1. 选择题可能会经常碰到这些字眼，看懂这篇你就不会感到很陌生啦~~这里整理了一些计算机网络基础的考点内容，能让你对计算机网络的学习有一个基础的印象，是后续深入学习的基础，往期软考相关的内容：

1、数据链路层考点总结

2、计算机硬件基础考点总结

后续会尽能力更新相关内容，希望可以帮助到你~

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 一、 数据通信基础概念

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数据通信模型

三大要素：信源/信宿、信道、传输系统。

核心组成部分：

• DTE (数据终端设备)：如计算机、路由器。
• DCE (数据通信设备)：如调制解调器Modem、光猫。

DTE是用户端设备；DCE是网络端设备，负责将DTE的数字信号转换为适合信道传输的信号。

一些关键概念：

• 信源 = 发送端DTE + 发送端DCE
• 信宿= 接收端DTE + 接收端DCE
• 源系统= 信源 + 发送器
• 目的系统 =  信宿 + 接收器
• 数据电路 = 发送端DCE + 接收端DCT (物理信道)

调制与解调(DCE的功能)：

根据调制解调器(modem)的功能来分。

• 调制：数字信号调制成模拟信号
• 解调：模拟信号解调成数字信号

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数据调制(数字数据 >> 模拟信号)

目的：将数字数据转换为模拟信号或数字信号，以适应信道特性。

三种基本调制技术：

1. 幅移键控(ASK)：振幅随着基带数字信号变化而变化。容易实现、技术简单，但是抗干扰能力差。可根据有无振幅来判断。
2. 频移键控(FSK)：载波频率随着基带数字信号变化而变化。容易实现、技术简单，但是抗干扰能力差。不同的频率代表不同波形，传递不同信息。
3. 相移键控(PSK)：初始相位随着基带信号变化而变化。抗干扰能力强，但是实现技术比较复杂。每一种编码(0/1)都有自己的一种特定波形。
4. 差分调相(DPSK)：根据相邻波形的相位变化表示数据。
5. 正交振幅调制(QAM)：结合ASK和PSK，高效利用带宽，如16-QAM, 64-QAM。

QAM的补充：

结合了调相和调幅，也就是根据不同的相位、振幅互相搭配而组成特定的符号，每个符号都在星座图上有对应的点，接收方根据星座图去翻译。

① 码源波形M=相位数×振幅调制方法数，这决定了一共有多少种符号。

② 码元携带的数据量=log₂M(bit)

以16-QAM为例，一共有16种符号：

发送方：特定符号发送

接收方：星座图翻译

m-QAM中的m越大，所能传输的信息量就越大，传输速率也就越快。

16-QAM为例，携带的数据量为log₂16=4bit，也就是说一个波形携带4比特的信息。推导可知如果m越大的话，携带的数据量也越大。

数据编码(数字数据 >> 数字信号)

模拟信号数字化的三个步骤：

1. 采样：间隔一定的事件用序列来代替原来的信号。
2. 量化：在时间上将模拟信号离散化，变为有限数量的有一定时间间隔的离散值。
3. 编码：把量化后的值用二进制数表示。

奈奎斯特采样定理：采样频率 ≥ 2倍信号最高频率，才能无失真恢复原始信号。

常见编码方案(不归零、曼彻斯特、差分曼彻斯特)：

	不归零编码(NRZ)	曼彻斯特编码	差分曼彻斯特编码
原理	低电平表示0 高电平表示1	每个比特中间的跳变来判断 由高到低跳变表示1 由低到高跳变表示0	每比特开始有无跳变来判断 有跳变表示0，无跳变表示1 当前码元的前半部分和上一码元的后半部分组成来判断是否相同。
时钟	收发双方无法判断开始结束，发送时还应使用另一个信道进行时钟同步	跳变既作为时钟信号又作为数据信号，解决了时钟同步问题。	每比特中间的跳变做时钟同步之用。
特点	实现比较容易，准确性可控，速率较高 但是需要多信道解决时钟同步问题	传递1比特数据需要2次电平变化，2倍带宽、速率减半。 抗干扰强，编码复杂，编码效率低。(传递10Mb/s的数据需要20MHz的脉冲)。 准确率高，时钟同步极好。
场景	计算机内部总线：CPU(DDR)，内存(SDRAM)，主板上的芯片组之间的通信 SSD、U盘等内存存储 这些都有自己独立的时钟信道	经典以太网(10BASE-T、10BASE5)早期的10Mbps以太网 RFID标签 工业总线(传统工业控制网络) 航空与汽车(可靠性要求高、速度要求不高)	IEEE802.5令牌环网 早期局域网技术

