1、计算机网络的概念
一般认为，计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信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。简而言之，计算机网络就是一些互联的、自治的计算机系统的集合。
2、计算机网络的组成
1、从组成部分上看，一个完整的计算机网络主要由硬件、软件、协议三大部分组成，缺一不可。
硬件：主要由主机（也称端系统）、通信线路（如双绞线、光纤）、交换设备（如路由器、交换机）和通信处理机（如网卡）等组成；
软件：主要包括各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件（如网络操作系统、邮件收发程序、FTP程序、聊天程序等）。软件部分多属于应用层；
协议：是计算机网络的核心，如同交通规则制约汽车驾驶一样，协议规定了网络传输数据时所遵循的规范；
2、从工作方式上看，计算机网络（这里主要指Internet）可分为 边缘部分 和 核心部分。
边缘部分： 由所连接到因特网上、供用户直接使用的主机组成，用来进行通信 和 资源共享；
核心部分： 由大量的网络和连接这些网络的路由器组成，它为边缘部分提供 连通性 和 交换服务；
3、从功能组成上看，计算机网络由 通信子网 和 资源子网 组成；
通信子网： 由各种传输介质、通信设备 和 对应的网络协议 组成，它使网络具有数据传输、交换、控制 和 存储的能力，实现联网计算机之间的数据通信；
资源子网： 是实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供共享其他计算机上的硬件资源、软件资源 和 数据资源的服务；
3、计算机网络的功能
1、数据通信：是计算机网络最基本和最重要的功能，用来实现联网计算机之间的各种信息的传输，并将分散在不同地理位置的计算机联系起来，进行统一的调配、控制和管理。
2、资源共享：可以是软件共享、数据共享，也可以是硬件共享。使计算机网络中的资源互通有无、分工协作，从而极大地提高硬件资源、软件资源 和 数据资源的利用率；
3、分布式处理：当计算机网络中的某个计算机系统负荷过重时，可以将其处理的某个复杂任务分配给网络中的其他计算机系统，从而利用空闲计算机资源以提高整个系统的利用率；
4、提高可靠性：计算机网络中的各台计算机可以通过网络互为替代机；
5、负载均衡：将工作任务均衡地分配给计算机网络中的各台计算机；
4、计算机网络的分类
1、按分布范围分类
广域网（WAN）的任务时提供长距离通信，运送主机所发送的数据，其覆盖范围通常几十千米到几千千米的区域，因而也称远程网。广域网是因特网的核心部分。连接广域网的各结点交换机的链路一般都是高速链路，具有较大的通信容量；
城域网（MAN）的覆盖范围可以跨越几个街区甚至整个城市，覆盖范围约为5～50km。城域网多采用以太网技术，因此也常并入局域网的范围进行讨论；
局域网（LAN）一般用微机或工作站通过高速线路相连，覆盖范围较小，通常为几十米到几千米的区域。局域网在计算机配置的数量上没有太多限制，少的可以有两台，多的可达几百台。传统上，局域网使用广播技术，而广域网使用交换技术；
个人区域网（PAN）是指在个人工作的地方将消费电子设备（如平板电脑、智能手机等）用无线技术连接起来的网络，也常称为无线个人区域网（WPAN），其覆盖的区域直径约为10m；
2、按传输技术分类
广播式网络：所有联网计算机都共享一个公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他的计算机都会“收听”到这个分组。接收到该分组的计算机将通过检查目的地址来决定是否接收该分组。局域网基本上都采用广播式通信技术，广域网中的无线、卫星通信网络也采用广播式通信技术；
点对点网络：每条物理线路连接一对计算机。如果通信的两台主机之间没有直接连接的线路，那么他们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储和转发，直至目的结点。
是否采用 分组存储转发 与 路由选择机制 是点对点式网络 与 广播式网络的重要区别，广域网基本都属于点对点网络；
3、按拓扑结构分类
网络拓扑结构是指由网中结点与通信线路之间的几何关系表示的网络结构，主要指通信子网的拓扑结构；主要分为 总线形、星形、环形 和 网状形 ；前三者多用于局域网，后者则多用于广域网；
总线型网络：用单根传输线把计算机连接起来。优点是建网容易、增减结点方便、节省线路；缺点是重负载时通信效率不高、总线任意一处对故障敏感；
星形网络：每个终端或计算机都以单独的线路与中央设备相连。中央设备早期是计算机，现在一般都是交换机或路由器。优点是便于集中控制和管理，因为端用户之间的通信必须经过中央设备。缺点是成本高、中心结点对故障敏感；
