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items: 「计算机网络」预习：（三）数据链路层
items: 「计算机网络」预习：（二）物理层
items: 「计算机网络」预习：（六）应用层
items: 「计算机网络」预习：（一）计算机网络体系结构

「计算机网络」预习：（三）数据链路层
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date: 2026-03-01T12:16:20+08:00
description: 三、数据链路层（一）数据链路层的功能数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其主要作用是：加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路。1.为网络层提供服务无确认的无连接服务有确认的无连接服务有确认的面向连接服务帧传输过程：建立数据链路、传输帧、释放数据链路注：有连接就一定有确认，不存在无确认的面向连接服务。2.链路管理链路管理，指数据链路层连接的建立、维持和释放过程，主要服务于面向连接的通信。局域网等多站点共享同一物理信道时，信道的分配与管理也归属于数据链路层的链路管理范畴。3.帧定界、帧同步与透明传输帧封装两台主机传输信息时，网络层的分组需要被封装成帧进行传送。通过在一段数据的前后分别添加首部和尾部来构成帧，帧长等于数据部分长度加上首部和尾部后的总长度。帧定界帧的首部和尾部包含控制信息，其重要作用之一是确定帧的界限，即帧定界。帧同步指接收方能够从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始与终止。例如，在 HDLC 协议中，使用标识位 F（01111110）来标识帧的开始和结束。透明传输当所传输的数据中恰好出现了与帧定界符相同的比特组合时，会导致接收方误判帧的结束。因此需要采取措施解决这个问题，实现透明传输，即无论所传数据是什么样的比特组合，都应当能在链路上正常传送。最大传送单元（MTU）为了提高帧的传输效率，应使帧的数据部分长度尽可能大于首部和尾部的长度，但每种数据链路层协议都规定了帧的数据部分长度上限，即最大传送单元（MTU）。4.流量控制流量控制实际上就是限制发送方的数据流量，使其发送速率不超过接收方的接收能力。这个过程需要通过某种反馈机制使发送方能够知道接收方是否能跟上自己，即需要有一些规则使得发送方知道在什么情况下可以接着发送下一帧，而在什么情况下必须暂停发送，以等待收到某种反馈信息后继续发送。流量控制不是数据链路层特有的功能，许多高层协议中也提供此功能。在 OSI 体系结构中，数据链路层具有流量控制的功能；而在 TCP/IP 体系结构中，流量控制功能被移到了传输层。5.差错控制差错控制是数据链路层用于确保数据正确传输的核心机制，主要处理位错和帧错两类问题：位错控制检测：采用循环冗余校验（CRC）等方法，在数据帧后附加冗余校验码，接收方据此检测传输中出现的比特错误。重传：通过自动重传请求（ARQ）机制，若接收方检测到错误则丢弃该帧，发送方超时后自动重传，直至确认接收正确。帧错控制针对帧的丢失、重复或失序等问题，在数据链路层引入定时器和编号机制，确保每一帧最终都能被正确、有序地交付给目的结点。（二）组帧组帧主要解决帧定界、帧同步、透明传输等问题。通常有以下4种方法实现组帧：1.字符计数法在帧头部使用一个计数字段来标明帧内字符数。缺点：如果计数字段出错，帧边界划分失效，无法继续帧同步。2.字符填充的首尾定界符法帧定界使用控制字符 SOH（Start of Header）表示帧的首部开始。使用控制字符 EOT（End of Transmission）表示帧的结束。透明传输当数据段中出现与定界符（SOH、EOT）相同的字符时，会在其前面插入转义字符 ESC（转义字符是 ASCII 码中的一个字符，而非 “E”“S”“C” 的组合），以避免被误判为帧边界。接收方收到数据后，会自动删除插入的 ESC 字符，从而还原原始数据。