计算机网络——理论知识总结（上）

开新番，因为博主备考的学校计网只考察1/6的分值，而且定位偏向于送分题，因此在备考时并没有很高强度的复习。本帖基于王道考研的教辅总结归纳，虽然是408的教材，但忽略其中有难度的部分，如计算题、画图题等，仅以基础的理论知识为主~（重点在于归纳对于名词的理解）

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一.网络体系结构

1.计算机网络的定义：一个将分散的、具有独立系统的计算机系统，通过通讯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。

（自治的、互联的计算机系统的集合）

2.RTT：往返传播时延（游戏中常见）

3.ISP：因特网服务提供商（政府把主干网交给公司经营）（如移动、电信、联通）

4.计算机网络的组成：

• 组成方式：硬件、软件、协议
• 工作方式：边缘部分、核心部分
• 功能组成：资源子网、通信子网

5.端系统强调的是进程与进程之间的通信

6.计网的功能：

• 数据通信：用来实现计算机之间各种信息的传送
• 资源共享：软件共享、数据共享、硬件共享
• 分布式处理：多台计算机共同承担同一工作任务的不同部分
• 提高可靠性:各台计算机可以通过网络互为替代机
• 负载均衡：将工作任务均衡分配给多台计算机

7.分类

• 分布范围：广域网、城域网、局域网、个人局域网
• 传输技术：广播式网络、点对点网络
• 拓补结构：总线形、星形、环形、网状
• 按使用者分类：公用网、专用网
• 按交换技术划分：电路交换网络、报文交换网络、分组交换网络
• 按传输介质分类：有线网络、无线网络

8.性能指标

• 带宽、时延、时延带宽积、往返时延、吞吐量、速率、信道利用率

9.与报文有关的名词：

• SDU：服务数据单元，为完成用户所要求功能而传送的数据
• 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称为该层的PDU

10.协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或者约定，存在于对等层之间~

11.接口：上层使用下层服务的接口，仅存在于紧邻的层次之间

12.服务：服务是指下层为紧邻的上册提供的功能调用（下层所有层次服务的总和）

13.面向连接与无连接服务：前者在分配相应资源时，通信双方必须先建立连接；后者则不需要

14.可靠服务与不可靠服务：可靠服务指网络具有纠错、检错、应答控制机制，能保证数据正确、可靠地传送到目的地；后者则不行

15.有应答服务于无应答服务：前者指接收双方在收到数据后向发送方给出相应的应答，后者则不自动给出应答

16.ISO：国际标准化组织

17.OSI参考模型

• 物理层：传输单位是比特，任务是透明的传输比特流，功能是在物理媒体上为数据端设备透明地传输比特流
• 数据链路层：传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组装成帧；功能亦可概括为成帧、差错控制、流量控制和传输管理等
• 网络层：传输单位是数据报，关心的是通信子网的运行控制，主要任务是把网络层的分组从源端传送到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务
• 传输层：传输单位是报文段TCP或者用户数据报UDP，负责主机中两个进程之间的通信
• 会话层：利用传输层提供的端到端的服务，向表示层提供他的增值服务
• 表示层：处理两个通信系统中交换信息的表达方式
• 应用层：最高层，是用户与网络的界面，包括所有能和用户交互并产生网络流量的程序

18.TCP/IP模型：包括网络接口层、网际层、传输层、应用层

19.五层参考模型：

应用层采用报文、传输层采用报文段、网络层采用数据段、数据链路层采用帧、物理层采用比特流~

二.物理层

1.数据：传送信息的实体

2.信号：数据的电气或者电磁表现，是数据在传输过程中的表现形式

3.码元：值用一个固定时长的信号波形表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形

4.数字信号：取值仅为有限的几个离散值的数据或信号被称为数字数据

5.离散信号：连续变化的数据

6.全双工通信：通信双方可以同时发送和接收信息，需要两条信道

7.半双工通信：双方均可以发送，但任何一方不能同时发送或者接收，需要两条信道

8.单向通信：只有一个方向的通信而没有反方向额交互，仅需要一条信道

9.速率：数据传播速率

10.波特：表示数字通信系统每秒传输一个码元

11.带宽：信号的频带宽度，在实际网络中，表示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”

12.奈奎斯特定理：任何信道中，码元的传输速率是有上限的，若传输速率超过此上限，就会出现验证的码间串扰问题，使得接收端不能正确完全的识别码元

13.香农定理：信道的带宽或者信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高；此外香农定理得出的是极限信息传输速率，实际信道能到达的传输速率要比它低了不少

14.调制：数据变换为模拟信号的过程

15.编码：数据变换为数字信号的过程

16.数字数据编码为数字信号：归零编码、非归零编码、反向非归零编码、曼彻斯特编码等

17.数字数据编码为模拟信号：幅移键控、频移键控、相移键控、正交振幅调制

18.电路交换：在机械能数据传输前，两个结点之间必须建立一条专用的物理通信路径

19.报文交换：数据交换的单位是报文，报文携带有目标地址、源地址等信息，采用存储转发的传输方式~

20.分组交换：和前者一样也采用存储转发方式，但解决了大报文的传输问题

21.传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质

（传输媒体并不是物理层，其为物理层下面的第0层~）

22.中继器：将信号整型并放大再转发出去，以消除信号经过一长段电缆后而产生的失真和衰减

（工作在物理层，不能连接两个具有不同速率的局域网）

23.集线器：实质上是一个多端口的中继器

三.数据链路层

1.功能：在物理层提供服务的基础上向上层网络层提供服务，其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路，

