第一章 计算机网络体系结构
1.1 计算机网络概述
计算机系统包括硬件和软件，软件又分为系统软件和应用软件
计算机网络computer networking
互联网internet
互联网（或因特网）internet
计算机网络（简称网络）:由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成
集线器（Hub）：可以把多个结点连接起来，组成一个计算机网络，不能避免数据冲突（现在几乎不用）
交换机（Switch）:可以把多个结点连接起来，组成一个计算机网络，不会发生数据冲突
路由器：可以把两个或多个计算机网路互相连接起来，形成规模更大的计算机网络，也可称为"互连网"
家用路由器=路由器+交换机+其他功能
Internet Service Procider即互联网服务提供商，如：中国电信/移动/联通
互联网（或因特网，Internet ）:由各大ISP和国际机构组建成的，覆盖全球范围内的互联网（internet）
互联网必须使用TCP/IP协议通信，互连网可以使用任意协议通信
计算机网络的组成
1.从组成部分看，计算机网络包含硬件、软件、协议
硬件：主机（端系统）、通信链路（如双绞线、光纤）、交换设备（如路由器、交换机）和通讯处理机（如网卡）等组成
软件：实现资源共享的软件、方便用户使用的各种软件
协议是计算机网络的核心
2.从工作方式：边缘部分，核心部分
3.从功能组成：通信子网和资源子网组成
计算机网络的功能
数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡
电路交换、报文交换、分组交换
计算机网络的分类
1.按分布范围分
广域网（WAN）、域域网（MAN）、局域网(LAN)、个人区域网（PAN）
2.按传输技术分类
广播式传输、点对点网络
3.按拓扑结构分类
主要指通信子网的拓扑结构：总线型、星形、环形、网状网络等
4.按使用者分
公用网（Public Network） 专用网（Private Network）
5.按传输介质分类
传播介质可分为有线和无线；网络因此可分为有线网络和无线网络
有线网路：双绞线网络、同轴电缆网路等
无线网络：蓝牙、微波、无线电等
计算机网络的性能指标
速率（Speed）、带宽（Bandwidth）、吞吐量（Throughtput）、时延（Delay）：（发送时延和传播时延）、时延带宽机、往返时延、信道利用率
1.2 计算机网络体系结构与参考模型
网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
计算机网路的功能：差错控制、流量控制、分段和重装、复用和分用、连接建立和释放。。。。。。
计算机网络的分层结构
应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层
主机要实现1-5层功能、路由器可能只实现1-3层的功能
分层结构的设计并不唯一，可以根据实际需求增加或减少层次
同一个功能可以在多个层次中重复出现
数据的传输过程
PDU、SDU、PCI
协议三要数：语法、语义、同步（时序）
OSI
1.物理层任务：实现相邻节点之间比特（0或1）的传输
需要定义电路接口参数（如：形状、尺寸、引脚数等）
需定义传输信号的含义、电器特征(如：5V表示1，1V表示0；每比特电信号持续时间0.1ms)
2.链路层任务：确保相邻节点之间的链路逻辑上无差错
差错控制：检错+纠错：或检错+丢弃+重传
流量控制：协调两个结点的速率
3.网路层任务：把分组从源节点转发到目的结点，包含以下功能：
路由选择
分组(Packet)转发
拥塞控制
网际互连
其他功能：差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理
4.传输层任务：实现端到端通信（即实现进程到进程的通信，"端"指"端口"）
TCP/IP模型
第二章 物理层
2.1 通信基础的基本概念
信源：信号的来源，即数据的发送方
信宿：信号的"归宿"，即数据接收方
数据：信息的实体（如：文字、声音、图像），在计算机内部数据通常是二进制
信号：数据的载体，分为数字信号（离散），模拟信号（连续）
数据通信系统主要划分为信源、信道和信宿三部分。
信源是产生和发送数据的源头，信宿是接收数据的终点。信道是信号的传输介质。
一条双向通信的线路包含一个发送信道和一个接收信道。
速率：波特率、比特率
信道的极限容量
奈氏准则
香农定理
编码与调制
信号是数据的电磁或电气表现
数字信号 是指用离散的物理量（如电压、电流、光脉冲等）表示信息的信号
