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计算机网络
目录
一、计算机网络概述
(一）计算机网络基本概念
1、计算机网络的定义、组成与功能
2、计算机网络的分类
3、计算机网络主要性能指标
(二)计算机网络体系结构
1、计算机网络分层结构
2、计算机网络协议、接口、服务等概念
3、IS0/OSl参考模型和TCP/IP模型
二、物理层
(一)通信基础
1、信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念
2、奈奎斯特定理与香农定理
3、编码与调制
4、电路交换、报文交换与分组交换
5、数据报与虚电路
(二)传输介质
1、双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质
2、物理层接口的特性
(三)物理层设备
1、中继器
2、集线器
三、数据链路层
(一）数据链路层的功能
(二)组帧
(三)差错控制
1、检错编码
2、纠错编码
(四)流量控制与可靠传输机伟制
1、流量控制、可靠传输与滑动窗口机制
2、停止等待协议
3、后退N帧协议(GBN)
4、选择重传协议(SR)
(五)介质访问控制
1、信道划分
2、随机访问
3、轮询访问
(六)局域网
1、局域网的基本概念与体系结构
2、以太网与IEEE802.3
3、1EEE802.11无线局域网
4、VLAN基本概念与基本原理
(七)广域网
1、广域网的基本概念
2、PPP协议
(八)数据链路层设备
四、网络层
(一)网络层的功能
1、异构网络互联
2、路由与转发
3、SDN基本概念
4、拥塞控制
(二)路由算法
1、静态路由与动态路由
2、距离一向量路由算法
3、链路状态路由算法
4、层次路由
(三)IPv4
1、IPv4分组
2、IPv4地址与NAT
3、子网划分、路由聚集、子网掩码与CIDR
4、ARP协议、DHCP协议与ICMP协议
(四)IPv6
1、IPv6的主要特点
2、IPv6地址
(五)路由协议
1、自治系统
2、域内路由与域间路由
3、RIP路由协议
4、0SPF路由协议
5、BGP路由协议
(六)P组播
1、组播的概念
2、P组播地址
(七)移动P
1、移动P的概念
2、移动P通信过程
(八)网络层设备
1、路由器的组成和功能
2、路由表与分组转发
五、传输层
(一)传输层提供的服务
1、传输层的功能
2、传输层寻址与端口
3、无连接服务与面向连接服务
(二)UDP协议
I、UDP数据报
2、UDP校验
(三)TCP协议
1、TCP段
2、TCP连接管理
3、TCP可靠传输
4、TCP流量控制
5、TCP拥塞控制
六、应用层
(一）网络应用模型
1、客户/服务器(CS)模型
2、对等(P2P)模型
(二)DNS系统
1、层次域名空间
2、域名服务器
3、域名解析过程
(三)FTP
1、FTP协议的工作原理
2、控制连接与数据连接
(四)电子邮件
1、电子邮件系统的组成结构
2、电子邮件格式与MIME
3、SMTP协议与POP3协议
(五)WWW
1、WWW的概念与组成结构
2、HTTP协议
【考查目标】
1、掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法。
2、掌握典型计算机网络的结构、协议、应用以及典型网络设备的工作原理。
3、能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用。
【考查大纲】
一、计算机网络概述
(一）计算机网络基本概念
1、计算机网络的定义、组成与功能
计算机网络是指由若干计算机和其他网络设备通过通信介质互连起来，共享资源和信息的系统。它由硬件设备、软件系统、协议和数据等组成。计算机网络的主要功能包括数据通信、资源共享、信息传递、协同工作和实时通信等。
2、计算机网络的分类
计算机网络可以按照规模、拓扑结构和使用方式等不同标准进行分类。按规模可分为局域网、城域网、广域网和互联网等；按拓扑结构可分为总线型、星型、环型和网状型等；按使用方式可分为客户-服务器模式和对等模式等。
3、计算机网络主要性能指标
计算机网络的主要性能指标包括带宽、时延、传输速率、可靠性和安全性等。带宽是指网络传输数据的能力，通常以比特率表示；时延是指数据从发送端到接收端所需要的时间，包括传播时延、排队时延和处理时延等；传输速率是指单位时间内传输的数据量，通常以比特每秒（bps）表示；可靠性是指网络传输数据的准确性和可靠性；安全性是指网络中数据的保密性、完整性和可用性等。
(二)计算机网络体系结构
1、计算机网络分层结构
计算机网络的分层结构是指将网络功能按照一定的层次划分，每个层次负责不同的功能。常见的计算机网络分层结构有OSI参考模型和TCP/IP模型。
2、计算机网络协议、接口、服务等概念
- 协议：计算机网络中，协议是指在通信过程中进行交互的规则和约定。它规定了数据的格式、传输方式以及错误处理等细节。
- 接口：计算机网络中，接口是指网络设备或应用程序与网络进行通信的连接点。它定义了数据传输的方式、参数和规则。
- 服务：计算机网络中，服务是指为用户提供的各种功能或服务，如文件传输、电子邮件、远程登录等。
3、IS0/OSl参考模型和TCP/IP模型
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ISO/OSI参考模型：国际标准化组织（ISO）提出的计算机网络分层模型，共分为七层，从下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每个层次都有特定的功能和协议。
