1.1 计算机网络概述
1.1.1 计算机网络的概念
计算机网络：
是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
计算机网络是互连的、自治的计算机集合。
互连：通过通信链路互联互通
自治：无主从关系
1.1.2 计算机网络的功能
1.数据通信
它是计算机网络最基本和最重要的功能，用来实现联网计算机之间的各种信息的传输，并将将分散在不同地理位置的计算机联系起来，进行统一的调配、控制和管理。比如，文件传输、电子邮件等应用，离开了计算机网络将无法实现。
2.资源共享
资源共享可以是软件共享、数据共享，也可以是硬件共享。使计算机网络中的资源互通有无分工协作：从而极大地提高硬件资源、软件资源和数据资源的利用率。
3.分布式处理
当计算机网络中的某个计算机系统负荷过重时，可以将其处理的某个复杂任务分配给网络中的其他计算机系统，从而利用空闲计算机资源以提高整个系统的利用率。
4.提高可靠性
5.负载均衡
1.1.3 计算机网络的组成
1.从组成部分进行划分
2.从工作方式进行划分
3.从功能组成进行划分
1.1.4 计算机网络的分类
1.按分布范围分
广域网WAN 城域网MAN 局域网WAN 个人区域网PAN
广域网和局域网之间的差异不仅在于它们所覆盖范围的不同，还在于它们所采用的协议和网络技术的不同，广域网使用点对点等技术，局域网使用广播技术。
广域网和局域网之间的差异不仅仅是传播距离，还有协议！
现在大量的计算机是通过诸如以太网这样的局域网连入广域网的，而局域网与广域网的互联是通过路由器实现的。
2.按使用者分
公用网，专用网
3.按照交换技术来分
电路交换
1）电路交换网络。在源结点和目的结点之间建立一条专用的通路用于传送数据，包括建立连接、传输数据和断开连接三个阶段。最典型的电路交换网是传统电话网络。
该类网络的主要特点是整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像是在一条管道中传送。优点是数据直接传送、时延小。缺点是线路利用率低、不能充分利用线路容量、不便于进行差错控制。
报文交换
2）报文交换网络。用户数据加上源地址、目的地址、校验码等辅助信息，然后封装成报文整个报文传送到相邻结点，全部存储后，再转发给下一个结点，重复这一过程直到到达目的结点。每个报文可以单独选择到达目的结点的路径。
报文交换网络也称存储-转发网络，主要特点是整个报文先传送到相邻结点，全部存储后查找转发表，转发到下一个结点。优点是可以较为充分地利用线路容量，可以实现不同链路之间不同数据率的转换，可以实现格式转换，可以实现一对多、多对一的访问，可以实现差错控制。缺点是增大了资源开销（如辅助信息导致处理时间和存储资源的开销）
增加了缓冲时延，需要额外的控制机制来保证多个报文的顺序不乱序，缓冲区难以管理
（因为报文的大小不确定，接收方在接收到报文之前不能预知报文的大小）
分组交换
3）分组交换网络，也称包交换网络。其原理是将数据分成较短的固定长度的数据块，在每个数据块中加上目的地址、源地址等辅助信息组成分组（包），以存储转发方式传输。
其主要特点是单个分组（它只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储后查找转发表，转发到下一个结点。除具备报文交换网络的优点外，分组交换网络还具有自身的优点：缓冲易于管理；包的平均时延更小，网络占用的平均缓冲区更少；更易于标准化更适合应用。现在的主流网络基本上都可视为分组交换网络。
分组交换要求把数据分成大小相当的小数据片，每片都要加上控制信息（如目的地址），因而传送数据的总开销较多。相比其他交换方式，分组交换信道利用率高。传播时延取决于传播介质及收发双方的距离。对各种交换方式，不同规格的终端都很难相互通信，因此它不是分组交换的缺点。
4.按拓扑结构分
拓扑结构主要是指通信子网的拓扑结构。通信子网包括物理层、数据链路层、网络层，而如集线器、交换机和路由器分别工作在物理层、数据链路层和网络层
1.星形网络
存在中央设备，其他的设备都和中央设备连接。
中心节点可以是：1.文件服务器 2.连接设备，如常见的集线器。
2.总线型网络
3.环形网络
4.网状网络
每个节点至少有两条路径与其他节点相连。
可靠性高，线路成本高。
5.按传输技术分
广播式网络：共享公共通信信道
点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制
P8 16题
访问服务点（SAP）
上下层之间进行通信的逻辑接口N层的SAP就是N+1层可以访问N层服务的地方。
本题中：
数据链路层使用物理层的服务一定要通过SAP实现。
1.1.6 计算机网络的性能指标
1.速率（Speed）
网络中的速率是指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率,也称数据率或比特率,单位为b/s(比特/秒)(或bit/s,有时也写为bps)。数据率较高时,可用kb/s(k=10^3),Mb/s(M=10^6)，Gb/s(G=10^9)，Tb/s（T=10^12）表示。在计算机网络中,通常把最高数据率称为带宽。
存储容量：1Byte=8bit 1KB=2^10B=1024B=1024*8b 1MB=2^10KB=1024KB 1GB=2^10MB=1024MB 1TB=2^10GB=1024GB
2.带宽（Bandwidth）
计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”，b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s。
（网络设备所支持的最高速度。）
例 传播速率为2x10m/s电磁波1us可向前传播200m
3.吞吐量（Throughput）
表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位b/s,kb/s,Mb/s等。
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
吞吐量：30Mb/s
4.时延（Delay）
指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位是s。
（1）发送时延（传输时延）
从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。