模拟信号：通过连续变化的物理量（如电压、电流、频率等）来表示信息
将数据转换为数据信号的过程称为编码，将数据转换为模拟信号的过程称为调制。
发送器->数字信号
调制器->模拟信号
数字数据（Digital Data）是以离散的数值形式（通常是二进制0和1）表示的信息。
它通过标准化的编码规则，将文本、图像、声音、视频等各类信息转换为可被机器识别的离散数据形式。
将信息（无论数字还是模拟）转换为适合传输的信号形式，都可以称为编码
1.数字数据编码为数字信号
2.模拟数据编码为数字信号
先简单的记住三个步骤：采样、量化和编码
3.数字数据调制为模拟信号
2.2传输介质
双绞线、同轴电缆、光纤
无线传输介质：无线电波、微波、红外线和激光
2.3物理层设备
中继器、集线器
中继器：再生信号
再生=放大（数字信号）+整型(减少失真)->信号传播的更远
放大器：放大模拟信号（放大衰减的信号）
第三章 数据链路层
802.3将数据链路层拆分成了介质访问控制子层（MAC）和逻辑链路控制子层(LLC）
3.6 局域网
局域网（LAN），在一个较小的地理范围，将单个计算机网络通过物理介质连接起来
常见的局域网拓扑结构：星形结构；环状结构；总线性结构；星形和总线型的复合结构
三种特殊的局域网的拓朴实现
以太网，令牌网、FDDI
以太网的标准：IEEE 802.3
8-27
物理层刷题整理
通信基础基本概念
码元、波特率和比特率
码元：每一个信号就是一个码元
通俗理解：码元是具有一定数量的波形
要将一个码元的波形看成一个整体
一个波形可表示一个或者多个二进制码
1bit可以表示两种二进制状态0和1
M个进制码元->M个波形->M种状态->2^k个状态--> k = log₂(M) 。
波特率：每秒可以传输码元的个数，单位Baud，码元的传播速率
比特率:单位时间内传输的二进制位数，数据的传播速率
比特率/数据传播速率：每秒钟传输构成数据二进制代码的比特数
QPSK:一种调制技术，使用四个不同的相位来表示不同的数据组合
当然也有8相DPSK调制
以太网采用莫彻斯特编码。每一位有两个信号周期，即0.5比特
杂
bps:bits per second每秒传输的比特数
计算机主机用串行接口显示终端
单工simplex ：单工通信是指数据只能在一个方向上传输的通信方式，如键盘和计算机间的通信、广播电台发送信号，而听众只能接受信号但是不能回复，
全双工Duplex：双工通信是指数据可以在两个方向上同时传输的通信方式。互不干扰
半双工-Duplex：数据可以在两个方向上传输，但是不能同时进行，如：对讲机，利用同轴电缆互连构建以太网
同步通信：通信双方在传输数据时需要保持同步，即发送端和接收端需要按照相同的时间节拍进行数据传输。
并行通信：数据各位同时传送；
串行通信：数据一位位顺序传送
同步串行和异步串行
数据通信系统中，发送装置的作用一般包括：调制信号、适配电压、暂存数据
接收装置：检查和纠错
SONET标准定义了四个光接口层
光子层：负责电信号和光载波的光信号之间的转换
段层：有成帧和差错检测功能
线路层和路径层可有可无
发送时延：时间=数据量/比特率
如：1000位，比特率10Mb/s
传播时延：指电磁波在信道中传播所需要的时间，与信道的传播速率和传播距离有关
奈奎斯定理和香农定理
香农定理Shannon
这是指一制信号
信道的极限数据传播速率=Wlog2(1+S/N) 单位bps
W为信道的频率带宽，单位Hz
S为信道内所传输信号的平均功率
N为信道内的高斯噪声功率
S/N为信道比
信噪比的分贝值转换为线性值的换算公式
dB=10log10(S/N)
30dB->S/N=1000
奈氏准则Nyquist准则：
理想低通信道的极限数据传输速率C=2Wlog2V
W为信道的频率带宽，单位Hz
V表示每个码元的离散电平数量
4个相位，每个相位有四个振幅-》每个信号可有16中变化
奈氏准则决定了码元的最高传输速率
尼奎斯特原理适用于导引型传输介质、非导引型传输介质
外同步：指系统使用外部提供的时钟信号来进行同步，需要一个独立的时钟源，不依赖于数据本身来提取时钟信息
群同步：通常指的是在通信系统中，接收端能准确识别出数据块（帧和数据包）的开始和结束
自动步：自同步是指编码方式能够从数据流本身提取出时钟信息，从而实现同步。如莫彻斯特编码，也是局域网的编码体制
干扰差错：指由于外部干扰源（如：电磁干扰）引起的错误，措施：抗干扰技术或选择合适的频段
随机差错：指在通信过程中随机发生的错误 措施：提高信噪比（信号强度/噪声强度）
突发差错：在通信过程中出现的错误，主要由于信号的瞬间干扰或传输介质 措施：错误检测和纠正码
