯定能够发送成功。发送完毕后，其他什么也不做。然后回到（1)。
②发送失败：在争用期内检测到碰撞。这时立即停止发送数据，并按规定发送人为干扰信号。适配器接着就执行指数退避算法，返回到步骤（2），继续检测信道。但若重传达16次仍不能成功，则停止重传而向上报错。
**
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CS MA /CD大致流程****
(1)防止连续的失败，减轻失败服务的压力；
(2)使用二进制指数退避算法可使重传需要推迟的平均时间随重传次数的增大而增大，减小发生碰撞的概率，有利于整个系统的稳定。
CSMA / CA：载波侦听多路访问/冲突避免，CSMA/CA采用二进制指数退避算法。信道从忙态变为空闲时，任何一个站要发送数据帧时，不仅都必须等待一个时间间隔，而且还要进入争用窗口，并计算随机退避时间以便再次重新试图接入到信道。这样做就减少了发生碰撞的概率。当且仅当检测到信道是空闲的，并且这个数据帧是要发送的第一个数据帧时，才不使用退避算法。
CSMA/CA还使用预约信道、ACK帧、RTS/CTS帧等三种机制来实现碰撞避免。
CSMA/CA预约信道、ACK帧、RTS/CTS 帧三种机制如何实现碰撞避免
(1)预约信道。发送方在发送数据的同时向其他站点通知自己传输数据需要的时间长度，以便让其他站点在这段时间内不发送数据，从而避免碰撞。
(2)ACK帧。所有站点在正确接收到发给自己的数据帧（除广播帧和组播帧)后，都需要向发送方发回一个ACK帧，如果接收失败则不采取任何行动。
(3)RTS/CTS帧。是可选的碰撞避免机制，主要用于解决无线网中的“隐蔽站”问题。
CSMA/CD与CSMA/CA主要区别
(1)CSMA/CD可以检测冲突，但无法避免;CSMA/CA发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，本结点处没有冲突并不意味着在接收结点处就没有冲突，只能尽量避免。
(2)传输介质不同。CSMA/CD用于总线式以太网，而CSMA/CA则用于无线局域802.11a/b/g/n等。
(3) 检测方式不同。CSMA/CD通过电缆中电压的变化来检测;而CSMA/CA采用能量检测、载波检测和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。
(4)在本结点处有（无）冲突，并不一定意味着在接收结点处就有（无）冲突。
总结：CSMA/CA协议的基本思想就是在发送数据时先广播告知其他结点，让其他结点在某段时间内不要发送数据，以免出现碰撞。CSMA/CD协议的基本思想就是发送前侦听，边发送边侦听，一旦出现碰撞马上停止发送。
无线区域网中不能使用CSMA/CD协议
(1)接收信号的强度往往会远小于发送信号的强度，且在无线介质上信号强度动态变化范围很广，因此若要实现碰撞检测，那么在硬件上需要的花费就会过大。
(2)在无线通信中，并非所有的站点都能够听见对方，即“隐蔽站”的问题。
无线区域网接入因特网
一个基本服务集BSS，可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS，然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集(Extended Service Set， ESS），扩展服务集ESS还可通过叫做门桥(Pora）的设备为无线用户提供到非802.11无线局域网如有线连接的因特网的接入。
PPP协议****
PPP是使用串行线路通信的面向字节的协议，该协议应用在直接连接两个结点的链路之上。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共同的解决方案。
网桥：网桥工作在链路层的MAC子层，可以使以太网各网段成为隔离开的碰撞域。
网桥的优点：①过滤通信量；②扩大了物理范围；③可使用不同的物理层；④可互联不同类型的局域网：⑤提高了可靠性；⑥性能得到改善。
网桥的缺点：①增加时延；②MAC子层没有流量控制功能（流量控制需要用到编号机制，编号机制的实现在LLC子层)；③不同MAC子层的网段桥接在一起时，帧格式的转换；④网桥只适合于用户数不多和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞，这就是所谓的广播风暴。
交换机
以太网交换机就是一个多端口的网桥，工作在数据链路层。交换机能经济地将网络分成小的冲突域，为每个工作站提供更高的带宽。
交换机和网桥的不同
(1)网桥的端口一般连接局域网，而交换机的端口一般直接与局域网的主机相连。
(2)交换机允许多对计算机同时通信，而网桥仅允许每个网段上的计算机同时通信。
(3)网桥采用存储转发进行转发，而以太网交换机还可以采用直通方式进行转发，且以太网交换机采用了专用的交换结构芯片，转发速度比网桥快。
设备隔离广播域和冲突域****
| 设备名称**** | 能否隔离冲突域**** | 能否隔离广播域**** |
|---|---|---|
| 集线器 | 不能 | 不能 |
| 中继器 | 不能 | 不能 |
| 交换机 | 不能 | 不能 |
| 网桥 | 能 | 不能 |
| 路由器 | 能 | 能 |
中继器、集线器、网桥和交换机这四种网络互联设备的区别和联系。****
中继器工作在物理层，用来连接两个速率相同且数据链路层协议也相同的网段，其功能是消除数字信号在基带传输中由于经过一长段电缆而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需的要求。其原理是信号再生。
集线器（Hub）也工作在物理层，相当于一个多接口的中继器，可以将多个结点连接成一个共享式的局域网，但任何时刻都只能有一个结点通过公共信道发送数据。
网桥工作在数据链路层，可以互联不同的物理层、不同的MAC子层以及不同速率的以太网。网桥具有过滤帧以及存储转发帧的功能，可以隔离冲突域，但不能隔离广播域。
交换机工作在数据链路层，相当于一个多端口的网桥，是交换式局域网的核心设备。它允许端口之间建立多个并发的连接，实现多个结点之间的并发传输。因此，交换机的每个端口结点所占用的带宽不会因为端口结点数目的增加而减少，且整个交换机的总带宽会随着端口结点的增加而增加。交换机一般工作在全双工方式，有的局域网交换机采用存储转发方式进行转发，也有的交换机采用直通交换方式（即在收到帧的同时立即按帧的目的MAC地址决定该帧的转发端口，而不必进行先缓存再进行处理）。另外，利用交换机可以实现虚拟局域网（VLAN)，VLAN不仅可以隔离冲突域，也可以隔离广播域。
