一、計算機網絡體系結構
常見的教材第一章一上來就列出一大堆名詞解釋，還有特點啥的，看了就很頭疼。學的時候也花了不少力氣去記，但很快就忘了，說到底就是把知識孤立地記憶了。
所以首先從第一章開始就應該從整體出發，打造知識體系，搞清楚核心問題。先得知道計算機網絡是什么，用來干什么，然后明白為什么要分層。在構建基礎知識結構的時候，要把下面幾個問題給搞清楚，這樣理解后面就容易多了。
1.什么是計算機網絡？
簡單來說，計算機網絡就是由通信設備和線路連起來，進行傳數據，共享信息的網絡（系統）。
2.衡量計算機網絡性能的指標是什么？
衡量計算機網絡的性能，狹義上可以理解成網速快不快，一般從帶寬、時延、吞吐量、速率等來衡量。帶寬和吞吐量比較常見，帶寬就是傳輸的速度，每秒傳輸多少比特的數據。而吞吐量是單位時間內數據通過量。
3.計算機網絡為什么要分層？
計算機網絡本質之一就是來傳輸數據，但它的任務絕不這么簡單。還要看傳輸的數據能不能“發送”和“接收”，要怎么告訴其他主機看得懂你發的，萬一接收的主機處於關機狀態，又要怎么辦？
這就好像寫情書給喜歡的女孩子，雖然看起來很簡單，但是做起來難。內容該怎么寫，既要含蓄又不能太直白。寫好了之后該怎么給她，是當着面給，還是偷偷地塞她桌肚里。萬一被別人劫持了，你又該怎么辦？
面對復雜的數據傳輸任務，人們因此對計算機網絡分層。就是將龐大而復雜的問題，轉化成小而局部的問題，方便研究和處理。
4.七層協議，四層協議，五層協議又是怎么回事？
為了讓復雜問題簡單化，於是采用了分層這個辦法。不同分層是因為分的邏輯不同，但OSI和五層協議少見，TCP/IP才是重點。
目前廣泛使用的是TCP/IP四層協議，因為它簡單又實用。但一般TCP/IP協議只有最上面的三層，最下面的沒啥具體內容，但為了方便弄懂計算機網絡，我后面還是得從下往上，把這五層都講一下。
這里補充幾個概念：
協議：交換數據的規則
端口：相鄰兩層交換數據的口
服務：下層為緊鄰上層提供的功能
二、物理層
先從物理層開始，它比較簡單，主要看的是計算機之間怎么傳輸數據（單位比特流），而不是只有像雙絞線、同軸電纜或光纖這樣的傳輸媒介，它們只是物理層的一部分。
在謝希仁書中物理層開頭就給你一大塊數據通信的基礎知識，可能很多人就懵了。別擔心，這不是對大多數人來說不是重點，只是幫你理解物理層。
1.物理層下面的傳輸媒體有哪些？
傳輸媒體就是物理通路，就是我們常見的各種網線。分導引型和非導引型，常見的導引型傳輸媒體有雙絞線、同軸電纜和光纜。
2.什么是信道？
信道就是信息通道，也是傳送信息通過的媒介，它是單方向的也是看不見的。它不是電路，電路包含發送信道和接收信道。
信道和傳輸媒體的區別：
信道是看不到的，只是一種概念，而傳輸媒體看的到，就是那些實實在在的線
信道包含傳輸媒體和設備
3.幾種常見的信道復用技術是什么？
“復用”可以理解成是共用，采用這種技術是為了節省成本。原來是多條信道，現在合並成一條，節省空間和成本。常見的復用技術有頻分復用、時分復用和統計時分復用。
復用的示意圖
總結一下，物理層通過傳輸媒介來發送和接收信息，里面傳輸的數據本質就是二進制0和1。單向發送信息的通道叫信道，為了節約成本會采用信道復用技術，就是把原來多條信道合並成一條大信道。
三、數據鏈路層
數據鏈路層傳輸數據的單位是幀，這一層分兩種類型的信道。一對一主機連接的信道就是“點對點信道”，一對多連接的信道就是“廣播信道”。
1.什么是局域網？什么又是以太網？
局域網就是廣播信道的一種，常見的拓撲結構如下圖。隨着局域網的發展，出現了不同稱呼的局域網，比如以太網就是局域網的一種。但是以太網發展太快，以至於后來它成了“局域網”的同義詞。
局域網的拓撲
2.計算機和外部鏈接靠什么？
計算機和外部連接主要靠的是適配器，以前是裝在網卡里的，然后插在計算機里，現在是直接差在計算機里。
適配器里有 MAC 地址，這個地址指明了傳輸數據的目的地。MAC地址是物理地址，也是個身份標識，不會因為你把電腦從上海帶到北京就改變的。但是你更換一個適配器，那么地址就變了。
3.數據鏈路層怎么傳數據？
