第一章 概述
重要内容
互联网边缘部分和核心部分的作用，以及分组交换的概念
计算机网络的性能指标
计算机网络的分层次的体系结构的概念，协议和服务的概念，
计算机网络的一些相关知识
三网——电信网络，有线电视网络，计算机网络
网络融合——将三种网络的功能融合在一起
计算机网络：也是一种通信基础设施，与其他两种网络不同的是计算机网络的端设备是功能强大的计算机
计算机网络的两个重要的功能：连通和共享
互联网概述
网络，互连（非“联”）网，因特网的概念
起源于美国的因特网现在是世界上最大的国际性计算机网络
网络由若干节点和连接这些节点的链路组成（节点可以是计算机，集线器，交换机，路由器等）
网络和网络之间通过路由器连接起来，构成了互连网——即网络的网络
因此，网络把许多计算机连接在一起，互连网将许多网络连接在一起
因特网发展的三个阶段——
第一阶段：单网络ARANET——1969年美国国防部建立的第一个分组交换网
第二阶段：三级结构的因特网——主干网，地区网，校园网
第三阶段: 多层次IPS（因特网服务提供者）结构的因特网
因特网交换点IXP——（更快的转发分组，更有效地利用网络资源）允许两个网络直接相连并交换分组，不需要其他网络来转发分组，IXP常采用工作在数据链路层的网络交换机，这些网络交换机都用局域网互连起来（典型的IXP由一个或多个网络交换机组成，）
因特网的标准化工作
所有的互联网标准都是以RFC的形式在互联网上发表的
ISOC——因特网协会
IAB——因特网体系结构委员会
IETF
IRTF
互联网的组成
边缘部分（用户直接使用的主机），
核心部分(路由器，为边缘部分提供服务）
边缘部分：端系统之间的通信可以分为两种方式——客户/服务器方式（CS方式），对等方式（P2P方式）（第六章 6.9节）
核心部分：向网络边缘部分的主机提供连通性服务，其核心部件是实现分组交换的路由器（用来转发分组）
两个概念：电路交换与分组交换
电路交换：建立连接——通话——释放连接（两个用户在连接期间始终占用端到端的通信资源）（连接指专用的物理通道）
分组交换：存储转发，将报文（要发送的整块数据）划分为几个分组，利用相关控制信息进行分装为数据单元 ，然后进行转发
计算机网络的类别
1，按作用范围分
广域网
城域网
局域网
个人区域网
2，按网络的使用者
公用网
专用网
3，用来把端主机接入因特网的网络
接入网
计算机网络的性能指标
速率：数据率
带宽：单位时间内信道能通过的最高数据率
吞吐量：单位时间内通过某网络（信道或者接口）的实际数据量
时延
发送时延：发送端发送一个完整的数据帧所需要的时延
传播时延：电磁波在信道中传播所需要的时间
处理时延：主机或路由器处理数据分组时花费的时间
排队时延：在路由器中等待分组时间
时延带宽积——以比特为单位的链路长度
往返时间RTT
利用率：包括信道利用率和网络利用
其他非性能特征
计算机网络的体系结构——-分层次的体系结构
SNA系统网络体系结构
OSI标准——由国际标准化组织制定的网络标准，但在实际应用中被TCP/IP协议替代
TCP/IP协议
协议与划分层次——
网络协议：（明确规定交换数据的格式和有关同步问题）为进行网络中的数据交换而采取建立的规则，标准或约定
三要素：语法 语义 同步
具有五层协议的体系结构（结合OSI的七层协议体系结构和TCP/IP的四层结构）
应用层——通过应用进程间的交互来完成特定网络应用
运输层——向两个主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务具有复用和分用的功能
（两种协议——TCP协议UDP协议）
网络层——分装成数据包——IP数据报使用IP协议
数据连接层——分装成帧
物理层——考虑的是比特流的传输问题，屏蔽传输媒体的差异性
相关概念：
协议数据单元PDU：OSI参考模型为对等层次之间传送的数据单位的命名
实体：任何可以接受或者发送信息的软件进程或者硬件
协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合
在协议控制下，下层向上层提供服务，所以协议是水平的，服务是垂直的
