网络基础大杂烩，第一锅（学习笔记）
本文是一篇计算机网络的学习笔记，里面是总结的一些我认为很重要的知识点（考试要考的）
学习笔记主要参考了杨心强、陈国友编著的数据通信与计算机网络基础
目录
甲、计算机网络
子、定义
计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来
在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统
丑、组成
计算机网络可以按事物所具有的不同性质特点分类，是由多台计算机（或其它计算机网络设备）通过传输介质和软件物理（或逻辑）连接在一起组成的
计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质、应用软件四部分
寅、功能
数据通信（主要功能）：数据信息通信（通信中传递的信息均以二进制形式表现）
资源共享（主要目的）：包括硬件资源共享、软件资源和数据资源共享
集中管理：利用管理软件集中管理，提高工作效率
实现分布式处理：大的任务，可以分割成多个小任务，由多个计算机分别完成，再将结果汇总
负荷均衡：分担设备负荷
卯、分类
按照网络规模分类：
局域网（LAN）：局部地区范围内的网络，覆盖地区范围较小
城域网（MAN）：城市范围内的网络，通常连接着许多局域网
广域网（WAN）：覆盖区域更大，通常连接不同城市之间的局域网和城域网
按照拓扑结构分类：
星型拓扑：最常用的拓扑结构，*节点连接到四周的各个站点
总线型拓扑：采用一个信道作为传输媒体，所有站点都连接在这一条总线上
环型拓扑：各节点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环型通信线路中
树型拓扑：树型拓扑可以认为是多级星型结构组成的，自上而下呈三角形分布
混合型拓扑：将两种单一拓扑结构混合起来，取两者的优点构成的拓扑。
网型拓扑：在广域网中有广泛应用
辰、性能
速率：计算机网络中的主机在信道上的传输速率，单位bit/s
带宽：在计算机网络中，带宽表示网络通信线路传送数据的能力
吞吐量：单位时间通过某个网络的数据量
时延：从网络一端传送到另一端所需的时间
乙、OSI七层模型
OSI，Open System Interconnection（开放式系统互联）
国际标准化组织ISO提出的概念模型，把网络通信工作分为七层，包括相关概念和具体协议
子、分层
由下而上，分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
物理层：网络体系结构中的最底层，连接开放系统的物理介质为数据链路层提供传送比特流的一个物理连接
数据链路层：把网络层下传的IP数据报封装成帧下传给物理层；在物理层上传的无差错帧中提取IP数据报上交至网络层
网络层：进行逻辑地址寻址，实现不同网络之间的路径选择。
传输层：定义传输数据的协议端口号，以及流控和差错校验。
会话层：建立、管理、终止本地主机与远程主机正在进行的会话
表示层：为不同通信提供了公共语言，完成应用层数据的转换
应用层：最高层，提供、管理、执行应用程序服务
丑、分层优点
- 各层相互独立
- 在通信过程中更加灵活
- 促进工作的进行
- 有利于维护
寅、七层对应协议
卯、各层主要功能
- 应用层：为应用程序提供网络服务
- 表示层：数据表示
- 会话层：为会话建立连接
- 传输层：端到端连接，提供数据传输
- 网络层：寻址并确定最佳路径
- 数据链路层：将数据可靠的上传到网络层
- 物理层：二进制传输
丙、物理层
子、概述
物理层是网络体系结构中的最低层，也可以称为Physical Layer，它并不是连接计算机的具体的物理设备或者具体的物理介质，只是为上邻的兄弟数据链路层提供传送比特流的一个物理连接。主要功能是为服务用户（就是数据链路层的实体）在物理介质上提供发送或接收比特流的能力。这种能力具体的表现就是，先建立一个连接，然后在通信过程中保持这个连接，通信结束时在将连接释放
丑、接口特性
因为有关于物理层的协议在OSI模型公布之前就已经制定，并且广受好评，所以，有关于它的相关协议就不像OSI那样，只能将其实现的主要功能描述为与传输介质接口相关的一些特性，也就是机械特性、电气特性、功能特性和规程特性，物理层就是通过这四个特性，在数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备（DCE）之间实现物理通路的连接
数据终端设备（DTE），是一种具有一定的数据处理和转发能力的设备，具有根据协议控制数据通信的功能，此类设备可以是数据的源点或终点，也可以二者皆是
数据电路终接设备（DCE），在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，负责建立、保持、释放数据链路
DTE/DCE接口必须是标准化的，要符合统一的标准和规范。
