1 概述
- 功能
- 组成
- 分类
- 标准化工作
- 标准化工作相关组织
- 性能指标
- 分层
- OSI参考模型
TCP/IP参考模型
五层参考模型
2 物理层
- 基本概念
- 相关术语
- 三种通信方式
两种数据传输方式
- 串行传输
- 并行传输
码元
速率
- 码元传输速率
- 信息传输速率
- 带宽
奈式准则
香农定理
- 信噪比
- 香农定理
编码＆调制
- 数字数据编码为数字信号
- 数字数据调制为模拟信号
- 模拟数据编码为数字信号
- 模拟数据调制为模拟信号
传输介质
- 传输介质
- 双绞线
- 同轴电缆
- 光纤
- 无线电波
- 微波
- 红外线、激光
中继器
集线器
3 数据链路层
- 基本概念
- 功能
- 差错
  - 全局性
  - 局部性
检错编码
- 奇偶检验码
- CRC校验码
- 海明码
流量控制
信道利用率
滑动窗口长度
- GBN
- SN
介质访问控制
- CSMA协议
最小帧长
局域网
- 分类
以太网
- 概述
无线局域网
802.11的MAC帧头格式
广域网
- PPP协议
- HDLC协议
- 比较
4 网络层
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
- 数据报&虚电路
- IP数据报格式

1 概述

功能

数据通信，资源共享，分布式处理，提高可靠性，负载均衡

组成

组成部分：硬件，软件，协议
工作方式：边缘部分，核心部分
功能组成：通信子网（数据通信），资源子网（数据处理/资源共享）

分类

分部范围：广域网，城域网，局域网，个人区域网
使用者：公用网，专用网（军队政府）
交换技术：电路交换，报文交换，分组交换
拓扑结构：总线，星，环，网状（广域网）
传输技术：广播式网络，点对点网络

标准化工作

法定标准（OSI），事实标准（TCP/IP）
RFC（Request For Comments）：因特网标准的形式

标准化工作相关组织

ISO国际标准化组织：OSI参考模型
IETF Internet工程任务组：负责因特网相关标准的制定

性能指标

速率：数据率/比特率

b kb mb gb tb

带宽：最高数据率
吞吐率：实际数据率
时延：延迟，从一端到另一端

发送时延：数据长度/信道带宽（发送速率）
传播时延：信道长度/电磁波传播速度（一般2*10^8 m/s）
排队时延：等待
处理时延：检错，找出口

时延带宽积：传播时延带宽
往返时延RTT：ping 460 包括传播时延2+末端处理时间
利用率：

信道利用率：有数据通过时间/（有/无）数据通过时间
网络利用率：信道利用率加权平均

分层
实体，协议（水平），接口（上给下提供），服务（下给上提供）
SDU：为完成用户需求功能要传送的数据
PCI：控制协议操作的信息
PDU：对等层次之间传送的数据单位

OSI参考模型
（物联网淑慧试用）
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层

应用层
所有能和用户交互产生网络流量的程序
典型应用层服务：文件传输（FTP），电子邮件（SMTP），万维网（HTTP）

表示层
用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）
功能：数据格式变换，数据加密解密，数据压缩和恢复

会话层
向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据
功能：建立、管理、终止会话，使用校验点可使会话在通信失效时从校验点继续恢复通信，实现数据同步（大文件）

传输层
负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报
功能：可靠/不可靠传输，差错控制，流量控制，复用分用

网络层
主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。
功能：路由选择，流量控制，差错控制，拥塞控制

数据链路层
主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层的传输单位是帧。
功能：成帧（定义帧的开始和结束），差错控制，流量控制，访问（接入）控制

物理层
主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。物理层传输单位是比特。
透明传输：指不管数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。
功能：定义接口特性，定义传输模式（单工，半双工，双工），定义传输速率，比特同步，比特编码。

