第一章：计算机网络概述

核心考点

一、网络体系结构

协议三要素：语法（格式）、语义（含义）、同步（时序）。
分层好处：独立性、灵活性、易维护、标准化、可复用。
五层模型核心功能：
- 应用层：进程交互；运输层：端到端传输（端口）；网络层：路由转发（IP）；数据链路层：相邻节点帧传输；物理层：比特流传输。
封装过程：每层加首部 / 尾部，自上而下打包，物理层转为比特流。

二、数据通信基础

编码 vs 调制：数字→数字（编码，网卡）；数字→模拟（调制，Modem）。
奈氏准则：理想低通信道最高码元速率 = 2W 波特。
香农公式：C=Wlog2(1+S/N)，有噪信道极限速率。
传输方式：
- 串行 / 并行；异步 / 同步；单工 / 半双工 / 全双工。

三、传输媒体

导引型：双绞线（绞合抗干扰）、光纤（单模 / 多模，带宽大）、同轴电缆（抗干扰，有线电视）。
非导引型：微波接力、卫星通信（时延大、覆盖广）。

四、信道复用技术

FDM：频带划分，同时占用；TDM：时隙划分，分时占用；STDM：动态时隙，按需分配；WDM：光的频分复用；CDM：码片正交，同频同时传输。

五、数字传输系统

T1/E1：北美 T1（1.544Mbps）、欧洲 E1（2.048Mbps）。
SONET/SDH：同步传输，速率对应（OC-3/STM-1≈155M）。
新一代：OTN（光传送网）、PTN（分组传送网），组网原则：核心用 OTN，汇聚接入用 PTN。

六、互联网接入技术

ADSL：非对称，下行 > 上行，利用电话铜线。
HFC：光纤 + 同轴混合，共享信道。
FTTx/PON：无源光网络，下行广播、上行 TDMA，主流 EPON/GPON。

1.1网络体系结构

计算机通信本质

计算机内部数据的存储、运算、通信均采用二进制，两台电脑通过线缆通信需达成多项核心约定，如用何种电平表示 0/1、一个比特的持续时长、通信起止的标识、数据接收确认的方式等。

网络协议三要素

语法（数据格式 / 结构）

规定数据 / 控制信息的长度、位置、组织形式，无格式则无法识别

以太网帧：固定「前导码 + MAC 地址 + 类型 + 数据 + 校验码」的字节结构
IP 数据报：首部字段（版本、长度等）位数 / 顺序固定
HTTP 请求：GET 请求需遵循「GET + 路径 + 版本 \r\n 请求头 \r\n\r\n」格式

语义（控制信息含义）

规定字段 / 指令的实际意义、对应动作与响应，无含义则无法执行

TCP 标志位：SYN = 建连请求、ACK = 确认接收、FIN = 断连请求
HTTP 状态码：200 = 请求成功、404 = 资源不存在
ICMP 报文：目的不可达 = 数据包无法送达、超时 = 传输超期

同步 / 时序（通信时间规则）

规定数据的发送顺序、时机、速率，无时序则通信混乱

TCP 三次握手：严格按「客户端 SYN→服务器 SYN+ACK→客户端 ACK」执行
TCP 滑动窗口：接收方决定发送方的传输速率，避免拥塞
串口通信：双方约定波特率（如 9600bps），速率一致才能正确解析
以太网：先监听介质是否空闲，空闲才发送，避免数据冲突

计算机网络层次结构的好处

各层相互独立，仅需完成自身功能，无需关注其他层实现细节。
灵活性好，可单独修改替换某一层，不影响其他层工作。
结构可分割，将复杂系统拆解为简单的层级模块。
易于实现和维护，问题可精准定位到具体层级排查。
利于功能复用，层内功能可被上层不同应用重复调用。
促进标准化工作，实现不同厂商设备的互联互通。

