第一章 概述
名词解释
- 结点 （node） ：网络中的结点可以是计算机，集线器，交换机或路由器等。
- 链路（link ） : 从一个结点到另一个结点的一段物理线路。中间没有任何其他交点。
- 主机（host） ：连接在因特网上的计算机。
- ISP（Internet Service Provider） ：因特网服务提供者（提供商）。
- IXP（Internet eXchange Point） ： 互联网交换点 IXP 的主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组。
https://labs.ripe.net/Members/fergalc/ixp-traffic-during-stratos-skydive
- RFC(Request For Comments) ：意思是“请求评议”，包含了关于 Internet 几乎所有的重要的文字资料。
- 广域网 WAN（Wide Area Network） ：任务是通过长距离运送主机发送的数据。
- 城域网 MAN（Metropolitan Area Network）：用来将多个局域网进行互连。
- 局域网 LAN（Local Area Network） ： 学校或企业大多拥有多个互连的局域网。
http://conexionesmanwman.blogspot.com/
- 个人区域网 PAN（Personal Area Network） ：在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络 。
https://www.itrelease.com/2018/07/advantages-and-disadvantages-of-personal-area-network-pan/
- 分组（packet ） ：因特网中传送的数据单元。由首部 header 和数据段组成。分组又称为包，首部可称为包头。
- 存储转发（store and forward ） ：路由器收到一个分组，先检查分组是否正确，并过滤掉冲突包错误。确定包正确后，取出目的地址，通过查找表找到想要发送的输出端口地址，然后将该包发送出去。
- 带宽（bandwidth） ：在计算机网络中，表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。常用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力。单位是“比特每秒”，记为 b/s。
- 吞吐量（throughput ） ：表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
知识点
计算机网络
- 把许多计算机连接在一起
互连网
- 把许多网络连接在一起，是网络的网络
internet（互连网）
- 是通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的网络，在这些网络之间的通信协议可以是任意的
Internet（互联网）
- 是专用名词，指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，并采用TCP/IP协议族作为通信规则，其前身是美国的ARPANET。
- 互联网现在采用存储转发的分组交换技术，以及三层ISP结构
互联网按工作方式可以划分为边缘部分与核心部分
- 主机在网络的边缘部分，其作用是信息处理。
- 路由器在网络的核心部分，其作用是按存储转发方式进行分组交换。
计算机通信
- 计算机中的进程（即运行着的程序）之间的通信
- 计算机网络采用的通信方式是客户-服务器方式和对等连接方式（P2P方式）
接入网 AN (Access Network)
- 它又称为本地接入网或居民接入网，用于将用户接入互联网
OSI参考模型
- 开放系统互联基本参考模型
SAP访问服务点
- 上下层直接按进行通信的逻辑接口，N层的SAP就是N+1层可以访问N层服务的地方
SDU服务数据单元
- 层与层之间交换的数据的单位
- 为完成用户所要求的功能而应传送的数据
PCI协议控制信息
- 控制协议操作的信息
PDU协议数据单元
- 对等层次之间传送的数据单位
- PCI + SDU = PDU
客户和服务器都是指通信中所涉及的应用进程。
- 客户是服务请求方
- 服务器是服务提供方
按作用范围的不同，计算机网络分为
- 广域网WAN
- 城域网MAN
- 局域网LAN
- 个人区域网PAN
计算机网络最常用的性能指标
速率
- 数据率/数据传输率/比特率
- 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率
带宽
- 在模拟线路中指某个信号所具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是Hz
- 在计算机网络中，表示网络的通信线路传送数据的能力，通常指在单位时间内从网络中的一点到另一点所能通过的最高数据率，单位是bps(bit/s)
吞吐量
- 表示在单位时间内通过某个网络（信道、接口）的数据量，单位b/s，kb/s等
- 受网络的带宽或网络的额定速率的限制
时延（发送时延、传播时延、处理时延、排队时延）
发送时延 = 数据长度 / 信道带宽（发送速率）
- 指一个站点从开始发送数据帧到数据帧发送完毕所需要的全部时间
