一：基础概念

1、什么是计算机网络（网络）

由若干结点和连接节点的链路组成的就叫做网络。

  • 结点：可以是计算机、集线器、交换机、路由器等通信设备
  • 链路：两个结点之间的物理通道

2、互连网：

若干个互连的计算机网络。通过路由器将一个个计算机网络连接起来的网络。

3、互联网：

Internet，因特网。当前全球的计算机网络互连而成。互联网是全球范围内互连的计算机网络

4、网络分类：

根据作用范围进行分类：

  • 局域网：LAN
  • 城域网：MAN
  • 广域网：WAN

5、ISP：

互联网提供商，例如我国的中国移动、联通和电信。

6、网络的相关术语：

带宽：表示网络中某个通道传送数据的能力，单位时间内网络的某个信号中能通过的最高速率。单位是bit/s。

实际上传下载速度 = 带宽的最大上传下载速度/8

7、计算机网络的分层：

计算机网络是一个非常复杂的系统。两台计算机之间的通信协调相当复杂。为了设计这样复杂的计算机网络，所以最早ARPANET设计计算机网络时，提出了分层的想法。

分层就是把庞大复杂的问题转化为若干个较小的局部问题，较小的局部问题旧比较容易研究和处理。

1974年，美国的IBM公司宜布了系统网络体系结构SNA(System Network Architecture)。这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定的。现在用IBM大型机构建的专用网络仍在使用SNA,不久后，其他一些公司也相继推出自己公司的具有不同名称的体系结构。不同的网络体系结构出现后，使用同一个公司生产的各种设备都能够很容易地互连成网。这种情况显然有利于一个公司垄断市场。但由于网络体系结构的不同，不同公司的设备很难互相连通。

然而，全球经济的发展使得不同网络体系结构的用户迫切要求能够互相交换信息。为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究该问题。他们提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection Reference Model),简称为OSI

而到了20世纪90年代初期，虽然整套的OSI国际标准都已经制定出来了，但由于基于TCP/IP的互联网已抢先在全球相当大的范围成功地运行了，而与此同时却几乎找不到有什么厂家生产出符合OSI标准的商用产品，因此人们得出这样的结论：OSI只获得了一些理论研究的成果，但在市场化方面则事与愿违地失败了。现今规模最大的、覆盖全球的、基于TCP/IP的互联网并未使用OSI标准

OSI七层模型和TCP/IP五层模型

层协议的体系结构只是为介绍网络原理而设计的，实际应用还是TCP/ITP四层体系结构。

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  • 应用层：任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。
  • 运输层：负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务
  • 网络层：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报。

分组交换：分组交换也称为包交换，它将用户通信的数据划分成多个更小的等长数据段，在每个数据段的前面加上必要的控制信息作为数据段的首部，每个带有首部的数据段就构成了一个分组。首部指明了该分组发送的地址，当交换机收到分组之后，将根据首部中的地址信息将分组转发到目的地，这个过程就是分组交换。

能够进行分组交换的通信网被称为分组交换网。

  • 数据链路层：两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。
  • 物理层：在物理层上所传数据的单位是比特。物理层规定了传输介质和相关的电器特性。

二：物理层：

作用：主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性，例如电气特性、机械特性和电气特性等。

调制和解调：数据通过计算机输出的是比特流，将比特流进行编码后进行传输，对方收到经过编码后的比特流需要解除编码才能还原出发送端产生的数字比特流。

1、物理层的传输介质：

导引型传输介质：
双绞线：双绞线也称为双扭线，是最古老但又是最常用的传输媒体。把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合(twist)起来就ton构成了双绞线。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。双绞线一般最大长度使用在75m左右。

同轴电缆：内导体铜质芯线(单股实心线或多股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层(也可以是单股的〉以及保护塑料外层所组成，被广泛用于传输较高速率的数据。现在主要用在主要用在有线电视网的居民小区中。

光缆：利用光导纤维(以下简称为光纤)传递光脉冲来进行通信，在发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，它们在电脉冲的作用下能产生出光脉冲。在接收端利用光电二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。