计算机网络体系结构

应用层：解决进程间交互问题，实现具体网络应用功能。（应用之间）

运输层：解决主机间进程的端到端数据传输问题。（端口）

网络层：解决复杂拓扑中主机间的路由选择与分组转发问题。（不同主机）

数据链路层：解决相邻节点间的数据帧可靠传输问题。（不同网络设备之间）

物理层：解决传输媒体上比特流的透明传送问题。（0和1的传输）

五层体系封装过程

完整的自上而下封装（主机发数据）

从应用层开始，每层都会把上层传下来的 “数据”，加上自己的层专属控制信息（首部 / 尾部），完成打包后再传给下一层，到物理层才变成纯比特流，以电 / 光信号传输：

应用层：生成业务数据（比如网页请求、文件），传给运输层；
运输层：给应用层数据加运输层首部（如 TCP 的端口、序号），打包成数据段 / 数据报，传给网络层；
网络层：给运输层的包加网络层首部（如 IP 地址、路由信息），打包成IP 分组 / 数据包，传给数据链路层；
数据链路层：给网络层的 IP 分组加帧头 + 帧尾（如 MAC 地址、校验码），打包成数据帧（这就是你说的核心打包动作），传给物理层；
物理层：把数据帧拆成纯比特流（0/1），没有任何封装，只转换成电 / 光信号在传输介质（网线 / 光纤）上传送。

OSI 七层模型封装过程（自上而下）

应用层：产生用户数据（如网页、文件内容）。
表示层：对数据进行加密、压缩、格式转换，加上本层层头。
会话层：建立、管理、断开会话，加上本层层头。
传输层：加上端口、序号等信息，封装成报文段（TCP）/ 用户数据报（UDP）。
网络层：加上源、目的 IP 地址，封装成IP 分组（数据包）。
数据链路层：加上源、目的 MAC 地址和校验码，封装成数据帧。
物理层：将帧转换成比特流（0/1），以电 / 光信号发送。

TCP/IP 四层模型封装过程（实际网络）

应用层：生成应用数据（HTTP、FTP、DNS 等数据）。
传输层：添加 TCP/UDP 首部，封装成报文段 / 用户数据报。
网络层：添加 IP 首部，封装成IP 数据报。
网络接口层：将 IP 数据报封装成帧，再转为比特流在物理链路上传输。

例题:2道

1: TCP 协议与 UDP 协议工作在 (传输层)。

2: 在OSI参考模型中，负责对应用层消息进行压缩，加密功能的层次为( 表示层 )。

1.2数据通信基础

数据通信常用术语

码元的种类数 = 信号的状态数（M）

有多少种不同的码元（波形），就对应有多少种信号状态（M），二者是一一对应的关系。

1 个码元携带的比特数 = log2M

波特率就是「码元的传输速率」，单位是波特（Baud），表示每秒能传输多少个码元

波特率 = 2000 Baud → 每秒传 2000 个码元 → 比特率 = 2000×1=2000 bps（2kbps）

编码与调制

• 要利用信道传输数据，必须将数据转换为能在传输媒体上传送的信号。

• 信道可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。

• 数字数据转换成数字信号的过程称为编码（coding），相反为解码，网卡进行

• 数字数据转换成模拟信号的过程称为调制（Modulation），相反为解调，modem进行

常用编码方式

基本调制方式

调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化，即幅移键控ASK (Amplitude-Shift Keying)。调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化，即频移键控FSK (Frequency-Shift Keying)。调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化，即相移键控PSK (Phase-Shift Keying)。

常见调制方式

BPSK：二进制相移键控，2种状态，表示1位bit QPSK：正交相移键控，4种状态，表示2位bit QAM：正交幅度调制，是相位和幅度调制的组合 16-QAM: 16种状态，表示4位bit
32-QAM: 32种状态，表示5位bit
64-QAM: 64种状态，表示6位bit
256-QAM: 256种状态，表示8位bit
1024-QAM: 1024种状态，表示10位bit

wifi6--1024 wifi7--4096

信道的极限容量-奈氏准则

奈氏准则：理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W 波特，W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz) 。波特，码元传输速率的单位，即码元/秒。

