计算机网络是指将多台计算机通过通信线路连接起来，实现资源共享和信息传递的系统。
一、计算机网络概述
1. 定义和功能
- 定义：计算机网络是将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
- 功能：数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性。
2. 网络分类
- 按覆盖范围：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。
- 按拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、网状型。
- 按传输介质：有线网络（双绞线、同轴电缆、光纤等）和无线网络（Wi-Fi、蓝牙、移动网络等）。
二、网络体系结构
1. OSI 参考模型
- 七层结构：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
- 各层功能：
- 物理层：负责在物理介质上传输比特流。
- 数据链路层：将比特流组装成帧，进行差错检测和纠正，实现介质访问控制。
- 网络层：负责数据包的路由选择和转发。
- 传输层：提供端到端的可靠数据传输服务。
- 会话层：建立、管理和终止会话。
- 表示层：处理数据的表示形式，如加密、压缩等。
- 应用层：为用户提供各种网络应用服务。
2. TCP/IP 模型
- 四层结构：网络接口层、网际层、传输层、应用层。
- 与 OSI 参考模型的对应关系：
- 网络接口层对应 OSI 参考模型的物理层和数据链路层。
- 网际层对应 OSI 参考模型的网络层。
- 传输层对应 OSI 参考模型的传输层。
- 应用层对应 OSI 参考模型的会话层、表示层和应用层。
三、物理层
1. 物理层的功能
- 为数据端设备提供传送数据的通路。
- 传输数据。
- 完成物理层的一些管理工作。
2. 传输介质
- 双绞线：分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP），适用于局域网。
- 同轴电缆：分为粗同轴电缆和细同轴电缆，适用于早期的局域网。
- 光纤：分为单模光纤和多模光纤，传输速度快、距离远、抗干扰能力强。
3. 通信方式
- 单工通信：只能单向传输数据。
- 半双工通信：可以双向传输数据，但不能同时进行。
- 全双工通信：可以双向同时传输数据。
四、数据链路层
1. 数据链路层的功能
- 成帧：将网络层传来的数据封装成帧。
- 差错控制：检测和纠正传输过程中产生的错误。
- 流量控制：协调发送方和接收方的数据传输速率，防止数据丢失。
- 介质访问控制：控制多个设备对共享介质的访问。
2. 以太网
- 以太网是最常见的局域网技术，采用 CSMA/CD 介质访问控制方法。
- 以太网帧格式：包括目的地址、源地址、类型字段、数据和帧校验序列等。
3. 无线局域网
- 无线局域网采用 IEEE 802.11 标准，包括 Wi-Fi 等技术。
- 无线局域网的安全问题：如 WEP、WPA、WPA2 等加密方式。
五、网络层
1. 网络层的功能
- 路由选择：根据网络拓扑结构和路由算法，选择最佳的数据包传输路径。
- 拥塞控制：防止网络拥塞，保证网络的稳定性和可靠性。
- 网络互联：将不同的网络连接起来，实现不同网络之间的通信。
2. IP 协议
- IP 地址：用于标识网络中的设备，分为 IPv4 和 IPv6 两种地址格式。
- IP 数据包格式：包括头部和数据部分，头部包含源地址、目的地址、协议类型等信息。
- 子网划分和子网掩码：将一个大的网络划分为多个子网，提高网络的可管理性和安全性。
3. 路由协议
- 静态路由：由管理员手动配置的路由信息。
- 动态路由：通过路由协议自动学习和更新路由信息，如 RIP、OSPF、BGP 等。
六、传输层
1. 传输层的功能
- 提供端到端的可靠数据传输服务。
- 进行流量控制和拥塞控制。
- 实现多路复用和多路分解。
2. TCP 协议
- 面向连接的可靠传输协议，采用三次握手建立连接，四次挥手释放连接。
- TCP 数据包格式：包括头部和数据部分，头部包含源端口、目的端口、序列号、确认号、窗口大小等信息。
- TCP 的拥塞控制机制：如慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复等。
3. UDP 协议
- 无连接的不可靠传输协议，适用于实时性要求较高的应用，如视频会议、在线游戏等。
- UDP 数据包格式：包括头部和数据部分，头部包含源端口、目的端口、长度和校验和等信息。
七、应用层
1. 应用层的功能
- 为用户提供各种网络应用服务，如电子邮件、文件传输、远程登录、万维网等。
2. 常见的应用层协议
- HTTP：超文本传输协议，用于在万维网上传输网页和其他资源。
- FTP：文件传输协议，用于在网络上传输文件。
- SMTP：简单邮件传输协议，用于发送电子邮件。
- POP3：邮局协议版本 3，用于接收电子邮件。
- Telnet：远程登录协议，用于在远程计算机上执行命令。