计算机网络
1.1.1计算机网络概念、组成、功能和分类
概念：
是一个分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
功能：
数据通信（连通性）、资源共享（硬件、软件、数据）、分布式处理（多台计算机各自承担同一任务不同部分）、提高可靠性（主从）、负载均衡等等。
组成：
硬件、软件、协议
工作方式：
边缘部分（C/S、P2P）、核心部分（为边缘部分服务）
功能组成：
通信子网（实现数据通信）、资源子网（实现资源共享/数据处理）
分类：
按分布范围分：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（WAN）、个人区域网（PAN）
按使用者分：公用网、专用网
按交换技术分：电路交换、报文交换、分组交换
按拓扑结构分：总线型、星型、环形、网状型
按传输技术分：广播式网络（共享公共信道）、点对点网络（使用分组存储转发和路由选择机制）
1.1.2标准化工作及相关组织
标准的分类：
法定标准（OSI）、事实标准(TCP/IP)
RFC因特网正式标准的三个草案：
因特网草案、建议标准、因特网标准
标准化工作组织：
国际标准化组织ISO：OSI参考模型、HDLC协议
国际电信联盟ITU：制定通信规则
国际电气电子工程师协会IEEE：学术机构、IEEE802系列标准、5G
Internet工程任务组IETF：负责因特网相关标准制定
1.1.3速率相关的性能指标
速率：
数据传输率。单位：b/s、kb/s、MB/s、Gb/s、Tb/s ===> 1kb/s = 1000b/s
带宽：
带宽原本指某个信号具有的频带宽度（赫兹HZ）。现在表示网络设备所支持的最高速度（比特每秒b/s）。
吞吐量：
表示在单位时间内通过某个网络的数据量，吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制
时延：
指数据从网络的一端传送到另一端所需时间。
发送时延（传输时延）： 发送时延=数据长度/发送速率
传播时延：取决于电磁波传输速度和链路长度。 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率
排队时延：等待输出。
处理时延：检错、找出口。
时延带宽积：
时延带宽积=传播时延*带宽
往返时延RTT：
从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认，总共经历的时延。
利用率：
信道利用率：有数据通过时间/数据通过时间。
网络利用率：信道利用率加权平均值。
1.2.1分层结构、协议、接口、服务
分层结构：
实体：第n层中的活动元素称为n层实体，同一层实体叫做对等实体。
协议：为进行网络中对等实体数据交换而建立的规则标准或约定。
接口：上层使用下层服务的入口。
服务：下层为相邻上层提供的功能调用。
1.2.2 OSI参考模型
国际化标准组织（ISO）于1984年提出开放系统互连（OSI）参考模型
OSI七层模型：
物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
应用层：
用户与网络的界面。
表示层：
- 数据格式交换（翻译官）
- 数据加密解密
- 数据压缩和恢复
会话层：
建立同步（SYN）
- 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/同步点继续恢复通信，实现数据同步。
传输层：
- 可靠传输、不可靠传输
- 差错控制
- 流量控制
- 复用分用
网络层：
- 路由选择
- 流量控制
- 差错控制
- 拥塞控制
数据链路层：
- 成帧
- 差错控制 帧错+位错
- 流量控制
- 访问控制 控制信道访问
物理层：
- 透明传输
- 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
1.2.3 TCP/IP参考模型
与OSI参考模型相同点：
- 都分层
- 基于独立的协议栈的概念
- 可以实现异构网络互联
与OSI参考模型不相同点：
- OSI定义三点：服务、协议、接口
- OSI先出现，参考模型先于协议，不偏向特定协议
- TCP/IP设计之初就考虑异构互联网问题，将IP作为重要层次
2.1.1物理层的概念
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
- 机械特性：连接规格、接口形状、引线数目、引脚数量
- 电气特性：电压范围、抗阻匹配、传输速率和距离限制
- 功能特性：电平表示何种意义
- 规程特性：定义线路规程和时序关系
2.1.2数据通信基础知识
通信的目的是传送消息
数据：
传送信息的实体，通常是有意义的符号序列
信号：
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：
接收数据的重点
信道：
信号的传输媒介
三种通信方式：
单工通信：一个方向通信没有反方向通信，仅需一条信道
半双工通信：可以发送或接收数据，但不能同时发送和接收，需要两条信道
全双工通信：可以同时接收和发送，需要两条信道
两种传输方式：
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（常用于计算机内部）
码元、波特、速率、带宽
码元：
代表不同离散数值的基本波形
k进制码元 ==> 码元的离散状态有四个
速率 ：
表示单位时间内传输的数据量。可以分为码元传输速率，信息传输速率
码元传输速率：表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数，单位为波特（baud）
信息传输速率：表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数，单位是比特每秒
奈氏准则和香农定理
失真：
影响失真程度的因素：
- 码元传输速率
- 信号传输距离
- 噪声干扰
- 传输媒体质量
码间串扰：
接收端收到的信号波形失去码元之间清晰界限的信号
奈氏准则（奈奎斯特定理）：
在理想低通条件下（无噪声、宽带受限），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
理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2V（B/S）
- 在任何信道中，码元的传输速率是有上限的。超过此上限就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的完全正确识别成为不可能
- 信道的频带越宽，就可以用更高的速率进行码元的有效传输
- 奈氏准则给出了码元传输速率限制，并没有对信息传输速率给出限制
- 由于码元传输速率受奈氏准则 的制约，所以提高数据的传输率，需要采用多元制的调制方法
香农定理：
在宽带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
信噪比=信号的平均功率/噪声的平均功率，常记为S/N，并用分贝（dB）作为度量单位
信噪比（dB）=10log10（S/N）
信道的极限数据传输速率= Wlog2（1+S/N）（b/s）
“Nice”和“香浓”：
2.1.6编码与调制
信道上传送的信号：
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，在床送到模拟信道上传输（宽带传输）
编码与调制：
数据 =数字发送器=>数字信号 编码
数据 = 调制器 => 模拟信号 调制
模拟数据 = PCM编码器 =>数字信号 编码
模拟数据 =放大器调制器=>模拟信号 调制
数字数据编码：
曼彻斯特编码：先高后低为1或0
差分曼彻斯特编码：同1异0
数字数据调制为模拟信号：
2ASK 调幅
2FSK 调频
2PSK 调相
调幅+调相（QAM）
模拟数据编码为数字信号：
2.2物理层传输介质
传输介质及分类：
传输媒介也称为传输媒介，传输媒介并不是物理层。
传输介质分为两种：
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、海水等
导向性传输介质：
双绞线：
同轴电缆：
光纤：
非导向性传输介质：
无线电波：信号为所有方向
微波：信号为固定方向
红外线、激光：信号为固定方向
2.3物理层设备
中继器：
对信号再生和还原，对衰减信号放大
集线器（多口中继器）：
再生，放大信号
3.1 数据链路层概述
结点：主机、路由器
链路：两个结点之间的物理通道
数据链路：两个结点之间的逻辑通道
