计算机网络 - 概述
第一章 概述
来源Bilibili湖科大教书匠计算机网络教程：计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）
计算机网络在信息时代的作用
- 计算机网络已由一种
通信基础设施发展成为一种重要的信息服务基础设施 - 计算机网络已经像水、电、煤气这些基础设施一样，称为我们
生活中不可或缺的一部分
因特网概述
网络、互连网（互联网）和因特网
网络 : 由若干
结点和连接这些结点的链路组成结点 ：可以是
计算机 、集线器、交换机、路由器等互联网 : 多个网络还可以通过
路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网。因特网（Internet）是世界上最大的互联网络
因特网发展的三个阶段
- 因特网服务提供者ISP（Internet Service Provider）
- 基于 ISP 的三层结构的因特网
第一层：主干ISP ，由几个专门的公司创建和维持，服务面积最大，速度最快。
第二层：地区ISP ， 通过 一个 或多个主干 ISP 连接起来，数据率也低一些。
第三层：本地ISP ， 面向用户直接提供服务，例如校园网，企业网。
因特网的标准化工作
- 因特网指定其标准有一个很大的特点是面向公众
- 制定因特网标准的有四个阶段：
- 因特网草案（此时还不是RFC文档）
- 建议标准 （从这个阶段开始就成为RFC文档）
- 草案标准
- 因特网标准
因特网的组成
边缘部分
由所有连接在因特网上的
主机组成，这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享核心部分
由大量网络和连接在网络上的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的
三种交换方式：电路交换、分组交换和报文交换
电路交换
- 电话交换机 接通电话线的方式称为电路交换
- 从通信资源的分配角度看，
交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源
- 电路交换的三个步骤：
- 建立连接（分配通信资源）
- 通话（一直占用通信资源）
- 释放连接（归还通信资源）
电路交换的一个重要特点是：
在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源
当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的效率往往很低：因为占用的大部分时间都在等待数据，并且在等待期间，通信线路不能被其他计算机利用。
分组交换
概念
报文：要发送的整块数据
包（分组）：把较长的报文划分成一个个等长的数据段 ，给每个数据段添加一个首部，称为包，又称 分组，首部又称 包头
- 各分组从源站到达目的站可以经过不同的路由，
- 分组乱序：分组到达目的站 不一定与分组在原站的发送顺序相同
分组交换过程 各角色的任务
- 发送方：构造分组，发送分组
- 路由器：缓存分组，查看转发表，转发分组（存储转发）
- 接收方：接受分组和还原报文
三种交换的对比
电路交换：需要先建立连接占用资源，然后直接发送整个报文，比特流直达终点，不需要转发
优点：
通信时延小
有序传输
没有冲突
适用范围广
实时性强
控制简单
缺点：
建立连接时间长
线路独占，使用效率低
灵活性差
难以规格化
报文交换：不需要建立连接，可随时发送，直接发送整个报文，由于不限制报文大小，这要求路由器 具有
较大缓存空间优点：
无需建立连接
动态分配线路
提高线路可靠性
提高线路利用率
提供多个目标服务
缺点：
引起转发时延
需要较大得到缓存空间
需要传输额外的信息量
分组交换：将报文 分为各个分组，利用存储转发技术
优点
无需建立连接
线路利用率高
简化了存储管理
加速传输（后一个分组的存储操作和前一个分组的转发操作可以同时进行）
减少出错概率和重发数据量
提高线路可靠性
减少了传输时延
缺点
引起转发时延
需要传输额外的信息量
对于数据服务而言，存在失序，丢失或重复分组的问题
计算机网络的定义和分类
计算机网络的定义
- 计算机网络的精确定义并未统一
- 计算机网络的简单的定义是：一些
互相连接的、自治的计算机的集合- 互连：是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信；
- 自治：是指独立的计算机，他有自己的硬件和软件，可以单独运行使用；
- 集合：至少两台计算机；
- 计算机较好的定义是：计算机网络主要是有一些通用的可编程的
