计算机网络定义
利用通信线路和交换设备将地理位置分散的、具有独立功能的多台计算机连接起来，按照某种协议进行数据通信、实现资源共享的信息系统。
资源共享包括：
软件、硬件、数据
网络分类
按分布范围分：广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个域网PAN
按使用者分：公用网、专用网
按拓扑结构分：总线型、星型、环形、网状型
按数据交换方式分：电路交换、报文交换、分组交换
数据交换方式
传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小。
当端对端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适。
从信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。
体系结构模型
应用层：所有能和用户交互产生网络流量的程序
表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式
会话层：负责会话建立，向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序的传输数据
传输层：负责主机中两个进程的通信，即端到端通信。传输单位是报文段或用户数据报。
网络层：主要任务是把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。
数据链路层：主要任务是把网络层传下来的数据报封装成帧。
物理层：主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。
TCP/IP参考模型
应用层
传输层
网际层
网络接口层
5层参考模型
应用层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
物理层
物理层：传输数据比特流
四大特性
机械特性
电气特性
功能特性
过程特性
数据通信基础
信源 - 数字信号（信道） - 调制解调器 - 模拟信号 - 广域网 - 模拟信号 - 调制解调器 - 数字信号（信道）- 信宿
码元传输速率（波特率），是单位时间内传输码元个数，单位是波特Baud(B)。
消息：通信的目的是传送消息，如语音、文字、图像、视频等。
数据：数据是运送消息的实体。0/1
信号：信号是数据的电气或电磁的表现。
信道：表示向某一个方向传送信息的媒体。
单工通信：广播
半双工通信：对讲机
全双工通信：电话
基带信号：来自信源的信号
基带信号的变身：
编码（基带调制）：变成数字信号
带通调制：变成模拟信号（带通信号）
常用编码方式：
归零编码：高1低0，后半段归零
非归零编码：高1低0，后半段不归零
曼彻斯特编码：
前高后低-》1/0
前低后高-》0/1
差分曼彻斯特编码：
跳变为0，不变为1
常用带通调制方式：
调幅（AM）
调频（FM）
调相（PM）
正交振幅调制（QAM）
极限数据传输率
奈氏准则：
在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，极限码元传输速率为2W Baud，W是信道带宽，单位是Hz，V是每个码元离散电平的数目（即有多少种码元）。
理想低通信道下的极限数据传输率 = 2Wlog2 V （b/s）
香农定理：
在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。
信道的极限数据传输速率 = Wlog2(1 + S / N) (b/s)
信噪比（dB） = 10log10(S/N)
信道复用技术
把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使得多个计算机或终端设备共享信道资源，提高信道利用率。把一条广播信道，逻辑上分成几条用于两个节点之间通信的互不干扰的子信道，实际就是把广播信道转变为点对点信道。
静态划分信道：
频分多路复用 FDM
时分多路复用 TDM + 统计时分复用 STDM
波分多路复用 WDM
码分多路复用 CDM
传输介质
导引型：
双绞线：
无屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
应用：电话系统
同轴电缆：
应用：有线电视网
光纤：
单模光纤
多模光纤
应用：因特网、电信网和有限电视网的主干网络中
抗干扰能力 & 带宽：
光纤 > 同轴电缆 > 双绞线
非导引型：
无线电波：信号向所有方向传播
微波：信号固定方向传播
红外线、激光：信号固定方向传播
物理层设备：中继器&集线器
宽带接入技术（有线）
双绞线
光纤 + 同轴电缆
光纤
数据链路层
数据链路层概述
链路层的信道类型：
一对一：点对点信道
一对多：广播信道
封装成帧
封装成帧就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束
首部和尾部包含许多控制信息，他们的一个重要作用：帧定界（确定帧的界限，当数据是由ASCII码组成的文本时，可以使用特殊的八位二级制数作为帧定界符：SOH、EOT）
透明传输
用字符/字节填充法解决透明传输
差错检测
CRC检验
PPP协议
PPP协议实现透明传输的方法：
异步传输 | 面向字符：字节填充法
同步传输 | 面向比特：零比特填充法
CSMA/CD协议
CS：载波监听，发送数据之前以及发送数据时都会检测总线上是否有其他计算机发送数据。
MA：多点接入，适用于总线型网络
CD：碰撞检测（冲突检测），”边发送边监听“，半双工网络
过程：
发送前检测是否信道忙，不忙就发送，忙就等待并继续监听。
发送时持续进行冲突检测，如果有冲突，停止发送并且等待随机长的时间重新开始第一步，没有冲突就发送成功。
局域网
LAN，某一区域内由多台计算机组成的计算机组，使用广播信道
按传输介质分类：
有线局域网
无线局域网
按拓扑结构分：
星型网
环型网 应用：FDDI令牌环网
总线网 应用：以太网
树形网
以太网
以太网是指基带总线局域网规范，是当今局域网采用的最通用的通信协议标准。以太网使用CSMA/CD技术。
计算机怎么连到局域网？
靠适配器（网络接口卡/网卡）
MAC地址/网卡地址：