环形网络：所有计算机接口设备连接成一个环。环形网络最典型的例子是令牌环局域网。环可以是单环，也可以是双环，环中信号是单向传输的；
网状形网络：一般情况下，每个结点至少有两条路径与其他结点相连，多用在广域网中。有规则型和非规则型两种。优点是可靠性高，缺点是控制复杂、线路成本高；
以上4种基本的网络拓扑结构可以互连为更复杂的网络；
4、按使用者分类
公用网：指电信公司出资建造的大型网络。“公用”的意思是指所有愿意按电信公司的规定缴纳费用的人都可以使用这种网络，因此也称公众网；
专用网：指某个部门为满足本单位特殊业务的需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如：铁路、电力、军队等部门的专用网；
5、按交换技术分类
交换技术：是指各台主机之间、各通信设备之间 或 主机与通信设备之间为交换信息所采用的数据格式和交换装置的方式。
电路交换网络：在源结点和目的结点中间建立一条专用的通路用于传送数据，包括建立连接、传输数据 和 断开连接三个阶段。最典型的电路交换网是传统电话网络；主要特点是整个报文的比特流连续地从源结点直达终点，好像是在一条管道中传送。优点是数据直接传送、时延小。缺点是线路利用率低、不能充分利用线路容量、不便于进行差错控制；
报文交换网络：用户数据加上源地址、目的地址、校验码等辅助信息，然后封装成报文。整个报文传送到相邻结点，全部存储后，再转发给下一个结点，重复这一过程直到到达目的结点。每个报文可以单独选择到达目的结点的路径；也称存储-转发网络，主要特点是整个报文先传送到相邻结点，全部存储后查找转发表，转发到下一个结点。优点是可以较为充分的利用线路容量，可以实现不同链路之间不同数据率的转换，可以实现格式转换，可以实现一对多、多对一的访问，可以实现差错控制。缺点是增大了资源开销（如辅助信息导致处理时间和存储资源的开销），增加了缓冲时延，需要额外的控制机制来保证多个报文的顺序不乱序，缓冲区难以管理（因为报文大小不确定，接收方再接收到报文之前不能预知报文的大小）；
分组交换网络：也称包交换网络。其原理是将数据分成较短的固定长度的数据块，在每个数据块中加上目的地址、源地址等辅助信息组成分组（包），以存储-转发方式传输。主要特点是单个分组（只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储后查找转发表，转发到下一个结点。其优点包括了报文交换网络的优点，还具备 缓冲易于管理；包的平均时延更小，网络占用的平均缓冲区更少；更易于标准化；更适合应用。现在的主流网络基本上都可视为分组交换网络。
6、按传输介质分类
传输介质可分为有线和无线两大分类，因此网络可以分为有线网络和无线网络。有线网络又分为双绞线网络、同轴电缆网络等。无线网络又可分为蓝牙、微波、无线电等类型；
5、计算机网络的标准化工作及相关组织
计算机网络的标准化对计算机网络的发展和推广起到了极为重要的作用。
因特网的所有标准都以RFC（Request For Comments）的形式在因特网上发布，但并非每个RFC都是因特网的标准，RFC要上升为因特网的正式标准需要经过以下四个阶段：
1、因特网草案（Internet Draft）：这个阶段还不是RFC文档；
2、建议标准（Proposed Standard）：从这个阶段开始就成为了RFC文档；
3、草案标准（Draft Standard）；
4、因特网标准（Internet Standard）；
在国际上，负责制定、实施相关网络标准的标准化组织众多，主要有以下几个：
国际标准化组织（ISO）：制定的主要网络标准或规范有OSI参考模型、HDLC等；
国际电信联盟（ITU）：前身为国际电话电报咨询委员会(CCITT),其下属机构ITU-T制定了大量有关远程通信的标准；
国际电气电子工程师协会（IEEE）：世界上最大的专业技术团体，由计算机和工程学专业人士组成。IEEE在通信领域最著名的研究成果是802标准；
6、计算机网络的性能指标
1、带宽（Bandwidth）：本来表示通信线路允许通过的信号频带范围，单位是赫兹（Hz）。而在计算机网络中，带宽表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是比特/秒（b/s）；
2、时延（Delay）：指数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需要的总时间，它由四部分组成：发送时延、传播时延、处理时延 和 排队时延；
公式为：总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
