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一、计算机网络的概念
计算机网络是一个将众多分散的、自治的（各自都是独立的且不会相互影响）计算机系统（比如手机、电脑等），通过通信设备（比如路由器、基站等）和线路连接起来，通过功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统（比如微信实现了信息传递）。
将一些计算机网络通过路由器连接起来以实现相互之间的通信，其所构成的一个系统称为互连网；将若干互连网通过路由器连接起来可构成一个更大的互连网。对于一个互连网，如果不需要与外界建立连接，其内部则可以采用任意通信协议。
将全球的计算机网络实现连接，所构成的就是互联网。由于是建立的全球连接，所以需要规定一个指定的协议建立通信，所以规定互联网的通信协议为TCP/IP协议。
二、计算机网络的组成
按照组成部分划分，计算机网络由硬件、软件以及通信协议构成：硬件包括电脑、手机等终端，交换机、路由器等通信设备，以及网线、光纤等通信链路；软件即用于实现资源共享和信息传递的软件，比如微信、百度网盘等；通信协议用于规定计算机网络的通信规则，由硬件和软件共同实现。
按照工作方式看，分为边缘部分和核心部分；边缘部分即连接到互联网中的终端及其软件构成，用于直接为用户提供服务；核心部分用于建立连接，由路由器和用于建立连接的网络构成。
按照逻辑功能分类，分为资源子网和通信子网。资源子网用于提供资源来进行传递和共享，主要是由终端构成；通信子网用来实现信息传输，由用于实现相互连接的所有链路、设备以及协议构成。
三、计算机网络的功能
四、计算机网络的通信方式（电路交换、报文交换、分组交换）
电路交换最先应用于电话通信，通过给两个终端建立一条专属的物理链路实现通信，并且在通信期间这条链路会一直被这两个终端占用。优点是可以实现两端的数据直送，传输效率高。缺点则是由于在进行通信前要建立一条专属的独占链路并且在通信结束后要释放掉，所以需要额外的时间开销且线路利用率低；若所建立的链路中的某个节点出现了问题，需要重新分配一条线路，导致线路分配的灵活性较差；在使用电路交换时不支持差错控制，也就是这条线路上的任意节点都不会去检查信息在传输过程中是否出现了差错，这就导致电路传输无法应用到长距离通信上（传输的距离越长越容易出现差错）。然而计算机网络所进行的通信往往是高频次、长距离的少量数据传输，比如日常的网络聊天，所以电路交换不适合应用到计算机网络的通信上。
报文交换最早用于电报机发报上，所发送的报文包括两部分：控制信息和用户数据。控制信息包括这份报文的发送方和接收方信息，用户数据则是用户所要发送的信息。报文的传输依赖于报文交换机，而报文交换机采用的是以报文为单位的存储转发的思想：先将报文存储到报文交换机中，每个报文交换机都有一个存储转发表，这个表记录了要到达接收方所需经过的下一个节点，报文交换机会查找转发表来将报文转发至下一节点； 如果有多条路径均可到达目的地址，那么报文交换机会选择一条合适的路径进行转发。报文交换的优点是无需建立连接，只需要让报文交换机根据其内部的存储转发表进行存储转发即可；通信线路可以灵活分配，当某个节点出现问题时，报文交换机会自动选择其他的路径进行传输；线路利用率高，在进行报文传输时，线路上的节点是共享的，不会独占一整条物理链路；支持差错控制，每个报文交换机在进行存储转发时也会进行差错检查，如果某些数据出现了差错可以被检测到，并且可以修正少量出现差错的数据。缺点则是由于报文是不定长的，所以不利于报文交换机的存储管理，由于要传递的数据多少不同，报文的大小也不同，在给这些不同大小的报文分配空间时比较麻烦，参考操作系统的固定分区和动态分区；长报文传输所需的缓存、时间开销大，因为报文交换机在存储时需要有一个较大的内存来存储数据量大的报文，并且报文越长所需的数据校验时间也越长；长报文传输容易出现差错，重传代价高，虽然有校验检查，但只能修复少量的错误数据，而长报文在传输过程中发生错误的数据往往要多于短报文，一旦无法完全修复可能就需要重新发报，重新发送长报文又需要进行大量的校验检查。