TCP/IP协议族示意图
第二章 物理层
重要内容
物理层的任务
几种常用的信道复用技术
几种常用的宽带接入技术，主要是ADSL，FTTx
物理层的基本概念
物理层的作用是屏蔽掉传输媒体和通信手段（即物理设备）的差异，
物理层的主要任务
确定与传输媒体的接口有关的一些特性，
1）机械特性
2）电气特性
3）功能特性
4）过程特性
完成数据在计算机内部（并行传输）与通信线路上（串行传输）之间的串并传输方式的转换
数据通信的基本知识
1）数据通信系统的模型
源系统（源点，发送器）——通信系统（传输线或者网络）——目的系统（接收器，终点）
常用术语：
消息：传送的信息
数据：消息的实体，即用特定方式表示的信息
信号：数据的电气或者电磁表现
信号可以分为两类：模拟信号和数字信号
信道：向某一个方向传送信息的媒体，包括
单向信道：一方发送，一方接收
双向交替信道：双方都可发送消息，但不能同时进行
双向同时信道：双方可同时发送信息
调制：将来自源信号的低频甚至直流信号进行变换，使得这种低频直流信号可以便于在信道内传输
两种调制方法：
基带调制： 把数字信号转换为另一种形式的数字信号，即仅对信号的波形进行变换，可称之为编码调制
带通调制：使用载波进行调制，将基带信号的频率般到高频段，并将之转换为模拟信号
传输媒体：
引导性传输媒体：
双绞线，同轴电缆，光缆，
非引导型传输媒体：
即无线传输
信道复用技术
复用，即信道共享，几种常见的信道复用技术：频分复用，时分复用，统计时分复用
通过复用器和分用器进行信号的复用和分用
频分复用FDM
用户在同样的时间内占用不同的频率带宽而复用同一个信道
时分复用TDM
将时间划分为相同的时分复用帧TDM，在不同的时间占用相同的频带宽度，
统计时分复用STDM
改进的时分复用，按需动态分配时隙，而不是固定分配时隙 （时隙数小于连接在集中器上的用户数，使得每次传送的STDM帧中的分组都是满的
波分复用WDM
光的频分复用，利用在光线技术通信中；
码分复用CDM
每个用户在相同的时间使用相同的频带进行通信，但各用户使用经过挑选的不同码型，从而使得个用户之间可以进行独立的通信
数字传输系统
宽带接入技术
有线宽带接入——ADSL技术和FTTX技术
非对称数字用户线ASDL技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使其能够承载宽带业务的一种技术；
光纤同轴混合网HFC在有线电视网的基础上开发的
光纤到户技术FTTH
第三章 数据链路层
重要内容
数据链路层点对点信道和广播信道的特点以及这两种信道使用的协议的特点
数据链路层的三个基本问题:封装成帧，透明传输，差错检测
以太网MAC层的硬件地址
适配器，转发器，集线器，网桥，以太网交换机的作用以及使用场合
数据链路层使用的信道主要有以下两种：
点对点信道：使用一对一的点对点通信方式
广播信道：使用一对多的广播通信方式
使用点对点信道的数据链路层
链路：从一个节点到相邻节点的一段物理线路
数据链路：通信协议加上物理通道（使用网络适配器实现这些网络协议）
点对点信道的数据链路层的协议数据单元——帧
网络层协议数据单元——IP数据报（数据报，分组或包）
数据链路层的作用就是将网络层的数据包封装成帧（交给物理层）发送到链路上；或者把（从物理层中）接收到的帧中的IP数据报取出并交给网络层；
数据链路协议的三个基本共同问题：封装成帧，透明传输，差错检测
封装成帧
将IP数据报的前后分别添加首部和尾部构成帧，以便于接收端能够在物理层的比特流中知道帧的开始和结束，即进行帧定界；
此外，首部和尾部还要添加许多控制信息，链路层协议规定了所能传送的帧的数据部分长度上限，最大传送单元——MTU
（当传送的数部份是可打印的ASCII码组成的文本文件时，我们可以使用不可打印符来作为帧定界符）
透明传输
透明传输的概念是指在数据链路层传输时，所传输的数据在数据链路层没有任何的阻挡，接收方所收到的数据和发送方发送的数据没有任何差别，也就是说，数据链路层对其传输的数据帧是完全透明的；
字节填充：在传输的过程中，为防止数据部分出现帧定界符，使得接收方误以为收到的数据提前结束，所以采用转义字符的方法，将在数据部分出现的控制字符前插入转义字符，，在接收方的数据链路层将插入的转义字符删除；
