1. 计算机与网络的发展阶段
| 年代 | 内容 |
|---|---|
| 20世纪50年代 | 批处理时代 |
| 20世纪60年代 | 分时系统时代 |
| 20世纪70年代 | 计算机间通信时代 |
| 20世纪80年代 | 计算机网络时代 |
| 20世纪90年代 | 互联网普及时代 |
| 2000年 | 以互联网为中心的时代 |
| 2010年 | 一切皆 TCP / IP 的网络时代 |
2. 协议
协议的必要性
两台计算机之间必须能够支持相同的协议，并遵循相同协议进行处理，才能实现相互通信。
TCP或IP协议的处理，很多情况下已经内嵌到具体的操作系统中。
一个CPU通常在同一时间只能运行一个程序。为了让多个程序同时运行，操作系统采用CPU时间片轮转机制，在多个程序之间进行切换，合理调度。这种方式叫做多任务调度。分时系统就是基于这种方式实现的。
协议的制定
ISO（International Organization for Standards：国际标准化组织）制定了国际标准OSI（Open Systems Interconnection：开放式通信系统互联参考模型）。OSI所定义的协议虽未得到普及，但是设计之处作为指导方针的OSI参考模型却常被用于网络协议的制定当中。
TCP/IP协议是由IETF（International Engineering Task Force）所建议的、致力于推进其标准化作业的一种协议。
协议的标准化推动了计算机网络的普及。
3. 协议分层
协议分层可以使比较复杂的网络协议更加简单化。有利于加强系统的拓展性和灵活性。也可以细分通信功能，更易于单独实现每个分层的协议。
但同时，过分的模块化使处理变得更加沉重，而且每个模块都要实现相似的处理逻辑。
OSI参考模型
| 分层名称 | 功能 | |
|---|---|---|
| 7 | 应用层 | 针对特定应用的协议。 |
| 6 | 表示层 | 设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换。 |
| 5 | 会话层 | 通信管理。负责建立和断开连接（数据流动的逻辑通路）。管理传输层以下的分层。 |
| 4 | 传输层 | 管理两个节点之间的数据传输。负责可靠传输。 |
| 3 | 网络层 | 地址管理（寻址）和路由选择。 |
| 2 | 数据链路层 | 互联设备之间传送和识别数据帧。 |
| 1 | 物理层 | 以01代表电压高低、灯光闪灭。界定连接器和网线的规格。 |
4. 传输方式的分类
根据数据发送方法分类
- 面向有连接型：在发送数据之前，需要在收发主机之间连接一条通信线路。该方法可避免一些无效数据的发送。
- 面向无连接型：不要求建立和断开连接。发送端可于任何时间自由发送数据。由于接收端不知道自己何时会收到消息，因此接收端需要时常确认是否收到了数据。
因为面向无连接型传输可以省略某些既定的、繁杂的手续，使处理变得简单，易于制作一些低成本的产品，减轻处理负担。
电路交换与分组交换
- 电路交换：电路交换机主要负责数据的中转处理。计算机先连接在交换机上，再通过交换机之间的连接完成数据的传输。传输过程中，计算机独占线路进行传输，直到断开连接才会停止使用该线路。
这意味着下一台计算机只有在上一台计算机处理结束后才有机会使用该电路收发数据。并且在此过程中，谁也无法预测某一台计算机的数据传输的起始时间。当并发用户数超过交换机之间的通信线路数时，这就意味着通信根本无法实现。
- 分组交换（蓄积交换）：分组交换机（路由器）连接通信线路。发送端计算机将数据分组发送给路由器，路由器将数据缓存在缓冲区后，以先进先出的次序转发给目标端计算机。
在分组交换中，计算机与路由器之间以及路由器与路由器之间通常只有一条通信线路。这是一条共享线路。在电路交换中，计算机之间的传输速度不变。但是在分组交换中，通信线路的速度可能会有所不同。根据网络的拥堵情况，数据到达目标地址的时间有长有短。路由器的缓存饱和和溢出时，甚至可能会发生分组数据丢失、无法发送到对端的情况。
根据接收端的数量分类
- 单播（Unicast）：一对一通信
- 广播（Broadcast）：所有计算机（数据链路内）。广播范围称为广播域。
- 多播（Multicast）：特定组内的通信。
- 任播（Anycast）：在特定的多台主机中选出一台作为接收端。