TCP/IP参考模型
应用层
传输层
网际层
网络接口层

五层参考模型
应用层：支持各种网络应用
传输层：进程-进程的数据传输
网络层：源主机到目的主机的数据分组路由与转发
数据链路层：把网络层传下来的数据报组装成帧
物理层
2 物理层
基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
主要任务：确定与传输媒体接口相关的一些特征
1、机械特性：引线数量，引脚数量
2、电气特性：电压范围，传输速率
3、功能特性：指明某一电平表示某种含义
4、规程特性：工作规程，时序关系
相关术语
数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列
信号：数据的电气表现，是数据在传输过程的存在形式
数字信号：代表消息的参数取值是离散的
模拟信号：代表消息的参数取值是连续的
信源：产生和发送数据的源头
信宿：接收数据的终点
信道：传输媒介，某一方向的介质
三种通信方式
单工通信
只有一个方向的通信，只需要一条信道
半双工通信
通信的双方都可以发送或者接收，不能同时，需要两条信道
全双工通信
可同时发送接收，需要两条信道
两种数据传输方式
串行传输
速度慢，费用低，适合远距离
并行传输
速度快，费用高，适合近距离
码元
固定时长的信号波形，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长成为码元宽度。
1码元可以携带多个比特的信息量
速率
=数据率=传输速率，表示单位时间内传输的数据量，可以用码元传输速率和信息传输速率表示
码元传输速率
单位时间内数字通信系统所传输的码元个数，单位是波特Baud（1Baud = 1码元/s）
信息传输速率
单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（bits)
带宽
单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，单位b/s
奈式准则
（奈奎斯特定理）
码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象
信道带宽：信道能通过的最高频率和最低频率之差
奈式准则：在理想低通条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud，W是信道带宽，单位是Hz

奈式准则给出了码元传输速率，但并没有对信息传输速率给出限制，所以要设法使每个码元额能携带更多个比特信息量

香农定理

噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。噪声的影响是相对的，若信号较强，那么影响相对较小。因此，信噪比很重要。

信噪比

信噪比=信号的平均功率/噪声的平均功率，S/N，并用分贝(dB)作为度量单位

香农定理

在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输率有上限值

编码＆调制

基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，再送到数字信道上去传输（基带传输）
宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，再传送到模拟信道上去传输（宽带传输）

数字数据编码为数字信号

1、非归零编码(NRZ)
高1低0，收发双方难以保持同步
2、曼彻斯特编码

数据传输速率只有调制速率的1/2
3、差分曼彻斯特编码

4、归零编码(RZ)
信号电平在一个码元内都要恢复到0的编码方式
5、反向不归零编码(NRZI)
信号电平反转表示0，信号电平不变表示1
6、4B/5B编码

数字数据调制为模拟信号

ASK：调幅
FSK：调频
PSK：调相
调幅+调相（QAM）

模拟数据编码为数字信号

音频数字化
1、抽样：对模拟信号周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号

2、量化：把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值，并取整数，这就把连续的电平幅值转换为离散的数字量。
3、编码：把量化的结果转换为与之对应的二进制编码

模拟数据调制为模拟信号

为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术，充分利用带宽资源。在电话机和本地交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式;模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。

传输介质

传输介质也称传输媒体/传输媒介，它就是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。
传输媒体并不是物理层。传输媒体在物理层的下面，因为物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。但物理层规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。

传输介质

导向性传输介质：电磁波被导向沿着固体媒介传播
非导向性传输介质：自由空间，介质可以是空气、真空

双绞线

双绞线是古老、又最常用的传输介质，它由两根采用一定规则并排绞合的、相互绝缘的铜导线组成。
双绞线价格便宜，是最常用的传输介质之一，在局域网和传统电话网中普遍使用。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几公里到数十公里。距离太远时对于模拟传输，要用放大器放大衰减的信号;对于数字传输，要用中继器将失真的信号整形。

同轴电缆

同轴电缆由导体铜质芯线、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外层构成。按特性阻抗数值的不同，通常将同轴电缆分为两类:50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆。其中，50Ω同轴电缆主要用于传送基带数字信号，又称为基带同轴电缆，它在局域网中得到广泛应用;75Ω同轴电缆主要用于传送宽带信号，又称为宽带同轴电缆，它主要用于有线电视系统。
由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆抗干扰特性比双绞线好，被广泛用于传输较高速率的数据，其传输距离更远，但价格较双绞线贵。

光纤

光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲来进行通信。有光脉冲表示1，无光脉冲表示0。而可见光的频率大约是108MHz，因此光纤通信系统的带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。

多模光纤：适合近距离
单模光纤：适合远距离

无线电波

信号向所有方向传播，较强穿透能力，可远距离

微波

信号固定方向传播，频率较高、频段范围宽，因此数据率很高

红外线、激光

信号固定方向传播，要把传输的信号分别转换为各自信号格式，再在空间中传播

中继器

诞生原因:由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。
中继器的功能:对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。
中继器的两端:两端的网络部分是网段，而不是子网，适用于完全相同的两类网络的互连，且两个网段速率要相同。
中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，它仅作用于信号的电气部分，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。
两端可连相同媒体，也可连不同媒体。
中继器两端的网段一定要是同一个协议。
5-4-3规则：网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，因而中继器只能在规定的范围内进行，否则会网络故障。