一般計算機網絡中傳輸的數據不是連續傳的，而是一整塊數據分割成一塊或一組，這一小塊數據就是分組（也叫IP數據報，這個在網絡層會詳細解釋）。組分是從網絡層傳來的，所以在數據鏈路層就要用數據鏈路層的方式來處理。
從網絡層傳輸數據到物理層
上面說到不同主機之間連接有兩大類，這兩大類有區別，但幾個基本特點是一致的：封裝成幀、透明傳輸、差錯檢測和流量控制。
數據鏈路層拿到網絡層傳來的分組，然后就要在數據前加上用ASCII表示的首部（SOH）和尾部（EOT）專門字符。
用幀首部和尾部封裝成幀
但也會出現傳的數據不是ASCII字符時，那么數據里會有SOH和EOT，這就要用透明傳輸的辦法了。簡單說就是數據里的SOH和EOT前加上轉義字符ESC，要是傳到網絡層，那就傳之前刪除這個轉義字符就好。
數據傳輸不可能不出錯，所以需要CRC（循環冗余檢驗）的檢錯技術，這就是差錯檢測。
數據傳輸有時候就像人說話一樣，正常對話應該是你一句，我一句。可是總有人會插嘴，打斷你。放到數據傳輸里，也有數據一起傳輸導致發生沖突的情況，所以就需要流量控制這個策略。
流量控制就兩種方式，一是“停止-等待流量控制”，另外一個是“滑動窗口流量控制”。第一個就像是你說一句話，我說一句話，這樣互不干擾，才會讓對話效率高。第二個就是發送方用一個窗口括住一組數據，同時接收方也有一個窗口來接收數據。對於接收方而言，只有放到窗口的數據才算是有效的，出去的就是無效的。
四、網絡層
網絡層傳輸單位是IP數據報，這一部分最重要的也就是這個IP和其他配套的協議，以及路由器輸出數據的過程。
1.什么是虛擬IP網？
網絡層主要提供的是將不同的網絡（異構）連接起來，比如TCP/IP體系就是在網絡層采用標准化協議。正是采用這種相同的網際協議（IP），或者說是相同的規則，才讓不一樣的主機連接一起。這就是虛擬IP網。
2.網絡層中的中繼器是什么？有什么用？
在互聯網中有中間設備，因為兩台主機之間不可能直接連接，所以需要中間設備連在一起，對於網絡層來說，中繼器是路由器。這可以理解成中間人，這就像你讓A帶句話給B，而A就是中間人。
不同層次有不同的中繼設備，物理層的是集線器，數據鏈路層的是網橋或交換機，網絡層是路由器，網絡層以上是網關。
在網絡層中路由器主要起着“選什么路”和“從哪轉發”的作用。“選什么路”靠的是算法來實現的，“從哪轉發”靠的是路由器將IP數據報從合適的端口發出去。
3.網絡層怎么傳輸數據？
網絡層中發數據，首先要有數據和地址。在網絡層傳輸的單位是IP數據報，前面加個首部（IP地址），然后就傳到數據鏈路層。這里順便說下IP地址和MAC地址的區別。IP地址是IP數據報的首部，MAC地址是MAC幀的首部。網絡層及其以上是用IP地址，數據鏈路層及其以下是硬件地址。
IP地址和硬件地址的區別
我們常見的IPv4，IPv6這樣的是IP地址的版本，對應的就是第4，第6版本。也有1,2,3,5版本，但是沒發布。IP地址是有限的，IPv4不夠用了，於是IPv6就發明了。
在解決IP地址不夠用的問題時，人們發明了子網掩碼。
現在有了數據和地址，但還不能發數據，因為還需要找出相對應的硬件地址。地址解析協議ARP就是來解決這個問題的。ARP就是解析出在數據鏈路層用的硬件地址，讓IP數據報通過去。
ARP協議的作用
由於傳輸數據存在效率低下和出錯的情況，於是人們在網際層用忘記控制報文協議ICMP來提高數據交付的機會。最常見的應用就是PING，在DOS系統里用PING測試兩台主機之間的連通性。
五、運輸層
運輸層傳輸單位是TCP報文，不同於網絡層呢個，運輸層的范圍比它更大，提供了主機進程之間的通信。在運輸層中最重要的是兩個協議：TCP 和 UDP。
運輸層和網絡層之間的區別
1.運輸層提供什么服務？
運輸層實現的是主機間進程的通信，它們按照相同的協議進行數據傳輸，而接收方在剝去報文首部后又可以把它交到目的進程中。
此外運輸層還要借助服務訪問點TSAP來傳送數據，這個服務訪問點類似IP地址，MAC地址，是傳輸的目的地。
2.TCP和UDP協議是什么？二者有什么區別？
這兩個都是運輸層的協議，分別是用戶數據報協議TCP和傳輸控制協議UDP。按照不同的協議傳輸的數據單位也是不一樣的，TCP協議傳輸數據的單位是TCP報文段，而UDP傳輸數據的協議是UDP用戶數據報。