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TCP/IP模型：传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）是一种常用的计算机网络协议。TCP/IP模型共分为四层，从下到上分别为网络接口层、网络层、传输层和应用层。与ISO/OSI模型相比，TCP/IP模型将ISO/OSI的会话层、表示层和应用层合并为一个应用层。这个模型是互联网上最为常用的分层模型。
二、物理层
(一)通信基础
1、信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念
信道：指信息传输的媒介，如电缆、光纤等。信道可以是有线的，也可以是无线的。
信号：用于表示和传输信息的物理量或波形。信号可以是模拟信号或数字信号。
带宽：指信号传输的频率范围，表示信号能传输的最高频率。带宽越大，传输速率越快。
码元：在数字通信中，每个离散的信号状态被称为码元。码元可以是一个比特（二进制码元）或多个比特（多进制码元）。
波特：衡量信道或信号传输速率的单位，表示每秒传输的码元数量。
速率：指单位时间内传输数据的速度，通常以比特/秒（bps）表示。
信源与信宿：信源是指产生信息的源头，信宿是指接收信息的目的地。
2、奈奎斯特定理与香农定理
奈奎斯特定理（Nyquist定理）：奈奎斯特定理规定，对于理想低通信道，最高可达到的数据传输速率为2B个比特/秒，其中B是信道的带宽。
香农定理（Shannon定理）：香农定理规定，对于加性高斯噪声信道，最高可达到的可靠传输速率为C = B * log2(1 + S/N)，其中B是信道的带宽，S是信号的平均功率，N是噪声的平均功率
3、编码与调制
编码是将数字或字符转换为特定的信号形式，以便在信道中传输。调制是将数字信号转换为模拟信号或其他形式的信号。编码与调制的目的是为了提高信号传输的效率和可靠性。
4、电路交换、报文交换与分组交换
电路交换：在通信过程中，建立一个专用的通信路径，该路径在通话期间一直保持打开状态。电路交换适用于实时的语音通信。
报文交换：在通信过程中，将信息分成一系列的报文进行传输，每个报文都包含了完整的地址和目标信息。报文交换适用于非实时的数据通信。
分组交换：在通信过程中，将信息分成一系列的数据包进行传输，每个数据包都包含了传输信息的一部分以及目标地址。分组交换适用于实时的数据通信和互联网通信。
5、数据报与虚电路
数据报是一种无连接的传输方式，每个数据包都独立传输，根据目标地址进行路由选择。虚电路是一种连接导向的传输方式，建立一个虚拟的通信路径，并在通话期间保持连接状态。数据报适用于互联网通信，虚电路适用于电话网络通信。
(二)传输介质
1、双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质
1、双绞线：双绞线是一种由两条绝缘导线以对绞的方式组织在一起的传输介质，常用于以太网传输和电话线路。双绞线可以通过电信号传输数据。
2、同轴电缆：同轴电缆是一种由内部导体、绝缘层、金属覆盖层和外部绝缘层组成的传输介质。同轴电缆常用于电视信号传输和电缆网络。
3、光纤：光纤是一种使用光信号进行数据传输的传输介质。光纤由纤维芯和外部保护层组成，可以通过光的反射和折射传输数据。光纤具有高带宽和抗干扰能力强的特点，常用于长距离高速数据传输。
4、无线传输介质：无线传输介质是指通过无线电波或红外线等无线信号进行数据传输的介质。常见的无线传输介质包括无线局域网（WLAN）和蓝牙等。
2、物理层接口的特性
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传输速率：物理层接口的传输速率是指在单位时间内传输的比特数。不同的物理层接口可以支持不同的传输速率，如以太网接口的传输速率可以是10 Mbps、100 Mbps或1 Gbps等。
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传输距离：物理层接口的传输距离是指数据可以在不受明显损失的情况下传输的最大距离。不同的传输介质和接口类型可以支持不同的传输距离。
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传输介质类型：物理层接口可以支持不同类型的传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤和无线传输介质等。
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编码方式：物理层接口的编码方式是指将数据转换为电信号的方式。不同的编码方式可以提供不同的传输效率和抗干扰能力。
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接口类型：物理层接口可以分为不同的类型，如以太网接口、USB接口、串口接口等。不同的接口类型可以用于不同的应用场景和设备连接。
(三)物理层设备
1、中继器
中继器（Repeater）是一种网络设备，用于将信号从一个网络设备传输到另一个网络设备，以扩展网络覆盖范围。它通过放大和重新发送信号来延长信号传输的距离，但不改变信号的形式或内容。中继器工作在物理层，适用于有线网络。
2、集线器
集线器（Hub）是一种网络设备，用于连接多个网络设备以构建一个局域网。它有多个端口，可以将多个设备连接在一起。集线器工作在物理层，当一个端口接收到数据时，它会将数据广播到所有其他端口上，而不区分目的地址。集线器会导致网络的碰撞和冲突，影响网络性能。
总结：中继器和集线器都是用于网络传输的设备，但中继器用于扩展网络距离，集线器用于连接多个设备构建局域网。中继器工作在物理层，而集线器工作在数据链路层。另外，随着技术的发展，集线器已经逐渐被交换机取代。