差错检测
差错检测指的是在传输过程中产生的比特差错；
误码率：一段时间内，传输错误的比特占传输总数的比率；
目前在数据链路层采用的差错检验方式是循环冗余检验；
在数据链路层我们保证的是无比特差错，而并无传输差错，传输差错还包含帧丢失，帧重复，帧失序等；
点对点协议PPP
ppp协议是端计算机和ISP惊进行通信时所使用的数据链路层协议
PPP协议的特点
IETF认为PPP协议应满足的需求：
1）简单
2）封装成帧
3）透明性
4）支持多种网络协议
5）支持多种类型数据链路
6）具有差错检测功能
7）能够检测连接状态
8）定义最大传输单元
9）网络层地址协商
10）数据压缩协商
PPP协议的组成
1）一个将IP数据报封装到串行链路的方法
2，一个用来建立，配置和测试数据连路连接的链路控制协议LCP
3）一套网络控制协议NCP（每个协议用来支持不同的网络层协议）
PPP协议的帧格式
各字段的意义
F为标志字段，表示一个帧的开始或者结束
A为地址字段，规定为0xFF
C为控制字段，规定为0x03
协议字段区分信息部分的内容（为0x0021时表示信息字段时IP数据报，为0xC021时，表示信息字段为PPP链路控制协议LCP的数据，为0x8021 时表示这是网络层的控制数据）
信息字段的长度可变，不超过1500字节
FCS字段表示的是帧检验序列
字节填充
当信息字段中出现和标志字段相同的比特组合时，则进行字节填充的办法使得数据部分能够完整的传送到接收端
零比特填充
PPP协议的工作状态
用户拨号接入ISP——→端机向ISP发送一系列链路控制协议LCP分组，→进行网络层配置→网络层协议NCP向端机分配IP地址
使用广播通信的数据链路层
局域网主要使用的就是广播信道
局域网的数据链路层
局域网的特点：网络为一个单位所拥有，地理范围和站点数目有限
局域网的优点：
1）具有广播功能
2）便于系统的扩展和演变
3）提高了系统的可靠性，可用性。生存性
局域网的分类：星型网，环形网，总线网（最为著名的以太网就是总线网）
共享信道的两种技术方法：
1)静态划分信道
2)动态媒体解入控制（随机接入，受控接入）
由于商业竞争关系而未能形成统一的局域网标准，所以鉴于此将局域网的数据链路层划分为了两个子层——逻辑链路控制层LLC和媒体接入控制层MAC层，MAC层用来解决媒体输入相关的问题
适配器的作用
１）适配器用来连接计算机与局域网；同时要能够实现以太网协议；
２）适配器和局域网之间的通信是通过双绞线或者电缆以串行传输的方式进行的；而适配器与计算机之间的通信是并行方式进行的，之所以适配器要能够进行两种数据传送方式之间的串并行转化；
３）网络上的数据率与计算机总线上的数据率不同，因此适配器要安装内存储器以进行两种速率下的缓存功能
４）适配器要能够实现以太网协议
５）计算机的硬件地址就在适配器的ROM中；（计算机的软件地址IP地址，在计算机的存储器中）
CSMA/CD协议
基于以太网的广播通信方式采用的具有检测功能的协议
要点：
多点接入
载波监听
碰撞检测
多点接入——即总线网络的方式
载波监听——每个站在发送前和发送的时候都不断的检测信道是否有其他站点在发送信号
碰撞检测——边发送边监听，若在信道上有至少两个站点同时发送信息便发生碰撞，使得两边发送的信息都作废；
碰撞检测的相关知识——
电磁波在1km的电缆传送的传播时延约为5μs
所以一个站点最长在发送信息之后的一个往返时间（即两倍的端到端的传播时延）内才能收到碰撞信号，所以一个站点在发送信号的一段时间内，是不确定是否会遭遇碰撞的；——即以太网发送的不确定性；而这段不确定是否会发生碰撞的时间称为争用期（或碰撞窗口）；
而在争用期如果发生碰撞则双方都需要进行重传操作，而以太网使用的确定重传时间的方法称为截断二进制指数退避算法；
这是一种动态退避算法，在争用期（具体为51.2μs）内可传送512bit，即64字节，所以发生碰撞的时间就在站点发送512bit的时间内（也就是说，如果站点在发送一个完整的512字节的过程中没有检测到碰撞信号，则说明以后的发送都不会发生碰撞，可以完整的发送完整个数据帧）