任播在实际网络中的应用有DNS根域名解析服务器。
5. 地址
地址的唯一性
在同一通信网络中不允许有两个相同地址的通信主体存在。
地址的层次性
MAC地址和IP地址在标识一个通信主体时虽然都具有唯一性，但是只有IP地址具有层次性。
MAC地址由设备厂商针对每块网卡进行分配指定。虽然MAC地址中的制造商识别号、产品编号以及通用编号等信息在某种程度上具有一定的层次性，但是对寻址没有任何作用，所以不能算作有层次性。正因如此，虽然MAC地址是真正负责最终通信的地址，但在实际寻址的过程中，IP地址必不可少。
网络传输中，每个节点会根据分组数据的地址信息，来判断该报文应该由哪块网卡发送出去。为此，各个地址会参考一个发出接口列表。MAC寻址中参考的是地址转发表（记录的是实际MAC地址），IP寻址中参考的是路由控制表（记录的是集中了之后的网络号和子网掩码）。
6. 网络的构成要素
| 设备 | 作用 |
|---|---|
| 网卡 | 使计算机联网的设备 |
| 中继器（Repeater） | 从物理层上延长网络的设备 |
| 网桥（Bridge）/2层交换机 | 从数据链路层上延长网络的设备 |
| 路由器（Router）/3层交换机 | 通过网络层转发分组数据的设备 |
| 4～7层交换机 | 处理传输层以上各层网络传输的设备 |
| 网关 | 转换协议的设备 |
传输速率（又称"带宽"Bandwidth)指单位时间内传输的数据量有多少。
主机之间实际的传输速率被称作吞吐量。单位与带宽相同，而吞吐量不仅衡量带宽，而且也衡量主机的CPU处理能力、网络的拥堵程度、报文中数据字段的占有份额等信息。
网卡（网络接口卡-NIC)
有时也被叫做网络适配器，网卡，LAN卡。
任何一台计算机连接网络时，必须要使用网卡。
中继器（Repeater）
识别0、1序列调整波形进行相应的放大与转发。并不负责判断数据是否有错误。同时，他只负责将电信号转换为光信号，因此不能在传输速率不同的媒介中进行转发。
通过中继器进行的网络延长，其距离并非可以无线扩大。
网桥/2层交换机
识别数据链路层中的数据帧，重构数据帧转发。丢弃错误的数据帧。
网桥能够识别数据链路层中的数据帧，并将其临时存储与内存，再重新生成信号作为全新帧发送给另一网段。由于能够存储数据帧，所以网桥可以连接不同传输速率的数据链路，并且不限制连接网段的个数。
部分网桥能够判断是否将数据报文转发给相邻的网段，这种网桥被称作自学习网桥。他们汇集住通过自己转发的所有数据帧的MAC地址，并保存到自己的内存表中，由此，可以判断哪个网段中包含持有哪类MAC地址的设备。
路由器/3层交换机
判断网络路径，转发至目标地址。
路由器可以连接不同的数据链路。他还有分担网络负荷的作用。部分路由器还具备一定的网络安全功能。
4～7层交换机
负责传输层以上的数据转发与协议转换。
通过同一个URL将前端访问分发到多个后台服务器上，可以在这些服务器的前端增加一个负载均衡器。这种负载均衡器就是4～7层交换机的一种。
重要功能之一：带宽控制：网络比较拥堵时，优先处理语音等对及时性要求较高的通信请求。
网关
网关负责将从传输层到应用层的数据进行转换和转发。相对于4～7层交换机，网关不仅转发数据，还会对数据进行转换。通常使用应用层网关或者表示层网关在两个不能直接通信的协议之间进行翻译，实现两者的通信。
在使用WWW时，为了控制网络流量以及处于安全的考虑，有时会使用代理服务器（Proxy Server）。这种代理服务器称为应用网关。借此，客户端与服务器之间无需在网络层上直接通信，而是从传输层到应用层对数据和访问进行各种控制和处理。
7. 现代网络实态
网络的构成
核心网（骨干网）是计算机网络的中心。人们通常会用高速路由器相连使之快速传输大量数据。核心网的出口被称作"边缘网络"，常用设备有多功能路由器和3层交换机。
计算机网络中连接"边缘网络"的部分叫做"接入层"或"汇聚层"。这样，骨干网可以专注于如何提高业务传输性能和网络的生存性，而将具有业务智能化的高速路由器和交换机移到网络的边缘。边缘网络的常用设备多为2层交换机或3层交换机。
互联网通信
家庭或公司连接互联网时，汇集到无线局域网路由器和最近的交换机的通信会再次被连接到接入层。
移动通信
手机开机就会与最近的基站发生无线通信。该基站相当于通信层。当手机发出通信请求时，基站收集的通信请求被汇集到控制中心（边缘网络），之后再被接入到互联通信控制中心的主干网。