三、数据链路层
(一）数据链路层的功能
数据链路层是OSI模型中的第二层，主要负责将网络层提供的数据包分割成帧并进行传输。其主要功能包括：
- 封装和解封装数据：将网络层提供的数据包封装成帧，添加帧头和帧尾以便于传输，同时在接收端进行解封装还原为数据包。
- 帧的传输和接收：将封装后的帧通过物理层进行传输，并在接收端进行帧的接收。
- 串行传输：将并行传输的数据通过数据链路层进行串行传输。
- 差错检测：在帧中添加差错检测码，以便在接收端检测和纠正传输过程中产生的差错。
- 流量控制：调节发送端的发送速率，以防止数据的过快发送导致接收端无法接收。
- 可靠传输：通过重传机制，确保数据在传输过程中的可靠性。
(二)组帧
组帧是数据链路层的一个重要功能，它将网络层传递的数据进行分割，并添加帧头和帧尾来形成帧。组帧的过程包括以下步骤：
- 帧的开始标志：在帧的开始处添加一个特定的比特模式（如01111110），用于标识帧的开始。
- 载荷数据：将网络层传递的数据分割成适当的数据单元，称为帧的数据字段。
- 帧头：在帧的开始处添加帧头，包含一些控制信息，如地址和控制字段。
- 帧尾：在帧的末尾添加帧尾，同样包含特定的比特模式（如01111110），用于标识帧的结束。
组帧的目的是将数据进行分段，并添加必要的标识和控制信息，以便于数据链路层的传输和接收。
(三)差错控制
差错控制是数据链路层的一个重要功能，用于检测和纠正在数据传输过程中产生的差错。主要包括检错编码和纠错编码。
差错控制的目的是提高数据传输的可靠性，保证数据在传输过程中的完整性和正确性。
1、检错编码
通过在帧中添加冗余信息（如奇偶校验码、循环冗余校验码等），在接收端检测数据传输过程中产生的差错。
2、纠错编码
通过在帧中添加冗余信息（如海明码、汉明码等），在接收端检测并纠正数据传输过程中的差错。
(四)流量控制与可靠传输机伟制
1、流量控制、可靠传输与滑动窗口机制
滑动窗口机制是一种流量控制和可靠传输的机制，通过设置发送窗口和接收窗口的大小，控制发送端的发送速率和接收端的接收速率，以防止数据的过快发送和接收端的缓冲区溢出。
2、停止等待协议
发送端发送数据后等待接收端的确认，接收端收到数据后发送确认消息，发送端收到确认消息后再发送下一帧的数据。
3、后退N帧协议(GBN)
发送端连续发送N个数据帧，接收端收到正确的帧后发送确认消息，发送端收到确认消息后再发送下一批N个数据帧；如果接收端收到的帧出现差错，会丢弃该帧以及后续的帧，并向发送端发送一个NACK（否定确认）消息，发送端收到NACK后重新发送丢失的帧。
4、选择重传协议(SR)
接收端收到的帧会分别发送确认消息，发送端收到确认消息后可以继续发送下一帧；如果接收端收到的帧出现差错，会丢弃该帧以及后续的帧，并向发送端发送一个NACK（否定确认）消息，发送端收到NACK后只重传丢失的帧。
(五)介质访问控制
1、信道划分
频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理。
频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）是将信道按照不同的频率进行划分，使不同的信号能够在不重叠的频段上进行传输。在发送端，各个信号经过调制后，分别占据不同的频率带宽，然后通过复用器将它们合并在一起传输。在接收端，通过解复用器将不同的信号从合并的信号中分离出来。FDM可以同时传输多个独立的信号，提高了信道的利用率。
时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）是将信道按照不同的时间段进行划分，使不同的信号能够在不同的时间上进行传输。在发送端，各个信号按照一定的时间顺序排列，然后通过复用器按照时间片的方式进行合并传输。在接收端，通过解复用器将不同的信号从合并的信号流中分离出来。TDM可以将多个信号按照一定的时间片进行传输，实现了多路信号的同步传输。
波分多路复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是将信道按照不同的波长进行划分，使不同的信号能够在不同的波长上进行传输。在发送端，各个信号经过调制后，分别占据不同的波长，然后通过复用器将它们合并在一起传输。在接收端，通过解复用器将不同的信号从合并的信号中分离出来。WDM可以同时传输多个独立的信号，实现了信道的高密度利用。
码分多路复用（Code Division Multiplexing，CDM）是通过使用不同的扩频码对多个信号进行编码，使不同的信号能够在同一时间、同一频率上进行传输。在发送端，各个信号经过码片的处理后，通过复用器将它们合并在一起传输。在接收端，通过解码器将各个信号从合并的信号中分离出来。CDM可以同时传输多个独立的信号，具有较好的抗干扰能力。
2、随机访问
ALOHA协议；CSMA协议；CSMA/CD协议；CSMA/CA协议。
随机访问是一种网络通信协议，用于多个设备共享同一个通信介质。在随机访问中，各个设备可以任意时刻发送数据，而不需要与其他设备进行协调。这种方式可以提供一定的灵活性和效率，但也可能导致冲突和碰撞。
以下是几种常见的随机访问协议：
1. ALOHA协议（亦称为无线随机访问协议）：最早用于夏威夷的无线电通信系统，允许设备在任意时刻发送数据。如果发生碰撞（即两个设备同时发送数据），则会等待一个随机时间后重新发送。
2. CSMA协议（载波侦听多点接入协议）：设备在发送数据之前先侦听信道，如果信道空闲，则发送数据；如果信道有其他设备正在发送数据，则等待一段时间后重新侦听。这种方式可以减少碰撞的可能性。