传播时延 = 信道长度 / （电磁波在信道上的传播速率）
- 指数据从网络的一段传送到另一端所需要的时间
时延带宽积
- 时延带宽积(bit) = 传播时延(s) x 带宽(bit/s)
往返时间
- 从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认
- RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多
RTT包括
- 往返传播时延 = 传播时延x2
- 末端处理时间
信道利用率
- 信道利用率 = 有数据通过的时间 / (有+无 数据通过的时间)
网络协议
- 即协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则
网络的体系结构
- 计算机网络的各层及其协议的集合
- 是从功能上描述计算机的网络结构
- 实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
- 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合
七层OSI参考模型
- 应用层
- 表示层
- 会话层
- 传输层
- 网络层
- 数据链路层
- 物理层
TCP/IP参考模型
- 应用层
- 传输层
- 网际层
- 网络接口层
五层协议的体系结构
- 应用层
- 运输层
- 网络层
- 数据链路层
- 物理层
- 运输层最重要的协议的是TCP和UDP协议
- 网络层最重要的协议是IP协议
- 路由器是实现分组交换的关键构建，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能
第二章 物理层
名词解释
- 数据（data） :运送消息的实体。
- 信号（signal） ：数据的电气的或电磁的表现。或者说信号是适合在传输介质上传输的对象。
- 码元（ code） ：在使用时间域（或简称为时域）的波形来表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
- 单工（simplex ） : 只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
- 半双工（half duplex ） ：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
- 全双工（full duplex） : 通信的双方可以同时发送和接收信息。
- 失真：失去真实性，主要是指接受到的信号和发送的信号不同，有磨损和衰减。影响失真程度的因素：1.码元传输速率 2.信号传输距离 3.噪声干扰 4.传输媒体质量
- 奈氏准则 : 在任何信道中，码元的传输的效率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
- 香农定理 ：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。
- 基带信号（baseband signal） : 来自信源的信号。指没有经过调制的数字信号或模拟信号。
- 带通（频带）信号（bandpass signal） ：把基带信号经过载波调制后，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），这里调制过后的信号就是带通信号。
- 调制（modulation ） : 对信号源的信息进行处理后加到载波信号上，使其变为适合在信道传输的形式的过程。
- 信噪比（signal-to-noise ratio ） : 指信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为 S/N。信噪比（dB）=10*log10（S/N）。
- 信道复用（channel multiplexing ） ：指多个用户共享同一个信道。（并不一定是同时）。
- 比特率（bit rate ） ：单位时间（每秒）内传送的比特数。
- 波特率（baud rate） ：单位时间载波调制状态改变的次数。针对数据信号对载波的调制速率。
- 复用（multiplexing） ：共享信道的方法。
- ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line ） ：非对称数字用户线。
- 光纤同轴混合网（HFC 网） :在目前覆盖范围很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网
知识点
物理层的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性
- 如机械特性、电气特性、功能特性和过程特性
一个数据通信系统可以划分为三大部分
- 源系统
- 传输系统
- 目的系统
源系统包括
- 源点（或源站、信源）
- 发送器
目的系统包括
- 接收器
- 终点（或目的站、信宿）
通信的目的是传送消息
- 如话音、文字、图像和视频等都是消息
- 数据是运送消息的实体
- 信号是数据的电气或电磁表现
根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为
- 模拟信号（连续信号）
- 数字信号（离散信号）
码元
- 代表数字信号不同离散数值的基本波形