数据丢失差错：指在通信过程中数据包或数据片段丢失的情况。 措施：重传机制
NRZ（非/不归零编码）：有两种状态：高电平和低电平，分别表示二进制的1和0，不适用于长距离传输如：网络通信的编码。适用于计算机内部信息的表示
AMI双极性码，又叫双极性半空占码--是一种信号交替反转码，0由空电平表示，1由交替反转的整蛊电压表示，AMI码0如果过多，不利于定时存取，因此不利于计算机内部信息的表示
曼彻斯特编码：为了克服不归零码所带来的直流漂移，是一种同步时钟编码技术，编码规则：每一位的中间有一个跳变，这个跳变既作为同步时钟，又作为数据，从高到低的跳变表示1，从低到高的跳变表示0，将时钟和数据都包含在信号中
编码与调制
调制解调：将电信号转化为模拟信号
脉冲编码调制：PCM，对连续变化的模拟信号进行采样、量化、编码后转换为数字信号的一种调制方式，是模拟信息能够在数字信道上传输
采样、量化、编码也称脉冲信号调试的方法
调制解调器的作用使将模拟信号转换为数字信号，可以把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的模拟信号
电视视频、声音--模拟信号
气压值--既可以是模拟信号也可以是数字信号
硬盘保存的图像文件为数字数据
在节点间传输信号的两种方法：基带和频带
频带指的是数字信号的模拟传输，基带指的是数字信号的数字传输
双相位编码方式主要有两种：曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码
双相位编码，代表每个比特的电信号中间都有跳变，用于同步和数据表示
接收端收到FSK调制的多路信号后，使用带通滤波器分离各路信号
波分复用，复用后的总速率=每条支路的速率乘以支路的数量
base 64 编码，每3个字节转换为4个字节
3072*4/3=4096
4096/80=51余16
4096+51*2=4198
二元制调制也叫二进制调制，常包括调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）
宽带信号是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号
模拟数据编码方法包括振幅键控、移频键控、相移键控、和多相调制
传输介质分类
计算机网络中采用的传输媒体通常可以分为有线媒体和无线媒体两大类，其中常用的有线媒体有双绞线、同轴电缆、光纤等
根据有屏蔽层双绞线分为屏蔽双绞线(Shield Twisted Pair)和非屏蔽双绞线（Unshield Twisted Pair,UTP）
局域网中最常见的有线传输介质是非屏蔽双绞线
传输距离可达2km~3km
FDDI(Fiber Distibuted Data Interface,光纤分布式数据接口)，主要用于局域网（LAN）中。实现高速数据传输，采用双环体系结构，两环上的信息反向流动
双绞铜线：常用于叫低速的网络，如以太网
同轴电缆：有较高的数据传输速率，单通常不如光纤
微波：是一种无线通信技术，通常用与长距离的点对点通信
光纤：支持较高的数据传输速率和很长的传输距离，是FDDI标准采用的传输介质
多膜光纤的特点：光源为发光二极管，定性差，光的全反射特性是其导光的原理
光以不同的角度在其纤芯中反射，成本低，适用于近距离传输。单模光纤成本高，适用于远距离。
光纤电缆也称光缆，是网络传输介质中性能最好的一种，光纤信号衰减极小，它可以在6km~8km范围内，在不使用中继器的情况下，实现高速率的数据传输，误码率低，带宽很宽
抗干扰能力。光纤>同轴电缆>屏蔽双绞线>非屏蔽双绞线
导向型传播媒体介质
非导向型传播媒体介质
双绞线可以传输平衡信号，平衡信号是指在两根线上传输的信号相位相反，这样可以有效地抵消外部干扰，提高信号的完整性和传输距离
一些距离：
细缆以太网中，不使用中继器，最大细缆长度不能超过185米
100BASE-T标准规定网卡与HUB之间的非屏蔽双绞线最大为 100米
局域网中最常见的有线传输介质是非屏蔽双绞线，传输距离可达2km~3km
中继器
中继器5-4-3-2-1原则
5个网段
4个中继器或者集线器
3个网段为主机端
2个网段为连接端
都位于一个冲突域
在局域网中，通过中继器扩充网段，能形成的网络拓扑结构有：总线型、星型、树型
网桥和路由器能抑制广播风暴
集线器hub
集线器按结构分为：共享型和交换型
集线器没有寻址功能，从一个端口收到数据后，从其他的所有端口广播出去
在局域网中，各台计算机连接到集线器上，此网络的拓扑结构物理连接是星状拓扑，逻辑链接是总线型拓扑