发送时延：结点将分组的所有比特推向链路所需的时间，即从发送分组的第一个比特算起，到该分组的所有比特推向链路所需要的时间，因此也称传输时延。公式为：发送时延 = 分组长度 / 信道宽度；
传播时延：电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间，即一个比特从链路的一端传播到另一端所需要的时间。计算公式为：传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速率；
处理时延：数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要的处理所花费的时间。例如，分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等；
排队时延：分组在进入路由器后要先在输入队列排队等待处理。路由器确定转发端口后，还要在输出的队列中排队等待转发，这就产生了排队时延。
注意：在做题时，排队时延和处理时延一般可以忽略不计，或由题给出。
3、时延带宽积：指发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发出了多少个比特，因此又称一比特为单位的链路长度，即：时延带宽积 = 传播时延 * 信道带宽；
4、往返时延（Round-Trip Time，RTT）：指从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。在互联网中，往返时延还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延；
5、吞吐量（Throughput）：指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制；
6、速率（Speed）：网络中的速率是指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据率或比特率，单位为b/s（或bit/s，也写作bps）。数据率较高时，可用kb/s（k = ）、Mb/s（M = ）或Gb/s（G=）表示。在计算机网络中，通常把最高数据率称为带宽；
7、信道利用率：指出某一信道有百分之多少的时间是有数据通过的；
即：信道利用率 = 有数据通过时间 / （有 + 无）数据通过时间
7、计算机网络的分层结构
我们把计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构；体系结构是抽象的。计算机网络的体系结构通常都具有可分层特性，分层的基本原则如下：
1、每层都实现一种相对独立的功能，降低大系统的复杂度；
2、各层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少；
3、各层功能的精确定义独立于具体的实现方法，可以采用最合适的技术来实现；
4、保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务；
5、整个分层结构应能促进标准化工作；
在计算机网络体系结构的各个层次中，每个报文都分为两部分，一是 数据部分，即SDU；二是 控制信息部分，即PCI，他们共同组成PDU；
服务数据单元（SDU）：为完成用户所要求的功能而应传送的数据；
协议控制单元（PCI）：控制协议操作的信息；
协议数据单元（PDU）：对等层次之间传送的数据单位称为该层的PDU；在实际的网络中，每层的协议数据单元都有一个通俗的名称，如物理层的PDU称为比特，链路层的PDU称为帧，网络层的PDU称为分组，传输层的PDU称为报文；
8、计算机网络协议
协议，就是规则的集合。在网络中做到有条不紊地交换数据，就必须遵循一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式及有关的同步问题。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议（Network Protocol），它是控制两个（或多个）对等实体进行通信的规则的集合，是水平的。不对等实体之间是没有协议的。网络协议也简称为协议；
协议由语法、语义 和 同步三个部分组成。
语法规定了传输数据的格式；
语义规定了所要完成的功能，即需要发出何种控制信息、完成何种动作及做出何种应答；
同步规定了执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序的详细说明。
一个完整的协议通常应具有线路管理（建立、释放连接）、差错控制、数据转换等功能；
9、计算机网络接口
