【复健系列】极简的计算机网络知识点整理

ch0.前言

为了应付面试而重温基础知识，写一点是一点，有上点没下点。是看了遍BV1EZ4y1971t和BV1PK4y1X7ze写的笔记。

ch1.介绍

计算机网络由使用电信系统连接在一起的多台计算机组成，目的是共享数据，资源和通信。

• 按照拓扑分类有总线拓扑，星形拓扑，树形拓扑和环形拓扑；
• 按照规模分类有局域网，广域网和互联网；
• 按照边界分类有内网和外网。

互联网是由协议控制消息的收发，结构层次松散，通过公认的如RFC、IETF作为互联网标准，为编程和应用提供基础服务。

• 互联网的历史从阿帕网到互联网到三层互联网到多层互联网。
• 互联网的组成由边缘部分（终端）和核心部分组成。

终端的通信方式有C/S和P2P方式。
核心的通信方式有电路交换、分组交换、报文交换。

• 电路交换建立专用线路。电路保证信道的全部带宽，并在通信会话期间保持连接。多路复用可以划分带宽，如分频，分时和分码。
• 分组交换存储分组转发，有数据包和虚电路，虚电路有交换虚电路和永久虚电路。
• 报文交换存储报文转发。

性能指标有速率，带宽，吞吐量，时延，时延带宽积，往返时间，利用率。

• 带宽要么指最高速率（bit/s），要么指频带宽度（Hz）。
• 吞吐量是单位时间内通过的实际数据量。
• 时延是数据传输需要的时间，有发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。
  • 发送时延=数据帧长度/发送速率
  • 传播时延=信道长度/传播速率
  • 总时延=发送+传播+处理+排队
• 时延宽带积=传播时延×带宽。
• 往返时间 RTT是发送到收到确认经历的时间
• 利用率包括信道利用率和网络利用率。

非性能指标有费用，质量，标准化，可靠性，可扩展性和可升级性，易于管理和维护。
协议是定义了通信实体之间交换的保温格式和次序，以及报文的发送和接收采取的动作。
OSI七层模型 ：应用层，表示层，会话层，运输层，网络层，数据链路层，物理层
TCP/IP 模型 ：应用层，运输层，网际层，网络接口层
五层模型 ：应用层，运输层，网络层，数据链路层，物理层

• 应用层 （DNS，HTTP，FTP，TELNET，SMTP，DHCP）
• 表示层 （ASCII，PNG，MP3）
• 会话层 （ADSP，RPC，SQL，SSH）
• 运输层 （TCP，UDP，SPX）
• 网络层 （IP，ICMP，ARP，RARP，RIP，OSPF，IGRP，IPX）
• 数据链路层 （PPP，CSMA/CD，HDLC，SLIP，MAC，VLAN，FR）
• 物理层 （EIA/TIA RS-232/449，RJ-45，V.35）

ch2.物理层（bit）

机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸
电气特性：电压范围
功能特性：电压意义
过程特性：不同功能的可能事件的出现顺序
通信方式：单工，半双工，全双工；短波通信，微波（地面微波，卫星），红外线激光。
调制：

• 基带调制（编码数字信号）：不归零制，归零制，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码
• 带通调制（载波模拟信号）：调幅，调频，调相，正交振幅调制

奈氏准则：任何信道码元传输的速率有上限，超过上限会出现严重的码间串扰问题。
信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比。
香农公式：C = Wlog2(1 + S/N)
双绞线是两根互相绝缘的铜绞线绞合在一起构成的，适用于模拟传输和数字传输。按屏蔽分类有无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线，按绞合程度分类有3类线和5类线。
同轴电缆由铜芯，绝缘层，外导体屏蔽层和保护塑料外层组成。
光缆由光纤和其他材料构成。
抗干扰能力：光纤>同轴电缆>双绞线
带宽：光纤>同轴电缆>双绞线
物理层设备有中继器、集线器。

ch3.数据链路层（帧）

数据链路层是物理层与网络层之间的协议，提供相邻节点的可靠数据传输。
链路是从一个结点到相邻结点的物理线路
数据链路是链路+实现协议的硬件和软件
信道有点对点信道（一对一）和广播信道（一对多）
帧是数据链路层的协议数据单元，在数据前后分别添加首部和尾部，最大传送单元是MTU。

• 首部 ：SOH
• 尾部 ：EOT

透明传输是无论出现什么样的比特组合的数据，提前出现尾部页不会出错的传输帧，也就是在控制字符前加“ESC”进行转义。

• 异步传输 ：字节填充法
• 同步传输 ：零比特填充

差错检测是传输过程中可能会把0变1或1变0的错误。
误码率是传输错误的比特占传输比特总数的比率。
循环冗余检验是把数据划分为组，在数据后添加冗余码，然后构成帧发送出去，用约定好的多项式得到余数，接收端判断是否有差错。
PPP协议是计算机和ISP通信使用的数据链路层协议，包括IP报，LCP和NCP。
局域网是使用广播信道的数据链路层，网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目都有限。

• 按拓扑结构分：星形，总线，环形
• 按传输介质分：有线，无线

共享信道有静态划分信道和动态媒体接入控制（随机接入和受控接入）。
以太网是基带总线局域网，标准是IEEE 802.3/DIX Ethernet V2。数据链路层有两个子层，逻辑链路控制层（LLC）和媒体接入控制层（MAC）。
高速以太网 100Mb/s 100BASE 1Gb/s 全双工和半双工 10Gb/s 全双工
适配器也叫网卡，装有RAM和ROM，实现以太网协议，让计算机连接外界局域网，与计算机进行并行通信，局域网进行串行通信。

ch4.网络层（分组）

网络层是为了提供端到端的服务，包括寻址和路由选择，连接的建立、保持和终止，使传输层不需要了解网络。
IP协议簇：ARP，RARP，ICMP，IGMP
ARP：根据IP地址获取物理地址
ICMP：ping
IGMP：管理多播组的组成员，组播
IPv4：
IP地址是每一个网络和每一台主机分配的一个逻辑地址，屏蔽物理地址的差异，取决于网络拓扑。
IP地址的组成是4个字节32位，v6 128位，由主机地址和网络地址组成。
主机地址标识某一台设备的地址，网络地址标识某一个网段的地址。
子网掩码是指明IP地址在某个网段，划分主机地址和网络地址的。
MAC地址是物理地址，48位，取决于制造商。
A类地址：8(0) 24 1-127
B类地址：16(10) 16 128-191
C类地址：24(110) 8 192-224
D类地址：(1110)多播地址 225-240
E类地址：(1111)保留 241-255
特殊地址：网络地址（全0）广播地址（全1）回环地址（127.0.0.0）
子网划分：VLSM，大的有类网络划分为小的子网。
路由器是网络层的设备，用于端到端数据转发。有静态路由，动态路由和直连路由。
静态路由：管理员手工配置
动态路由：动态路由协议实现路由互通。RIP，OSPF，BGP，IS-IS

ch5.传输层（报文）

TCP：传输控制协议，面向连接，提供可靠的交付服务，提供全双工通信，面向字节流，三次握手和四次挥手，有滑动窗口，拥塞处理和流量控制。
UDP：用户数据报协议，无连接，尽最大努力交付，面向报文且没有拥塞控制，开销较小传输效率较高

ch6.应用层

DNS（53），FTP（20、21），TELNET（23），HTTP（80），SMTP（25）、POP3（110），DHCP（68）