多模光纤：存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光纤（多模光纤只适合于近距离传输）

单模光纤：若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。这样的光纤称为单模光纤。单模光纤的纤芯很细，其直径只有几个徽米，制造起来成本较高,但单模光纤的衰耗较小，在100 Gbit/s的高速率下可传输100公里而不必采用中继器。

非导引型传输媒体：

利用无线电波在自由空间的传播就可较快地实现多种通信。

利用电磁波不同的频段来实现数据的传输。

2、ADSL技术：

非对称数字用户线，是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。

特点：接入互联网时可以利用现有电话网中的用户线(铜线),而不需要重新布线。

上行：用户到ISP

下行：ISP到用户

用户在上网时主要是从互联网下载各种文档，而向互联网发送的信息量一般都不太大，因此ADSL的下行(从ISP到用户)带宽都远远大于上行(从用户到ISP)带宽。“非对称”这个名词就是这样得出的。

3、FTTx技术：

光纤到户，所谓光纤到户，就是把光纤一直铺设到用户家庭。只有在光纤进入用户的家门后，才把光信号转换为电信号。这样做就可以使用户获得最高的上网速率。

三：数据链路层

1、信道分类

  • 点对点信道： 使用一对一的点对点通信方式。
  • 广播信道：使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。

2、局域网属于网络层吗：

局域网虽然是个网络，但我们并不把局域网放在网络层中讨论。这是因为在网络层要讨论的问题是多个网络互连的问题，是讨论分组怎样从一个网络，通过路由器，转发到另一个网络。从整个互联网来看，局域网仍属于数据链路层的范围。

3、链路和数据链路：

链路：就是从一个结点到相邻结点的一段物理线路(有线或无线)

数据链路：当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

现在最常用的方法是使用网络适配器(既有硬件，也包括软件)来实现这些协议。

4、点对点信道的数据链路层

点对点信道的数据链路层的协议数据单元——帧。
数据链路层把网络层交下来的数据构成帧发送到链路上，以及把接收到的帧中的数据取出并上交给网络层。在互联网中，网络层协议数据单元就是IP数据报(或简称为数据报、分组或包)。

封装成帧：
封装成帧就是在一段数据的前后分别添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

MTU：链路层所能传送的帧的数据部分长度上限

点对点协议：PPP
PPP是数据链路层协议，互联网用户通常都要连接到某个ISP才能接入到互联网。PPP就是让用户计算机直接和ISP进行一对一的通信。

PPP协议的工作流程：
当用户拨号接入ISP后，就建立了一条从用户个人电脑到ISP的物理连接。
这时，用户个人电脑向ISP发送一系列的链路控制协议LCP分组(封装成多个PPP帧),以便建立LCP连接。这些分组及其响应选择了将要使用的一些PPP参数。
接着还要进行网络层配置，网络控制协议NCP给新接入的用户个人电脑分配一个临时的IP地址。
这样，用户个人电脑就成为互联网上的一个有IP地址的主机了。
当用户通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着，LCP释放数据链路层连接。最后释放的是物理层的连接。

5、局域网的数据链路层：

局域网的特点：

具有广播功能：从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。

调整灵活：局域网内各种设备的位置可以灵活调整。

以太网：

局域网的同义词，因为局域网经过了四十年的发展，尤其是在快速以太网(100 Mbit/s)和吉比特以太网(1 Gbits)、10吉比特以太网(10 Gbit/s)相继进入市场后，以太网已经在局域网市场中占据了绝对优势。现在以太网几乎成为了局域网的同义词，因此本章从本节开始都是讨论以太网技术。

以太网是美国施乐(Xerox)公司的Palo Alto研究中心(简称为PARC)于1975年研制成功的。那时，以太网是一种基带总线局域网，当时的数据率为2.94 Mbit/s。以太网用无源电缆作为总线来传送数据帧，并以曾经在历史上表示传播电磁波的以太(Ether)来命名。1976年7月，Metcalfe和Boggs发表他们的以太网里程碑论文[METC76]。1980年9月，DEC公司、英特尔(Intel)公司和施乐公司联合提出了10 Mbit/s以太网规约的第一个版本DIX V1(DLX是这三个公司名称的缩写)。1982年又修改为第二版规约(实际上也就是最后的版本),即DIX Ethernet V2,成为世界上第一个局域网产品的规约。