码元传输的最高速率 = 2W （码元/秒）

奈氏准则说人话就是：在没噪声的理想传输通道里，通道的带宽决定了每秒最多能传多少个码元，再结合每个码元能扛多少比特，就能算出通道每秒最多能传多少数据

信道的最大数据传输速率 Rmax可表达为
Rmax=2Wlog2M
W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；
M 为码元状态；

奈氏准则例题：

设信道带宽为3400Hz，调制为4种不同的码元，根据奈奎斯特准则，理想信道的极限数据传输速率为多少？

Rmax=2W * log2M

= 2W * log2 4

=2 * 2 * 3400b

=13600 =13.6kbps

解析：每秒最多传6800个码元，每个码元能传2bit

带宽 3400Hz → 无噪理想信道下，每秒最多传 6800 个码元（波特率上限 = 2W=6800Baud）；
4 种码元状态 → 每个码元能传 2bit（log₂4=2）；

香农公式

香农公式：就是计算有噪声干扰的实际信道中，每秒最多能传多少数据的终极公式

信道的极限信息传输速率 C 可表达为
        C = W log2(1+S/N)
W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；
S 为信道内所传信号的平均功率；
N 为信道内部的高斯噪声功率。  

   信噪比(dB) = 10 log10(S/N ) (dB)

香农公式例题：

设信道的带宽为4kHZ，信噪比为30dB，按照香农定理，信道的最大数据传输速率约为多少

先算s/n

30=10log10(S/N)

解得(S/N)=1000

C = W log2(1+S/N)

=4k * log2(1+1000)

=4k * log2(1001)

≈40kbps

网络、通信、带宽 → 用 1000 进制
磁盘、文件、内存 → 用 1024 进制

传输方式

1：并行传输和串行传输

并行传输，是指一次发送n个比特而不是一个比特，为此，在发送端和接收端之间需要有 n条传输线路。（速度快、距离近、主机内传输）

串行传输，是指数据是一个比特一个比特依次发送的，因此在发送端和接收端之间只需要一条传输线路即可。（速度慢、距离远、主机间传输）

串行：远距离、现代、高速、抗干扰 → 网线、USB、PCIe、光纤
并行：近距离、老式、内部短距离 → IDE、并口打印机

2：异步传输和同步传输

同步就是指收发双方在时间基准上保持一致的过程。异步传输和同步传输是指两种采用不同同步方式的传输方式

异步传输 以字节为独立的传输单位，字节之间的时间间隔不是固定的，接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步。(短信聊天）

同步传输 以稳定的比特流的形式传输，要采取技术使收发双方的时钟保持同步。例如，收发双方接收同一时钟源的时钟信号来实现收发双方的同步，或采用具有自同步能力的曼彻斯特编码等。 (视频电话

3. 单工、半双工和全双工

单工通信（单向通信）只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。(收听广播、电视）

半双工通信（双向交替通信）通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。(对讲机）

全双工通信（双向同时通信）通信的双方可以同时发送和接收信息。 (打电话

真题解析：

1：将模拟信号转为数字信号时，为保证采样后的数字信号完整，采样频率采样必须大于或等于最大频率的 ( c )。

A. 四倍 B. 三倍 C.两倍 D.一倍

2:以太网10BASE-T 的编码方式是( c )。

A.4B/5B编码 B.差分曼彻斯特编码 C.曼彻斯特编码 D. 归零编码

3:16-QAM 调制可以传输每个符号( a )个比特。

A、4 B、2 C、16 D、8

1.3传输媒体

导引型传输媒体

1. 双绞线

核心作用：绞合减小电磁干扰，分屏蔽 STP和无屏蔽 UTP，后者更常用

关键参数：回波损耗、衰减、串扰（分近端 NEXT / 远端 FEXT）、衰减串扰比

2. 光纤

传输原理：通过光导纤维传递光脉冲，可见光频率高，传输带宽远大于其他介质

关键参数：回波损耗、衰减（单位 dB/km）、色散、波长窗口

核心分类：单模 SM / 多模 MM，核心差异见下表

光纤传输优点

(1)通信容量非常大
(2)传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
(3)抗雷电和电磁干扰性能好。
(4)无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据。
(5)体积小，重量轻。