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关键术语与概念

• 信息：通信的实质内容。
• 数据：信息的载体和表示形式。
• 信号：数据在传输过程中的电磁/电气表示形式，分为模拟信号和数字信号。
• 信道：传输电磁波信号的线路，信息传输的必经线路。分为物理信道和逻辑信道。
• 物理信道=传输介质+有关设备。
• 逻辑信道就是节点之间的“连接”。

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数据传输方式：并行/串行

• 其中异步传输、同步传输是串行传输的两种类型。

特性维度	并行传输	串行传输	异步传输	同步传输
信道需求	多条信道 (如8位数据需要8条并行信道)	单条信道
时钟同步	不需要严格的时钟同步 (因信号同时到达)	收发双方需要同步 (或采用异步/同步帧机制)	不需要严格的时钟同步 (靠起始位/停止位同步)	需要严格的时钟同步 (双方时钟频率需一致)
传输单位	逐字节/字传输	逐位传输	字符 (以字符为单位，加上起始/停止位)	数据帧 (大的数据块，含同步信息)
传输效率	高 (多位同时传输)	较低 (逐位传输)	低 (每个字符有额外开销位)	高 (数据块传输，额外开销比例小)
成本与距离	成本高，适合短距离通信 (如计算机内部总线)	成本低，适合远距离通信	成本低	成本较高 (需同步机制)
应用场景	计算机内部总线 (如PCIe, 内存总线)	网络通信、远程通信 (如USB, SATA, 网络布线)	低速人机交互设备 (如键盘、鼠标)	高速数据通信 (如网络、磁盘存储)
关键特点	存在串扰问题，距离越长越严重	远距离通信的主流方式	有起始位和停止位，简单但效率低	以同步字符或帧头帧尾定界，复杂但高效

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通信方向性：单工/半双工/全双工

• 单工 (Simplex)：单向通信（如广播、电视）。
• 半双工 (Half-Duplex)：双向交替通信（如对讲机）。
• 全双工 (Full-Duplex)：双向同时通信（如电话、网络）。

通信方式	单工 (Simplex)	半双工 (Half-Duplex)	全双工 (Full-Duplex)
原理	信号只能在一个方向上传输	信号可以双向传输，但不能同时进行	信号可以同时双向传输
特点	单向通信，一方只能发送，另一方只能接收	双向交替通信，同一时间只能有一方发送	双向同时通信，双方可以同时发送和接收
广泛用途	广播、电视、遥控器	对讲机、传统对讲系统、某些网络协议	电话、网络通信、视频会议

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二、 传输介质

有线介质

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双绞线 (Twisted Pair)

分类和适合的带宽：

• 屏蔽双绞线(STP) ：超五类、六类、超六类。Cat5(100Mbps)、Cat5e(1000Mbps)、Cat6(1Gbps+)、Cat6A(10Gbps)
• 非屏蔽双绞线(UTP)：超七类。Cat7(10Gbps+)

双绞线的原理：成对线的扭绞使得电磁辐射和外部电磁受到干扰最小。

屏蔽与非屏蔽的区别：屏蔽双绞线STP内部包了一层皱纹状的屏蔽金属物质，多了一条金属铜丝线，抗干扰能力比UTP更强。

连接器：RJ-45水晶头。

线序标准：T568A、T568B

双绞线制作方法：

• 直通线：两端都按照T568B标准连接（两端同标准，连接不同设备）
• 交叉线：一端按照T568A，另一端按照T568B（两端不同标准，连接同种设备）

两种双绞线性能对比

• UTP抗干扰能力较差(易电磁波干扰)，传输可靠性中等(易受外部干扰)
• STP抗干扰能力强，可靠性较高，成本、复杂度也较高，需要接地
• 传输距离都较短，只有100米左右

使用场景的对比

• UTP多用于传统以太网和家庭网络布线，其中Cat6支持更高宽带和速率。
• STP用于可靠性要求较高的高干扰工业布线环境等情景。

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同轴电缆 (Coaxial Cable)

通常按照抗阻值不同分为50Ω基带同轴电缆和75Ω宽带同轴电缆。

接口类型：BNCF型头等

性能分析：

• 抗干扰性强：绝缘效果佳，物理结构坚固；
• 可靠性：可靠性极高，屏蔽结构
• 传输距离：适中，比双绞线更远点，185米(细RG-58)/500米(粗RG-11)
• 带宽：10-100Mbps
• 成本：适中

