1.1 计算机网络是什么
先从"为什么要有网络"讲起——理解了目的，后面的分层、协议都是自然结果。
计算机网络 = 把地理位置不同、具有独立功能的多台计算机，通过通信线路和设备连接起来， 在协议的管理协调下实现资源共享和信息传递的系统。 三大关键词缺一不可：多台独立主机、连接介质、协议。少了协议，线接上了也没法通信。
计算机网络的功能（四大件）
- 数据通信——最基本的功能，比如发邮件、聊天。
- 资源共享——硬件（打印机）、软件、数据资源。
- 分布式处理——大任务拆给多台机器协作完成。
- 提高可靠性——一台坏了，换另一台顶上。
按覆盖范围分类（考试最常考）
- 局域网 LAN——一个办公室、一栋楼、一个校园，覆盖几百米到几公里，自己管理、速率高。
- 城域网 MAN——一个城市范围，通常由运营商建设。
- 广域网 WAN——跨城市、跨国家，互联网就是最大的广域网。
按拓扑结构分类
- 星型——所有节点连到中心设备（交换机/集线器）。好管理，中心一坏全瘫。
- 总线型——共用一条主线，省线缆，一出故障全线受累。
- 环型——首尾相接成环，数据单向绕圈传递。
- 网状——节点之间多路互连，可靠性最高，代价也最高（广域网骨干用的就是它）。
从"组成"看网络
- 资源子网——主机、终端、外设，负责提供和使用资源。
- 通信子网——交换机、路由器、通信线路，负责把数据搬过去。
1.2 性能指标：速率、带宽、时延
这些概念选择题爱考"哪个单位是什么"，也爱考时延由哪几部分组成。
| 指标 | 含义 | 单位/公式 |
|---|---|---|
| 速率（数据率） | 每秒传输的比特数，网络中最常说的"带宽"其实就是它 | bit/s（bps）、kbps、Mbps、Gbps，进位是 10³ |
| 带宽 | 信道能支持的最高数据率 | bit/s |
| 吞吐量 | 单位时间实际通过的比特数，受带宽和负载共同限制 | bit/s，≤ 带宽 |
| 时延 | 数据从一端到另一端花的总时间 | 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延 |
| 往返时间 RTT | 从发送方发出到收到回复的总时间 | ping 命令测的就是它 |
| 利用率 | 信道被使用的时间比例 | 利用率越高时延越大——别以为越大越好 |
四个时延里，只有下面两个需要你会算：
发送时延 = 数据长度(bit) / 发送速率(bit/s) ← 把数据"推上路"的时间 传播时延 = 链路长度(m) / 传播速度(m/s) ← 数据在线上"跑"的时间 （电磁波在铜缆/光纤中约 2×10⁸ m/s，约为光速的 2/3）
易错
- 速率单位是 bit/s 不是 Byte/s；1 Byte = 8 bit。
- Mbps 里的 M 是 10⁶（通信行业习惯十进制），不是 2²⁰。
- 四个时延里，处理时延和排队时延 不用算，概念题知道有这四项即可。
课堂练习（3 题）
- 1000 bit 的数据用 10 Mbps 的速率发送，发送时延是多少？ 答：1000 / (10×10⁶) = 10⁻⁴ s = 0.1 ms。
- 信号在 2000 km 的光纤中传播（速度约 2×10⁸ m/s），传播时延是多少？ 答：2×10⁶ m ÷ 2×10⁸ m/s = 0.01 s = 10 ms。
- "带宽 1 Gbps 的链路吞吐量一定达到 1 Gbps"这句话对吗？ 答：不对。吞吐量是实际通过量，受负载、瓶颈链路等因素影响，≤ 带宽。
1.3 OSI 七层模型（必背到条件反射）
自下而上口诀：物 数 网 传 会 表 应。这张表是网络部分的"根"，考试几乎每次都有。
为什么要分层？网络通信太复杂，把它拆成若干相对独立的层，每层只解决一类问题， 上层只管用下层提供的服务、不用关心下层怎么实现。这就是分层的核心思想：自上而下依赖，对等层对话。
| 层号 | 名称 | 核心职责 | 数据单位 | 典型协议 | 典型设备 |
|---|---|---|---|---|---|
| 7 | 应用层 | 为用户程序提供网络接口 | 数据 | HTTP、FTP、SMTP、POP3、DNS、DHCP | 网关 |
| 6 | 表示层 | 数据格式转换、加密、压缩 | 数据 | — | — |
