第一章——计算机网络和协议

思维导图

认识网络

理解互联网，因特网等网络的概念

1. 网络——若干节点（node）和连接这些节点的链路组成
2. 个人区域网（PAN——Personal Area Network）
   1. 几十米左右范围
   2. 通常时便携式电脑的无线网络
3. 城域网（MAN——Metropolitan Area Network）
   1. 一个城市内
4. 局域网（LAN——Local Area Network）
   1. 局部范围网络，如一个学校、工厂和机关范围内
   2. 通常以自己网络设备组建
5. 广域网（WAN——Wide Area Network）
   1. 跨接很大物理范围的网络，如多个城市、城市或洲
   2. 通常需要租用ISP（Internet服务提供商，电信移动联通）购买带宽
6. 互联网（internet）
   1. 多个网络通过路由器连接起来，形成互联网（”网络的网络”）
   2. internet（互联网）是一个通用名词，泛指多个计算机网络互连形成的网络，他们之间的网络协议可以是任意的
7. 因特网（Internet）
   1. 世界上最大的互联网（因特网的计算机称为主机（host）
   2. Internet（因特网）是一个专用名词，指全球最大，自由，开放的，由众多网络相连而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议作为通信的规则（其前身是美国的Arpanet）

范围划分：广域网＞局域网＞城域网＞个人区域网

了解网络拓扑结构

1. 概念：网络中各个站点互相连接的几何形状、计算机各设备连接的物理布局
2. 分类：
   1. 星型
   2. 环形
   3. 总线型
   4. 树型
   5. 网状型

了解因特网发展三阶段

1. 由单个网络向互联网发展
   1. 1969年美国创建第一个分组交换网ARPANET
   2. 70年代，研究多种网络互连
   3. 1983年，TCP/IP协议成为APRANET的标准协议（因特网诞生）
2. 1985年起逐步建成三级结构的因特网（NSFNET——主干网、地区网、校园网（企业网））
3. 逐步实现多层次ISP结构的因特网
   1. 1993年，NSFNET逐渐被几个商业主干网替代，政府不再经营，让各种因特网服务提供者ISP来运营
   2. 1994万维网WWW技术促使因特网迅猛发展
   3. 1995，NSFNET停止运作，因特网彻底商业化

记忆因特网服务提供者ISP（Internet service provider）

• 普通人花钱获得ISP在因特网管理机构申请到的ip地址（因特网主机一定要有ip地址才能通信），通过ISP的通信设备（路由器和通信线路）连接网络
• 中国三大ISP：中国电信，联通，移动
• ISP层次三层
  1. 主干网（国际）
  2. 部分国家或大公司区域区域（连接部分一层)
  3. 本地网（校园网、企业网）

了解因特网标准化工作

1. 面向公众
2. 因特网RFC（Request for comments）技术文档开放
3. 因特网协会ISOC是一个国际性组织，在世界范围内全面管理和促进因特网发展
4. 制定标准四阶段

理解因特网组成

1. 边缘部分（所有连接因特网的主机组成，由用户直接使用的用来通信和资源共享）
2. 核心部分（由大量网络和这些网络的路由器组成，为边缘部分提供服务（连接和交换））

了解计算机网络定义

1. 互连，计算机之间可通过有线或无线方式进行数据通信
2. 自治，独立的计算机（有自己的软件和硬件，可单独使用）
3. 集合，至少两台计算机

即计算机网络是由一些通用的、可编程的硬件（电脑、手机）互连而成的，这些硬件可传输不同类型数据，实现多种应用。

了解三种交换方式

• 电路交换（电话交换机接通电话线的方式）

三步骤
1-分配资源
2-一直占用
3-归还资源

• 重点分组交换（packet switching）

1-将报文分解分组（作设置首部）首部包含分组地址（构造分组，发送分组）
2-根据分组地址连接接口连接下个交换机（路由器），不断到达目的地，（缓存分组，转发分组）
3-目的主机收数据去掉首部，组合出原始报文。（接收分组，还原报文）