- 机械特性：涉及接口的物理结构，对接线器做出了详细的规定
- 电气特性：发送器、接收器的电路特性、负载要求、传输速率、连接距离
- 功能特性：指明传输介质各条线出现的某电平的含义以及接口信号线的用途
- 规程特性：规定接口各信号线之间的相互关系、动作顺序等内容
寅、常用标准/协议
- EIA RS-232：用于标准电话线路（一个话路）的物理层接口
- EIA RS-449：用于宽带线路，点到点同步传输
- RJ-45：布线系统中信息插座连接器的一种由插头和插座组成。RJ-45插头用于局域网与宽带用户的网络设备间网线的连接
- FDDI
- IEEE802.3
- IEEE802.4
- USB物理层
- ……
卯、常见物理层设备
- 网卡
- 光纤
- 集线器
- 串口
- 并口
辰、功能
虽然物理层是整个OSI的最底层。但这并不意味着它不重要，相反，它是整个系统的基础，最主要的功能就是为数据端设备提供传送数据通路、传输数据，同时，也能管理物理层的一些工作
提供传送数据通路：数据通路可以是一个物理载体，也可以是多个物理载体相互连接形成，物理层就为数据端设备提供这样的通路用来传输数据
传输数据：物理层要保证数据能正常通过并提供足够的带宽
丁、数据链路层
子、概述
数据链路层是网络体系结构中的次底层。基本任务就是把网络层下传的IP数据报封装成帧传给物理层；从物理层接收到的无差错帧中提取IP数据报上传给网络层，如果有错误帧就将其丢弃。
协议数据单元是帧。帧由首部、数据部分和尾部组成。首部往往含有帧的控制信息，尾部含有帧校验序列。
丑、主要功能
- 链路管理：管理数据链路的建立、维持和释放
- 帧定界：确定帧边界，即确定帧的开始位置和结束位置
- 透明传输：在链路上传输任何形式的比特组合都不会影响数据传输
- 流量控制：控制相邻节点上的数据链路流量，让发送数据速率不超过接受方的承受能力
- 差错检测：检测数据传输中是否出现差错（在发送的比特插入流后方差错检验码）
寅、点对点信道的三个基本问题
数据链路层具有多种协议，但这些协议都离不开三个问题，就是帧定界、透明传输和差错检验。
帧定界：
刚刚也说过帧定界就是为了确定帧的开始位置和结束位置，下来介绍常用的几种方法
- 字节填充法：用标志字节（flag byte）来定界帧的开始和结束
当标志字节出现在待传送的数据中时，发送端会在其之前插入一个转义字符（ESC），接收端收到后会删掉这个转义字符。
当转义字符出现在待传送的数据中时，发送端在其之前仍插入一个转义字符（ESC），接收端收到后将其删除
举例：
待传送数据中有标志字节FLAG: q FLAG w --> 插入转义字节(ESC): q ESC FLAG w
待传送数据中有转义字符ESC：q ESC w --> 插入转义字节(ESC): q ESC ESC w
- 比特填充法：采用特定比特组合标志帧的边界（01111110）发送端遇到数据比特流程中出现5个连续的1时，自动在后面加上一个0，接收端遇到5个连续的1且后面是0时，则将这个0删除
原始数据：010111111011111110010
比特填充：01011111010111110110010（蓝色的0即为插入的）
恢复之后：010111111011111110010
- 字节计数法：使用较少，因为一旦出错就无法确定帧的结束边界。使用时采用一个特殊字节表示帧的开始，在使用一字节字段知名该帧要求传输的字节数。接收端通过对特殊字节的识别，判断帧的起始位置，并按照字节计数字段来确定帧的结束位置。
- 非法比特编码法：仅使用于物理介质采用特定比特编码的场合
透明传输：
字节填充法和比特填充法在使用时都不会影响数据传输，该过程对网络层来说是透明的
字节填充法：IP数据报中无论出现标志字节还是转义字符，都可以在前面插入转义字符(ESC)，所以并不影响正常通信，实现了透明传输。
比特填充法：插入和删除0比特，同样不会影响数据正常传输，也实现了对网络层的透明。
差错检测：
因为数据信号在传输过程中往往会受到很多因素的干扰，所以接收端可能不会接受到原始的比特流。
误码率就是衡量传输差错的度量标准。若误码率为 ，则说明每传送
比特的数据就会有1比特的差错
循环冗余检验CRC就是数据链路层广为使用的一种差错检测技术
卯、相关协议
- 点对点协议（PPP）：在两个网络节点之间建立连接、传输数据
- 组成部分：
a）建立、配置及测试链路控制协议(LCP)
b）网络控制协议(NCP)，可以针对不同的网络层协议
c）认证协议：密码验证协议PAP，挑战握手验证协议CHAP。通常用于PPP封装的串行线路上提供安全认证。
2.帧格式
a）前三个字段FLAG（0x7E,十六进制,即01111110）、Address（0xFF）、Control（0x03）
b）协议字段：封装协议包类型
c）信息字段：网络层下传的数据，长度可变，默认长度1500B（不能超过）
d）FCS为循环冗余校验码
- 以太网
- 高级数据链路协议
- 帧中继
- 异步传输模式