使用场景：逐渐被淘汰，曾用于监控视频传输、有线电视(CATV)和早期以太网。

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光纤 (Fiber Optic)

原理：利用光在玻璃或塑料纤维中的全反射传输信号。

分类(是根据光的传播方式分的)：

	单模光纤	多模光纤
光源	激光	发光二极管LED、 注入式激光二极管ILD
特点	纤芯直径较小，只允许单一模式光传输。	直径较大 根据折射率分类： 突变型折射率芯(QM1)：层折射率均匀，模间色散大，距离短，适度距离。   渐变型折射率(OM2/OM3/OM4)：芯层折射率渐变，减小模间色散，距离和带宽提升。
传播距离	100km，最远传播距离	2km，传播距离较短于单模
可靠性	极高
带宽	最高， THz级别	OM1 / OM2 (62.5/50μm)：数百 MHzkm 到 数千 MHzkm OM3 / OM4 (激光优化 50μm)：2000 - 4700 MHz*km
成本	高	较高
使用场景	城域网、广域网骨干、超长距离高速传输	高速、长距离骨干网，距离适中用
核心特点	绝缘性好，信号衰减小，抗干扰能力强，传播距离远，传播速度块，传输距离大

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无线介质

1. 无线电波：传输距离远 ，受大气层反射影响，可靠性差 (易受干扰、窃听)。用于广播、业余无线电、部分物联网。
2. 微波：频率范围200MHz~300GHz，主要用2GHz~40GHz范围，分为地面微波和卫星通信。微波直线传播，必须要有中继站(“接力通信”)，频率高，范围宽，通信容量大；频谱干扰少，传输质量高。对环境要求高，容易受天气影响。
3. 红外线：传输距离只有几米，有穿透性，安全性好。用于旧式笔记本、遥控器、部分短距数据传输。
4. 卫星微波：高空卫星中继站，频带宽、干扰小、容量大、质量好。传输距离远，几乎无限制，就是会有传输时延。用于电视广播、GPS、远程通信、海事通信。
5. 可见光：传输距离短，利用LED灯光传输数据，不能穿透墙壁，无电磁干扰问题。
6. 紫外线以及更高的波段目前不能用来通信。

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三、 物理层特性与计算

信道特性

• 带宽(Bandwidth)：信道能通过的信号最高频率与最低频率之差，单位Hz。表示信道的传输能力。
• 数据传输速率(Data Rate)：单位时间内传输的二进制位数，单位bps (bit/s)。
• 码元传输速率(Baud Rate)：单位时间内传输的码元个数，单位波特(Baud)。
• 关系：数据速率(R) = 码元速率(B) × log₂(N)，其中N为一个码元所承载的比特数。

核心公式

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奈奎斯特定理 (无噪声信道)

公式：极限数据速率 = 2 × W × log₂(N) (bps)

参数：W为信道带宽(Hz)，N为信号电平的离散等级数（码元状态数，也就是码元里面承载有多少个比特数）。

含义：定义了在无噪声理想信道中，给定带宽下的最高码元速率和数据速率。

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香农定理 (有噪声信道)

公式：极限数据速率 = W × log₂(1 + S/N) (bps)

参数：W为信道带宽(Hz)，S为信号平均功率，N为噪声平均功率。

信噪比 (SNR)：通常用分贝(dB)表示，1dB = 10 × log₁₀(S/N)。计算香农公式时需先将dB值转换为S/N的比值。

含义：定义了在有噪声的现实信道中，给定带宽和信噪比下的最高数据速率极限。信道容量由带宽和信噪比共同决定。

四、 信道划分技术

静态划分信道

目的：让多路信号共享一条高速链路，提高信道利用率。

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频分复用(FDM)

按频率划分信道，各路信号在不同频段的信道上同时传输。用于模拟信号。

• xDSL(x Digital Subscriber Line)：x数字用户线路，电话线高频传输数据 (如ADSL/VDSL)。
• PSTN(公用交换电话网络)：使用双绞线划分3个频段，0~4kHz用于语音信号，20~50kHz用于计算机上载的数据信息，150~500kHz或140~1100kHz用于服务器上下载的数据信息。

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波分复用(WDM)     

本质是光域的FDM，在一根光纤中传输多个不同波长的光信号。密集波分复用(DWDM)是常见技术。需要用到组合器和分离器，实现独立保存同一根光纤上不同光源的数据信息的效果。