• 报文交换

/

OSI参考模型

记忆理解基本概念

1. OSI/RM——Open Systems Interconnection/Reference Model——开发系统互连
2. 该参考模型将计算机通信过程分为7层
   1. 低层1-4层（数据传输）
      1. 应用层Application layer
         1. 特指能发起网络通信的应用程序，提供用户接口，如QQ、客户端程序
      2. 表示层Presentation layer
         1. 编码解码、加密解密、压缩解压
      3. 会话层Session layer
         1. 建立、维护和释放面向用户的连接
      4. 传输层Transport layer
         1. 负责建立两个计算机之间连接，实现端到端的连接
         2. 实现可靠或不可靠数据传输，流量控制、丢包重传等功能
   2. 高层5-7层（应用程序级数据）
      1. 网络层Network layer
         1. 查看数据包（Packet）的IP地址
         2. 地址解析，选择路由
      2. 数据链路层DataLinkLayer
         1. 将数据包封装成能够在不同网络间传输的帧（Frame）
      3. 物理层PhysicalLayer
         1. 物理网络设备的连接，如网线。

TCP/IP 协议

记忆理解OSI与TCP/IP层次对应

• 当前互联网通信使用的是TCP/IP协议，简化了OSI参考模型，将计算机通信分为4层
• 协议栈是指网络中各层协议的总和（TCP/IP不是两个协议，而是一组协议）

• 协议有三要素：语法、语义和同步

  • 语法规定信息结构和格式
  • 语义规定信息含义
  • 同步规定信息交流的次序

    KeyPoint网络设备和分层

• 路由器（网络层设备）——根据网络层首部信息为数据包选择转发路由

• 交换机（数据链路层设备）——根据数据链路层地址转发数据帧
• 了解集线器（物理层设备）——只传递数字信号，看不懂帧内容
• KeyPointOSI参考模型各层【数据单元名称】与封装情况 | OSI分层 | 数据单元 | 封装情况 | | —- | —- | —- | | 应用层 |
  | | | 表示层 | | | | 会话层 | | | | 传输层 | 段——segment | | | 网络层 | 包——packet | | | 数据链路层 | 帧——frame | | | 物理层 | 比特流——bit | 无封装 |

计算机网络的性能指标

Calculation速率

1. 概念：每秒钟传输的比特数量
2. 单位：bit/s或bps——即bit per second
3. 单位表格 | 速率单位=封装情况 | | | 1B（Byte）（字节）=8b（bit）（比特） | | | | —- | —- | —- | —- | —- | —- | | 1b/s | = | 1b/s | 1B/s | = | 1×8 b/s | | 1kb/s | = | 103b/s | 1kB/s | = | 103×8/s | | 1Mb/s | = | 106b/s | 1MB/s——1M | = | 106×8/s | | 1Gb/s | = | 109b/s | 1GB/s | = | 109×8/s | | 1Tb/s | = | 1012b/s | 1TB/s | = | 1012×8/s |

了解带宽

1. 定义：用来表示网络通信线路传输数据的能力，即【最高速率】
2. 100Mbps即每秒传输100M比特

了解吞吐量

1. 定义：单位时间内通过某个网络或接口的数据量，包括【全部上传和下载的流量】

KeyPointCalculation时延

1. 发送时延（transmission delay）

   1. 定义：主机或路由器发送数据帧所需时间
   2. 与数据帧长度和发送速率（网卡的带宽）有关
   3. 发送时延=数据帧长度/带宽速率（单位——bit / (b/s)）
   4. 了解网卡的不同带宽，可影响改变发送时延

2. 传播时延（propagation delay）

     2. 定义    ：电磁波在信号中传播一定距离所需的时间

   1. 与信道长度和传播速率有关
   2. 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率（单位——m / (m/s))
   3. 了解电磁波在指定介质的传播速率是固定的，在空间，在铜线，在光纤有各自的速度。由公式知，信道长度固定了，传播时延就固定了，没办法改变。

3. 了解排队时延

   1. 定义：分组进行网络传输时，需要经过许多路由器，需要在输入队列里等待处理，处理好后还要等待转发，由此产生了排队时延。
   2. 网络通信量大时，可能队列溢出，使得分组丢失，使得排队时延无穷大

4. 了解处理时延

   1. 定义：路由器或主机收到数据包时需要花时间处理（如数据差错检验，路由路径选择），由此产生了处理时延。

5. 了解总时延：发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

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Calculation时延带宽积

1. 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