接口是同一结点内相邻两层间交换信息的连接点，是一个系统内部的规定。每层只能为紧邻的层次之间定义接口，不能跨层定义接口。在典型的接口上，同一结点相邻两层的实体通过服务访问点（Service Access Point，SAP）进行交互。服务是通过SAP提供给上层使用的。每个SAP都有一个能够标识它的地址。SAP是一个抽象的概念，它实际上是一个逻辑接口，和通常所说的两个设备之间的硬件接口是不一样的。
10、计算机网络服务
服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，它是垂直的。对等实体在协议的控制下，使得本层能为上一层提供服务，但要实现本层协议还需要使用下一层所提供的服务。上层使用下层所提供的服务时必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。OSI将原语划分为4类：
1）请求（Request）：由服务用户发往服务提供者，请求完成某项工作；
2）指示（Indication）：由服务提供者发往服务用户，指示用户做某件事情；
3）响应（Response）：由服务用户发往服务提供者，作为对指示的响应；
4）证实（Confirmation）：由服务提供者发往服务用户，作为对请求的证实；
这四类原语用于不同的功能，如建立连接、传输数据和断开连接等。有应答服务包括全部4类原语，而无应答服务则只有请求和指示两类原语。
Tips：在一层内完成的全部功能并非都称之为服务，只有那些能够被高一层实体“看得见”的功能才能称为服务。
计算机网络提供的服务可按一下三种方式分类：
1）面向连接服务 与 无连接服务
在面向连接服务中，通信前双发必须建立连接，分配相应的资源（如缓冲区），以保证通信能正常进行，传输结束后释放连接和所占用的资源。因此这种服务可以分为连接建立、数据传输 和 连接释放三个阶段。例如，TCP就是一种面向连接服务的协议；
在无连接服务中，通信前双方不需要先建立连接，需要发送数据时可直接发送，把每个带有目的地址的包（报文分组）传送到线路上，由系统选定路线进行传输。这是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”（Best- Effort - Delivery），它并不保证通信的可靠性。例如IP、UDP就是一种无连接服务的协议；
2）可靠服务 与 不可靠服务
可靠服务是指网络具有纠错、检错、应答机制，能保证数据正确、可靠地传送到目的地。
不可靠服务是指网络只是尽量正确、可靠地传送，而不能保证数据正确、可靠地传送到目的地，是一种尽力而为的服务；
对于提供不可靠服务的网络，其网络的正确性、可靠性要由应用或者用户来保障。例如，用户收到信息后要判断信息的正确性，如果不正确，那么用户要把出错信息报告给信息的发送者，以便发送者采取纠正措施。通过用户的这些措施，可以把不可靠的服务变成可靠的服务。
3）有应答服务 与 无应答服务
有应答服务是指接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答，该应答由传输系统内部自动实现，而不由用户实现。所发送的应答既可以是肯定应答，也可以是否定应答，通常在接收到的数据有错误时发送否定应答。例如，文件传输服务就是一种有应答服务。
无应答服务是指接收方收到数据后不自动给出应答。若需要应答，则由高层实现。例如，对于WWW服务，客户端收到服务器发送的页面文件后不给出应答。
11、OSI参考模型
国际标准化组织（ISO）提出的网络体系结构模型，称为开放系统互连参考模型（OSI/RM），通常简称为OSI参考模型。OSI有7层，自下而上依次为 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。低三层（物理层、数据链路层、网络层）统称为通信子网，它是为了联网而附加的通信设备，完成数据的传输功能；高三层（会话层、表示层、应用层）统称为资源子网，它相当于计算机系统，完成数据的处理等功能。传输层承上启下。
1）物理层（Physical Layer）
物理层的传输单位时比特，任务时透明的传输比特流，功能是在物理媒体上为数据端设备透明地传输比特流。物理层主要定义数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）的物理与逻辑连接方法，所以物理层协议也称为物理层接口标准。由于在通信技术的早期阶段，通信规则称为规程（Procedure），因此物理层协议也称为物理层规程。
物理层的接口标准有很多，如EIA-232C、EIA/TIA RS-499、CCITT的X.21 等等。
2）数据链路层（Data Link Layer）
数据链路层的传输单位是帧，任务时将网络层传来的IP数据报组装成帧。数据链路层的功能可以概括为 成帧、差错控制、流量控制 和 传输管理 等。
典型的数据链路层协议有 SDLC、HDLC、PPP、STP 和 帧中继 等等。
