1. 第一章

计算机网络概述

网络的两个重要基本特点：

  • 连通性

  • 共享性

网络

  • 网络：把许多计算机连接在一起

  • 主机：与网络相连的计算机

  • 互联网：把许多网络通过路由器连接在一起

概念澄清：

  • internet:互连网，泛指多个计算机相连接组成的网络

  • Internet：互联网，全球最大，由众多网络相互连接组成的特定计算机网络

发展阶段

  1. 单个ARPANET->互联网：1983年TCP/IP成为ARPANET的标准协议所以1983作为互联网诞生时间

  2. 三级结构：主干网，地区网，校园网或企业网

  3. 多层次ISP(Internet Service Provider｜互联网服务供应商)结构的互联网

互联网组成及分组交换

互联网组成

  • 边缘部分：有所有连接在Internet上的主机组成

    • 用户直接使用（传递数据，资源共享）

  • 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成

    • 为边缘部分提供服务

边缘部分

端系统两种通信方式：

  • CS（Client/Server）：客户服务器方式

    • 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方

  • P2P（Peer To Peer）：对等方式

    • 两个主机在通信时不区分哪一个是服务的请求方/提供方

    • 对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。

核心部分

  • 网络中的核心部分要向边缘部分中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任意主机能向其它主机通信

  • 起特殊作用的是路由器

主机与路由器区别

  • 主机:为用户进行信息处理,并向网络发送/接收分组

  • 路由器:实现分组交换,对分组进行存储转发,最后把分组交给主机

数据交换方式

  • 电路交换:以电路联接为目的的交换方式

    • 这种连接方法需要的电线对的数量与设备数的平方成正比。

    • 电路交换的三个阶段

      • 建立连接

      • 通信

      • 释放连接

    • 不适用于计算机通信，因为计算机数据具有突发性

  • 分组交换

    • 是以分组为单位进行传输和交换的，它是一种存储-转发交换方式

    • 分组的首部都含有地址等控制信息

    • 存储-转发:路由器收到一个分组，先暂时存储下来，再检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去

      • 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。

      • 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地

    • 优点:在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用

    • 问题:

      • 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延

      • 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销

  • 报文交换

性能指标

速率

  • 比特(bit):数据量的单位,一个比特就是二进制数字中的一个 1或 0

  • 比特率/数据率:数据的传送效率

    • 单位:bit/s,kbit/s,Mbit/s,Gbit/s

带宽

  • 本意:频带宽度,单位赫,千赫

  • 计网中:表示网络中某通道传送数据的能力,单位:bit/s

吞吐量

  • 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量

  • 经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

  • 量受网络的带宽或网络的额定速率的限制

时延

  • 指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间

    • 发送时延：传送时延，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。

      • 数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)

    • 传播时延:电磁波在信道中传播需要一定时间

      • 信道长度(m)/信号在信道上的传播速率(m/s)

    • 处理时延:主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间

    • 排队时延:分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延

      • 取决于网络中当时的通信量

线路宽窄的区别

  • 宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的

  • 宽带线路：每秒有更多比特从计算机注入到线路，传播间隔更短

时延带宽积

  • 定义：传播时延*带宽：以比特为单位的链路长度

往返时间RTT

定义：从发送方发送数据到发送方接受到来自接收方的确认。总共经历的时间

利用率

  • 信道利用率

    • 某信道有百分之几的时间是被利用的

    • 完全空闲的信道的利用率是零

  • 网络利用率:全网络的信道利用率的加权平均值

非性能指标

  • 费用

  • 质量

  • 标准化

  • 可靠性

  • 可扩展性

  • 可升级性

  • 易于管理和维护

网络体系结构

分层体系结构

  • 网络中的任何一个系统都是按照层次结构来组织的，且任意端系统必须具有相同的层次

  • 每层使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务

  • 实际的物理通信只在最底层完成

  • 通信只在对等层间进行（间接的、逻辑的、虚拟的）非对等层之间不能互相“通信”

消息送到源系统的最高层

  • 从最高层开始，自上而下逐层封装

  • 经物理线路传送到目标系统

  • 目标系统将收到的信息，自下向上逐层处理并拆封

  • 由最高层将消息提交给目标进程

协议数据单元(PDU)

  • 对等层之间交换的信息报文统称为协议数据单元

  • PDU由协议控制信息（协议头或者首部）和数据组成

    • 协议头中含有完成数据传输所需的控制信息:地址，序号，长度，分段标志，差错控制信息

  • 下层把上层的PDU作为本层的数据，然后加入本层的协议首部（和尾部）加以封装，形成本层的PDU

  • 封装：就是在数据前面加上特定的协议首部

因此，数据在源站自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程

网络协议

  • 计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则

  • 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol)，简称为协议

计算机网络的体系结构是计算机网络各层与网络协议的集合

两种标准

  • OSI/RM(Open Systems Interconnection Reference Model):开放系统互连参考模型

  • TCP/IP

OSI自底向上 1. 物理层 2. 数据链路层 3. 网络层 4. 运输层 5. 会话层 6. 表示层 7. 应用层

结合抽象图形记忆

TCP/IP自底向上 1. 网络接口层 2. 网际层ＩＰ 3. 运输层ＴＣＰ／ＵＤＰ 4. 应用层

五层协议体系结构 1. 物理层 2. 数据链路层 3. 网络层 4. 传输层 5. 应用层

不同类别的网络

按照作用范围分类

  • 广域网（WAN）：几十-几千公里

  • 城域网（MAN）：5-50公里

  • 局域网（LAN）：1公里左右

  • 个人区域网（PAN）：10米左右

按照网络的使用者分类

  • 公用网

  • 专用网

补充

  • 计算机网络中的结点（Node）是指 在通信线路与主机之间设置的通信线路控制处理机

  • 计算机网络共享的资源是计算机的软件、硬件与数据

  • 网络协议中规定通信双方要发出什么控制信息，执行的动作和返回的应答的部分称语义部分

  • 网络体系结构为什么采用分层次结构：

    • 每一层相互独立，使用其下层提供的服务，并向其上层提供服务

  • 数据传输效率：发送的应用层数据/发送的总数据

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