每个适配器有一个全球唯一的48位二进制地址，前24位代表厂家，后24位厂家自己指定。常用6个十六进制数表示，如02-60-8c-e4-b1-21
MAC帧：
包含单播帧、广播帧、多播帧
高速以太网
链路层设备
网桥：
透明网桥
源路由网桥
交换机：
直通式交换机：
查完目的地址立刻转发
延迟小，可靠性低，无法支持具有不同速率的端口交换
存储转发式交换机：
将帧放入高速缓存，并检查是否正确，正确则转发，错误则丢弃
延迟大，可靠性高，可以支持具有不同速率的端口交换
冲突域 & 广播域
冲突域：在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧。简单来说就是同一时间内只能由一台设备发送信息的范围。
广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。简单地说如果站点发出一个广播信号，所有能接收收到这个信号的设备范围称为一个广播域。
网络层
网络层向上只提供灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务，主要任务是把分组（IP数据报）从通过路由选择与转发从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。互联网可以由多中异构网络互联组成。
IP数据报的格式分为首部和数据部分
首部由20B的固定部分和可变长度部分组成
首部包含的字段：
首部长度：单位是4B，最小为5
总长度：首部 + 数据，单位是1B
生存时间（TTL）：IP分组的保质期。经过一个路由器 -1，变成0则丢弃
首部检验和：只检验首部
源IP地址和目的IP地址：32位
标识：同一数据报的分片使用同一标识
标志：只有2位有意义x_ _
中间位DF：
DF = 1，禁止分片
DF = 0，允许分片
最低位MF：
MF = 1，后面“还有分片”
MF = 0，代表最后一片/没分片
片偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8B为单位。
IP地址
分类的IP地址
IP地址分为两个部分：
网络号 + 主机号
A类（1~126）网络号占1B 主机号占3B 127开头的IP地址是回环地址
B类（128~191） 网络号占2B 主机号占2B
C类（192~223） 网络号占3B 主机号占1B
主机号全0：本主机所连接到的单个网络地址
主机号全1：该网络上的所有主机（广播地址）
A类，B类，C类中都会有一定的地址范围用于私有IP地址，路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发
网络地址转换NAT：在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。
子网掩码和子网划分
子网掩码与IP地址逐位相与，就得到了子网网络地址
无分类编址CIDR
CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块“。
CIDR记法：IP地址后加上”/“，然后写上网络前缀（可以任意长度）的位数
ICMP协议
ICMP协议支持主机或路由器：
差错（或异常）报告
网络探询
ICMP差错报文：
终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文
源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢
时间超过：当路由器收到生存时间TTL = 0的数据报时，除了丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文。当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。
参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。
改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器。
ICMP询问报文：
回送请求和回答报文：测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文。
时间戳请求和回答报文：请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。用来进行时钟同步和测量时间。
ARP
ARP协议：完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射 解决下一跳走哪的问题
ARP协议使用过程：检查ARP高速缓存，有对应表项则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址位FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组，同一局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组，源主机收到后将此映射写入ARP缓存（10-20min更新一次）
RARP协议：完成主机或路由器MAC地址到IP地址的映射
IGMP
某主机要加入组播组时，该主机向组播组的组播地址发送一个IGMP报文，声明自己要成为该组的成员。
本地组播路由器收到IGMP报文后，要利用组播路由选择协议把这组成员关系发给因特网上的其他组播路由器。
本地组播路由器周期性探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还是组播组成员。
只要有一个主机对某个组响应，那么组播路由器就认为这个组是活跃的；如果经过几次探询后没有一个主机响应，组播路由器就认为本网络上的没有此组播组的主机，因此就不再把这组的成员关系发给其他的组播路由器。
路由选择协议
内部网关协议IGP：
RIP（距离向量算法）
OSPF（最短路径优先算法）
外部网关协议EGP：
BGP
传输层
传输层提供进程与进程之间的逻辑通信，靠套接字Socket = (主机IP地址，端口号)找到应用进程。
传输层对收到的报文进行差错检测。
传输层的两种协议：
面向连接的传输控制协议TCP：可靠，面向连接，时延大，适用于大文件
无连接的数据报协议UDP：不可靠，无连接，时延小，适用于小文件