码元传输速率
- 别名码元速率，波形速率，调制速率，符号速率
- 表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数或信号变化的次数）
- 单位是波特（Baud），1波特表示数字通信系统每秒传输1个码元
信息传输速率
- 别名信息速率，比特率
- 表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数）
- 单位是b/s
根据双方信息交互的方式，通信可以划分为
- 单向通信（单工通信）
- 双向交替通信（半双工通信）
- 双向同时通信（全双工通信）
- 来自信源的信号叫做基带信号
- 信号要在信道上传输要经过调制
- 调制分为基带调制和带通调制
最基本的带通调制方法有
- 调幅
- 调相
- 调频
更复杂的调制方法
- 正交振幅调制
- 要提高数据在信道上的传输速率，可以使用更好的传输媒体或使用先进的调制技术
- 数据传输速率不能被任意地提高
传输媒体分类
导引型传输媒体
- 双绞线、同轴电缆或光纤
非导引型传输媒体
- 无线、红外或大气激光
多路复用（Multiplexing）
- 在数据通信中，传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求，为了有效利用通信线路，可以利用一条信道传输多路信号，这种方法称为信道的多路复用。
常用的信道复用技术
- 频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
时分复用TDM (Time Division Multiplexing)
- 时分复用帧（TDM帧）
- 统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)
- 码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)
- 码片序列(chip sequence)
- 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)
- 最初在数字传输系统中使用的传输标准是脉冲编码调制PCM
- 现在高速的数字传输系统使用同步光纤网SONET或同步数字系列SDH
用户到互联网的宽带接入方法有
非对称数字用户线ADSL
- 用数字技术对现有的模拟电话线进行改造
光纤同轴混合网HFC
- 在有线电视网的基础上开发的
FTTx
- 光纤到…
- 为了有效地利用光纤资源，在光纤干线和用户之间广泛使用无源光网络PON
- 无源光网络无需配备电源，在长期运营成本和管理成本都很低
最流行的无源光网络是
- 以太网无源光网络EPON
- 吉比特无源光网络GPON
第三章 数据链路层
名词解释
- 链路（link） ：一个结点到相邻结点的一段物理链路。
- 数据链路（data link） ：把实现控制数据运输的协议的硬件和软件加到链路上就构成了数据链路。
- 循环冗余检验 CRC（Cyclic Redundancy Check） ：为了保证数据传输的可靠性，CRC 是数据链路层广泛使用的一种检错技术。
- 帧（frame） ：一个数据链路层的传输单元，由一个数据链路层首部和其携带的封包所组成协议数据单元。
- MTU（Maximum Transfer Uint ） ：最大传送单元。帧的数据部分的的长度上限。
- 误码率 BER（Bit Error Rate ） ：在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率。
- PPP（Point-to-Point Protocol ） ：点对点协议。即用户计算机和 ISP 进行通信时所使用的数据链路层协议。以下是 PPP 帧的示意图：
- MAC 地址（Media Access Control 或者 Medium Access Control） ：意译为媒体访问控制，或称为物理地址、硬件地址，用来定义网络设备的位置。在 OSI 模型中，第三层网络层负责 IP 地址，第二层数据链路层则负责 MAC 地址。因此一个主机会有一个 MAC 地址，而每个网络位置会有一个专属于它的 IP 地址 。地址是识别某个系统的重要标识符，“名字指出我们所要寻找的资源，地址指出资源所在的地方，路由告诉我们如何到达该处。
- 网桥（bridge） ：一种用于数据链路层实现中继，连接两个或多个局域网的网络互连设备。
- 交换机（switch ） ：广义的来说，交换机指的是一种通信系统中完成信息交换的设备。这里工作在数据链路层的交换机指的是交换式集线器，其实质是一个多接口的网桥
知识点
链路
- 从一个结点到相邻结点的一段物理线路
数据链路
- 在链路的基础上增加了一些必要的硬件（如网络适配器）和软件（如协议的实现）
数据链路层使用的信道
- 点对点信道
- 广播信道
- 数据链路层传送的协议数据单元是帧
数据链路层的三个基本问题
- 封装成帧
- 透明传输
- 差错检测
控制字符SOH
- start of header
- 放在一帧的最前面，表示帧的首部开始
控制字符EOT
- end of transmission
- 表示帧的结束
误码率BER
- bit error rate
- 一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比例
- 循环冗余检验CRC是一种检错方法