| 5 | 会话层 | 建立、管理、终止会话 | 数据 | — | — |
| 4 | 传输层 | 端到端传输、差错控制、流量控制 | 报文段/用户数据报 | TCP、UDP | 防火墙 |
| 3 | 网络层 | 路由选择、逻辑寻址 | 分组（包） | IP、ICMP、ARP、IGMP | 路由器 |
| 2 | 数据链路层 | 成帧、差错控制、MAC 寻址 | 帧 | PPP、HDLC | 交换机、网桥、网卡 |
| 1 | 物理层 | 比特流传输、电气特性 | 比特 | — | 中继器、集线器 |
设备与层次的对应（背这三条就够）
- 路由器 → 网络层（看 IP 做路由选择）；
- 交换机 / 网桥 → 数据链路层（看 MAC 地址转发）；
- 集线器 / 中继器 → 物理层（只放大信号，不懂地址）。
记忆钩子：设备越"聪明"，层次越高。集线器最笨（物理层），交换机看 MAC（链路层），路由器看 IP（网络层），网关能翻译协议（最高层）。
易错
- 网络层管"寻址和路由"，传输层管"端到端可靠"，两个"端到端"别混。
- ARP 属于网络层（把 IP 解析成 MAC），不是数据链路层。
- TCP/IP 里的"网际层"= OSI 的网络层；"网络接口层"才是链路+物理。
课堂练习（3 题）
- 数据单位"帧"出现在 OSI 的哪一层？ 答：数据链路层。
- 路由器工作在哪一层？它转发的依据是什么？ 答：网络层；依据是 IP 地址（路由表）。
- 把 OSI 七层从下到上按顺序写出来。 答：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
1.4 TCP/IP 四层模型与 OSI 对照
实际互联网用的模型。和 OSI 的对应关系是高频考点。
| TCP/IP 四层 | 对应 OSI | 典型协议 |
|---|---|---|
| 应用层 | 应用层 + 表示层 + 会话层（上三层合一） | HTTP、DNS、SMTP、FTP、DHCP |
| 传输层 | 传输层 | TCP、UDP |
| 网际层 | 网络层 | IP、ICMP、ARP |
| 网络接口层 | 数据链路层 + 物理层（下两层合一） | 以太网、PPP |
一句话记忆
- 上三合一下二合一，中间两层不动。
- OSI 是"理论模型"（七层，面面俱到）；TCP/IP 是"实用模型"（四层，先有协议后有模型）。
课堂练习（2 题）
- TCP/IP 的应用层对应 OSI 的哪几层？ 答：应用层、表示层、会话层。
- OSI 参考模型和 TCP/IP 模型哪个是理论上先提出的？ 答：OSI 是先有模型后有协议的理论产物；TCP/IP 是先有协议实践、后总结出的模型。
1.5 封装与解封装：理解这一节，七层就活了
判断"哪一层加了什么"的题，靠的就是这一节的直觉。
发送方：数据从应用层往下走，每经过一层就在前面加一个本层的头（控制信息）， 数据链路层还会在末尾加校验码。接收方：从物理层往上走，每经过一层就剥掉对应的头， 最后把原始数据交还给应用程序。
发送方（逐层加头） 接收方（逐层剥头）
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应用层 数据 把数据交给应用程序 应用层
传输层 [TCP头][数据] 剥掉 TCP 头 传输层
网络层 [IP头][TCP头][数据] 剥掉 IP 头 网络层
链路层 [帧头][IP头][TCP头][数据][帧尾] 剥掉帧头帧尾 链路层
物理层 101010101010……（比特流） 还原成电信号/光信号 物理层
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↓ 经传输介质传到对端 ↑
为什么"同层才能对话"
- 只有对端的同一层才看得懂这个头：你网络层加的 IP 头，只有对端网络层能解析。
- 考试用途：判断题常问"哪一层加了什么"。不需要记具体字段，记住"逐层加头、逐层剥头"的方向即可。
课堂练习（2 题）
- 数据从发送方应用层到接收方应用层，"加头/剥头"各发生几次？ 答：发送方逐层加头（四层对应四次），接收方逐层剥头，方向相反、次数对应。
- 接收方物理层收到的比特流，先交给哪一层处理？ 答：数据链路层（物理层只负责比特流的传输和接收，不做解析成帧）。