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时分复用(TDM)

按时间划分信道，各路信号分时间片占用同一频带。用于数字信号。分类：

• 同步TDM：固定时间片分配，可能浪费资源（如某路无数据，时间片也保留）。
• 统计TDM (STDM)：动态分配时间片，按需分配，效率高。

脉冲编码调制(PCM)技术：是模拟信号 -> 数字信号的标准技术。

信号在送入多路复用器之前，需要先进入一个PCM编码器。以最广泛使用TDM的贝尔系统的T1载波为例说明：

编码器每秒取样8000次，24路的信号每一路把1个字节存入帧中，每个字节长度为8，其中7位为数据位，1位用于通信控制，那么每个帧由24×8=193bit(信道数×8)组成。因为发送一帧需要125微秒，所以一秒可以发送10⁶÷125=8000帧。因此T1载波的速率为：

• 速率=每帧比特数×每秒帧数
• 193b×8000=1544000b/s=1.544Mb/s

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码分复用(CDM)

采用地址码和事件、频率共同区分信道，所有用户在空间、时间、频率上都有可能会重叠。主要用于无线通信（如CDMA）。

采用带宽远大于数据信号的高速伪随机码来进行调制，扩展原始数据带宽，载波调制后发送，接收端再把接收到的数据返回原始状态（解拓）。不同设备可以使用同一频率，但是不同移动台有自己独一无二的“码序列”，所以每个用户之间的使用没有干扰。

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时分多路、频分多路/波分多路、码分多路的区别

• 频分多路和波分多路是共享时间、共享物理空间 (信道)，但不共享频率/波长资源 (每个信号独占一个频段/波道)。这意味着相同的时间内可以有不同频率的多条信号在同一信道上发送。但是对应高频/低频的信号独自占有某一块信道。
• 时分多路是共享物理空间（信道），但是不共享时间的。这意味着有不同的时间内会有多条信号在同一信道上交续发送。但是相同的时间空隙内只有一条信号在独占某一条信道。
• 码分多路使用不同的编码区分信号，既共享了信道的频率，又共享了时间。

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动态划分信道的协议

Ⅰ、随机接入 (Random Access):

分类：

1. ALOHA: 最基本的随机接入，效率低。
2. CSMA (载波侦听多路访问): 先听后说。发送前先侦听信道是否空闲。
3. CSMA/CD (带冲突检测): 边说边听。主要用于有线以太网。检测到冲突立即停止发送并发送阻塞信号，然后退避重试。（解决冲突）
4. CSMA/CA (带冲突避免): 先听后说+预约/避免。主要用于无线局域网(Wi-Fi)。通过RTS/CTS握手、随机退避等机制尽量避免冲突发生。（避免冲突）

关键特点：

1. 无主控节点： 所有站点地位平等，自主决定发送。
2. 存在冲突可能： 核心挑战就是如何高效处理冲突（检测后解决 or 尽力避免）。
3. 低负载时效率高： 没有数据发送的站点不占用资源，有数据的站点可以很快获得信道（如果没冲突）。
4. 高负载时性能下降： 冲突概率增加，退避时间可能变长，导致吞吐量下降、时延增大且不确定。
5. 不确定性： 发送时延无法精确预测（取决于冲突和退避）。
6. 可扩展性： 理论上用户数可以很多，但高负载时性能会恶化。

适用场景： 突发性、不可预测的数据流量，低到中等负载的网络（如以太网、Wi-Fi）。

Ⅱ、受控接入 (Controlled Access):

核心思想：

 存在一个主控节点或一个控制令牌来协调各个站点的发送权限，确保任何时候最多只有一个站点在发送，从而完全避免冲突。

代表协议：

1、轮询 (Polling): 主节点（如基站、集线器）依次询问每个从节点是否有数据要发送。被问到的节点获得发送权。主节点故障会导致全网瘫痪。

2、令牌传递 (Token Passing):

• 核心思想： 一个特殊的控制帧（称为令牌）在逻辑环或总线拓扑的站点间顺序传递。只有持有令牌的站点才有权发送数据帧。发送完成后，必须将令牌传递给下一个站点。
• 代表技术： 令牌环网 (Token Ring - 物理环)，令牌总线网 (Token Bus - 逻辑环在物理总线上)。
• 关键特点 (令牌协议):
  • 无冲突： 令牌机制保证了同一时间只有一个站点发送。
  • 确定性时延： 最大时延可以计算（令牌绕环一周所需的最大时间）。
  • 效率：低负载时效率低于随机接入（站点需要等待令牌传来才能发送）。
  • 高负载时效率高且公平： 每个站点依次获得发送机会，信道利用率高且分配公平。不会像静态划分那样浪费固定资源。