- 帧检验序列FCS是添加在数据后面的冗余码
PPP
- 点对点协议，Point-to-Point Protocol
- 用户到ISP的链路使用PPP协议
LCP
- Link Control Protocol
- 链路控制协议
NCP
- Network Control Protocol
- 网络控制协议
点对点协议PPP是数据链路层使用最多的一种协议，特点
- 简单
- 只检测差错，而不纠正差错
- 不使用序号，也不进行流量控制
- 同时支持多种网络层协议
- PPPoE是为宽带上网的主机使用的链路层协议
局域网的优点
- 具有广播功能，从一个站点可以很方便地访问全网
- 便于系统的扩展和逐渐演变
- 提高了系统的可靠性、可用性和生存性
共享通信媒体资源的方法
- 静态划分信道（各种复用技术）
- 动态媒体接入控制，又称多点接入（随机接入或受控接入）
以太网
- 严格意义上指符合DIX Ethernet V2标准的局域网
- IEEE 802.3局域网也可以简称为以太网
局域网的数据链路层曾经被拆成两个子层，现在LLC子层已成历史
逻辑链路控制（LLC）子层
- logic link control
媒体接入控制（MAC）子层
- medium access control
- 计算机与外界局域网的通信要通过通信适配器（或网络适配器），它又称为网络接口卡或网卡。
- 计算机的硬件地址就在适配器的ROM中
- 以太网采用无连接的工作方式，对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认
- 目的站收到有差错帧就把他丢弃，其他什么也不做
以太网采用的协议是具有冲突检测的载波监听多点接入 CSMA/CD协议，协议的要点
- 发送前先监听，边发送边监听，一旦发现总线上出现了碰撞，就立即停止发送，然后按照退避算法等待一段随机时间后再次发送
- 因此每一个站在自己发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性
- 以太网上各站点都平等地争用着以太网信道
- 传统的总线以太网基本上都是使用集线器的双绞线以太网，这种以太网在物理上是星形网，但在逻辑上则是总线型网
- 集线器工作在物理层，它的每个接口仅仅简单地转发比特，不进行碰撞检测
MAC
- 以太网的硬件地址，即MAC地址，实际上就是适配器地址或适配器标识符，与主机所在的地点无关
- 源地址和目的地址都是48位长
碰撞域
- collision domain
- 指网络中一个站点发出的帧会与其他站点发出的帧产生碰撞或冲突的那部分网络
- 以太网的适配器有过滤功能，它只接收单播帧，广播帧或多播帧
使用集线器可以在物理层扩展以太网
- 扩展后的以太网仍然是一个网络
- 交换式集线器常称为以太网交换机或第二层交换机（工作在数据链路层），它是一个多接口的网桥，每个接口都直接与某台单主机或另一个集线器相连，且工作在全双工方式。
- 以太网交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，无碰撞地传输
- 高速以太网有100Mbit/s的快速以太网、吉比特以太网和10Gbit/s的10吉比特以太网，最近发展到100吉比特以太网
- 在宽带接入技术中，也常使用高速以太网进行接入
第四章 网络层
名词解释
- 虚电路（Virtual Circuit） : 在两个终端设备的逻辑或物理端口之间，通过建立的双向的透明传输通道。虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。
- IP（Internet Protocol ） : 网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一，是 TCP/IP 体系结构网际层的核心。配套的有 ARP，RARP，ICMP，IGMP。
- ARP（Address Resolution Protocol） : 地址解析协议。地址解析协议 ARP 把 IP 地址解析为硬件地址。
- ICMP（Internet Control Message Protocol ） ：网际控制报文协议 （ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告）。
- 子网掩码（subnet mask ） ：它是一种用来指明一个 IP 地址的哪些位标识的是主机所在的子网以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合 IP 地址一起使用。
- CIDR（ Classless Inter-Domain Routing ）：无分类域间路由选择 （特点是消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，并使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号）。
- 默认路由（default route） ：当在路由表中查不到能到达目的地址的路由时，路由器选择的路由。默认路由还可以减小路由表所占用的空间和搜索路由表所用的时间。
- 路由选择算法（Virtual Circuit） ：路由选择协议的核心部分。因特网采用自适应的，分层次的路由选择协议。
知识点
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