常见光纤接口类型

FC、ST、SC（大方，接入家里光猫）、LC（小方）

3.同轴电缆

结构：内导体芯线 + 绝缘层 + 外导体屏蔽层 + 塑料外层，抗干扰特性好
应用：曾用于高速数据传输，现主要用在有线电视网，目前逐步被淘汰

非导引型传输媒体（无线传输）

传输频段：覆盖短波、超短波、微波、红外线、可见光等，无需敷线、接入灵活
主流应用方式
1. 微波接力：通过中继站放大信号实现远距离传输，100m 高天线塔可传 100 公里
2. 卫星通信：分同步地球卫星（3.6 万公里，时延 250-300ms，覆盖广）和低轨道卫星（2000 公里以下，如星链计划，构建空间高速链路）
缺点：易被干扰、保密性差

真题解析

1:以下不属于光纤通信的特点是( b )。

A. 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济

B. 在有效距离内，设备无须对准某个方向，就能进行通讯

C. 抗雷电和电磁干扰性能好，在有大电流脉冲干扰的环境下通讯效果良好

D. 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据

2:在双绞线中STP和UTP分别代表：( c )。

A、非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线

B、铠装线缆和非铠装线缆

C、屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线

D、3类线和5类线

3:下列不属于光纤跳线的接头类型的是( d )。

A、FC B、LC C、SC D、SEP

1.4信道复用技术

什么是复用

复用 (multiplexing) ：允许多用户使用一个共享信道进行通信。

通过信道复用技术可以充分利用传输媒体的带宽，节省经济成本

主流类型包括频分、时分、波分、码分复用四种，静态

1.频分复用（FDM）

核心：将总带宽划分为多份，为用户分配固定频带，通信全程占用。

特点：多用户同时占用不同带宽资源，收音机、电视是典型应用。

2.时分复用（TDM）

核心：将时间划分为等长 TDM 帧，用户在每帧中占用固定序号时隙，时隙周期性出现。

特点：多用户不同时间占用相同频带宽度，SONET、SDH 等技术采用

统计时分复用STDM

STDM 帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙，因此可以提高线路的利用率

3.波分复用（WDM）

核心：本质是光的频分复用，利用一根光纤同时传输多个光载波信号。

特点：PON 网络单纤双向通信的核心技术，通过分配不同波长实现上下行信号传输。

4.码分复用（CDM）

核心：多用户同时、同频通信，通过专属唯一码型避免干扰，多用户共享时为码分多址（CDMA）。

关键原理：将比特时间划分为码片，发送 1 传自身码片序列、发送 0 传反码

CDMA工作原理

将每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。
为每个站指派一个唯一的m bit码片序列。
发送比特1：发送自己的m bit码片序列。
发送比特0：发送该码片序列的二进制反码。

每个站分配的码片序列：各不相同，且必须互相正交 (orthogonal)

。 • 正交：向量 S 和 T 的规格化内积 (inner product) 等于 0：

【例】共4个站进行码分多址CDMA通信，4个站的码片序列为

A.(-1-1-1+1+1-1+1+1)

B.(-1-1+1-1+1+1+1-1)

C.(-1+1-1+1+1+1-1-1)

D.(-1+1-1-1-1-1+1-1)

接收站收到的码片序列为（-1+1-3+1-1-3+1+1）（各个站发送数据的和），求哪个站发送了数据，发送了什么数据？

用码片序列和接收到的序列做规格化内积，1表示1，-1表示0，0表示未发送

解析：A与该码片序列的规格化内积为（（-1）×（-1）+（-1）×（+1）+（-1）×（-3）+ （+1）×（+1）+（+1）×（-1）+（-1）×（-3）+（+1）×（+1）+（+1）×（+1））/ 8 = （1-1+3+1-1+3+1+1）/ 8 = 8 / 8 = 1，所以A发送了数据，并且发送的是1； B：0 C：没有发送数据 D:1 （计算过程略）