在此基础上，IEEE 802委员会(EEE 802委员会是专门制定扁域冈和城城冈标准的机构)的802.3工作组于1983年制定了第一个IEEE的以太网标准IEEE 802.3[W-IEEE802.3],数据率为10 Mbit/s。802.3局域网对以太网标准中的帧格式做了很小的一点更动，但允许基于这两种标准的硬件实现可以在同一个局域网上互操作。以太网的两个标准DLX Ethemet V2与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此很多人也常把802.3局域网简称为“以太网”。

出于有关厂商在商业上的激烈竞争，IEEE 802委员会未能形成一个统一的、“最佳的”局域网标准，而是被迫制定了几个不同的局域网标准，如802.4令牌总线网、802.5令牌环网等。为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，IEEE 802委员会就把局域网的数据链路层拆成两个子层，即逻辑链路控制LLC(Logical Link Contol)子层和媒体接入控制MAC (Medium Access Control)子层。与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关，不管采用何种传输媒体和MAC子层的局域网对LLC子层来说都是透明的.

然而到了20世纪90年代后，激烈竞争的局域网市场逐渐明朗。以太网在局域网市场中已取得了垄断地位，并且几乎成为了局域网的代名词。由于互联网发展很快而TCP/IP体系经常使用的局域网只剩下DLX Ethemet V2而不是IEEE 802.3标准中的局域网，因此现在IEEE 802委员会制定的逻辑链路控制子层LLC(即IEEE 802.2标准)的作用已经消失了，很多厂商生产的适配器上就仅装有MAC协议而没有LLC协议。
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网络适配器和网卡的概念：

网络适配器和网卡都是同一个东西，由于历史的原因，叫法不同而已。

以前的时候是插在机箱里面的网络接口板，这种接口板又称为网络接口卡NIC(Network Interface Card)或简称为“网卡”。因为后面集成到主板上了，所以又叫做通信适配器(adapter)。

作用：计算机和外界局域网进行连接是通过通信适配器(adapter)完成的

RJ-45网卡：使用RJ-45接口的网卡叫做RJ-45网卡，一般使用在局域网中。

RJ-45接口（Registered Jack 45）：含有八对末端铜线接头，用于提高数据的传输速度。一般使用以双绞线为传输介质的以太网中.

网卡是设计用来允许计算机在计算机网络上进行通讯的计算机硬件，所以工作在物理层和数据链路层的MAC子层。

以太网的MAC层：

在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址(因为这种地址用在MAC帧中)。起始只是一个唯一标识，因为长得象一个地址，所以就叫做mac地址。

IEEE 802标准为局域网规定了一种48位的全球地址(一般都简称为“地址”),是指局域网上的每一台计算机中固化在适配器的ROM中的地址。

因为而这种48位二进制的“地址”却很不像一般计算机的名字。现在人们还是习惯于把这种48位的“名字”称为“地址”，更准确些说，这种48位“地址”应当是某个接口的标识符。

MAC地址是48位  用12个十六进制的数来标识。 十六进制：12个数字组成     二进制：48个二进制数组成

适配器从网络上每收到一个MAC帧就先用硬件检查MAC帧中的目的地址。如果是发往本站的帧则收下，然后再进行其他的处理。否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。这样做就不浪费主机的处理机和内存资源。

以太网MAC帧格式：
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MAC帧由三部分组成：帧头、帧尾和数据部分

帧头：前两个字段分别为6字节长的目的地址和源地址字段。第三个字段是2字节的类型字段，用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。例如，当类型字段的值是0x0800时，就表示上层使用的是IP数据报。若类型字段的值为0x8137,则表示该帧是由NovellIPX发过来的。

数据部分：其长度在46到1500字节之间。

帧尾：段是4字节的帧梭验序列FCS(使用CRC检验)。校验帧是否出现差错等功能。