2.为网络层提供的服务类型：无确认的无连接服务（以太网）、有确认的无连接服务（无线通信）、有确认的面向连接服务（可靠性最高）

3.链路管理：连接的建立、维持和释放的过程

4.帧定界：确定帧的界限

5.帧同步：接收方应能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始与终止

6.透明传输：不管传输的数据是什么样的比特组合，都应该能在链路上传送 ~（即忽略定界符带来的错误识别）

7.流量控制：限制发送方的数据流量，使其发送速率不超过对方的接收能力

8.差错控制：使发送方确定接收方是否正确收到其发送的数据的方法称为差错控制

9.CRC：循环冗余校验——发现位错

10.ARQ：自动重传请求——重传出错的帧

11.组帧：发送方按照一定的规则把网络层递交的分组封装成帧——主要解决帧定界、帧同步、透明传输等问题~（方式有字符计数法、首尾定界符法和零比特填充等）

12.FEC：前向纠错——不但能发现差错，还能确定比特串出错的位置

13.检错编码：在有效数据被发送前，按照某种关系附加一定的冗余位，构成一个符合某一规则的码字后再发送——常见的方式有奇偶检验码和循环冗余码

14.纠错编码：指出出错位置，作为自动纠错的依据（海明码）

15.SAW：单帧滑动窗口与停止等待协议

16.GBN：多帧滑动窗口与停止等待协议

17.SR：多帧滑动窗口与选择重传协议

18.MAC：介质访问控制

19.信道划分介质访问控制（静态方法）：时分复用、频分复用等

20.随机访问介质访问控制：

• ALOHA协议：不进行任何检测就发送，一段时间内未收到确认即认为发生了冲突，碰撞双方所发送的数据都要重传。但是为了避免再碰撞，需要让各站随机等待一段时间
• CSMA协议：载波侦听多路访问，分为三种：1-坚持是帧听到信道忙碌后，就要等待直到空闲，如果空闲则立即发送数据，如果发生冲突，那么随机等待一段时间之后再重新开始侦听信道（该种方式允许多个同时侦听）；非坚持CSMA则是如果信道空闲就立刻发送数据，如果信道忙则放弃侦听，等待一个随机的时间后再开始重复上述过程；而p-坚持则是介于中间的一种情况，如果信道忙就持续侦听，如果信道空闲则以概率p发送数据，亦或以1-p的概率推迟到下一个时间间隙，以此类推，如果下一个时间间隙仍然空闲，那么仍然重复上述步骤——除非检测到信道忙碌时停止，刺客等待到下一个时隙再重新开始侦听

21.CSMA/CD协议：载波侦听多路访问/碰撞检测协议，是CSMA的改进方案，适用于总线型或者半双工网络环境，即每个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他站点正在发送数据，若有则暂时不发送数据，等待到信道变为空闲时再发送——总的来说，碰撞检测就是边发送边侦听，即适配器边发送数据边检测信道上是否有其他站点也在发送数据~

工作流程可以简单的概括为：先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发~

22.CSMA/CA协议：在有线连接的局域网中，CSMA/CD协议已经可以成功应用，而在无线局域网内却不能简单的照搬套用。CSMA/CA协议将碰撞检测修改为了碰撞避免，更广泛应用于无线局域网。要注意并不是指可以完全避免碰撞，而是指协议的设计要尽量降低碰撞发生的概率

23.IFS：帧间间隔——所有的站完成发送后，必须再等待一段很短的时间才能发送下一帧

24.轮询访问/令牌传递协议：用户不能随机地发送消息，而要通过一个集中控制的监控站，以循环方式轮询每个结点，再决定信道的分配。当某节点使用信道时，其他结点都不能使用信道。典型例子是令牌传递协议，主要用在令牌环局域网之中。

当计算机都不需要发送数据时，令牌就在环形网上游荡，而需要发送数据的计算机只有在得道该令牌后才能发送数据帧，因此不会发生冲突（令牌只有一个）~

25.LAN：局域网，在一个较小的地理范围内，将各种计算机、外部设备和数据库系统等通过双绞线、同轴电缆等连接介质相互连接起来，组成资源和信息共享的计算机互联网络~

• 为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限
• 所有站点共享较高的总带宽
• 较低的时延和较低的误码率
• 各站为平等关系而非主从关系
• 能进行广播和组播

LLC：逻辑链路子层

MAC：媒体接入控制子层

26.以太网：802.局域网的别称，所有计算机共享同一条总线，信息以广播方式发送，简化了通信流程并使用CSMA/CD方式对总线进行访问控制~

27.VLAN：虚拟局域网

28.WAN：广域网，覆盖范围很广，远超一个城市的范围，是因特网的核心部分，任务是长距离运送主机所发送的数据~

29.PPP协议：使用串行线路通信的面向字节的协议，该协议应用在直接连接两个结点的链路上，设计的目的主要是用来通过拨号或专线的方式建立点对点连接发送数据，使其称为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共同解决方案~

30.HDLC协议：高级数据链路控制协议：面向比特的数据链路层协议~