  • 可靠性问题： 令牌丢失或持有令牌的站点故障会导致全网瘫痪，需要复杂的令牌管理机制（监视站）来恢复。

  • 复杂性： 实现相对复杂（环维护、令牌管理）。

适用场景 (受控接入)： 需要无冲突、确定性时延、高负载下公平高效的场景（如某些工业控制网络、传统令牌环/总线网）。

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五、数据交换技术

分类：电路交换/报文交换/分组交换

特性维度	电路交换 (Circuit Switching)	报文交换 (Message Switching)	分组交换 (Packet Switching)
核心工作原理	建立专用物理通路。通信前需建立一条端到端的专用线路，通信期间始终独占该线路的全部带宽。	存储-转发。整个报文作为一个整体，在每个节点接收并存储，然后选择下一跳路径转发。	存储-转发。将报文分割为多个较小的、带地址的分组，每个分组独立传输。
传输单位	比特流 (Bit)	报文 (Message)	分组 (Packet)
通路建立阶段	必需。有明确的连接建立、通信、连接释放三个阶段。	不需要。随时可发送。	数据报方式不需要；虚电路方式需要建立逻辑连接。
传输路径	固定的专用物理路径	可能变化的路径	数据报：独立选择路径； 虚电路：固定的逻辑路径
独占性	是。在连接期间独占信道带宽，即使无数据传输。	否。共享信道，按需使用。	否。共享信道，统计时分复用，带宽利用率高。
实时性/延迟	传输延迟小，延迟恒定。建立连接延迟大。适合实时通信。	延迟长且不定（取决于报文长度和网络状况）。不适合实时通信。	有存储转发延迟。数据报延迟不定；虚电路延迟较小且稳定。
可靠性	一旦连接建立，可靠性高。	每个节点可进行差错校验，可靠性较高。	高。每个节点可进行差错校验，协议可保证可靠传输。
排序要求	按序发送，按序接收。	按序发送，按序接收。	数据报：不保证按序到达；虚电路：保证分组按序到达。
带宽利用效率	低。独占信道， silent period 造成带宽浪费。	中。共享信道，但长报文会长时间占用节点资源。	高。分组较短，可充分利用信道空闲时间。
节点要求	节点简单，仅需建立物理连接。	节点需要大容量缓存来存储整个报文。	节点需要缓存管理能力，但无需存储整个报文。
典型应用	传统电话网络 (PSTN)	早期的电报网络、电子邮件（理论上）	互联网 (IP网络)、帧中继、ATM

分组交换两种方式细分对比(数据报/虚电路)

特性维度	数据报方式 (Datagram)	虚电路方式 (Virtual Circuit)
核心思想	“尽力而为” (Best-Effort) 每个分组自带完整地址信息，独立路由。	“面向连接” 通信前先建立一条逻辑连接（虚电路），所有分组沿此逻辑路径传输。
连接建立	不需要	必需
目的地址	每个分组都包含完整的源和目的地址	每个分组使用一个简短的虚电路号 (VCI)，而非完整地址。
路由选择	每个分组独立选择路由，路径可能不同。	所有分组沿同一条逻辑路径传输。
分组顺序	不保证按发送顺序到达目的站。	保证分组按发送顺序到达目的站。
故障适应性	高。某个节点故障时，后续分组可另选路由。	低。虚电路一旦中断，需要重新建立连接。
流量控制	难以实现	容易实现
类比	邮政系统：每封信独立投递，可能走不同路线。	电话系统：先拨号建立连接，然后所有语音沿同一路径传输。
典型代表	IP协议 (Internet Protocol)	帧中继 (Frame Relay)、ATM、X.25

发生交换的主要场景对比

特性	网络层交换（路由）	数据链路层交换（交换）
所在OSI层	第3层	第2层
主要目的	跨网络的通信，实现互联	同一网络内的通信，实现互连
寻址依据	IP地址（逻辑地址）	MAC地址（物理地址）
关键设备	路由器（Router）	交换机（Switch）
处理数据单元	分组（Packet）	帧（Frame）
主要功能	路由选择、分组转发、拥塞控制	MAC地址学习、帧的转发/过滤、环路防止（STP）
范围	广域网（WAN）、互联网	局域网（LAN）、本地网段