如果转义字符 ESC 本身也出现在数据中，则在其前面再插入一个 ESC 字符进行转义。3.零比特填充的首尾标志法零比特填充法允许数据帧包含任意个数的比特，也允许每个字符的编码包含任意个数的比特。帧定界使用特定的比特模式 01111110 作为帧的首尾标志，用于标识一帧的开始和结束。透明传输发送方处理：在信息位中，每遇到连续 5 个 “1”，就自动在其后插入一个 “0”，以避免信息位中出现与帧标志01111110相同的比特组合，防止被误判为帧边界。接收方处理：执行逆操作，每收到连续 5 个 “1”，就自动删除后面紧跟的 “0”，从而恢复原始信息。零比特填充法很容易由硬件实现，性能优于字符填充法。4.违规编码法违规编码法是一种在物理层实现帧定界的技术，它利用了物理层编码中的冗余特性。在物理层进行比特编码时，某些电平对或码型是违规的，即正常数据比特不会使用这些编码。例如，在曼彻斯特编码中：数据比特 “1” 被编码为 “高 - 低” 电平对。数据比特 “0” 被编码为 “低 - 高” 电平对。而 “高 - 高” 和 “低 - 低” 电平对在正常数据中是违规的。这些违规的编码序列可以被借用，用来定界帧的起始和终止。局域网 IEEE 802 标准 就采用了这种违规编码法来实现帧定界。常用组帧方法由于字符计数法中计数字段的脆弱性，以…

「计算机网络」预习：（二）物理层
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date: 2026-02-24T20:43:00+08:00
description: 二、物理层（一）通信基础1.基本概念数据、信号与码元数据：连续变化的数据称为模拟数据；取值离散的数据称为数字数据。信号：连续变化的信号称为模拟信号；取值离散的信号称为数字信号。串行传输、并行传输码元：码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲）表示一位 k 进制数字，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位。这个时长内的信号称为 k 进制码元，而该时长称为码元宽度。1 码元可以携带若干比特的信息量。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元：一种代表 0 状态，另一种代表 1 状态。信源、信道与信宿数据通信是数字终端间的通信，系统主要由三部分构成：信源：产生和发送数据的源头（如计算机）。信道：信号的传输媒介，是线路的逻辑部件，包含发送信道和接收信道。信宿：接收数据的终点（如计算机）。图示为一个单向通信系统的模型，实际的通信系统大多为双向的，包括一条发送信道和一条接收信道，信道可以进行双向通信。信道的分类：(1) 按传输信号形式模拟信道：传输模拟信号。数字信道：传输数字信号。(2) 按传输介质无线信道：如无线电波。有线信道：如双绞线、光纤。(3) 按传输信号类型基带信号：将数字信号 1 和 0 直接用不同电压表示，在数字信道上传输（基带传输）。宽带信号：将基带信号调制后形成频分复用模拟信号，在模拟信道上传输（宽带传输）。通信双方的交互方式：(1) 单向通信：仅一个方向通信，无反向交互，仅需一条信道。例：无线电广播、电视广播。(2) 半双工通信：双方均可发送 / 接收，但不能同时进行，需两条信道。(3) 全双工通信：双方可同时发送和接收信息，需两条信道。速率、波特与带宽速率也称数据率，指的是数据传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。指标名称别名定义单位关键特性码元传输速率波特率、调制速率单位时间内传输的码元个数（脉冲 / 信号变化次数）波特（Baud）1 波特 = 每秒传输 1 个码元；与码元进制数无关，可适用于二进制 / 多进制信息传输速率信息速率、比特率单位时间内传输的二进制码元个数（比特数）比特 / 秒（b/s）反映实际有效信息的传输效率若一个码元携带 n 比特信息量，则：信息传输速率 = 码元传输速率 × n（单位：b/s）带宽存在物理本义和网络应用义两个核心维度，实际网络中以应用义为主。