1 第一章 概述
1.1 因特網的核心部分是路由器（路由器是實現分組交換的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組）
電路交換：整個報文的比特流連續地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。
建立連接（占用通信資源）->通話（一直占用通信資源）->釋放連接（歸還通信資源）
特點：在通話的全部時間內，通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源
分組交換：采用存儲轉發技術。單個分組（報文的一部分）傳送到相鄰結點，存儲下來后查找轉發表，轉發到下一個結點。
把要發送的整塊數據稱為一個報文，在發送報文之前，先把較長的報文划分成一些必要的等長數據段。在每一個數據段前面，加上一些必要的控制信息組成首部后，就構成了一個分組。分組又稱為包，而分組的首部也可以稱為“包頭”
優點：高效、靈活、迅速、可靠
報文交換：整個報文先傳送到相鄰節點，全部存儲下來后查找轉發表，轉發到下一個結點。
1.2計算機網絡的性能指標
速率（bps）、帶寬、吞吐量、時延（發送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延）、時延帶寬積、往返時間RTT（表示從發送方發送數據開始，到發送方收到來自接收方的確認總共經歷的時間）、利用率（信道或網絡利用率過高會產生非常大的時延）
1.3計算機網絡體系結構
為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標准或約定稱為網絡協議。
網絡協議主要由以下三要素組成：
語法：即數據與控制信息的結構或格式；
語義：即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應；
同步：即事件實現順序的詳細說明；
開發系統互連基本參考模型OSI/RM 和 TCP/IP協議：
1.4 TCP/IP的體系結構
everything over IP:TCP/IP協議可以為各式各樣的應用提供服務。
IP over everything:TCP/IP協議允許IP協議在各式各樣的網絡構成的互聯網上運行。
2 第二章 物理層
可以將物理層的主要任務描述為確定與傳輸媒體的接口有關的一些特性，即：
（1）機械特性（2）電氣特性（3）功能特性（4）過程特性
2.1 數據通信的基礎知識
信道一般都是用來表示向 某一方向傳送信息的媒體。因此，一條通信電路往往包含一條發送信道和一條接受信道。
來自信源的信號常稱為基帶信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數據信號都屬於基帶信號。基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道並不能傳輸這種低頻分量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對基帶信號進行調制。
調制可以分為兩大類。一類是僅僅對基帶信號的波形進行變換，使它能夠與信道特性相適應。變換后的信號仍然是基帶信號。這類調制稱為基帶調制。另一類則需要使用載波進行調制，把基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸。經過載波調制后的信號稱為帶通信號，而使用載波的調制稱為帶通調制。（最基本的帶通調制方法有：調幅AM、調頻FM、調相PM）
從概念上說，限制碼元在信道上傳輸速率的因素有以下兩個：
（1）信道能夠通過的頻率范圍：在任何信道中，碼元傳輸的速率是有上限的，傳輸速率超過此上限，就會出現嚴重的碼間串擾的問題，使接受端對碼元的判決（識別）成為不可能。
（2）信噪比：信號的平均功率和噪聲的平均功率之比。
香農公式表明，信道的帶寬或信道中的信噪比越大，信息的極限傳輸速率就越高。
2.2物理層下面的傳輸媒體
傳輸媒體也稱為傳輸介質或傳輸媒介，它就是根據數據傳輸系統中發送器和接收器之前的物理通路。傳輸媒體可分為兩大類，即導向傳輸媒體和非導向傳輸媒體。
導向傳輸媒體（電磁波被導向沿着固體媒體傳播）：雙絞線、同軸電纜、光纜
非導向傳輸媒體（指自由空間，也稱為無線傳輸）：
2.3信道復用技術
頻分復用（FDM）：所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源。頻分復用最簡單。
時分復用（TDM）：所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。時分復用更有利於數字信號的傳輸。
統計時分復用（STDM）：是一種改進的時分復用，它能明顯地提高信道的利用率。集中器常使用這種統計時分復用。
波分復用（WDM）:
碼分復用（CDM）:
3 第三章 數據鏈路層
數據鏈路層屬於計算機網絡的低層。數據鏈路層使用的信道主要由以下兩種類型：
（1）點對點信道。這種信道使用一對一的點對點通信方式。
（2）廣播信道。這種信道使用一對多的廣播通信方式，因此過程比較復雜。廣播信道上連接的主機很多，因此必須使用專用的共享信道協議來協調這些主機的數據發送。
點對點信道的數據鏈路層的協議數據單元----幀
數據鏈路層把網絡層交下來的數據構成幀發送到鏈路上，以及把接受到的幀中的數據取出並上交給網絡層。在因特網中，網絡層協議數據單元就是IP數據報（或者數據報、分組或包）
3.1三個基本問題
（1）封裝成幀
就是在一段數據的前后分別添加首部和尾部，這樣就構成了一個幀。
SOH 十六進制編碼01（二進制00000001）