六、 物理层协议与设备

常见标准

• EIA/TIA-232 (原名RS-232)：计算机与Modem之间的串行接口标准。
• RJ-45：双绞线的物理接口标准。
• 各种IEEE 802.3物理层子层（如10Base-T, 100Base-TX, 1000Base-SX/LX）。

IEEE 802.3标准

其通用格式为：[速率] [信号模式] [介质类型 / 距离 / 通道数]

我们来拆解这个格式：

Ⅰ、[速率]：表示网络的传输速率。

例如：10 代表 10 Mbps，100 代表 100 Mbps，1000 代表 1000 Mbps（1 Gbps），10G 代表 10 Gbps。如果此处为空白，通常默认为 10（即10Mbps）。

Ⅱ、[信号模式]：Base： 代表 “基带（Baseband）” 传输。

• 基带传输：数字信号直接在线缆上传输，整个信道带宽全部用于传输一路信号。以太网使用的就是基带传输。

• Broad： 代表“宽带（Broadband）”传输（如传统的有线电视网络），使用频分复用技术，一个信道可以同时传输多路信号。在以太网标准中极少见。

Ⅲ、[介质类型 / 距离 / 通道数]：

这部分用后缀表示，说明了传输介质、最大网段长度或使用的光纤波长等。

常见后缀及其含义：

1、-T/-TX： 使用双绞线（Twisted-pair）。

2、-F/-FX： 使用光纤（Fiber）。

3、-SX / -LX / -ZX： 主要用于光纤以太网，表示不同的光源和波长，从而决定了传输距离。

• -SX： 短波长（850nm），多模光纤，传输距离短（几百米）。

• -LX： 长波长（1310nm），可用于多模或单模光纤，传输距离中等（几公里）。

• -ZX： 超长波长（1550nm），单模光纤，传输距离非常长（可达几十至上百公里）。

• -CX： 使用屏蔽双绞线或同轴电缆，距离极短，常用于机房内设备互联。

4、-SR / -LR / -ER： 用于万兆（10G）及以上以太网，同样表示距离。

• -SR： 短距离（Short Reach）

• -LR： 长距离（Long Reach）

• -ER： 超长距离（Extended Reach）

• 数字（如 5, 2）： 在早期同轴电缆标准中，数字代表单段电缆的最大长度（单位是百米）。

  • 10Base-5： “粗缆”，最大段长度 500 米。

  • 10Base-2： “细缆”，最大段长度 185 米（约等于200米，故简写为2）。

物理层设备

中继器 (Repeater)

放大和再生信号，延长网络距离。工作在物理层，无法连接不同网络。所有设备同处于一个冲突域。

可能把中继器与放大器进行对比考察：

1. 中继器（用于数字传输）

• 工作方式：中继器是一个再生器（Regenerator），而不是一个简单的放大器。

• 工作原理：当数字信号在传输过程中衰减或失真时，中继器会检测到的信号，判断它是0还是1，然后重新生成一个全新的、干净的、强度足够的数字信号继续发送出去。

• 效果：这个过程消除了前一段链路中积累的噪音和失真。只要失真还不足以让中继器误判（例如把0错判成1），信号就能被完美地还原。

2. 放大器（用于模拟传输）

• 工作方式：放大器是一个模拟设备，它的功能很简单：将接收到的信号整体放大。

• 工作原理：放大器无法区分原始信号和传输中混入的噪音。它会一视同仁地将信号和噪音一起放大。

• 效果：虽然信号强度恢复了，但失真和噪音也被放大了。经过多级放大后，噪音会累积得越来越严重，最终导致信号质量严重下降。

集线器 (Hub)

多端口的中继器，从一个端口收到信号后，简单广播到其他窗口。所有端口处于同一个冲突域和广播域。共享带宽。

中继器可以“延长”网络传输距离，在网络传输中起到放大信号的作用。只适用于完全相同的两类网络。

集线器就是多端口的集线器，可以实现优化网络布线结构，是对网络进行集中管理的最小单位，是一个信号放大和中转的设备。

二者都不具备寻址能力、交换作用、协议翻译功能，只是分配带宽。

中继器是所有设备共享冲突域，集线器是同一端口的设备共享冲突域。冲突域意味着同意冲突域内的设备，同一时刻只能由一个设备发送。

七、网络拓扑结果

网络拓扑是指网络中各个节点（设备）之间的连接方式或布局形式，它是网络设计的逻辑基础，直接影响网络的性能、可靠性和可扩展性。常见的拓扑类型包括总线型、星型、环型、树型、网状型以及混合型。