物理本义：指信号的频带宽度，反映信号的频率范围，单位为赫兹（Hz）。网络应用义：表示通信线路所能传输数据的最高能力，即单位时间内从一点到另一点可通过的最高数据率，此时单位为比特 / 秒（b/s）。带宽与数据率存在数值互换关系，是衡量网络通信线路传输能力的核心指标。2.奈奎斯特定理与香农定理奈奎斯特定理（奈氏准则）适用场景： 理想低通信道（无噪声、带宽有限）。核心公式： $C = 2W \log_2 V$ （单位：b/s）$W$：信道带宽（Hz）$V$：每个码元的离散电平数目（码元进制数）核心结论：任何信道的码元传输速率存在上限，超过则会产生严重码间串扰，导致接收端无法正确识别码元。信道带宽越宽，可支持的码元传输速率越高。奈氏准则仅限制码元传输速率，不限制每个码元携带的比特数。要提高数据传输速率，需采用多元制调制方法，让每个码元携带更多比特信息。香农定理适用场景： 带宽有限且受高斯白噪声干扰的信道。核心公式： $C = W \log_2 (1 + S/N)$ （单位：b/s）$W$：信道带宽（Hz）$S$：信号平均功率$N$：信道内部高斯噪声功率$S/N$：信噪比（无量纲），也可表示为分贝形式：$\text{信噪比(dB)} = 10 \log_{10}(S/N)$核心结论：信道带宽或信噪比越大，信息的极限传输速率越高。对于给定的带宽和信噪比，极限传输速率是确定的上限。只要传输速率低于该极限，理论上可找到无差错的传输方法。香农定理给出的是极限信息传输速率，实际信道能达到的速率远低于此值。两者对比：奈奎斯特定理： 仅考虑带宽，限制码元传输速率，未考虑噪声影响。香农定理： 同时考虑带宽和信噪比，给出了更现实的极限信息传输速率，指出一个码元对应的二进制位数是有限的。3.编码与调制数据无论是数字的还是模拟的，为了传输的目的，都必须转变成信号。把数据变换为模拟信号的过程称为调制，把数据变换为数字信号的过程称为编码。数字数据可以通过数字发送器转换为数字信号传输，也可以通过调制器转换成模拟信号传输；模拟数据可以通过PCM编码器转换成数字信号传输，也可以通过放大器调制器转换成模拟信号传输。数字数据编码为数字信号数字数据编码用于基带传输，核心目标是有效区分数字信号 “0” 和 “1”，同时兼顾自同步（时钟基准）与传输效率。基础编码类（核心区分 0/1）编码方式核心规则核心优势核心劣势关键考点(1) 归…

「计算机网络」预习：（六）应用层
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date: 2026-02-23T23:50:00+08:00
description: 六、应用层（一）网络应用模型1.客户/服务器（C/S）模型在客户/服务器（C/S）模型中，有一个总是打开的主机称为服务器，它服务于许多来自其他称为客户机的主机请求。工作流程：服务器持续处于接收请求的待机状态；客户机向服务器发送服务请求，并等待响应结果；服务器接收请求后，完成解析、处理，将结果返回给客户机。主要特征：客户机是服务请求方，服务器是服务提供方主要特点还有：特点具体解读典型示例地位不平等网络中计算机分层管理，服务器可限制客户机权限，网络管理集中化服务器禁止客户机随意删除服务器端数据客户机不直连客户机之间无直接通信链路，需通过服务器中转Web 应用中，两个浏览器无法直接交互可扩展性受限受服务器硬件性能、网络带宽约束，支持的客户机数量存在上限高并发场景下，单台 Web 服务器易出现访问拥堵2.P2P模型C/S、P2P 对比C/S 模型痛点：性能依赖中心服务器，大量用户请求时服务器易成为系统瓶颈。P2P 模型核心：网络传输内容不存储于中心服务器，所有结点兼具下载、上传功能，权利与义务对等，无固定客户机与服务器划分。P2P模型看似去中心化，实则本质上仍然使用客户/服务器模式，每个结点均兼具 “客户”（访问资源）与 “服务器”（提供资源）双重身份，对等方（Peer）可直接通信。P2P 的优势：(1) 降低服务器依赖：减轻中心服务器计算压力，消除单点依赖，任务分布式分配，提升系统效率与资源利用率。(2) 支持点对点共享：多个客户机之间可直接共享文档等资源。(3) 可扩展性强：突破传统服务器的响应能力与带宽限制，能承载更多请求。