具体的算法原理在这就不详细说明了，在动态退避的过程中，为了使所有的站点发送的每一个数据帧逗都能保证得到想要的发送结果信息（是否发生碰撞），则规定一个数据帧的最小长度应该为512bit，这样，每个站点在发送所有的数据帧时都能够在发送完之前知道是否发生了碰撞，是否需要重传（如果小于最小帧长64字节，则有可能在完全发送完之后才发生碰撞，这样发送站点就不知道发生了碰撞，即不会重传该帧），因此，在以太网中多点信道中，凡长度小于64 字节的帧都是由于冲突而发生异常终止的无效帧，在接收站点的适配器中即可方便判断出该结果；
规定帧间最小间隔9.6μs，是为了使刚刚收到数据帧站点能够有时间对手的数据帧作出反应
强化碰撞
——在发生碰撞之后除了立即停止发送数据之外，还要发送32bit或48bit 的人为干扰信号，目的是为了能够让所有站点都知道发生了碰撞
使用集线器的星形拓扑结构
双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个重要的里程碑
集线器的特点：
集线器使用电子器件模拟实际电缆线的工作，所以使用集线器的以太网在逻辑上还是一个总线网，各站逻辑上共享总线。而且是用的还是协议；
集线器的接口通过两对双绞线与计算机上的适配器相连；一个集线器像是一个多接口的转发器；
集线器工作在物理层，每个接口只简单地转发比特，不进行碰撞检测，
集线器采用专门的芯片，进行自适应串音回波抵消；（使得同一接口的强信号不会对弱信号产生干扰）
MAC层的硬件地址
硬件地址又称为物理地址或MAC地址
硬件地址其实不算严格意义上的地址，因为并没有指明具体位置，硬件地址是适配器唯一编号，用来唯一的标识每台电脑上的适配器
硬件地址在适配器生产时固化在适配器的ROM中；
MAC地址的格式
总共64位（6字节）前三字节由管理全球硬件地址的机构——注册管理机构RA向适配器制造公司出售称为组织唯一标识符OUI，后三字节由制造公司自行分配，称为扩展标识符，（其中前三字节中有两位是用来标识是否位单播地址和是否属于全球管理的）
MAC帧的格式
目的地址和源地址指的是硬件地址
类型字段用来标志上层使用的是什么协议
FCS帧检验序列，使用CRC检验
前同步码是为了使适配器的时钟与比特流达成同步；
同时我们要注意的是在MAC帧中并没有数据长度的标识，但由于传输时使用的是曼彻斯特编码的方式，所以通过对曼彻斯特编码的信号特点的观察便可确定是否传送完毕；（曼彻斯特编码信号的码元正中间有一次电压转换）
以太网的扩展
在物理层扩展以太网
在数据链路层扩展以太网
通过网桥扩展以太网
通过以太网交换机扩展
虚拟局域网
第四章 网络层
重要内容
虚拟互联网的概念
IP地址与物理地址的关系
传统的分类的IP地址（包括子网掩码）和无分类域间路由选择CIDR
路由选择协议的工作方式
网络层提供的两种服务
面向连接和无连接的传送服务
在互联网中，网络层向上只提供简单灵活的，无连接的，尽最大努力交付的数据报服务
即网络层不提供服务质量的承诺
网际协议IP
三个协议
地址解析协议ARP
网际报文管理协议ICMP
网际组织管理协议IGMP
这三种协议与IP协议的关系___________
虚拟互联网络的概念
___即逻辑互联网络,忽略物理层的客观异构性,在网络层看起来好像是一个统一的网络,即互联网可以有多种异构的网络组成
网络互联的一些中间设备_
物理层:转发器
数据链路层:网桥
网络层:路由器
网络层以上:网关
分类的IP地址
IP地址的概念:
用来唯一标识全球连接在互联网上的主机的接口的标识符
IP地址的划分方式历史:
分类的IP地址
划分子网
构成超网
分类的IP地址
IP地址前几位为类位别，标明该IP地址属于哪类
IP地址的点分十进制表示法——把IP地址的每八位用十进制表示，便于记忆书写
常用的三类IP地址：
本网络：A类地址中网络号全为0的IP地址
环回测试：A类地址中网络号为01111111的IP地址用作本地软件环回测试本主机的进程之间的通道
路由器仅根据目的主机IP地址中的网络号来转发分组
实际IP地址是主机与网络链路之间的一条链路的标识（一个主机连接在两个不同的网络上时，该主机对应的就有两个IP地址）