3. CSMA/CD协议（载波侦听多点接入/冲突检测协议）：与CSMA协议类似，但在发送数据的同时，设备也会检测是否有碰撞发生。如果发现碰撞，设备会停止发送，等待一段时间后重新发送。
4. CSMA/CA协议（载波侦听多点接入/冲突避免协议）：主要用于无线网络中。在发送数据之前，设备会发送一个请求许可（RTS）信号给接收方，接收方回应一个许可（CTS）信号，然后再发送数据。这种方式可以减少碰撞和干扰。
需要注意的是，以上协议都是基于共享介质的随机访问方式，适用于局域网或无线网络等场景。每种协议都有其特点和适用范围，具体选择要根据实际需求和环境条件来决定。
3、轮询访问
令牌传递协议
轮询访问是一种常用的访问策略，它通过循环轮询的方式依次访问系统中的各个资源或任务。在轮询访问中，每个资源或任务都有一个相应的时间片，轮询访问会按照固定的顺序依次访问它们，并在每一次的访问中，分配一定的时间片给每个资源或任务。
令牌传递协议是一种用于控制资源访问的协议，它通过令牌的传递来限制对资源的访问。在令牌传递协议中，系统中有一个令牌，只有持有令牌的实体才能够访问资源。当一个实体访问完资源后，将令牌传递给下一个实体，该实体才能够进行访问。这样可以有效地控制对资源的并发访问，避免资源的竞争和冲突。
结合轮询访问和令牌传递协议，可以实现对多个资源或任务的有序访问和控制。通过轮询访问的方式，按照一定的顺序访问各个资源或任务，并通过令牌的传递来限制对资源的同时访问。这样可以有效地避免资源的竞争和冲突，提高系统的并发性和效率。
(六)局域网
1、局域网的基本概念与体系结构
局域网（Local Area Network，LAN）是指在相对较小的地理范围内，由计算机和其他网络设备组成的网络。它通常用于连接同一建筑物或同一地理区域内的多台计算机，以实现资源共享、数据传输和通信等功能。局域网通常由局域网接口卡（NIC）、交换机、路由器等设备组成。
局域网的体系结构可分为两种：总线型和星型。总线型局域网使用一条共享的传输介质（如以太网电缆），所有设备通过该介质进行通信。星型局域网使用交换机作为中心节点，每个设备连接到交换机上。星型结构提供了更高的可靠性和灵活性。
2、以太网与IEEE802.3
以太网是一种基于共享介质的局域网技术，最早由Xerox、Intel和Digital Equipment Corporation（DEC）于1970年代开发。它使用CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）协议来解决多台设备同时发送数据时可能发生碰撞的问题。
IEEE 802.3是以太网的标准化协议，规定了以太网的物理层和数据链路层的标准。它定义了不同传输速率的以太网标准，例如10Mbps的Ethernet、100Mbps的Fast Ethernet和1Gbps的Gigabit Ethernet等。
3、1EEE802.11无线局域网
IEEE 802.11是用于无线局域网的一系列标准，也被称为Wi-Fi。它定义了无线局域网的物理层和数据链路层的标准，使得无线设备可以连接到局域网并进行数据传输。
IEEE 802.11标准支持不同的无线传输技术，包括802.11a、802.11b、802.11g、802.11n和802.11ac等。它们在传输速率、频率范围和信号覆盖等方面有所不同，以满足不同应用场景的需求。
4、VLAN基本概念与基本原理
VLAN（Virtual Local Area Network）是一种逻辑上的局域网划分技术，允许将一个物理局域网划分为多个虚拟局域网。不同的VLAN可以在同一物理网络中独立运行，彼此之间互不干扰。
VLAN通过在交换机上配置不同的VLAN标识符来实现。交换机会根据VLAN标识符将数据包转发到对应的VLAN。这样可以实现更好的网络隔离和安全性，同时还可以更灵活地管理网络和控制数据流量。
VLAN的实现有两种方式：基于端口的VLAN和基于MAC地址的VLAN。基于端口的VLAN通过将交换机端口分配给不同的VLAN来划分网络。基于MAC地址的VLAN则是根据设备的MAC地址来划分网络，每个设备只能属于一个VLAN。
(七)广域网
1、广域网的基本概念
广域网（Wide Area Network，简称WAN）是指连接在不同地理位置的局域网（Local Area Network，简称LAN）之间的网络，通常覆盖较大的地理范围，例如跨越城市、跨越国家或跨越大陆。广域网通过各种传输介质（如电话线、光纤、无线电波等）来实现多个局域网之间的数据通信和资源共享。
2、PPP协议
PPP协议（Point-to-Point Protocol）是一种用于在两个节点之间建立连接的网络协议，通常用于连接互联网服务提供商（ISP）和用户设备之间的物理连接。PPP协议提供了可靠的数据链路和网络层协议，支持多种不同的传输介质，如串行线路、ISDN、DSL和光纤等。
PPP协议的特点包括：
- 支持多种身份验证机制，如密码、数字证书和令牌等；
- 提供了错误检测和纠错机制，确保数据传输的可靠性；
- 支持动态分配IP地址和网络控制协议（如DHCP）；
- 支持压缩和加密，增强数据的安全性和传输效率；
- 提供了网络层协议的封装，如IP、IPv6和IPX等。
PPP协议在广域网中广泛应用，用于建立和管理用户与ISP之间的连接，实现上网、远程访问和虚拟专用网络（VPN）等功能。
(八)数据链路层设备
以太网交换机及其工作原理
数据链路层设备是一种网络设备，用于在局域网内建立和维护数据通信的连接。其中最常见的设备是以太网交换机。
以太网交换机是一种用于局域网中的数据交换设备。它的主要功能是根据目的MAC地址来转发数据帧，将数据包从一个端口转发到另一个端口。每个端口都可以连接到一个终端设备，如计算机、网络打印机或其他交换机。
以太网交换机的工作原理如下：