我们常用应用程序协议的端口号为0~1023之间
TCP协议
TCP是面向连接的传输层协议
每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的
TCP提供可靠交付的服务，无差错、不丢失、不重复、按序到达。
TCP提供全双工通信。
发送缓存：准备发送的数据&已发送但尚未收到确认的数据
接收缓存：按序到达但尚未被接受应用程序读取的数据&不按序到达的数据
TCP协议有20B的固定首部
源端口，目的端口
序号：在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号，本字段表示本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
确认号：期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。若确认号为N，则证明到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。
数据偏移（首部长度）：TCP报文段的数据起始出距离TCP报文段的起始处有多远，以4B为单位，一个数值为4B。
TCP连接管理
三次握手：
客户端发送连接请求报文段，无应用层数据。
SYN = 1，seq = x（随机）
服务器端为该TCP连接分配缓存和变量，并向客户端返回确认报文段，允许连接，无应用层数据。
SYN = 1，ACK = 1，seq = y（随机），ack = x + 1
客户端为该TCP连接分配缓存和变量，并向服务器端返回确认的确认，可以携带数据。
ACK = 1，seq = x + 1，ack = y + 1
四次挥手：
客户端发送连接释放报文段，停止发送数据，主动关闭TCP连接。
FIN = 1，seq = u
服务器端回送一个确认报文段，客户到服务器这个方向的连接就释放了--半关闭状态。
ACK = 1，seq = v，ack = u + 1
服务器端发完数据，就发出连接释放报文段，主动关闭TCP连接。
FIN = 1，ACK = 1，seq = w，ack = u + 1
客户端回送一个确认报文段，再等到时间等待计时器设置的2MSL（最长报文段寿命）后，连接彻底关闭。
ACK = 1 seq = u + 1 ack = w + 1
可靠传输
可靠：保证接收方进程从缓存区读出的字节流与发送方发出的字节流是完全一样的。
TCP实现可靠传输的机制：
校验
序号
确认
重传
确认重传不分家，TCP的发送方在规定的时间内没有收到确认就要重传已发送的报文段。
流量控制
流量控制：让发送方慢点，要让接收方来得及接收。
TCP利用滑动窗口机制实现流量控制
在通信过程中，接收方根据自己接收缓存的大小，动态地调整发送方的发送窗口大小，即接收窗口rwnd（接收方设置确认报文段的窗口字段来将rwnd通知给发送方），发送方的发送窗口取接收窗口rwnd和拥塞窗口cwnd的最小值（拥塞窗口：发送方根据自己估算的网络拥塞程度而设置的窗口值，反映网络当前容量）。
发送窗口大小可以动态变化
拥塞控制的四种方法
慢开始
拥塞避免
快重传
快恢复
应用层
应用层对应用程序的通信提供服务
应用层的功能：
文件传输、访问和管理
电子邮件
虚拟终端
查询服务和远程作业登录
应用层的重要协议：
FTP
SMTP、POP3
HTTP
DNS
客户/服务器模型（C/S模型）
应用：Web、文件传输FTP、远程登录、电子邮件
P2P模型
应用：迅雷下载
域名解析系统DNS
域名解析：根据域名找IP地址
com是顶级域名（顶级域名分为通用顶级域名和国家顶级域名）
baidu是二级域名
www是三级域名
根域名服务器：存储着顶级域名服务器的地址
顶级域名服务器：存储着权限域名服务器的地址
权限域名服务器
本地域名服务器：每次DNS解析都会先去访问本地域名服务器，如果没有，就会去访问以上三个服务器，最后将结果返还给本地域名服务器。从而给到主机。
本地域名有两种查询方式：
递归查询（比较少用）：依靠别的服务器去查找IP，最后将结果返回给本地域名服务器。
递归与迭代相结合的方式：依靠自己逐步去另外三个服务器去获取IP。
FTP协议
FTP是基于客户/服务器（C/S）的协议。
用户通过一个客户机程序连接至远程计算机上运行的服务器程序。
依照FTP协议提供服务，进行文件传送的计算机就是FTP服务器。
连接FTP服务器，遵循FTP协议与服务器传送文件的电脑就是FTP客户端。
传送需要两个阶段：
第一阶段：首先客户端开启控制进程，服务器也将控制进程打开并对外放开端口。进行传请求，使用TCP控制连接端口21，客户端等待服务器端回应。
第二阶段：回应成功，客户端会开启数据传送进程，同时服务器端也会开启数据传送进程，进行传文件，使用TCP数据连接端口20，进行文件传输。
电子邮件
发件人和收件人分别对应两个邮件服务器。
发件人通过TCP连接使用SMTP协议发送邮件给相对应的邮件服务器。
发送方的邮件服务器再通过TCP连接使用SMTP协议将邮件发送给接收方的邮件服务器。
收件人通过TCP连接从接收方邮件服务器通过POP3协议读取邮件。
电子邮件相关协议：
SMTP（发邮件）
POP3、IMAP（收邮件）
万维网和HTTP协议
万维网WWW（World Wide Web）是一个大规模的、联机式的资料存储空间，是无数个网络站点和网页的集合。
统一资源定位符URL --- 唯一标识 ---》资源（文字、视频、音频...）
URL一般形式：
<协议>://<主机>:<端口>/<路径>
用户通过点击超链接获取资源，这些资源通过超文本传输协议（HTTP）传送给使用者。
万维网以C/S方式工作，用户使用的浏览器就是万维网客户程序，万维网文档所驻留的主机运行服务器程序。
万维网使用超文本标记语言HTML，是的万维网页面设计者可以很方便地从一个界面的连接转到另一个界面，并能够在自己的屏幕上显示出来。
HTTP协议定义了浏览器（万维网客户进程）怎样向万维网服务器请求万维网文档，以及服务器怎样把文档传送给浏览器。
一个服务器进程监听TCP的端口80
用户浏览页面的方法：
输入URL
点击超链接
具体过程：
浏览器分析URL
浏览器向DNS请求解析IP地址
DNS解析出IP地址
浏览器与服务器建立TCP连接
浏览器发出取文件命令
服务器响应
释放TCP连接
浏览器显示