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第一章：计算机网络体系结构
这一章是学习计算机网络的基础，重点在于理解网络的整体架构和基本概念。
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计算机网络概述
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基本概念：计算机网络是将分散的、具有独立功能的计算机系统通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。[1]
* 组成部分：从组成上看，包括硬件、软件和协议。从工作方式上看，分为边缘部分（用户主机）和核心部分（路由器等网络设备）。[1]
* 功能：主要功能包括数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性和负载均衡。[1]
* 分类：可以按分布范围（广域网、城域网、局域网、个人区域网）、传输技术（广播式、点对点）、拓扑结构（总线型、星型、环形、网状）等进行分类。[1]
* 计算机网络性能指标
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速率 (Data Rate)：指数据的传送速率，也称为数据率或比特率。
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带宽 (Bandwidth)：在计算机网络中，带宽表示网络中某通道传送数据的能力，通常指单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”。
* 时延 (Delay)：指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间，包括发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。[1]
* 吞吐量 (Throughput)：表示单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。[1]
* 时延带宽积：指传播时延与带宽的乘积，表示在途的比特数量。
* 往返时间 (RTT)：从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。[1]
* 计算机网络体系结构与参考模型
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分层结构：将复杂的网络问题分解为若干个较小的、更易于处理的层次。
* 协议、接口、服务：
协议 (Protocol)*：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
- 接口 (Interface)：同一节点内相邻两层之间交换信息的连接点。
* 服务 (Service)：下层为上层提供功能的调用。
* ISO/OSI 参考模型：一个理论上的七层模型，从下至上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。[2]
* TCP/IP 模型：一个事实上的国际标准，通常分为四层：网络接口层（对应OSI的物理层和数据链路层）、网际层（对应OSI的网络层）、传输层和应用层（对应OSI的会话层、表示层和应用层）。[2]
第二章：物理层
物理层是网络通信的基础，负责在传输媒体上传输原始的比特流。
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通信基础
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信道、信号、带宽：理解这些基本通信概念。[2]
* 编码与调制：将数字数据转换为数字信号（编码）或模拟信号（调制）。
* 傅里叶变换：理解信号的频域表示。
* 信道的极限容量：
奈氏准则*：在无噪声情况下，码元速率的上限。
- 香农定理：在有噪声情况下，信息传输速率的上限，与信道带宽和信噪比有关。
* 传输介质
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双绞线、同轴电缆、光纤：各有不同的特性和适用场景。
* 无线传输介质：如无线电波、微波、红外线等。
* 物理层设备
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中继器 (Repeater)：对信号进行再生和放大，以延长网络的传输距离。[2][3]
* 集线器 (Hub)：功能上是多端口的中继器，工作在物理层，不能隔离冲突域和广播域。[2][3]
第三章：数据链路层
数据链路层负责在两个相邻节点间的链路上，无差错地传送以“帧”为单位的数据。[4]
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数据链路层功能
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为网络层提供服务：提供无确认无连接、有确认无连接、有确认面向连接的服务。
* 链路管理：连接的建立、维持和释放。
* 组帧：将网络层传下来的数据包封装成帧。[2][5]
* 差错控制
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检错编码：如奇偶校验码、循环冗余码（CRC）。[2][5]
* 流量控制与可靠传输机制
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流量控制：控制发送方的发送速率，使其不超过接收方的接收能力。
* 可靠传输：确保数据的无差错、不丢失、不重复和按序传输。
* 滑动窗口机制：一种重要的流量控制和可靠传输机制。
* 常见协议：
* 选择重传协议 (SR)：只重传出错的帧，效率最高。[5][6]
* 介质访问控制 (MAC)
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信道划分：
频分多路复用 (FDM)*
- 时分多路复用 (TDM)
- 波分多路复用 (WDM)
- 码分多路复用 (CDM)[2]
* 随机访问：
ALOHA 协议*
* 局域网 (LAN)
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基本概念与体系结构
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以太网与 IEEE 802.3：目前最广泛的局域网技术。[2]
* IEEE 802.11：无线局域网标准。[2]
* 广域网 (WAN)
