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Preface

 计算机网络是考研408基础综合中的一门课程，它的重要性不言而喻。然而，计算机网络的知识体系庞大且复杂，各类概念、协议和技术相互关联，让人在学习时容易迷失方向。在进行复习时，面对庞杂的的知识点，很多人会感到困惑和焦虑。本文整理了计算机网络这门课程的相关知识点，帮助大家构建清晰的知识框架，同时也是对自己学习成果的总结与复盘。本文参考了王道计算机教育——计算机网络考研复习指导这本书和对应的视频，总结过程中难免会出现错误，殷切希望各位读者批评指正。

第1章 计算机网络体系结构

1.什么是计算机网络？

计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。简而言之，计算机网络就是一些互联的、自治的计算机系统的集合。它是由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。

2.计算机网络是怎么组成的？

从不同的角度，计算机网络组成分为如下几类：

①从组成部分上看，计算机网络由硬件、软件、协议三部分组成，缺一不可。硬件主要是由主机（即端系统，如手机、电脑、物联网设备等）、通信设备（如集线器、交换机、路由器等）和通信链路（如网线、光纤、同轴电缆等）组成。软件主要包括各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件（如Email客户端、聊天软件、网盘软件等）。协议规定了计算机网络中的通信规则。

②从工作方式上看，计算机网络由边缘部分和核心部分组成。边缘部分直接为用户服务，主要由连接到互联网上的主机及其软件组成。核心部分为边缘部分提供服务，主要由大量网路和连接这些网络的路由器组成。

③从逻辑功能上看，计算机网络由通信子网和资源子网组成。通信子网由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，它使网络具有数据传输、交换、控制和存储的功能，实现互联网计算机之间的数据通信。资源子网是实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供共享其他计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源的服务。

3.计算机网络的主要功能是什么？

①数据通信：数据通信是计算机网络最基本和最重要的功能，用来实现计算机之间的数据传输。

②资源共享：资源共享可以是软件共享、数据共享，也可以是硬件共享。

③分布式处理：将某个复杂的任务分配给网络中多台计算机处理，提高系统利用率。

④提高可靠性：计算机网络中的各台计算机可以通过网络护卫替代机，从而提高可靠性。

⑤负载均衡：网络中各台计算机共同分担繁重的工作任务。

⑥其他：除了上述几大主要功能外，计算机网络还可以实现电子化办公与服务、远程教育、娱乐等功能。

4.计算机网络是怎么分类的？

①按照分布范围分类

计算机网络按照分布范围可以分为广域网（Wide Area Network，WAN）、城域网（Metropolitan Area Network，MAN）、局域网（Local Area Network，LAN）和个人区域网（Personal Area Network，PAN）。

②按照传输技术分类

计算机网络按照传输技术可以分为广播式网络和点对点网络。广播式网络是指当一台计算机利用共享通信信道发送保温分组时，所有其他计算机都会“收听”到该分组，接收到该分组的计算机将通过检查目的地址来决定是否接收该分组。点对点网络是指数据会从发送方“点对点”发到接收方，精准送达。

③按照拓扑结构分类

拓扑结构是指网络中节点与通信线路之间的集合关系表示的网络结构。按照网络的拓扑结构主要分为总线形、星形、环形和网状网络。前三种多用于局域网，而网状网络多用于广域网。

④按照使用者分类

计算机网络按照使用者可以分为公网和私网。公网是指电信公司出资建造的大型网络，是向公众开放的网络。私网是指某个部门为满足本单位特殊业务的需要而建造的网络，这类网络不向本单位以外的个人提供服务，例如铁路、电力、军队等部门的专用网。

⑤按照交换技术分类

交换技术是指各台主机之间、各通信设备之间或主机与通信设备之间为交换信息所采用的数据格式和交换装置方式。按照交换技术可将计算机网络分为电路交换网络、报文交换网络和分组交换网络。

⑥按照传输介质分类

计算机网络按照传输介质可分为有线和无线两大类。有线网络又可分为双绞线网络、同轴电缆等。无线网络又可分为蓝牙、电磁波和无线电等。

5.计算机网络的性能指标有哪些？各指标的含义是什么？

常用的性能指标及其含义为：

①带宽（Bandwidth）：表示通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传送的“最高数据传输速率”的同义语，单位是比特/秒。

②时延（Delay）：指数据从网络的一端传送到另一端所需要的总时间。它由四部分组成，包括发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。其中发送时延=分组长度（数据长度）/信道带宽（发送速率），传播时延=信道长度/电磁波在信道中的传播速度。

③时延带宽积：指发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发出了多少个比特，因此又称为以比特为单位的链路长度，即时延带宽积=传播时延x信道带宽。

④往返时延（Round-Trip Time，RTT）：指发送端发出一个短分组，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。