1. 学习：交换机通过监听网络上的数据包来学习每个连接到它的端口上设备的MAC地址。它会将收到的每个数据包上的源MAC地址和输入端口关联起来，并将此信息保存在一个转发表中。
2. 转发：当交换机收到一个数据包时，它会查找目的MAC地址在转发表中的位置。如果目的地址在转发表中，则会将数据包只转发到相应的输出端口，而不会广播给所有端口。这个过程称为单播转发。
3. 广播和多播：如果目的地址不在转发表中，交换机将广播数据包到所有端口，以确保所有设备都能接收到。如果目的地址是多播地址，则交换机将数据包广播到所有关联的多播组。
4. 碰撞域隔离：每个端口在交换机中都是一个独立的碰撞域。碰撞是指当两个设备同时发送数据包时发生的冲突。在交换机中，每个端口都有自己的缓冲区，可以独立地发送和接收数据包，从而避免了碰撞。
5. 提高带宽利用率：由于交换机根据MAC地址转发数据包，它可以实现同时在多个端口上进行数据通信，从而提高带宽利用率。
以太网交换机是现代局域网中非常常见的设备，通常用于替代集线器（hub），以提供更高的网络性能和更好的数据传输质量。
四、网络层
(一)网络层的功能
1、异构网络互联
网络层的一个主要功能是将不同类型和不同结构的网络互联起来，使得不同网络之间可以进行通信和数据传输。网络层通过使用网络协议将数据从一个网络节点传输到另一个网络节点，实现异构网络的互联。
2、路由与转发
网络层负责根据目标地址选取最优路径，将数据包从源节点发送到目标节点。这个过程涉及到路由选择、路径计算和数据包的转发。网络层通过路由协议（如RIP、OSPF、BGP等）来决定最佳路径，并通过转发表来决定数据包的转发路径。
3、SDN基本概念
SDN（软件定义网络）是一种新型的网络架构，网络层在SDN中具有重要的功能。SDN通过将网络控制平面和数据平面分离，将网络控制逻辑集中在一个控制器中进行管理和配置。网络层在SDN中负责与控制器通信，接收控制器的指令并进行路由转发等操作。
4、拥塞控制
网络层负责监测网络的拥塞状态，并采取相应的措施来控制和减轻拥塞。拥塞控制包括流量调节、拥塞检测、拥塞避免等措施，目的是保证网络的性能和稳定性。网络层通过使用拥塞控制算法和机制来管理和优化网络中的数据流量，以避免网络拥塞的发生。
(二)路由算法
1、静态路由与动态路由
静态路由是在网络中手动配置的路由条目，一旦配置完成，就不再改变。动态路由则是通过协议自动更新和维护路由表，根据网络中节点之间的链接状态和其他指标来选择最佳路径。
2、距离一向量路由算法
距离向量路由算法是一种基于距离的路由选择算法，常见的代表是RIP（Routing Information Protocol）。距离向量路由算法中，各个节点通过交换路由表信息，根据自己到目的地的距离选择最佳路径，并更新自己的路由表。
3、链路状态路由算法
链路状态路由算法是一种基于链路状态的路由选择算法，常见的代表是OSPF（Open Shortest Path First）。链路状态路由算法中，各个节点通过广播链路状态信息，然后使用Dijkstra算法计算最短路径并更新自己的路由表。
4、层次路由
层次路由是一种将网络划分为多个层次的路由选择方法。在层次路由中，网络被划分为多个区域，每个区域内部使用内部路由算法选择路径，不同区域之间使用外部路由算法进行路由选择。这样可以减少整个网络的复杂度，并且提高路由的可扩展性。
(三)IPv4
1、IPv4分组
IPv4使用分组来传输数据。IPv4分组由首部和数据两部分组成。首部包含了一些必要的信息，如源IP地址、目的IP地址、协议版本、TTL等。数据部分则是要传输的实际数据。IPv4分组的最大长度为65,535字节。
2、IPv4地址与NAT
IPv4地址是用于唯一标识一个设备在网络中的位置。由于IPv4地址的资源有限，NAT（网络地址转换）被引入以解决地址不足的问题。NAT将私有IP地址转换为公共IP地址，使得多个设备可以使用同一个公共IP地址上网，从而节省了IP地址的使用。
3、子网划分、路由聚集、子网掩码与CIDR
为了更有效地利用IP地址，可以将一个网络划分为多个子网。子网划分通过使用子网掩码来实现。子网掩码是一个32位的二进制数，其中1的部分表示网络部分，0的部分表示主机部分。路由聚集是将多个子网连接成一个更大的网络，以减少路由表的规模。CIDR（无类域间路由选路）是一种灵活的IP地址划分方法，通过使用变长子网掩码实现更精细的地址分配。
4、ARP协议、DHCP协议与ICMP协议
ARP（地址解析协议）用于将IP地址转换为MAC地址，以实现在局域网中的数据传输。DHCP（动态主机配置协议）用于自动给设备分配IP地址、子网掩码、默认网关等网络配置信息。ICMP（Internet控制消息协议）用于传输网络的控制消息，如PING命令就是通过ICMP来实现的，用于测试主机是否可达。
(四)IPv6
1、IPv6的主要特点
IPv6是下一代互联网协议，相比IPv4具有以下主要特点：
- 地址空间更大：IPv6使用128位地址，比IPv4的32位地址空间要大得多，能够提供约340万亿亿亿亿个地址，从而解决了IPv4地址耗尽的问题。
- 支持更好的安全和隐私：IPv6引入了IPsec（Internet Protocol Security）协议作为标准功能，提供了更好的数据传输安全性。
- 简化的头部：IPv6的头部相对于IPv4更加简化，减少了在路由器和主机之间进行头部处理所需的时间和资源。
- 支持更多的扩展和选项：IPv6头部包含了扩展标头，可以用于添加各种选项和扩展功能，如移动IP、流量标记和优先级等。
- 更好的支持多播：IPv6提供了更好的多播支持，实现了任播、组播和全球范围的多播。
- 自动地址配置：IPv6支持通过路由器自动配置地址，减少了对网络管理员的依赖，提高了网络的可管理性和可扩展性。
2、IPv6地址