真题解析

下列光纤接入网络中，没有采用时间分割多路访问(TDMA)来实现下行和上行信号传输的
技术是( )。
A、GPON 千兆无源光纤网络
B、EPON 以太网无源光纤网络
C、XG-PON 10G无源光纤网络
D、WDM-PON 波分复用无源光纤网络

1.5数字传输系统

早期数字传输系统（电话网）

北美和日本 T1（1.544 Mbit/s）：T1共有24个话路，每个话路采样脉冲用7bit编码，然后再加上1位信令码元，因此一个话路占用8bit。在总体加1个比特作为帧同步码，这样每帧共有193(8*24+1)bit，每秒有8k个T1的帧通过接口，即8K*193=1.544Mbps。
欧洲和中国 E1（2.048 Mbit/s）：一个E1的帧分为32个时隙，一个时隙为8个bit，帧长为256个bit。每秒有8k个E1的帧通过接口，即8K*256=2.048Mbps。

同步光纤网 SONET

SONET使用光纤进行数据传输，其中光的波长范围在1310 nm至1550 nm之间。这种传输方式使得SONET在长距离通信中表现优越。美国标准版本，采用时分复用技术

• 只能在同步模式下传输数据

• 传输开销总数为9×3=27字节标准STS-1帧是9行，每行90字节。每行的前三个字节代表节和线路开销，单个SONET帧以125微秒（即每秒8000帧）的速度传输。8000 fps * 90 B*9 *8= 51.84 Mbps

同步数字系列 SDH

ITU-T 以SONET为基础制定的国际标准，采用时分复用技术。

SDH具有强大的容错性，能够在网络中快速检测和恢复故障，提高了系统的稳定性和可靠性• SDH可以在同步模式和异步模式下传输

• 传输开销总数为9×9=81字节

对于STM-1，单个SDH帧也以125微秒传输，帧长9行，每行270字节，即8000 fps * 270B*9*8=155.52 Mbps，每行有9字节报头。9字节报头包含复用器和再生器开销。

SONET 与 SDH 的对应关系

SONET 标识	SDH 标识	必考近似速率
OC-3/STS-3	STM-1	155M
OC-12/STS-12	STM-4	622M
OC-48/STS-48	STM-16	2.5G
OC-192/STS-192	STM-64	10G

SONET / SDH 标准的意义

• 定义了标准光信号，规定了波长为 1310 nm 和 1550 nm 的激光源。

• 在物理层定义了帧结构。

• 使北美、日本和欧洲这三个地区三种不同的数字传输体制在 STM-1 等级上获得了统一。

• 已成为公认的传输网体制。

新一代的数字传输网络

光传送网OTN (Optical Transport Network) 作为向全光网络进行演进的过渡技术，以光波分复用技术为基础，直接在光域上对不同波长的信号实现交换和复用，是SDH和WDM技术的结合。
分组传送网（PTN，Packet Transport Network）。旨在提供一种高带宽、低时延、灵活可扩展的传输网络，以支持IP业务的高效传输。它采用分组交换技术，将数据业务封装成IP数据包进行传输，并通过MPLS（多协议标签交换）等技术实现数据包的快速转发和路径优化。

组网原则：核心骨干用 OTN，汇聚接入用 PTN（考组网设计判断）

真题解析

SONET采用的成帧方法是( c )。

A.码分复用 B.空分复用 C.时分复用 D.频分复用

1.6互联网接入技术

互联网接入技术解决的就是最终用户接入本地ISP“最后一公里”的问题。

主要有：电话网拨号接入、数字用户线接入、光纤同轴混合网接入、光纤接入、以太网接入和无线接入。

1. 电话网拨号接入（PSTN）

早期住宅用户接入互联网的方式，简单易行、成本低 (非宽带接入) 通过拨号调制解调器接入

• 允许最高56Kbps接入速率 (通常会更低) • 不能同时上网和打电话，不提供持续连接

2. ADSL 技术

非对称数字用户线 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 技术：用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。ADSL 最大好处：可以利用现有电话网中的用户线（铜线），而不需要重新布线。可以利用现有电话网中的用户线（铜线），而不需要重新布线。

