一、计算机网络概述1.1 计算机通信网的组成计算机网络整体由通信子网和资源子网两部分组成分工明确、协同工作。通信子网负责全网数据的有序、无差错传输。主要功能包含差错控制、流量控制、路由选择、网络互连、数据转发等是网络的数据传输核心载体。资源子网是网络的本地业务环境主要包含主机、终端设备、各类应用程序与软硬件资源。核心功能为用户资源配置、数据处理与管理、软硬件资源共享、网络负载均衡等。总结计算机通信网是依托通信子网完成数据传输实现资源子网各类信息传输与资源共享的完整系统。1.2 通信协议为实现不同计算机之间有序、规范的数据交换通信双方必须遵守的一套统一规则与标准即为通信协议。协议是网络通信的基础保证数据传输不混乱、可解析。通信协议包含三大核心要素语法定义数据与控制信息的结构、格式、编码规则以及数据传输顺序。语义解释比特流中每一段信息的具体含义规定通信双方的动作与响应。时序同步规定事件执行的先后顺序、传输速率与匹配规则。1.3 计算机网络的分类按作用范围划分局域网LAN小范围、高速、低延迟适用于家庭、企业、校园。城域网MAN覆盖城市范围介于局域网与广域网之间。广域网WAN覆盖大范围、跨地域网络传输距离远、覆盖全网。按使用者划分公用网络面向社会公众开放使用如互联网。专用网络面向特定机构、企业、单位专属使用私密性更强。1.4 OSI七层模型简介OSI开放式系统互联参考模型是国际标准化的网络分层架构自上而下分为七层逐层分工、逐层服务是理解网络通信的核心框架应用层 → 表示层 → 会话层 → 传输层 → 网络层 → 数据链路层 → 物理层分层思想上层调用下层服务下层为上层提供支撑每层功能独立、职责专一。1.5 计算机网络层次结构对比TCP/IP四层模型是互联网实际使用的标准架构与OSI七层理论模型对应关系应用层合并OSI应用层、表示层、会话层传输层对应OSI传输层网际层对应OSI网络层网络接口层合并OSI数据链路层、物理层区别OSI为理论标准、分层细致TCP/IP为实战标准、结构精简、互联网通用。1.6 层次结构设计基本原则分层独立各层级功能独立无需关心其他层内部实现。高灵活性单层修改、升级不影响整体架构适配性强。完全解耦层与层之间仅通过接口交互降低耦合、便于维护与迭代。1.7 计算机网络性能指标速率数据传输速度单位 bpsbit/s比特每秒。时延数据从发送到接收的总耗时分为四类发送时延、传播时延、排队时延、处理时延。往返时间 RTT端到端通信中数据报文从发送方发出、到接收方返回应答的一次完整往返时间是网络质量核心指标。二、物理层2.1 物理层核心作用物理层是网络最底层负责连接各类物理网络设备实现原始比特流的透明传输。为上层所有协议提供稳定、通用的物理传输介质不处理数据逻辑只负责信号传输。2.2 物理层核心设备1. 中继器放大器用于同一局域网内的信号再生与放大修复衰减的电信号两端网段必须使用相同协议。遵循5-4-3规程10BASE-5以太网中最多串联4个中继器5段网段中仅3段可连接主机设备。2. 集线器多端口中继器同样用于信号放大与再生属于半双工设备。无法隔离冲突域、无法隔离广播域仅做信号转发无智能处理能力。2.3 信道与通信方式信道单向传输信息的媒体一条完整通信电路包含发送信道与接收信道。按照传输方向分为三类单工通信单向固定传输一方只发、一方只收无反向信道。半双工通信双方均可收发信息但不能同时收发同一时间仅单向传输。全双工通信双方可同时发送、同时接收传输效率最高。三、数据链路层3.1 数据链路层概述数据链路层基于物理层的原始比特流服务为网络层提供可靠、无差错的数据传输。在不可靠的物理传输介质上通过校验、重传、控制机制保障数据完整性。核心功能物理地址寻址、数据成帧、流量控制、差错检测、出错重传。核心知识点总结为网络层提供可靠数据传输服务数据基本传输单位帧典型协议以太网协议核心设备网桥、交换机。3.2 关键机制封装成帧、透明传输封装成帧将网络层数据包加上帧首部、帧尾部封装为数据帧作为数据链路层的传输单元实现数据分段、有序传输。透明传输帧数据中若出现与控制字符相同的内容系统自动在前添加转义字符ESC让控制字符被当作普通数据处理不干扰帧解析实现数据透明传输。3.3 数据链路层差错监测物理传输存在信号干扰、失真问题数据链路层通过校验机制检测传输差错主流方式两种1. 奇偶校验码原理简单、效率高但存在明显缺陷出现偶数位错误时无法检测容错能力有限。2. CRC循环冗余校验码主流根据原始数据运算生成固定位数校验码接收端通过校验码比对判断数据是否出错检测准确率极高是目前网络帧校验的核心方式。