### 计算机网络基础知识详解
#### 一、计算机网络的基本概念
- **电路交换**：这是一种传统的交换技术，其特点在于数据传输前会在源节点和目的节点之间建立一条专用的物理路径。这种方式确保了数据传输过程中通道的独占性，适用于语音通信等实时性要求高的场景。
- **报文交换**：这种技术采用存储-转发机制，数据以报文形式通过多个节点传输。每个节点接收到完整报文后，根据路由表决定下一跳路径，并将报文转发出去。这种方式适用于非实时数据传输。
- **分组交换**：与报文交换类似，但数据被分割成更小的单元——分组。每个分组独立选择路径进行传输。这种方式提高了网络资源的利用率，适用于互联网数据传输。
- **计算机网络定义**：指一组相互连接并能够自主运行的计算机集合。这些计算机通过通信设施互相连接，实现资源共享和信息传递。
- **网络分类**：根据作用范围的不同，计算机网络可以分为广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）和个人区域网（PAN）。每种类型的网络都有其特定的应用场景和技术特点。
- **性能指标**：计算机网络的主要性能指标包括速率、带宽、时延和利用率（包括信道利用率和网络利用率）。这些指标用于衡量网络的服务质量和效率。
#### 二、网络协议与体系结构
- **网络协议**：为了确保网络中数据的正确交换，需要遵循一套预先定义好的规则，这些规则统称为网络协议。主要包括语法、语义和同步三个要素。
- **体系结构**：指计算机网络中各层及其对应的协议集合。常见的体系结构模型包括OSI七层模型和TCP/IP四层模型。
- **OSI七层模型**：从下至上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层负责不同的通信任务，通过上下层之间的接口实现数据传输。
- **TCP/IP四层模型**：包括网络接口层、网际层（IP）、传输层和应用层。TCP/IP模型是当前互联网的基础架构。
- **五层协议模型**：结合了OSI模型和TCP/IP模型的特点，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。这种模型更简洁明了，易于理解和应用。
#### 三、物理层基础
- **物理层的任务**：物理层主要关注与传输媒体的接口相关的特性，包括机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。
- **通信方式**：包括单向通信、双向交替通信和双向同时通信三种。不同的通信方式适用于不同的应用场景。
- **信号类型**：基带信号和带通信号是两种重要的信号类型。基带信号直接来自于信源，而带通信号则是经过调制后的信号。
- **调制方法**：最基本的带通调制方法包括调频（FM）、调幅（AM）和调相（PM）。
- **传输介质**：双绞线分为无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线两种类型。光纤分为多模光纤和单模光纤，其中单模光纤具有更高的传输速率和距离。
- **多路复用技术**：频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、统计时分复用（STDM）、波分复用（WDM）和码分复用（CDM）等技术用于提高信道的利用率和传输效率。
#### 四、数据链路层技术
- **数据链路的概念**：数据链路层不仅涉及物理线路，还包括了实现通信协议所需的硬件和软件。这一层解决了封装成帧、透明传输和差错检测等问题。
- **局域网的拓扑结构**：星形、环形、总线形和树形是常见的局域网拓扑结构。每种结构都有其特点和适用场景。
- **CSMA/CD协议**：载波监听多点接入/碰撞检测是一种用于解决局域网中多个设备竞争信道访问权的技术。它能够有效减少数据包的冲突，提高网络的可靠性。
- **MAC地址**：媒体访问控制地址，用于唯一标识网络设备。MAC地址由48位的十六进制数字组成，用于区分网络中的不同设备。
- **碰撞域与广播风暴**：在CSMA/CD网络中，由于多个设备可能在同一时刻发送数据而导致冲突的区域称为碰撞域。当网络中广播信息过多时，可能会导致网络拥堵，这种情况被称为广播风暴。
#### 五、网络层服务与技术
- **网络层提供的服务**：虚电路服务和数据报服务。虚电路服务提供面向连接的通信机制，而数据报服务则是无连接的。
- **IP地址分类**：IP地址按照一定的规则被划分为不同类别，包括A类、B类、C类等。不同类别的IP地址具有不同的网络号和主机号长度。
这些知识点涵盖了计算机网络的基础理论和技术实现，对于理解现代网络体系结构及其实现原理具有重要意义。通过对这些概念和技术的理解，可以帮助我们更好地分析和设计复杂的网络系统。