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基本概念[2]
* 数据链路层设备
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网桥 (Bridge)：根据 MAC 地址转发帧，可以隔离冲突域。[3]
* 交换机 (Switch)：多端口的网桥，工作在数据链路层，每个端口都是一个独立的冲突域。
第四章：网络层
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，核心功能是路由选择和分组转发。[3]
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网络层功能
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异构网络互联：将不同类型的网络连接起来。[2]
* 路由与转发：确定数据包从源端到目的端的路径。[2]
* 拥塞控制：防止网络中的数据量过大导致性能下降。[2]
* 路由算法
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静态路由与动态路由
- 距离-向量路由算法 (如 RIP)
- 链路状态路由算法 (如 OSPF)[2]
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IPv4 协议
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IPv4 分组：头部格式、各字段含义。
* IPv4 地址与 NAT：地址分类、子网划分、超网（CIDR）、网络地址转换（NAT）。
* ARP、DHCP、ICMP 协议：
ARP (地址解析协议)*：将 IP 地址解析为 MAC 地址。
- DHCP (动态主机配置协议)：自动分配 IP 地址。[7]
* ICMP (网际控制报文协议)：用于报告错误和网络探测（如 ping）。[7]
* IPv6 协议
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主要特点：巨大的地址空间、简化的头部格式等。[8]
* IPv6 地址表示 * 路由协议
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RIP (路由信息协议)：基于距离-向量算法。
* OSPF (开放最短路径优先)：基于链路状态算法。
* BGP (边界网关协议)：用于自治系统之间的路由选择。
* IP 组播
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移动 IP
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网络层设备
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路由器 (Router)：连接不同的网络，并根据 IP 地址进行路由选择和分组转发，可以隔离广播域。[3]
第五章：传输层
传输层负责主机中两个进程之间的通信，提供端到端的服务。
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传输层提供的服务
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功能：提供进程间的逻辑通信、复用和分用、差错检测。
* 端口：用于标识主机中的不同应用进程。[2]
* 无连接服务 (UDP) 与面向连接服务 (TCP)。[2]
* UDP 协议 (用户数据报协议)
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特点：无连接、尽最大努力交付、开销小、支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
* UDP 数据报：头部格式简单，只有8个字节。[2]
* TCP 协议 (传输控制协议)
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特点：面向连接、可靠传输、面向字节流、全双工通信。
* TCP 报文段：首部格式复杂，包含序号、确认号、窗口大小等字段。
* TCP 连接管理：
三次握手*：建立 TCP 连接。
- 四次挥手：释放 TCP 连接。
* TCP 可靠传输：通过序号、确认、重传等机制实现。
* TCP 流量控制：利用滑动窗口机制，协调收发双方的数据传输速率。[5]
* TCP 拥塞控制：
慢开始 (Slow-start)*
- 拥塞避免 (Congestion Avoidance)
- 快重传 (Fast Retransmit)
- 快恢复 (Fast Recovery)[5]
第六章：应用层
应用层是网络体系结构的最高层，直接为用户的应用进程提供服务。[9]
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网络应用模型
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客户/服务器 (C/S) 模型：大部分网络应用采用的模型。[2][5]
* P2P (对等) 模型：每个节点既是客户端也是服务器。[2][5]
* DNS 系统 (域名系统)
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* 域名服务器：包括根域名服务器、顶级域名服务器、权限域名服务器和本地域名服务器。[2][5][10]
* 域名解析过程：递归查询和迭代查询。[2][5][10]
* FTP (文件传输协议)
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工作原理：使用两个并行的 TCP 连接：控制连接（端口21）和数据连接（端口20）。[5][7]
* 电子邮件
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组成结构：用户代理、邮件服务器、邮件协议。
* 协议：
SMTP (简单邮件传输协议)*：用于发送邮件。[5]
- POP3 (邮局协议第3版)：用于接收邮件。[5]
* WWW (万维网)
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概念与组成结构：由 URL、HTTP 和 HTML 三部分组成。
* HTTP (超文本传输协议)：WWW 的工作协议，定义了浏览器如何向服务器请求万维网文档，以及服务器如何把文档传送给浏览器。[5]
连接方式*：非持久连接和持久连接。
- 报文结构：请求报文和响应报文。