⑤吞吐量（Throughput）：指单位时间内通过某个网络的数据量。

⑥速率（Speed）：网络中的速率是指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称为数据传输速率，数据率或比特率，单位为b/s（或bit/s、bps）。数据率较高时可用kb/s、Mb/s、Gb/s和Tb/s表示，k=10^3，M=10^6，G=10^9，T=10^12。需要注意的是，有时也会用B/s（1B=8b，B是字节Byte，b是比特bit）。

⑦信道利用率：指出某一信道有百分之多少的时间是有数据通过的。信道利用率=有数据通过的时间/（有数据通过的时间+没有数据通过的时间），其中，信道是指某一方向传送信息的通道（信道≠通信线路），一条通信线路在逻辑上往往对应一条发送信道和一条接受信道。

6.为什么要对计算机网络进行分层？

为了降低协议设计和调试过程的复杂性，也为了便于对网络进行研究、实验和维护，促进标准化工作。

7.计算机网络的实体、协议、接口、服务分别是什么？

实体：第n层中的活动元素（软件+硬件）称为第n层实体。

协议：是控制对等实体之间进行通信的规则的集合，由语法、语义和同步组成，是水平的。

服务：是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，是垂直的。

接口：又称为服务访问点（Service Access Point，SAP），上一层实体通过“接口”请求下一层实体的服务。

8.ISO/OSI参考模型和TCP/IP参考模型分别是怎么分层的？各层之间的功能是什么？

国际标准化组织（ISO）提出的网络体系结构模型，成为开放系统互连参考模型（OSI/RM），通常简称为OSI参考模型。OSI参考模型共有7层，自下而上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。低三层统称为通信子网，它是为了互联网而附加的通信设备，完成数据的传输功能；高三层统称为资源子网，它相当于计算机系统，完成数据的处理等功能。传输层承上启下。OSI参考模型是法律上的国际标准，它的层次结构如下图所示。

OSI参考模型的各层功能如下表所示：

OSI参考模型各层功能

OSI参考模型	任务	功能
应用层	实现特定网络应用	根据用户的实际需求而定义
表示层	解决不同主机上信息表示不一致问题	数据格式转化
会话层	管理进程之间的会话	会话管理
传输层	实现端到端（进程到进程）通信	复用和分用、差错控制、流量控制、连接管理、可靠传输管理
网络层	把分组从源结点转发到目的结点	路由选择、分组转发、拥塞控制、网际互联、差错控制、连接管理、可靠传输
数据链路层	确保相邻结点之间的链路逻辑上无差错	差错控制、流量控制
物理层	实现相邻结点之间的比特传输	需定义电路接口参数、信号的含义/电气特性等

 ARPA在研究ARPAnet时提出了TCP/IP模型，模型从低到高依次为网络接口层（对应OSI参考模型中的物理层和数据链路层）、网际层、传输层和应用层（对应OSI参考模型中的会话层、表示层和应用层）。TCP/IP由于得到广泛的应用而成为事实上的国际标准，它的层次结构如下图所示。

TCP/IP参考模型各层的功能如下表所示：

TCP/IP参考模型各层功能

TCP/IP参考模型	任务	功能
应用层	实现特定网络应用	根据用户的实际需求而定义
传输层	实现端到端（进程到进程）通信	复用分用、差错控制、流量控制、连接管理、可靠传输
网际层	把分组从源结点转发到目的结点	路由选择、分组转发、拥塞控制、网际互联、差错控制、流量控制、连接管理等
网络接口层	实现相邻结点之间的数据传输	无具体规定

9.ISO/OSI参考模型和TCP/IP分层模型之间有什么区别与联系？

联系：

①二者都是采用分层的体系结构，将庞大且复杂的问题划分为若干较容易处理的、范围较小的问题，而且分层的功能也大体相似。

②二者都是基于独立的协议栈的概念。

③二者都可以解决异构网络的互联，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信。

区别：

①OSI参考模型的最大贡献就是精确的定义了三个主要概念：服务、协议和接口，这与现代的面向对象程序设计的思想非常吻合。而TCP/IP模型在这三个概念上却没有明确区分，不符合软件工程的思想。

②OSI参考模型产生在协议发明之前，没有偏向于任何特定的协议，通用性良好。单设计者在协议方面没有太多经验，不知道把哪些功能放到那一层更好。TCP/IP模型正好相反，首先出现的是协议，模型实际上是对已有协议的描述，因此不会出现协议不能匹配模型的情况，单该模型不适合于任何其他非TCP/IP的协议栈。

③TCP/IP参考模型在设计之初就考虑了多种异构网络的互联问题，并将网际协议（IP）作为一个单独的重要层次。OSI参考模型最初只考虑用一种标准的公用数据网络将各种不同的系统互联。OSI参考模型认识到IP的重要性后，只好在网络层中划分出一个子层来完成类似于TCP/IP模型中的IP的功能。

④OSI参考模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，但在传输层仅有面向连接的通信。而TCP/IP模型认为可靠性是端到端的问题，因此它在网际层仅有一种无连接的通信模式，但传输层支持无连接和面向连接两种模式。