IPv6地址是由128位二进制数字表示的，可以分为多个段，每个段由四位十六进制数字表示，并使用冒号进行分隔。IPv6地址的表示形式是8个16位的段，每个段用4个十六进制数字表示，例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。为了简化表示，IPv6地址中的连续的0可以省略，例如：2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334。此外，还可以使用双冒号(::)来表示一连串的0，如2001:0db8::1。IPv6还支持IPv4兼容地址和嵌入式IPv4地址，用于在IPv6网络中与IPv4网络进行互联。
(五)路由协议
1、自治系统
自治系统（AS）是指在互联网上由同一组织或企业管理的一组IP地址。自治系统之间通过路由协议相互通信。
2、域内路由与域间路由
域内路由与域间路由是指在一个自治系统内部的路由和不同自治系统之间的路由。域内路由是指在一个自治系统内部的路由选择，而域间路由是指不同自治系统之间的路由选择。
3、RIP路由协议
RIP（Routing Information Protocol）路由协议是一种基于距离向量算法的内部网关协议（IGP）。它使用跳数作为度量标准，每30秒广播路由表信息，用于计算最佳路径。
4、0SPF路由协议
OSPF（Open Shortest Path First）路由协议是一种内部网关协议（IGP），它使用链路状态算法计算最佳路径。它支持更复杂的网络拓扑结构，并具有更快的收敛速度和更好的可扩展性。
5、BGP路由协议
BGP（Border Gateway Protocol）路由协议是一种外部网关协议（EGP），用于在不同自治系统之间交换路由信息。BGP是互联网中广泛使用的协议，它使用路径向量算法来选择最佳路径，并具有更好的可靠性和安全性。
(六)P组播
1、组播的概念
组播是一种网络通信方式，用于将数据从一个源主机发送到一组目标主机。与单播一对一通信和广播一对多通信不同，组播一对多通信是基于IP网络的一种点对多点的通信方式。它可以实现在一个网络中向多个目标设备同时发送相同的数据。
2、P组播地址
P组播地址是用于IPv4网络中的一种特殊的组播地址。它是一个特殊的IP地址范围，从224.0.0.0到239.255.255.255。这些地址被保留用于组播通信，其中一些地址已经被标准化和分配给特定的组播协议和应用程序使用。
(七)移动P
1、移动P的概念
移动P是指在移动通信中，通过不断切换连接到不同的基站上，实现移动设备无缝地保持通信连接的技术。移动P的全称是Mobile Positioning，也被称为移动位置服务（Mobile Location Service），是移动通信系统中的一项关键技术。
2、移动P通信过程
移动P通信过程通常分为以下几个步骤：
- 步骤1：手机发送请求：手机向网络提供商发送请求，请求定位服务。
- 步骤2：手机与基站通信：手机与基站通信，将请求传递给基站。
- 步骤3：基站接收请求：基站接收到手机的请求，并将其转发给位置服务中心（Location Service Center，LSC）。
- 步骤4：位置服务中心定位：LSC使用不同的定位技术，如GPS、信号测量等，来确定手机的位置。
- 步骤5：基站返回结果：LSC将定位结果返回给基站，并通过基站转发给手机。
- 步骤6：手机接收定位结果：手机接收到定位结果，并展示给用户。
在移动P的通信过程中，手机通过与基站的交互，将定位请求发送到位置服务中心，并返回定位结果。基站在其中扮演了传递信息的角色，负责将请求和结果传递给手机和位置服务中心。位置服务中心使用定位技术来确定手机的位置，并将结果返回给基站和手机。整个过程旨在实现移动设备的定位服务，为用户提供更好的移动体验。
(八)网络层设备
1、路由器的组成和功能
路由器由以下部分组成：
- 输入接口：接收外部数据包，如网络数据包
- 输出接口：将数据包发送到目标地址
- 中央处理器：执行路由器的控制功能和数据包处理功能
- 存储器：存储路由表和缓存数据包
- 接口控制器：控制和管理输入和输出接口
路由器的功能主要包括：
- 路由选择：根据目标地址选择最佳的输出接口，将数据包转发到下一跳
- 分组转发：根据目标地址查找路由表，将数据包发送到正确的目标地址
- 网络连接：连接不同的网络，实现不同网络之间的数据传输
- 流量控制：控制网络流量，防止过载和拥塞
- 网络地址转换：实现内部网络和外部网络之间的地址转换，保护网络安全和隐私
2、路由表与分组转发
路由表是路由器内部存储的一张表格，记录了网络地址和对应的下一跳信息。每个路由器都有自己的路由表，用于决策数据包的转发路径。当路由器接收到一个数据包时，它会根据目标地址在路由表中查找相应的对应下一跳地址。
分组转发是指路由器根据路由表的信息，将接收到的数据包从输入接口转发到正确的输出接口的过程。路由器根据目标地址在路由表中查找下一跳地址，并将数据包发送到下一跳。这个过程在每个路由器上逐一进行，直到数据包到达最终目标地址。
分组转发的过程可以通过多种算法实现，如最长前缀匹配、自适应路由、链路状态路由等。这些算法会根据网络的拓扑结构、链路状态、网络负载等因素来选择最佳的转发路径，以提高网络的性能和效率。
五、传输层
(一)传输层提供的服务
1、传输层的功能
传输层的功能是在网络中的两台主机之间提供可靠的数据传输和通信服务。它负责将应用层的数据分割成适合传输的报文段，并通过网络将这些报文段传送到目的主机。传输层还负责为这些报文段提供流量控制、拥塞控制和错误恢复等服务，以确保数据的可靠传输。
2、传输层寻址与端口