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1. 总线型（Bus Topology）

工作原理：所有设备连接到一条主干电缆（总线），数据以广播方式传输，目标设备接收信号，其他设备忽略。

优点：

• 结构简单，布线量少，成本低。

• 易于扩展，增加节点方便。

• 单点故障影响较小，某个用户或者站点失效，不影响其他用户使用。

缺点：

• 有单点故障问题：总线故障会导致全网瘫痪。

• 冲突严重：采用CSMA/CD机制，负载大时效率低。

• 故障诊断困难：需逐段排查故障点。

应用场景：早期以太网（如10Base-2），现已基本淘汰。

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2. 星型（Star Topology）

工作原理：所有节点通过独立链路连接到中心设备（如交换机或集线器），中心设备负责数据转发。处于中心位置的设备被称为交换机(Switch)。

优点：

• 易于管理：故障隔离简单，单个节点故障不影响全网。便于集中控制，易于维护。

• 稳定性高：中心设备提供集中控制。

缺点：

• 中心节点依赖性强：中心设备故障会导致全网瘫痪。中心系统必须有极高的可靠性。

• 布线成本高：每个节点需独立线缆连接中心。中心系统通常使用双机热备份。

• 共享能力差。

应用场景：现代局域网（LAN）、家庭及企业网络（最主流拓扑）。

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3. 环型（Ring Topology）

工作原理：节点通过电缆连接成闭合环，数据沿环单向或双向传输，通常采用令牌传递机制控制访问。

优点：

• 无数据冲突：令牌机制保证有序传输，实时性好。

• 负载能力强：适用于高负载网络。

缺点：

• 可靠性低：任一节点或链路故障会导致全网瘫痪。

• 扩展性差：增加或删除节点需中断网络。环路封闭，不易扩充。

• 响应时间长，信息传输效率低。

应用场景：令牌环网（Token Ring）、FDDI网络（现已较少使用）。

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4. 树型（Tree Topology）

工作原理：星型拓扑的扩展，形成分层结构（根节点、分支节点和叶子节点）。

优点：

• 易于扩展和管理：分层结构支持大规模网络。

• 故障隔离方便：分支故障不影响其他部分。

缺点：

• 根节点依赖性强：根节点故障影响下层所有节点。

• 布线复杂度高。

应用场景：大型企业网、校园网、广播电视网络。

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5. 网状（Mesh Topology）

工作原理：节点之间通过多条路径直接互联，分为全网状（所有节点互连）和部分网状（部分节点互连）。

优点：

• 高可靠性：冗余路径提供容错能力，单点故障不影响通信。

• 高性能：数据可通过最优路径传输。

缺点：

• 成本极高：布线量和设备端口需求大。

• 管理复杂：路由配置和维护难度高。

应用场景：广域网（WAN）骨干、军事/金融等关键网络。

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6. 混合型（Hybrid Topology）

工作原理：结合两种及以上基本拓扑（如星型-总线型、星型-环型）。

优点：灵活性强，可根据需求优化网络结构。

缺点：设计和管理复杂。

应用场景：超大型企业网络、异构网络环境。

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物理拓扑 vs 逻辑拓扑：

• 物理拓扑：指设备布线的实际物理连接方式（如线缆如何铺设）。

• 逻辑拓扑：指数据在网络中传输的逻辑路径（如令牌环逻辑上是环型，物理上可能是星型）。

典型例子：

• 以太网：物理星型（连接交换机） + 逻辑总线型（早期Hub）或星型（现代交换机）。

• 令牌环网：物理星型（连接MAU） + 逻辑环型。

八、计算机网络接入技术

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公共交换电话网(PSTN)

技术本质：利用传统的模拟电话系统进行数据传输。

接入设备：调制解调器（Modem），作用是将计算机的数字信号调制为在电话线上传输的模拟信号，解调过程则相反。

特点：

1. 低速：理论极限速率约为56Kbps，实际速率更低。针对话音频率(30~4000Hz)，数据传输速率33.3kb/s以内。
2. 按需拨号：需要拨号建立连接，期间占用电话线路，不能同时打电话和上网。
3. 费用：通常按连接时间计费。