(4) 网络健壮性高：单个结点失效不会影响其他结点的正常运行。P2P 的缺点：(1) 本地性能损耗：结点在获取服务的同时需为他人提供服务，占用大量内存，降低整机运行速度，频繁 P2P 下载还会损耗硬盘。(2) 网络拥塞问题：P2P 流量占互联网总流量的 50%~90%，易造成网络拥堵，因此多数 ISP（互联网服务提供商）对其持反对态度。（二）域名系统1.层次域名空间定义：因特网采用层次树状结构的命名方法，每个连接到因特网的主机或路由器都有一个唯一的层次结构名称，即域名（Domain Name）。标号规则英文不区分大小写。除连字符（-）外，不能使用其他标点符号。每个标号不超过 63 个字符，完整域名最长不超过 255 个字符。顶级域名（TLD）分类(1) 国家（地区）顶级域名（nTLD）：代表不同的国家或地区，如 .cn（中国）、.us（美国）、.uk（英国）。其下注册的二级域名由对应国家（地区）自行确定。(2) 通用顶级域名（gTLD）：常见的有 .com（公司）、.net（网络服务机构）、.org（非营利性组织）、.gov（政府部门）等。(3) 基础结构域名：只有一个，即 .arpa，用于反向域名解析，又称反向域名。域名空间的管理：域名空间是一个倒置的树状结构，每个域由不同的组织进行管理。管理组织可以将其域再分成一定数目的子域，并委托给其他组织管理。例如，中国管理 .cn 域，并将 edu.cn 子域授权给 CERNET 管理。2.域名服务器DNS 系统整体设计结构：因特网的域名系统（DNS）是一个联机分布式数据库系统，采用客户 / 服务器模型。核心任务：完成域名到 IP 地址的解析。特点：域名到 IP 地址的映射并非集中存储，而是分布在所有 DNS 服务器上，通过分布式设计实现了高可扩展性和健壮性。四种主要域名服务器类型(1) 根域名服务器地位：最高层次的域名服务器，是整个 DNS 体系的 “入口”。作用：存储所有顶级域名服务器的 IP 地址。当本地域名服务器无法解析时，会首先求助于根域名服务器。根服务器通常不直接转换域名，而是告知下一步应查询的顶级域名服务器地址。部署：因特网上共有 13 个根域名服务器，每个服务器实际上是一个冗余服务器集群，以保障安全性和可靠性。(2) 顶级域名服务器（TLD）作用：负责管理在该顶级域名（如.com、.cn）下注册的所有二级域名。响应：收到查询请求后，可能给出最终结果，也可能返回下一步应查询的授权域名服务器的 IP 地址。(3) 授权域名服务器（权限域名服务器）作用：每台主机都必须在授权域名服务器处登记，该服务器负责保存其管辖区域内所有主机的域名到 IP 地址的映射，并能将这些主机名转换为对应的 IP 地址。建议：为了可靠工作，一台主机最好至少配置两个授权域名服务器。许多域名服务器同时充当本地域名服务器和授权域名服务器。(4) 本地域名服务器作用：当一台主机发出 DNS 查询请求时，首先将请求发送给本地域名服务器。它对 DNS 系统的性能至关重要，是用户主机与整个 DNS 系统交互的入口。归属：通常由 ISP、大学或机构提供，我们在 Windows 系统中配置的 “DN…

「计算机网络」预习：（一）计算机网络体系结构
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date: 2026-02-21T20:18:00+08:00
description: 计算机网络1、计算机网络体系结构2、物理层3、数据链路层4、网络层5、传输层6、应用层章节建议天数难度系数核心任务1. 体系结构1天⭐⭐⭐定基调：搞懂分层、服务、协议、SAP、原语2. 物理层1天⭐⭐重概念：信号、码元、速率、信道复用技术（不深究通信数学）3. 数据链路层2天⭐⭐⭐重逻辑：封装成帧、差错检测、流量控制、MAC协议（特别是以太网）4. 网络层3天⭐⭐⭐⭐⭐最难啃：IP协议、子网划分、路由算法（RIP/OSPF）、ARP协议5. 传输层2.5天⭐⭐⭐⭐最核心：TCP/UDP、三次握手/四次挥手、流量控制/拥塞控制6. 应用层1.5天⭐⭐轻应用：HTTP、DNS、FTP、SMTP（结合抓包工具体验最佳）一、计算机网络体系结构（一）计算机网络概述1.