传输层使用端口来区分不同的应用程序或服务。每个传输层协议（如TCP和UDP）都有一系列预留的端口，其中一部分被常用的应用程序使用（如HTTP使用端口80，FTP使用端口21）。通过端口号，传输层可以将数据传送到正确的应用程序或服务。
3、无连接服务与面向连接服务
无连接服务是指传输层不需要在通信之前建立连接，每个数据包都是独立传输的。这种服务速度快，但不可靠，因为无连接服务无法对丢失的数据包进行恢复。UDP就是提供无连接服务的传输层协议。
面向连接服务是指传输层在通信之前需要先建立连接，然后在连接上进行数据的传输。这种服务相对可靠，因为它能够跟踪和修复丢失的数据包。TCP就是提供面向连接服务的传输层协议。
(二)UDP协议
I、UDP数据报
UDP（用户数据报协议）是一种在计算机网络中传输数据的协议。UDP不提供可靠的数据传输，它通过将数据分成小的数据包（称为UDP数据报）来传输。每个UDP数据报都包含源端口号和目的端口号，以及数据的长度和校验和。
UDP数据报的结构如下：
- 源端口号：一个16位的整数，表示发送方的端口号。
- 目的端口号：一个16位的整数，表示接收方的端口号。
- 长度：一个16位的整数，表示整个UDP数据报的长度（包括头部和数据部分）。
- 校验和：一个16位的整数，用于检测数据在传输过程中是否发生错误。
- 数据：实际要传输的数据。
2、UDP校验
UDP校验和用于检测UDP数据报在传输过程中是否发生了错误。校验和是通过将UDP数据报中的所有16位字的二进制补码相加得到的。
校验和的计算过程如下：
- 将UDP数据报中的所有16位字的二进制补码相加，得到一个32位的数。
- 如果相加的结果溢出，将溢出的位回卷到最低位。
- 将相加的结果取反得到校验和。
接收方收到UDP数据报后，会重新计算校验和，并将计算结果与接收到的校验和进行比较。如果两者相等，表示数据在传输过程中没有发生错误；如果不相等，表示数据在传输过程中发生了错误。
UDP校验和的计算可以帮助检测数据在传输过程中发生的错误，但不能纠正错误或保证可靠的数据传输。因此，如果对数据的可靠性有要求，应该使用TCP协议。
(三)TCP协议
1、TCP段
TCP（传输控制协议）将数据分解为小段（Segment）来进行传输。每个TCP段包含一个头部和一个数据部分，头部包含了一些控制信息，用于管理和控制数据传输。
2、TCP连接管理
TCP使用三次握手来建立连接，即发送方发送一个SYN（同步）包给接收方，接收方收到后发送一个SYN-ACK（同步-确认）包给发送方，最后发送方再发送一个ACK（确认）包给接收方。这样双方完成三次握手后建立了连接，并可以进行数据传输。
3、TCP可靠传输
TCP使用确认和重传机制来实现可靠传输。接收方收到数据后会发送一个确认包给发送方，如果发送方在一定时间内未收到确认包，就会重新发送数据。这样可以确保数据的完整性和正确性。
4、TCP流量控制
TCP使用滑动窗口机制来进行流量控制。发送方在发送数据时，会告诉接收方自己的窗口大小（即还可以接收多少数据），接收方根据自己的处理能力来调整窗口大小。这样可以避免发送方发送过多数据导致接收方无法及时处理，从而造成数据丢失或堵塞。
5、TCP拥塞控制
TCP使用拥塞窗口机制来进行拥塞控制。当网络拥塞时，发送方会减小发送速率，即减小拥塞窗口的大小，从而减少对网络的负载。发送方会根据网络拥塞的程度来动态调整拥塞窗口的大小，以保证网络的稳定和公平性。
六、应用层
(一）网络应用模型
1、客户/服务器(CS)模型
在客户/服务器模型中，互联网服务被分为两个角色：客户端和服务器。客户端是请求互联网服务的应用程序或设备，而服务器是提供互联网服务的中心化计算机。客户端通过向服务器发送请求来获取服务，服务器处理请求并向客户端提供所需的服务。这种模型的优点包括可扩展性、集中管理和安全性。
2、对等(P2P)模型
在对等模型中，互联网服务不依赖于中心化的服务器。相反，所有参与者（也称为对等方）都可以充当客户端和服务器。每个对等方可以请求和提供服务，实现互联网服务的分布式和去中心化。对等模型的优点包括高度灵活性、抗故障能力和更好的去中心化控制。然而，对等模型也可能面临管理和安全性的挑战。
(二)DNS系统
1、层次域名空间
层次域名空间是一种分层结构，用于组织和管理互联网上的域名。它的结构类似于树状结构，顶级域名在最高层，而子域名在下层。例如，.com、.org、.net等是顶级域名，而example.com、google.com等是子域名。
2、域名服务器
域名服务器是负责存储和管理域名及其对应IP地址的服务器。它们在互联网中相互连接，通过域名解析将域名转换为IP地址。一般来说，每个域名都有一个或多个域名服务器与之关联。
3、域名解析过程
域名解析过程是将域名转换为IP地址的过程。当用户在浏览器中输入一个域名时，浏览器会先向本地域名服务器发送请求。如果本地域名服务器有该域名的缓存记录，则直接返回对应的IP地址；如果没有，则本地域名服务器会向根域名服务器发送请求，根域名服务器会告知本地域名服务器该域名的顶级域名服务器的地址。然后本地域名服务器再向顶级域名服务器发送请求，顶级域名服务器会告知本地域名服务器该域名的权威域名服务器的地址。最后，本地域名服务器向权威域名服务器发送请求，权威域名服务器会返回该域名对应的IP地址给本地域名服务器，本地域名服务器再将IP地址返回给用户的浏览器，用户的浏览器就可以根据IP地址访问对应的网站了。
(三)FTP
1、FTP协议的工作原理
FTP协议（File Transfer Protocol）是用于在网络上进行文件传输的一种标准协议。它基于客户端-服务器架构，包括两个主要的组件：FTP客户端和FTP服务器。
FTP的工作原理如下：
- 客户端发起连接并与FTP服务器建立控制连接（Control Connection）。该连接用于发送命令和接收服务器的响应。