注意：这是最古老的接入方式，常作为低速、过渡性方案的对比案例。关键词是Modem和模拟线路。

往往作为连接远程端点的连接方法，典型应用：

1. 远程端点和本地LAN之间的互连
2. 远程用户拨号上网
3. 作为专用线路的备份线路

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X.25分组交换网

技术本质：早期基于分组交换的广域网技术。是CCITT制定的公用数据网上供分组型终端使用的，DTE与DCE之间的接口协议。

特点：

1. 可靠性高：采用了复杂的差错控制和流量控制机制（在数据链路层和网络层均实现），适用于低质量、高误码率的物理线路（如早期的铜缆）。
2. 速率低：因为大量的检错重传开销，有效传输速率较低（通常低于64Kbps）。
3. 面向连接：采用虚电路（VC）方式工作。

X.25是可靠但低效的典型代表。常考其与帧中继（Frame Relay） 的对比。帧中继可以看作是X.25的简化版，它认为物理线路质量已经提高，因此省去了复杂的差错控制，只做检错而不重传，从而提高了效率和速度。

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数字数据网(DDN)

技术本质：采用数字传输信道（如光纤、数字微波）提供半永久性连接的专用数据传输网络。提供端到端的高速率、高质量的数字专用电路。

特点：

• 透明传输：DDN只提供传输链路，不支持数据链路层协议，是个纯粹的物理层媒介。

• 传输质量高：专线专用，延时小，通信速率稳定。

• 速率灵活：可以提供从64Kbps到2Mbps甚至更高速率的链路。

• 成本高：因为是独占的专用线路，所以费用昂贵。

DDN是专线接入的典型代表。常用于银行、政府等需要高质量、高安全性网络的机构连接其总部和分支机构。关键词是数字专线、透明传输、高质量。

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数字用户线(xDSL)

技术本质：在普通电话铜线上实现高速数据传输的技术。它使用频分复用技术，将电话线的频带划分为电话（低频）、上行（中低频）、下行（高频）三个通道，从而实现上网和通话同时进行。

常见类型：

• ADSL (非对称数字用户线)：下行速率远高于上行速率，非常适合家庭用户（下载多，上传少）。

• VDSL (甚高速数字用户线)：短距离内速率更高，是ADSL的升级版。

• SDSL (对称数字用户线)：上下行速率对称，适用于企业。

重点：

• 非对称性是ADSL的最大特点。

• 需要分离器（Splitter）来分离语音和数据信号。

• 传输速率与线路长度和质量密切相关。

• 这是在铜缆上的数据传输基本准则

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宽带网接入(HFC和Cable MODEM)

技术本质：利用现有的有线电视（CATV）光纤同轴混合网进行互联网接入。

系统组成：

• HFC (Hybrid Fiber-Coaxial)：光纤+同轴电缆混合网络。主干部分使用光纤，用户端使用同轴电缆。

• Cable MODEM：用户端接入设备，用于在HFC网络上进行数据传输。

特点：

• 共享带宽：同一光节点下的用户共享上行和下行信道，用户增多时，每个用户的实际可用速率会下降。

• 非对称：下行速率通常高于上行速率。

常与ADSL进行对比。核心区别是ADSL是独享接入（电话线直接到机房），而HFC/Cable MODEM是共享式接入。

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本地多点分配接入系统(LMDS/LMCS)

技术本质：一种无线宽带接入技术，工作于毫米波波段（通常20-40GHz）。

特点：

• 高频段、大容量：可提供很高的带宽。

• 覆盖范围小：通常覆盖一个城市区域（几公里范围），属于“最后一公里”的无线解决方案。

• 受天气影响大：雨雪天气会对毫米波信号造成严重衰减。

LMDS是无线接入的一个典型例子，但并非主流。它是一种固定无线宽带技术。

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无源光网络(FTTx)

技术本质：光纤接入（FTTx）的主流技术。所谓“无源”，指从运营商中心局到用户端之间的光分配网络（ODN）中不含有任何需要电源的电子设备，只使用分光器，从而降低了成本和运维难度。

网络结构：点对多点（P2MP）结构。一个光线路终端（OLT）通过分光器连接多个光网络单元（ONU）。

常见标准：

• EPON (以太网无源光网络)：基于以太网技术，与IP网络融合性好。

• GPON (吉比特无源光网络)：速率更高，效率更高，支持多种协议（ATM, GEM, Ethernet）。

重点：

• PON是当前主流的家庭光纤宽带的接入技术。

• 掌握其无源和点对多点的核心特征。

• 了解FTTH是最理想的光纤接入方式。

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