概念：3种观点，由低级到高级广义观点：强调物理层面的网络连通。——计算机网络发展低级阶段计算机网络是“用通信线路（如光纤、网线、微波）将分布在不同地理位置、具有独立功能的多台计算机系统（以及终端、外设）连接起来，以功能完善的网络软件（网络协议、操作系统等）实现数据通信的系统”资源共享观点：强调共享资源（软件、硬件、数据）——当前计算机网络的基本特征“以相互共享资源（硬件、软件、数据）为目的而连接起来的、具有各自独立功能的计算机系统的集合”用户透明性观点：分布式系统，强调服务与抽象——计算机网络未来发展理想状态“存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，它能够调用用户所需要的资源，而整个网络就像一个虚拟的巨型计算机系统，对用户是透明的”比如你使用百度网盘时，你不需要关心你的文件存在哪个机房的哪块硬盘上，系统自动帮你完成了这一切，这即是“透明性”的体现。2.组成：3种角度从组成部分角度来看：计算机网络由硬件、软件、协议三大部分组成。从工作方式角度来看：计算机网络分为边缘部分和核心部分。从功能组成角度来看：计算机网络由通信子网和资源子网组成。3.功能：5大功能数据通信资源共享分布式处理提高可靠性负载均衡4.分类：6种角度按分布范围分类(1) 广域网(远程网)（WAN）(2) 城域网（MAN）(3) 局域网 （LAN）(4) 个人局域网（PAN）注：若中央处理器之间的距离非常近(如<=1m)，一般称为多处理器系统，而不称为计算机网络。按传输技术分类(1) 广播式网络(2) 点对点网络按拓扑结构分类(1) 总线形(2) 星形(3) 环形(4) 网状按使用者分类(1) 公用网(2) 专用网按交换技术分类(1) 电路交换网络(2) 报文交换网络(3) 分组交换网络按传输介质分类传输介质可以分为有线和无线两大类，因此网络可以分为：(1) 有线网络(2) 无线网络5.性能指标：7个指标带宽：最高数据传输速率，单位：比特/秒。时延：数据从网络的一段传送到另一端的总耗时。包括4部分：(1) 发送时延（传输时延）：发送时延 = 分组长度/信道宽度(2) 传播时延：传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率(3) 处理时延(4) 排队时延：在输入队列中排队、在输出队列中排队总时延计算：总时延 = (1) + (2) + (3) + (4)注1：计算时，(3)(4)一般忽略不计。注2：高速链路减少了发送时延而非传播时延。时延带宽积：链路管道可以容纳的比特数量。时延带宽积 = 传播时延 × 信道带宽往返时延：从发送端发出一个短分组，到收到确认的总时延。吞吐量：单位时间内通过某个网络的数据量。速率：数据传输速率。最高传输速率称为带宽。信道利用率：信道有数据通过的时间所占总时间的比例。信道利用率 = 有数据通过的时间/总时间（二）计算机网络体系结构与参考模型1.计算机网络分层结构不同机器上的同一层称为对等层，同一层的实体称为对等实体。第n层使用第n-1层的服务，向第n+1层提供服务，称为服务提供者。最高层向用户提供服务。下一层提供服务的实现细节对上一层透明；两台主机通信时，对等层在逻辑上有一条直接信道，表现为不经过下层就把信息传送到对方。2.计算机网络协议、接口、服务协议：网络协议只存在于对等层。协议由语法、语义、同步三部分组成。一个完整的协议通常具有线路管理、差错控制、数据转换等功能。接口：同一结点内，相邻两层之间交换信息的连接点。在典型的接口上，相邻两层的实体通过SAP（服务访问点）进行交互。服务：下层为上层提供的功能调用。上层使用下层提供的服务时，必须交换一些命令，在OSI参考模型中称为服务原语。OSI将服务原语分为4类：请求、指示、响应、证实。服务可以按照3种角度分类：(1) 面向连接服务与无连接服务(2) 可靠服务和不可靠服务(3) 有应答服务和无应答服务3.ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型OSI参考模型ISO提出的网络体系结构模型，称为开放系统互连参考模型（OSI/RM），简称O…