分组交换是在报文交换的基础上改进而来。报文交换的优点正好适用于计算机网络的数据传输，所以只需要解决报文交换的缺点即可。报文交换的缺点主要是由于报文的不定长以及长报文传输，所以分组交换采用的是将所发送的报文分成一个个固定长度的分组，每个分组独立传输。对于每个分组，包含首部和用户数据，首部存储了发送方和接收方的信息以及分组号，分组号用来记录每个分组在原报文中的顺序（因为每个分组独立传输，所以可能会出现排在后面的分组先到达目的地址的情况，需要在所有分组都到达后对其进行整理排序）。分组交换采用分组交换机传输，使用的是以分组为单位的存储转发的思想，路由器就是一种典型的分组交换机。分组转发的优点包括了报文交换的所有优点（即无需建立连接、通信线路可以灵活分配、线路利用率高、支持差错控制），并且方便存储转发的内存管理，因为分组是固定长度；分组的存储转发所需的时间、内存开销小，因为分组比报文更短，在进行校验检查时所需的时间更短，在存储转发时所需的内存空间更小；分组不易出错，重传代价小，因为分组长度较短，出现数据出错的可能性更小，即便出现了差错完全修复的可能性更高，如果需要重传那么所需的时间相比于报文也更少。缺点是相比于报文，分组的控制信息增加了，需要花费更多的网络资源传输这些控制信息，因为需要给每一个分组都加上控制信息，而报文只需要一个控制信息即可；处理分组的复杂度更高，将一个报文分成多个分组后需要重新排序，并且分组在传输过程中也可能出现丢失的情况导致最后无法恢复成一个完整的报文，需要进行处理。
总结：
五、计算机网络的分类 
按分布范围分类时，广域网（WAN）用于跨省、跨国、跨洲的场景；城域网（MAN）用于一个或几个相邻城市的场景，常采用以太网技术；局域网（LAN）用于学校、工作单位、企业、家庭等场景，采用以太网技术；个域网（PAN）通过无线技术将个人设备连接起来，用于个人或家庭的场景。
按传输技术分类时，广播式网络即当一台计算机发送分组时，会给在广播范围内的所有计算机都发送分组，而这个范围内的所有计算机需要根据所发分组的目的地址决定是否接受这个分组。所有的无线技术（如WIFI）都是采用广播的方式传输的。点对点网络则是数据由一端精准发送到另一端，路由器就是点对点式传输。
按拓扑结构分类时，总线型网络中一台计算机在发送数据时会给总线上的所有计算机都发送数据，采取的是广播式传输；但是如果一台计算机发送数据期间有另一台计算机也在发送数据，那么会造成在总线上传输的不同数据混在一起出现错误，表述为存在总线争用问题，集线器就是采用的总线型网络。环型网络也是采用的广播式传输，但给数据传输加上了令牌：在一个环型网络中只有一个令牌，只有令牌的持有者才能发送数据，待数据发送完毕后再将令牌传递给下一个计算机；所以在同一时间内只有一台计算机能够发送数据，这就解决了总线争用问题。星型网络利用中央设备实现点到点的传输，比如交换机就是星型网络。网状网络则是数据通过中间节点的存储转发，实现点到点的数据传输。总线型、环型、星型网络常用于局域网中，网状网络用于广域网中。
六、计算机网络的性能指标
①数据传输速率：指连接到网络上的节点在信道上传输数据的速率，单位为bit/s、b/s、bps、kbps等（要注意B和b的区别，B为Byte，1Byte=8bit；1kb=b）。其中信道是指在某一方向上传输数据的通道，信道不等于通信线路，如果这条线路既用于接收数据也用于发送数据，那么在接收数据时这条通信线路就是接收信道，在发送数据时这条线路就是发送信道。
②带宽：指某个信道所能传送数据的最大速率，单位为bit/s、b/s、bps、kbps等。在办理宽带时可能会遇到下行带宽和上行带宽，分别表示从互联网中接收数据的最大速率和发送数据至互联网的最大速率。但要注意的是，在实际传输数据时，所能达到的最大传输速率为各个节点所能支持的最大速率和信道带宽的最小值。
③吞吐量：指单位时间内通过某个网络或接口或信道的数据总量，单位为bit/s、b/s、bps、kbps等。这里的数据总量指的是这个节点在单位时间内接收的数据量和发送的数据量之和。
④时延：即数据从一端传送到另一端所花费的时间。总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延：发送时延（又叫传输时延）即节点将所有数据推到信道上所花费的时间，传播时延即数据在信道上传输所花费的时间，处理时延即中间节点处理分组或报文的时间（比如分析控制信息、查询存储转发表、进行差错校验等），排队时延即数据排队进入中间节点以及从中间节点排队发出所需要的时间。
⑤时延带宽积：即在一条链路中，已发送但还未到达另一端的最大数据量，时延带宽积=传播时延×带宽。
⑥往返时延RTT：即发送方在发送完数据后到收到接收方发送的确认信息所需要的时间。RTT=发送方发送数据的总时延-发送方的发送时延+接收方收到数据后的处理时延+接收方发送确认信息的总时延。比如游戏延迟反应的就是终端和服务器之间的往返时延。
⑦信道利用率：反应在某个信道上有占比多少的时间是有数据通过的。如果利用率较低则会浪费资源，如果利用率很高则可能会发生网络拥塞。
七、计算机体系结构（OSI和TCP/IP结构以及相关概念）
①OSI体系结构：包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
物理层：作用是实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽实际传输时介质和物理设备的差异，会定义电路接口参数、电信号的含义、电气特性等。数据单位为比特。物理层的透明传输的意思是不对数据做任何处理，按照信号原样进行传输。