3）网络层（Network Layer）
网络层的传输单位时数据报，它关心的是通信子网的运行控制，主要任务是把网络层的协议数据单元（分组）从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。关键问题是对分组进行路由选择，并实现流量控制、拥塞控制、差错控制 和 网际互联等功能；
网络层的协议有 IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP 和 SSPF 等等
4）传输层（Transport Layer）
传输层也称运输层，传输单位时报文段（TCP）或用户数据报（UDP），传输层负责主机中两个进程之间的通信；功能是为端到端连接提供可靠的传输服务，为端到端连接提供流量控制、差错控制、服务质量、数据传输管理等服务。数据链路层提供的是点到点的通信，传输层提供的是端到端的通信，两者不同。通俗的说，点到点可以理解为主机到主机的通信，一个点是指一个硬件地址或IP地址，网络中参与通信的主机是通过硬件地址或IP地址标识的；端到端的通信是指运行在不同主机内的两个进程之间的通信，一个进程由一个端口来标识，所以称端到端通信；
传输层的协议有 TCP 、UDP；
5）会话层（Session Layer）
会话层允许不同主机上的各个进程之间进行会话。会话层利用传输层提供的端到端的服务，向表示层提供它的增值服务。这种服务主要为表示层实体或用户进程建立连接并在连接上有序地传输数据，这就是会话，也称建立同步（SYN）。会话层负责管理主机间的会话进程，包括建立、管理以及终止进程间的会话。会话层可以使用校验点使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信，实现数据同步。
6）表示层（Presentation Layer）
表示层主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。不同机器采用的编码和表示方式不同，使用的数据结构也不同。为了使不用表示方法的数据和信息之间能相互交换，表示层采用抽象的标准方法定义数据结构，并采用标准的编码形式。数据压缩、加密和解密也是表示层可提供的数据表示交换功能；
7）应用层（Application Layer）
应用层是OSI模型的最高层，是用户与网络的界面。应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。因为用户的实际应用多种多样，这就要要求应用层采用不同的应用协议来解决不同类型的应用要求，因此应用层是最复杂的一层，使用的协议也最多。
典型的协议有用与文件传送的FTP、用于电子邮件的SMTP、用于万维网的HTTP等等；
12、TCP/IP模型
该模型从低到高依次为网络接口层（对应OSI参考模型中的物理层和数据链路层）、网际层、传输层、应用层（对应OSI中的会话层、表示层、应用层）。TCP/IP由于得到广泛应用而成为事实上的国际标准。TCP/IP的层次结构及各层的主要协议图下图所示：
13、历年真题
1、【2010统考真题】下列选项中，不属于网络体系结构所描述的内容是（ ）
A、网络的层次 B、每层使用的协议 C、协议的内部实现细节 D、每层必须完成的功能
2、【2009统考真题】在OSI参考模型中，自下而上第一个提供端到端服务的层次是（ ）
A、数据链路层 B、传输层 C、会话层 D、应用层
3、【2013统考真题】在OSI参考模型中，功能需由应用层的相邻层实现的是（ ）
A、对话管理 B、数据格式转换 C、路由选择 D、可靠数据传输
4、【2016统考真题】在OSI参考模型中，路由器、交换机、集线器实现的最高功能分层分别是（ ）
A、2、2、1 B、2、2、2 C、3、2、1 D、3、2、2
5、【2011统考真题】TCP/IP参考模型的网络层提供的是（ ）
A、无连接不可靠的数据报服务 B、无连接可靠的数据报服务
C、有连接不可靠的虚电路服务 D、有连接可靠的虚电路服务
6、【2014统考真题】在OSI参考模型中，直接为会话层提供服务的是（ ）
A、应用层 B、表示层 C、传输层 D、网络层
7、【2017统考真题】假设OSI参考模型的应用层欲发送400B的数据（无拆分），除物理层和应用层外，其他各层在封装PDU时均引入20B的额外开销，则应用层的数据传输效率约为（ ）
A、80% B、83% C、87% D、91%
8、【2019统考真题】OSI参考模型的第5层（自下而上）完成的主要功能是（ ）
A、差错控制 B、路由选择 C、会话管理 D、数据表示转换
答案：
【1】C、协议的内部实现细节
【2】B、传输层
【3】 B、数据格式转换
【4】C、3、2、1
【5】A、无连接不可靠的数据报服务
【6】C、传输层
【7】A、80%
【8】C、会话管理