- 通过控制连接，客户端发送登录凭据、请求文件列表、改变目录、上传文件、删除文件等命令给服务器。
- 服务器接收到客户端的命令后，会执行相应的操作，并通过控制连接发送响应给客户端。
- 当需要传输文件时，客户端和服务器会建立一个新的数据连接（Data Connection）。数据连接用于实际传输文件数据。
- 在数据连接上，客户端发送请求获取文件内容的命令，服务器根据请求读取文件内容并将数据发送给客户端。
- 数据连接可以是主动模式（Active Mode）或被动模式（Passive Mode）。在主动模式下，服务器主动建立与客户端的数据连接；在被动模式下，服务器等待客户端建立数据连接。
2、控制连接与数据连接
控制连接和数据连接是FTP协议中的两个重要概念：
- 控制连接（Control Connection）是客户端和服务器之间的持久连接，用于发送命令和接收响应。它使用TCP协议的默认端口21进行通信。
- 数据连接（Data Connection）是用于实际传输文件数据的连接。客户端和服务器在数据传输之前会通过控制连接协商建立数据连接。数据连接可以是主动模式或被动模式。
在主动模式中，服务器使用TCP端口20主动连接客户端的某个端口进行数据传输。而在被动模式中，服务器等待客户端建立数据连接，并告知客户端要使用的端口号。
控制连接和数据连接的区别是控制连接用于发送命令和接收响应，而数据连接用于传输文件数据。两者之间存在独立的连接，并且在文件传输期间可以同时处理多个文件。
(四)电子邮件
1、电子邮件系统的组成结构
电子邮件系统由三个主要组件组成：邮件用户代理（MUA）、邮件传输代理（MTA）和邮件服务器。
- 邮件用户代理（MUA）是用户用来发送、接收和管理电子邮件的软件。常见的MUA包括Outlook、Gmail等。
- 邮件传输代理（MTA）负责在不同的邮件服务器之间传递电子邮件。MTA使用一系列协议和规则来确保电子邮件的传递和路由，如SMTP协议。
- 邮件服务器存储和管理电子邮件。它分为两个主要部分：邮件传输代理（MTA）和邮件存储服务器。MTA负责邮件的传输，而邮件存储服务器负责将邮件存储在合适的帐户中并提供存储服务。
2、电子邮件格式与MIME
电子邮件格式是指电子邮件的结构和内容的规范格式。MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）是一种标准化的邮件格式，用于在电子邮件中传输不同类型的多媒体数据。
MIME可以将附件、图像、音频等多媒体数据嵌入到电子邮件中，并指定数据的类型和编码方式。这样，接收邮件的用户代理可以正确解析和显示这些多媒体数据。
3、SMTP协议与POP3协议
SMTP协议与POP3协议： SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）是用于电子邮件传输的协议。它定义了电子邮件如何从发送者的电子邮件服务器发送到接收者的电子邮件服务器的规则和格式。SMTP使用TCP/IP协议作为传输协议，并使用25号端口。
POP3（Post Office Protocol 3）是用于在邮件服务器上接收电子邮件的协议。它允许用户通过邮件用户代理从邮件服务器上下载邮件。POP3使用TCP/IP协议作为传输协议，并使用110号端口。
SMTP和POP3是电子邮件系统的两个主要协议，它们分别负责邮件的发送和接收。当用户发送一封电子邮件时，MUA使用SMTP协议将邮件发送到邮件服务器，收件人的MUA通过POP3协议从邮件服务器上下载邮件。
(五)WWW
1、WWW的概念与组成结构
WWW的概念与组成结构： WWW即万维网（World Wide Web），是指通过互联网连接在全球范围内的各种信息资源的一种服务。它是基于网络的分布式超文本系统，通过超文本链接将信息资源组织在一起，使用户可以通过浏览器访问并浏览这些资源。
WWW的组成结构包括：
- Web服务器：存储和提供网页资源的计算机，如Apache服务器、Nginx服务器等。
- Web浏览器：用户使用的软件工具，用于获取和显示Web页面内容，如Google Chrome、Mozilla Firefox等。
- Web页面：以HTML（超文本标记语言）编写的网页，包含文本、图像、链接等元素。
- URL（统一资源定位符）：用于标识和定位Web资源的地址，如https://www.example.com。
- HTTP（超文本传输协议）：用于在Web服务器和Web浏览器之间传输数据的协议。
2、HTTP协议
HTTP协议（Hypertext Transfer Protocol）是一种用于在Web服务器和Web浏览器之间传输数据的协议，它是建立在TCP/IP协议上的应用层协议。HTTP协议主要用于Web浏览器向Web服务器请求资源，以及Web服务器向Web浏览器传送资源。
HTTP协议的特点包括：
- 简单快速：HTTP协议使用简单，只要求浏览器发送一个请求，服务器返回一个响应。
- 灵活可扩展：HTTP协议允许传输的数据类型不限于纯文本，还可以是图像、音频、视频等多种格式。
- 无连接：每次请求都需要建立一个新的连接，服务器处理完请求后立即断开连接，不会保持长期连接。
- 无状态：HTTP协议不保留之前请求的任何信息，每个请求都是独立的，服务器不会记住之前的状态。
HTTP协议的工作过程包括：
- 客户端发起HTTP请求，向服务器发送请求报文。
- 服务器接收到请求报文后，解析请求并处理请求的资源。
- 服务器将处理结果封装在响应报文中，并发送给客户端。
- 客户端接收到响应报文后，解析响应并显示相应的内容。
HTTP协议支持的请求方法有GET、POST、PUT、DELETE等，常用的状态码有200表示成功、404表示未找到资源、500表示服务器内部错误等。