数据链路层：物理层的数据传输不能保证数据无差错传输，所以这一层的作用就是实现逻辑上无差错的数据链路，包括差错控制、流量控制、封装成帧、透明传输等功能。数据链路层将分组拆分为以帧为单位的数据进行传输。
网络层：选择合适的路线确保数据的及时传送，包括路由选择、分组转发、差错控制、流量控制、拥塞控制、连接建立与释放、可靠传输管理等功能。之所以也会进行差错控制，是因为数据链路层只能确保每一帧的数据是没有差错的，并不能保证被拆分的分组是无差错的，如果在传输过程中某一帧丢失了，数据链路层是不会检测到的，所以网络层也需要进行差错控制以确保每个分组无差错。网络层的数据传输单位是分组。
传输层：为两台主机进程之间（端到端）的通信提供通用的数据传输服务。比如一台主机的微信发送的消息传输到另一台主机后，另一台主机需要将消息发送给他自己的微信来实现两个微信进程之间的通信，这个过程就是由传输层来完成的。主要的功能是分用和复用、差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理等，其中复用是指一台主机上的所有进程都共用同一条连接，分用是指数据传输到另一台主机后需要将信息分派给不同的进程。传输层的数据传输单位是报文段。传输层也需要进行差错控制是因为网络层只是确保每一个分组不会出错，并不能保证整个报文段不会出错，原因和数据链路层相似。
会话层：不参与具体的数据传输，用来管理进程间的会话。
表示层：提供数据的格式转换、压缩和解压缩、加密和解密等功能。
应用层：为特定应用程序提供数据传输服务。
②TCP/IP体系结构：包括网络接口层、网际层、传输层、应用层
网络接口层：作用是实现点到点的数据传输，具体的实现方式不做要求，这使得各硬件提供商能够充分发挥创造性来实现数据传输，且相比于ISO的物理层和数据链路层对数据传输的规定，其实现方式更加灵活。
网际层：主要功能也是选择合适的路线确保数据的及时传送，但和ISO的网络层不同的是，去除了原本的流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理等功能，只有简单的差错检测，即IP首部校验和以及ICMP互联网控制报文协议，即网络层不再确保分组的无差错交付。网络层在去除掉这些功能后使得计算机网络的核心部分（即中间的路由器等转发设备）功能更简单、负载更低，成本也更低，将可靠性检验交由边缘部分的终端处理（因为中间的设备只有网络层没有传输层，传输层只有终端才有）。当然这样做无法真正保证数据的可靠性，所以TCP/IP体系结构是尽最大能力交付，数据传输是不可靠的。并且在ISO体系结构中，网络层的传输既有能确保分组有序无差错到达的可靠服务——虚电路传输技术，也有分组独立传输的不确保有序和无差错的不可靠服务——分组交换传输技术，而TCP/IP只有不可靠的网络层传输服务。
传输层：主要功能也是为两台主机进程之间（端到端）的通信提供通用的数据传输服务。在ISO体系结构中，网络层和传输层都进行了流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理用来分别确保分组和报文段的可靠性，是因为网络层只能保证局部正确，无法确保全局正确；而TCP/IP的思路则是如果全局正确，那么就可以推出局部一定是正确的，所以只在传输层设置了流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理等功能。并且传输层在向应用层传输数据时，既可以选择有连接的可靠传输协议TCP，也可以选择无连接的不可靠传输协议UDP。
应用层：为特定应用程序提供数据传输服务。由于不是每次进行通信时都需要会话管理、格式转换等会话层和表示层的功能，所以TCP/IP体系结构只有一个应用层，如果需要某些会话层或表示层的功能则使用含有相关功能的应用层协议即可。这样使得整个结构变得更简单，通信的实现也更加灵活，不需要每次都经过表示层和会话层进行处理。
③相关概念：
（1）实体和对等实体：在第n层工作的软件和硬件都是第n层的实体，不同节点中在同一层工作的软件和硬件被称为对等实体。
（2）网络协议：用于控制对等实体之间通信的规则的集合。
（3）服务：指下一层为相邻的上一层提供的功能调用。
（4）接口：又称服务访问点（SAP），上一层的实体需要通过接口来请求相邻的下一层的实体为其提供服务。
（5）PCI：协议控制信息，数据在每一层进行处理时会根据需要给数据加上控制信息以方便传输和处理。
（6）SDU：服务数据单元，即上一层传过来的用于本层处理的数据。
（7）PDU：协议数据单元，本层处理完毕后的数据，包括上一层传下来的数据和本层加上的控制信息。
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