EOT十六進制編碼04（二進制000000100）
（2）透明傳輸
為了解決透明傳輸問題，就必須設法使數據中可能出現的控制字符“SOH”和“EOT”在接受端不被解釋為控制字符。具體的方法是：發送端的數據鏈路層在數據中出現控制字符“SOH”和“EOT”的前面插入一個轉義字符“ESC”（其十六進制編碼是1B）。而在接受端的數據鏈路層在將數據送往網絡層之前刪除這個插入的轉義字符。這種方法稱為字節填充或字符填充。如果轉義字符也出現在數據當中，那么解決方法仍然是在轉義字符的前面插入一個轉義字符。因此，當接收端收到連續的兩個轉義字符時，就刪除其中前面的一個。
（3）差錯檢驗
現實的通信鏈路都不會是理想的。這就是說，比特在傳輸過程中可能會產生差錯：1可能會變成0，而0也可能會變成1.這就叫做比特差錯。
目前在數據鏈路層廣泛使用了循環冗余檢驗CRC的檢錯技術。
總之，我們應當明確，“無比特差錯”與“無傳輸差錯”（幀丟失、幀重復、幀失序）並不是同樣的概念。在數據鏈路層使用CRC檢驗，能夠實現無比特差錯的傳輸，但這還不是可靠傳輸。
3.2點對點協議PPP
因特網用戶通常都要連接到某個ISP才能接入到因特網。PPP協議就是用戶計算機和ISP進行通信時所使用的數據鏈路層協議。
PPP協議應滿足的需求：簡單、封裝成幀、透明性、多種網絡層協議、多種類型鏈路、差錯檢測、檢測連接狀態、最大傳送單元、網絡層地址協商、數據壓縮協商
PPP協議不需要的功能：糾錯、流量控制、序號、多點線路、半雙工或單工鏈路
3.3使用廣播信道的數據鏈路層
局域網使用的就是廣播信道。
局域網可按網絡拓撲進行分類：星型網、環型網（典型的）、總線網、樹形網
現在的以太網成為局域網的代名詞。
共享信道要着重考慮的一個問題就是如何使眾多用戶能夠合理而方便地共享通信媒體資源。這在技術上有兩種方法：
（1）靜態划分信道
（2）動態媒體接入控制又稱為多點接入，其特點是信道並非在用戶通信時固定分配給用戶。分為隨機接入和受控接入
以太網網使用一種特殊的協議CSMA/CD，它是載波監聽多點接入/碰撞檢測的縮寫。
“多點接入”就是說明這是總線型網絡，血多計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。協議的實質是“載波監聽”和“碰撞檢測”。
“載波監聽”就是“發送前先監聽”，即每一個站在發送數據之前先要檢測一下總線上是否有其他站在發送數據，如果有，則暫時不要發送數據，要等待信道變為空閑時再發送。
“碰撞檢測”就是“邊發送邊監聽”，即適配器變發送數據變檢測信道上的信號電壓的變化情況，以便判斷自己在發送數據時其他站是否也在發送數據。每一個站在發送數據的站，一旦發現總線上出現了碰撞，適配器就要立即停止發送，免得繼續浪費網絡資源，然后等待一段隨機時間后再次發送。
電磁波在1km電纜的傳播時延約為5us。
以太網把爭用期定為51.2us。
凡長度小於64字節的幀都是由於沖突而異常中止的無效幀。
CSMA/CD協議的要點如下：
（1）適配器從網絡層獲得一個分組，加上以太網的首部和尾部，組成以太網幀，放入適配器的緩存中，准備發送。
（2）若適配器檢測到信道空閑（即在96比特時間內沒有檢測到信道上有信號），就發送這個幀。若檢測到信道忙，則繼續檢測並等待信道轉為空閑，然后發送這個幀。
（3）在發送過程中繼續檢測信道，如果一直未檢測到碰撞，就順利把這個幀發送完畢。若檢測到碰撞，則中止數據的發送，並發送人為干擾信號。
（4）在中止發送后，適配器就執行指數退避算法，等待r倍512比特時間后，返回到步驟（2）。
3.4使用廣播信道的以太網
當路由器通過適配器連接到局域網時，適配器上的硬件地址就用來標志路由器的某個接口。路由器如果同時連接到兩個網絡上，那么它就需要兩個適配器和兩個硬件地址。
我們知道適配器有過濾功能。但適配器從網絡上每收到一個MAC幀就先用硬件檢查MAC幀中的目的地址。如果是發往本站的幀則收下，然后再進行其他的處理。否則就將此幀丟棄，不再進行其他的處理。這樣做就不會浪費主機的處理機和內存資源。這里“發往本站的幀”包括以下三種幀：
（1）單播幀，即收到的幀的MAC地址與本站的硬件地址相同。
（2）廣播幀，即發送給本局域網上所有站點的幀（全1地址）。
（3）多播幀，即發送給本局域網上一部分站點的幀。
MAC幀的格式：
3.5擴展的以太網
在許多情況下，我么希望把以太網的覆蓋范圍擴展。這種擴展的以太網在網絡層看來仍然是一個網絡。
（1）在物理層擴展以太網（集線器）
在過去廣泛只用粗纜或細纜以太網時，常使用工作在物理層的轉發器來擴展以太網的地理覆蓋范圍。現在擴展主機和集線器之前的距離的一種簡單方法就是使用光纖和一對光纖調制解調器。
（2）在數據鏈路層擴展以太網（網橋）
網橋工作在數據鏈路層，它根據MAC幀的目的地址對收到的幀進行轉發和過濾。當網橋收到一個幀時，並不是向所有的接口轉發此幀，而是先檢查此幀的目的MAC地址，然后再確定將該幀轉發到哪一個接口，或者是把它丟棄（即過濾）。
從技術上講，網橋的接口數很少，一般只有2~4個，而以太網交換機通常都有十幾個接口。因此，以太網交換機實質上就是一個多接口的網橋，和工作在物理層的轉發器和集線器有很大的差別。此外，以太網交換機的每個接口都直接與一個單個主機或另一個集線器相連（注意，普通網橋的接口往往是連接到以太網的一個網段），並且一般都工作在全雙工方式。
利用以太網交換機可以很方便地實現虛擬局域網VLAN。對虛擬局域網VLAN是這樣定義的：
虛擬局域網VLAN是由一些局域網段構成的與物理位置無關的邏輯組，而這些網段具有某些共同的需求。每一個VLAN的幀都有一個明確的標識符，指明發送這個幀的工作站是屬於哪一個LVAN。虛擬局域網其實只是局域網給用戶提供的一種服務，而並不是一種弄新型局域網。
4 第四章 網絡層