硬件互连而成，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。- 计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的激素那几，而是包括了智能手机
- 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种应用。
计算机网络的分类
按交换技术分类：
- 电路交换网络
- 报文交换网络
- 分组交换网络
按使用者分类：
- 公用网：电信公司出资建造的大型网络
- 专用网：某个部门，单位为满足需要而打造的网络
按传输介质分类：
- 有线网络
- 无线网络：WLAN
按覆盖范围分类：
- 广域网（WAN）
- 城域网（MAN）
- 局域网（LAN）
- 个人区域网（PAN）
按拓扑结构分类：
总线型网络：建网容易，增减节点方便，节省线路，但重负载时通信效率不高，总线一旦故障则全网瘫痪。
星型网络：
环形网络
网状型网络
计算机网络的性能指标
常用的计算机性能指标
- 速率
- 带宽
- 吞吐量
- 时延
- 时延带宽积
- 往返时间
- 利用率
- 丢包率
速率、带宽、吞吐量、时延
速率
带宽
就是信道允许通过的 信号频带 范围
吞吐量
时延
发送时延：是主机或路由器发送数据帧所需要的时间
传播时延：是指电磁波在信道中传播所需要的时间
处理时延：主句或者路由器在收到分组时要花费一定时间对其进行处理，如 分析 包头，提取数据成分
时延带宽积、往返时间、利用率、丢包率
时延带宽积
- 可以理解为，当发送端连续发送数据，则在所发送的第一个比特到达终点时，发送端就已经发送了
时延带宽积个比特 - 链路的时延带宽积又称为
以比特位单位的链路长度
往返时间
利用率
丢包率
计算机网络体系结构
常见的计算机网络体系结构
IP协议 可以将 不同的网络接口 互连，并向其上的 TCP协议 和 UDP协议 提供网络互联服务
TCP协议 在享受 IP协议 提供服务的基础上 可向应用层提供 可靠传输 的 服务。
UDP协议 在享受 IP协议 提供服务的基础上 可向应用层提供 不可靠传输 的 服务。
IP over everything : 使用 IP协议 可以互连不同的网络接口。
everything over IP : IP协议 可以为不同的网络应用提供服务。
分层的必要性
两台主机进行通信要解决的问题
物理层
采用怎样的传输介质
采用怎样的物理接口
使用怎样的信号来表示比特0和1
数据链路层
解决分组在一个网络上传输的问题
- 如何标识网络中的各主机（主机编址问题，例如MAC编址）
- 如何从信号所表示的一连串比特流中分出地址和数据
- 如何协调各主机争用总线
网络层
解决分组在网络之间的传输
- 如何标识各网络以及网络中的各主机（网络和主机的共同编制问题，例如IP地址）
- 路由器如何转发分组，如何进行路由选择
运输层
解决进程之间基于网络的通信
- 如何解决进程之间基于网络的通信问题
- 若出现传输错误，应该如何处理
应用层
- 通过进程间的交互来完成特定的网络应用
原理体系结构
1.6.3 专用术语
实体
任何可发送或接收信息的 硬件 或 软件进程
对等实体 ：收发双方 相同层次的实体
协议
控制两个对等实体进行 逻辑通信规则的 集合
协议三要素：语法 语义 同步
语 法 ：定义所交换信息的格式
语义 ： 定义收发双方所要完成的操作
同步 ： 定义通信双方的时序关系
服务
- 在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够像上一层提供服务
- 要实现本层协议，需要使用下一层提供的服务
- 协议是
水平的，服务是垂直的 - 实体看得见相邻下层提供的服务，但并不知道该服务的具体协议。也就是说下面的协议对上面的实体是
透明的
服务访问点：在同一系统中 相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，区分不同服务的类型。
- 数据链路层的服务访问点为帧的
类型字段 - 网络层的服务访问点为 IP 数据报 首部中的
协议字段 - 网络层的服务访问点 为 端口号
服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层 交换一些命令，这些命令称为 服务原语。
协议数据单元 PDU ：对等实体之间传送的数据包
服务数据单元 SDU ：统一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元。
多个SDU可以组成一个 PDU ，一个SDU也可以拆分成 几个 PDU
总结
