本文将原来的两篇网络笔记合并为一条连续知识链，重点消除重复目录，统一可靠传输协议的比较口径。

计算机网络学习笔记

超清晰整理 | 适合复习背诵

一、网络分层结构

1. OSI 七层模型（理论）

物理层
数据链路层
网络层
传输层
会话层
表示层
应用层

2. TCP/IP 四层模型（实际使用）

网络接口层
网络层
传输层
应用层

二、通信基础概念

信源：信息的发送方
信宿：信息的接收方
信道：信号传输的物理通道
信号
- 数字信号：离散、不连续
- 模拟信号：连续变化

码元、波特率、比特率

码元：一个固定时长的信号波形，代表一个离散数值
波特率：每秒传输的码元数（码元速率）
比特率：每秒传输的比特数（信息速率）
关系：比特率 = 波特率 × log₂(一个码元携带的比特数)

三、信道的极限容量

1. 噪声

传输过程中混入的干扰信号，会影响数据准确性。

2. 奈奎斯特定理（无噪声）

极限码元传输速率：
C = 2W log₂(N)

W：信道带宽
N：码元的离散电平数

3. 香农定理（有噪声）

极限信息传输速率：
C = W log₂(1 + S/N)

S/N：信噪比
信噪比（dB）= 10 log₁₀(S/N)
例：S/N=1000 → 30dB

四、编码与调制

1. 常用编码

NRZ 不归零编码
高电平1，低电平0，简单但无法同步。
RZ 归零编码
每个码元中间归零，自带同步，但浪费带宽。
NRZI 反向非归零
翻转表示1，不翻转表示0。
曼彻斯特编码
前高后低=1，前低后高=0，自带时钟，以太网使用。
差分曼彻斯特编码
码元开始处翻转=0，不翻转=1，抗干扰更强。

2. 编码特点

自同步能力
带宽开销
抗干扰能力

3. 调制方式

调幅 AM
调频 FM
调相 PM
正交幅度调制 QAM

五、传输介质

导向型

双绞线
同轴电缆
光纤

非导向型

无线电、微波、红外、激光

物理层接口特性

机械特性
电气特性
功能特性
规程特性

六、物理层设备

中继器：放大信号，延长传输距离
集线器：多口中继器，共享带宽，所有端口在同一个冲突域
冲突域：同一域内设备同时发送会产生冲突
中继器与集线器不能隔离冲突域

七、数据链路层

1. 物理链路 & 逻辑链路

物理链路：实际线路
逻辑链路：加上协议后的通信通道

2. 数据链路层功能

封装成帧
- 帧定界
- 透明传输
透明传输
不管数据是什么，都能正确传输。
差错控制
- 检错：发现错误
- 纠错：自动修复错误

八、差错控制（完整补全版）

1. 检错编码

（1）奇偶校验码

在数据后加1位，使1的总数为奇数/偶数。
只能检测奇数个位错误，无法纠错。

（2）循环冗余校验 CRC

通过多项式除法计算冗余码。
检错能力强，广泛用于数据链路层（如以太网）。
只能检错，不能纠错。

2. 纠错编码（你学到这里）

海明校验码

既能检错，又能纠错（1位错可直接纠正）。
核心思想：加入多个校验位，按分组校验，定位错误位置。

海明码基本规则

校验位 r 满足：2ʳ ≥ 数据位 + r + 1
校验位放在 2⁰、2¹、2²… 位置（1、2、4、8…）
每一位数据由多个校验位共同监督
按异或运算得到校正因子，判断是否出错
若只有1位错，可直接定位并纠正

特点

可检测 2 位错误
可纠正 1 位错误
常用于对可靠性要求高的场景

九、可靠传输与滑动窗口

滑动窗口同时服务于流量控制和可靠传输。发送方维护可发送但尚未确认的帧范围，接收方通过 ACK 推动窗口向前移动。帧序号使用 n 位二进制时，序号空间共有 $2^n$ 个值。

1. 停止等待协议

发送方每发送一帧就等待 ACK，超时后重传当前帧。接收方使用 0、1 两个序号识别重复帧。

发送窗口 $W_T=1$，接收窗口 $W_R=1$；
实现简单、缓存少；
往返时延较大时，信道利用率很低。

2. 后退 N 帧协议（GBN）

发送方可以连续发送多帧，接收方只接收按序到达的帧并使用累积确认。某帧丢失后，发送方从该帧开始重传后续所有未确认帧。

接收窗口固定为 $W_R=1$；
n 位序号下，$W_T \le 2^n-1$；
实现简单，但链路错误率高时会产生无效重传。

3. 选择重传协议（SR）

接收方可以缓存乱序帧，每一帧单独确认；发送方只重传超时或出错的帧。

发送窗口和接收窗口都可以大于 1；
为避免新旧帧序号混淆，窗口通常满足 $W_T,W_R \le 2^{n-1}$；
带宽利用率更高，但缓存和协议实现更复杂。

4. 统一对比

协议	发送方式	确认方式	乱序帧	重传范围
停止等待	一次一帧	单帧 ACK	不涉及	当前帧
GBN	连续发送	累积确认	丢弃	出错帧及其后续帧
SR	连续发送	逐帧确认	缓存	仅出错帧

5. 高频易错点

GBN 的接收窗口始终为 1；
SR 需要限制窗口大小，避免序号回绕后无法区分新旧帧；
ACK 丢失不代表数据帧一定丢失，接收方必须识别重复帧；
信道利用率不仅取决于窗口，还取决于发送时延、传播时延和误码率；
“只重传一帧”节省带宽，但会增加缓存和状态管理成本。

十、复习主线

物理层解决“比特怎样在介质上传输”，数据链路层解决“相邻节点之间怎样把一组比特可靠地当成帧交付”。编码、差错检测、帧序号、ACK、超时和滑动窗口，都是围绕这两个问题逐步增加的机制。