目录

导学

计算机网络的发展简史

互联网的发展历史

中国互联网的发展历史

计算机网络的层次结构

层次结构设计的基本原则

OSI七层模型

TCP/IP四层模型

现代互联网的网络拓扑

计算机网络的性能指标

速率

时延

发送时延

​传播时延

​排队时延

处理时延

总时延

RTT

物理层概述

      物理层的作用

信道的基本概念

单工通信信道

半双工通信信道

全双工通信信道

分用-复用技术

数据链路层概述

封装成帧 

透明传输

差错检测

奇偶校验码

​循环冗余校验码CRC

最大传输单元MTU

路径MTU

以太网协议详解

MAC地址

以太网协议

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本篇博客的结构：

导学

什么是计算机网络：计算机网络主要由一些通用的、可编程的硬件互连而成，通过这些硬件，可以传送不同类型的数据，并且可以支持广泛和日益增长的应用。
计算机网络的不是软件概念，还包含硬件设备。
计算机网络不仅仅是信息通信，还可以支持广泛的应用。

网络的分类：

网络的作用范围：广域网(WAN)、城域网(MAN)、局域网(LAN)。 

网络的使用者：公用网络、专用网络。

计算机网络的发展简史

互联网的发展历史

中国互联网的发展历史

计算机网络的层次结构

层次结构设计的基本原则

两台计算机想要建立连接需要考虑什么问题呢？

可见我们需要考虑的问题繁多复杂，可以通过分层设计实现不同的功能。

设计的基本原则：

各层之间是相互独立的。

每一层要有足够的灵活性。

各层之间完全解耦。 

OSI七层模型

 OSI七层模型并未被市场接受，它存在不合理的地方，有些功能在不同层重复。

TCP/IP四层模型

我们学习时主要是围绕TCP/IP四层模型学习的。 

现代互联网的网络拓扑

分为边缘部分和核心部分。

边缘部分：和用户直接接触的部分。

 C/S客户端-服务器模式，P2P模式。

计算机网络的性能指标

速率

计算机网络常用的速率单位：bps=bit/s

时延

发送时延

传播时延

排队时延

数据包在网络设备中等待被处理的时间。

处理时延

指数据包到达设备或者目的机器被处理所需要的时间。

总时延

总时延是以上四种时延相加。

RTT

RTT(Route-Trip Time)是评估网络质量的一项重要指标。
RTT表示的是数据报文在端到端通信中的来回一次的时间。（往返时间RTT）
通常使用ping命令查看RTT。

下图分别是在深圳ping广州和重庆的ip查看出来的RTT。

物理层概述

物理层的作用

1、连接不同物理设备。

2、传输比特流。

物理层连接不同物理设备的一些介质

有线——双绞线、同轴电缆、光纤

双绞线：

同轴电缆：

光纤：

无线——红外线、无线wifi、激光

比特流

高低电平交替表示比特流。

 

信道的基本概念

信道是往一个方向传送信息的媒体。

一条通信电路包含一个接收信道和一个发送信道。

单工通信信道

只能一个方向通信，没有反方向反馈的信道。
有线电视、无线电收音机等等就是只能接收不能发送。 

半双工通信信道

双方都可以发送和接收信息。
不能双方同时发送，也不能同时接收 。

全双工通信信道

双方都可以发送和接收信息。

分用-复用技术

信道里有分用-复用技术来共享发送信道和接受信道用来提高信道的利用效率。

数据链路层概述

数据链路层主要解决三个问题：封装成帧、透明传输、差错检测。

封装成帧 

“帧”是数据链路层数据的基本单位。
发送端在网络层的一段数据前后添加特定标记形成“帧。
接收端根据前后特定标记识别出“帧”。
物理层才不管你“帧”不“帧” ，物理层只管进行比特流的传输。

过程：

网络层把IP数据报传送到数据链路层，数据链路层把其看作数据帧的一个数据，会在前后添加标记。

帧首部和尾部是特定的控制字符(特定比特流)。
首部SOH: 00000001
尾部EOT: 00000100
数据里面恰好也有这些比特流咋办?这就引出了透明传输。

透明传输

“透明”在计算机领域是非常重要的一个术语，指“一种实际存在的事物却又看起来不存在一样”，一如一块透明的玻璃。
在这里则是指控制字符在帧数据中，但是要当做不存在的去处理。

具体做法：在特殊字符前加转义字符，如果发现有转义字符则再加一个转义字符。

物理层只管传输比特流，无法控制是否出错，数据链路层负责起“差错监测”的工作 。

差错检测

奇偶校验码

3是奇数，8位比特流后面填1表示这是一个奇偶校验的位。

4是偶数，8位比特流后面填0表示这是一个奇偶校验的位。

倘若比特流00110010在传输过程中出错为00010010则可以通过奇偶校验码查出来。 

但是奇偶校验码是有局限性的，如下图：

循环冗余校验码CRC

一种根据传输或保存的数据而产生固定位数校验码的方法。
检测数据传输或者保存后可能出现的错误。
生成的数字计算出来并且附加到数据后面。 

步骤：

选定一个用于校验的多项式G(x)，并在数据尾部添加r个0。
将添加r个0后的数据，使用模“2”除法除以多项式的位串。
得到的余数填充在原数据r个0的位置得到可校验的位串。

例子：

g（x）选择的例子

CRC的错误检测能力与位串的阶数r有关，r越大，加的0越多，检测能力越强。
数据链路层只进行数据的检测，不进行纠正。

最大传输单元MTU

数据链路层的数据帧也不是无限大的，最大传输单元MTU(Maximum Transmission Unit)描述的是最大能传输的数据帧。

数据帧过大或过小都会影响传输的效率。

路径MTU

以太网协议详解

MAC地址

MAC地址(物理地址、硬件地址)。
每一个设备都拥有唯一的MAC地址。
MAC地址共48位，使用十六进制表示 。

查看本机的所有物理设备MAC地址方法：ipconfig /all

以太网协议

以太网(Ethernet)是一种使用广泛的局域网技术。
以太网是一种应用于数据链路层的协议。
使用以太网可以完成相邻设备的数据帧传输。

以太网协议的数据格式：

目的地址、源地址为MAC地址，下面的数字是指多少字节。 

类型指的是帧数据具体是什么协议的数据。

MAC地址表

将MAC地址映射到具体接口。

 当路由器不知道MAC地址映射时是怎么处理的：