一个网络是指具有相同网络号的主机的集合，因此用网桥或转发器连接起来的若干局域网属于同一个网络
互联网上的网络号都是平等的，与其范围大小没有关系
无名网络：两个路由器直接相连时并不分配IP地址，这两个路由器之间的网络称为无名网络，或无编号网络
IP地址与硬件地址
硬件地址时物理层和数据链路层使用的地址
IP地址是IP数据报在网络层及以上各层使用的一种逻辑地址
MAC帧中的源地址和目的地址都是硬件地址，整个IP数据报在物理层被封装在数据部分，IP地址对数据链路层不可见
数据报在路由其之间传送时，途径的路由器地址不出现在IP数据报中，当前路由器根据目的IP地址自主路由出下一路由器地址
分组每次经过路由器转发时都要将MAC的首部和尾部丢弃重新封装——变换MAC帧中的目的地址和源地址
地址解析协议ARP
ARP的作用:根据已知的IP地址解析出该主机的硬件地址;
RARP协议:根据硬件地址解析出该主机对应的IP地址
主机ARP高速缓存:用来存放从IP地址映射硬件地址的映射表,并且动态更新(方法:新增或超时删除)这个映射表;
新增的方法:
通过向本局域网内所有的主机发送ARP请求分组,在得到响应分组后便将这个目的主机的硬件地址写入ARP高速缓存中
同时,ARP高速缓存中对每个硬件地址都设置了生存时间,超过生存时间的硬件地址便进行删除操作,便于进行动态更新,防止出现发送到错误(过时的)硬件地址处;
第五层 运输层
第六章 应用层
第七章 网络安全
第八章 互联网上的音视频服务
重要内容
多媒体信息的特点
流媒体的概念
IP电话使用的几种协议
改经”经最大努力交付“的几种办法
互联网IP层提供 最大交付 和 分组独立交付
TCP协议解决IP层不能可靠交付的问题
多媒体信息在互联网上的传输
多媒体数据的传输对时延和抖动有较大的要求——边传输边播放
音视频传输的特点：
容忍丢失
互联网提供的三类音频视频服务——
流式存储音视频——边下载便播放
流式实况音视频——边录制边发送（多播）
交互式音视频——实时交互式通信
流式存储音视频——
媒体播放器的主要功能：管理用户界面，解压缩，消除时延抖动，处理传输带来的差错
具有元文件的万维网服务器
元文件是用来描述或指明其他文件的一些重要信息的非常小的文件，
媒体服务器
媒体播放器向媒体服务器（而不是万维网服务器）请求音视频文件，对流媒体的传输采用TCP协议而不是UDP
实时流协议RTSP
流式实况音视频——
交互式音视频
IP电话——实况交互式音频
IP电话网关——公用电话网和IP网络的接口设
作用：在呼叫阶段进行电话信令转换
在通话期间进行话音编码的转换
IP电话所要使用的几种应用的协议——
实时运输协议RTP：为实时应用提供端到端的运输，但不保证任何运输质量
实施运输控制协议RTCP：服务质量的监控与反馈，媒体间的同步以及多播组成员间的标志
H.323：（信令标准）在互联网的端系统之间进行实时声音和视频会议的标
会话发起协议SIP
改进最大努力交付的几种方法：
为使多媒体信息能够在互联网上得到更好的运输体条件，改变方法就是改变之前平等对待所有运输分组
的协议，使得多媒体数据分组在互联网上运输时能够得到相应的优先级（获得更好的服务质量）
服务质量：服务性能的总效果，此效果决定用户对服务的满意程度（可用性，差错率，响应时间，吞吐量
，分组丢失率，连接建立时间等性能指标）
几种方法——使互联网提供服务质量：
即分组的分类，标记，管制，调度，呼叫接纳
1）调度机制
调度即排队的规则，按优先级排队；借助分类程序对于分组按照权重分类，形成不同权重的队列进行传输
2）管制机制
1，控制数据流的平均速率
2，限制峰值速率
3，限制突发分组数
————漏桶管制器
3）漏桶机制与加权公平排队相结合
综合服务IntServ和资源预留协议RSVP——最初试图将互联网提供的服务划分为不同的类别
IntServ可对单个的应用会话提供服务质量的保证——
资源预留
呼叫接纳
IntServ定义两类服务：
有保证的服务
受控负载的服务
IntServ的四个组成部分
资源预留协议
接纳控
分类
调度器
第九章 无线网络和移动网络