ADSL 技术把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。 DMT 调制技术采用频分复用 FDM 方法。

下行速率：1~8 Mbps（早期常见 2~8 Mbps，后期可达 24 Mbps 左右）
上行速率：640 kbps ~ 1 Mbps
特点：非对称，下行远大于上行，依托电话铜线，不占用通话。

3. 光纤同轴混合网（HFC 网）

HFC 网基于有线电视网 CATV 网。

核心：将原有 CATV 网的同轴电缆主干替换为光纤，光纤 + 同轴电缆混合架构
频谱特点：双向传输，扩展了 CATV 原有传输频带（原仅下行，无双向）
核心用户端设备
- 机顶盒：模拟电视接收数字电视信号
- 电缆调制解调器（Cable Modem）：计算机接入互联网，无需成对使用
关键问题：共享信道，需解决冲突问题

4. 光纤接入FTTx 技术

核心：光纤直达各类场景，统称FTTx，常见：FTTH（到户）、FTTB（到楼）、FTTC（到路边）、FTTR（到房间）(目前主流宽带接入)等

无源光网络 PON

无有源设备，成本低），由三部分组成

OLT：光线路终端（局端，核心）
ODN：光配线网（含光分路器）
ONU：光网络单元（用户端）

下行：波长1490nm，采用广播技术
上行：波长1310nm，采用TDMA（时分多址）技术

主流 PON 类型

EPON（以太网无源光网络）：链路层用以太网协议，兼容性好、成本低、易扩展
GPON（吉比特无源光网络）：采用 GEM 封装，支持多业务，有 QoS 保证，性能更优、成本稍高 （目前主流）

真题解析

1.PON 网络中的OLT 是什么( b )的简称。

A.光网络终端 B. 光线路终端 C. 光线路接入 D. 光网络接入

2.PON系统组成包括光线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)和(ONU)三大部分。

A.OBD B.ONU C.OTN D.ODF

3.在光纤接入技术中，EPON 系统中的 ONU 向 OLT 发送数据采用（ c）技术。

A．TDM B．FDM C．TDMA D．广播

转载自CSDN-专业IT技术社区

原文链接：https://blog.csdn.net/zbdjdmm/article/details/158469527

第一章：计算机网络概述

核心考点

一、网络体系结构

二、数据通信基础

三、传输媒体

四、信道复用技术

五、数字传输系统

六、互联网接入技术

1.1网络体系结构

计算机通信本质

网络协议三要素

计算机网络层次结构的好处

计算机网络体系结构

五层体系封装过程

OSI 七层模型 封装过程（自上而下）

TCP/IP 四层模型 封装过程（实际网络）

例题:2道

1.2数据通信基础

数据通信常用术语

编码与调制

常用编码方式

基本调制方式

常见调制方式

信道的极限容量-奈氏准则

奈氏准则例题：

香农公式

香农公式例题：

传输方式

1：并行传输和串行传输

2：异步传输和同步传输

3. 单工、半双工和全双工

真题解析：

1.3传输媒体

导引型传输媒体

1. 双绞线

2. 光纤

光纤传输优点

常见光纤接口类型

3.同轴电缆

非导引型传输媒体（无线传输）

真题解析

1.4信道复用技术

什么是复用

1.频分复用（FDM）

2.时分复用（TDM）

统计时分复用STDM

3.波分复用（WDM）

4.码分复用（CDM）

CDMA工作原理

真题解析

1.5数字传输系统

早期数字传输系统（电话网）

同步光纤网 SONET

同步数字系列 SDH

SONET 与 SDH 的对应关系

SONET / SDH 标准的意义

新一代的数字传输网络

真题解析

1.6互联网接入技术

1. 电话网拨号接入（PSTN）

2. ADSL 技术

3. 光纤同轴混合网（HFC 网）

4. 光纤接入FTTx 技术

无源光网络 PON

主流 PON 类型

真题解析

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OSI 七层模型封装过程（自上而下）

TCP/IP 四层模型封装过程（实际网络）