TCP/IP體系中的運輸層協議
二者最大的區別就是 TCP 是可靠傳輸，傳輸前要鏈接，因此負載就大，還要進行數據的檢驗，流量控制等操作。而 UDP 是不可靠傳輸，傳輸前不需要連接，所以直接把數據傳過去。
3.運輸層怎么傳輸數據？
發送方發出字節流，TCP協議給它加上首部然后通過服務訪問點TSAP（類似端口）傳輸到下一層。從一台主機發送到另一台前要進行TCP3次握手，發送結束后4次揮手。然后接受方收到數據剝去首部，將字節流傳到進程里。
如果傳輸過程中出現擁塞情況，TCP會用4種算法來處理：慢開始，擁塞避免，快重傳和快恢復。
TCP面向字節流
六、應用層
應用層是離網民最近的一層網絡，常見操作就是輸入網址，發送郵件，發送文件，甚至登入QQ也是這一層在起作用。
1.什么是域名系統？
IP地址對人來說不好記，尤其是我們要訪問總打開的主機（服務器），比如某乎、某度、某寶，要我們自己一個一個數字輸入去訪問這就反人性。為了方便人們更好地訪問，於是發明了域名系統DNS就是來將IP地址轉化成主機名字。
“域”就是地域的意思，域名系統就是根據地區分配的主機名字。每個域名都由標號序列組成，各標號之間由“.”隔開。而且域名是有等級的，最右邊的級別最高。
實際工作中域名采用的是“域名解析”的方法，也就是把域名映射成IP地址，或者把IP地址映射成域名。
2.萬維網是怎么組成的？
首先得明白萬維網不是一種特殊的網絡，而是互聯網的一種服務，里面藏了各種各樣的信息。把它比作一個文檔，里面藏了文字，視頻，圖片等數據。
萬維網不是特殊的網絡結構，而局域網和廣域網是特殊的網絡結構。廣域網的范圍比局域網更大， 所以它兩常放在一起比較。后來以局域網中的以太網發展太快，以至於和局域網成了同義詞。
互聯網是很多計算機組成的超大網絡，從范圍上將是最大的。物聯網是萬物可連的網絡，現在的智家具就有物聯網的雛形，比如可以連上手機APP操作。
萬維網一般由資源統一定位符URL、超文本傳輸協議HTTP和超文本標記語言HTML組成。分別解決了用戶要訪問什么地址，根據什么規則訪問和訪問的大概內容是什么的問題。
萬維網的工作過程
3.超文本傳輸協議是怎么操作的？（輸入URL后發生了什么？）
一般我們都是通過在瀏覽器輸入 URL 訪問某個網站的，首先瀏覽器向域名系統DNS發送請求解析，DNS解析成IP地址。然后瀏覽器和服務器建立TCP連接，建立之后發送HTTP請求，服務器就把響應文件傳給瀏覽器。最后TCP釋放，而瀏覽器解釋響應的文件，將Web呈現給用戶。
萬維網的工作過程
七、總結
- 避坑指南
計算機網絡本質就是一個傳數據的系統，為了讓傳輸簡單點，才實現分層解決問題的。
從上往下，用戶可以在應用層用QQ發消息，發郵件，傳文件，甚至是用瀏覽器訪問網站，傳的內容本質就是一個個的字節。
字節傳到傳輸層，傳輸層要依據規則（TCP/UDP協議）給字節前加上首部，做成TCP報文段或UDP數據報，最后通過接口傳到網絡層。
網絡層給這個數據加上首部做成IP數據報，然后依據網際協議IP找到發送的地點，也就是IP地址，最后通過接口傳到數據鏈路層。
在數據鏈路層接收的數據加上首部和尾部傳給物理層，物理層接收到后就在傳輸媒體上傳輸電磁波（0和1表示），最后找到接收的主機。接收的主機再層層剝離，最后以字節的形式出現在接收方的主機屏幕上。
我最初在學習計算機網絡的時候，也是和大多數人一樣，覺得抽象，看過就忘。然后就使勁地看，結果看得越多越難受。后來“松鼠病”犯了，找各種資料，資料滿滿一個盤，可自己什么都不知道。
后來看別人怎么學習，自己找到了問題，就是孤立地記憶了，腦中沒有知識大綱，各種知識混在一塊。為了打造基礎知識結構，我直接買了一本王道的計算機考研輔導，里面就把知識結構拎出來了，一目了然。快速刷完這個基礎知識結構，再把謝希仁的書看一看，基本也就沒問題了。
- 書、視頻推薦
經典教材：謝希仁：《計算機網絡》和《計算機網絡：自頂向下》（這本書不難理解）
入門教材：《圖解TCP/IP》，《圖解HTTP》
哈工大計算機網絡和操作系統一直都是口碑不錯的視頻，這里面還包括了網絡編程，網絡安全，非常全面，強烈推薦！