发送时延=数据长度/信道带宽(发送速率）
（2）传播时延
取决于电磁波传播速度和路长度。
传播时延=信道长度/电磁波在信遣上的传播速率
（3）排队时延
（4）处理时延
总时延=发送时延+传播时延+排队时延+处理时延
5.时延带宽积
时延带宽积（bit）=传播时延（s）*带宽（b/s）
时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。即“某段链路现在有多少比特”。
6.往返时延（Round-Trip Time RTT）
从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。
RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。
7.利用率
（1）信道利用率
（2）网络利用率
1.2 计算机网络体系结构与参考模型
1.2.1 计算机网络分层结构
1.为什么要分层（分层的目的）？
发送文件前要完成的工作：
（1）发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
（2）要告诉网络如何识别目的主机。
（3）发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
（4）发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作
（5）确保差错和意外可以解决。
大问题→小问题→解决
1.提供标准语言。 2.定义标准界面。 3.增加功能之间的独立性。
2.怎么分层？
分层的基本原则
1.各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
2.每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少
3.结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
4.保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
5.整个分层结构应该能促进标准化工作。
3.正式认识分层结构
SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。
PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。
PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。
具体地，层次结构的含义包括以下几方面
1）第n层的实体不仅要使用第n-1层的服务来实现自身定义的功能，还要向第n+1层提供本层的服务，该服务是第n层及其下面各层提供的服务总和。
2）最低层只提供服务，是整个层次结构的基础；中间各层既是下一层的服务使用者，又是上一层的服务提供者；最高层面向用户提供服务。
3）上一层只能通过相邻层间的接口使用下一层的服务，而不能调用其他层的服务；下一层所提供服务的实现细节对上一层透明。
4）两台主机通信时，对等层在逻辑上有一条直接信道，表现为不经过下层就把信息传送到对方。
1.2.2 计算机网络协议，接口，服务的概念**
1.实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。
2.协议：为进行网络中的对等实体（不同节点对等实体）数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】
语法：规定传输数据的格式
语义：规定所要完成的功能
同步：规定各种操作的顺序
协议内部的实现细节是由具体设备厂家（思科、爱立信、华为等）来确定的，具体的。
3.接口（访问服务点SAP）：上层使用下层服务的入口
4.服务：下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】
1.2.3 ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型
1.OSI参考模型
OSI七层
OSI通信过程
各个层次及功能
（1）应用层
用户与网络的界面。
所有能和用户产生网络流量的程序。
典型应用层服务：
文件传输（FTP）
电子邮件（SMTP）
万维网（HTP）
…………………………………
（2）表示层
用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。
功能一：数据格式变换
功能二：数据加密功能
功能三：数据压缩和恢复
（3）会话层
向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。
这是会话，也是建立同步（SYN）。
功能一：建立，管理，终止会话
功能二：使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。（是用于传输大文件）
主要协议：ADSP,ASP
（4）传输层
负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报 。
功能一：可靠传输、不可靠传输。
功能二：差错控制。
功能三：流量控制。
功能四：复用分用。
复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。
（5）网络层
主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
网络层传输单位是数据报。
功能一：路由选择。
功能二：流量控制。
功能三：差错控制。
功能四：拥塞控制。
（6）数据链路层
主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。
数据链路层/链路层的传输单位是帧。
功能一：成帧（定义帧的开始和结束）
功能二：差错控制 帧错+位错
功能三：流量控制
功能四：访问（接入）控制 控制对信道的访问
（7）物理层
主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。
物理层传输单位是比特。
透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合都应当能够在链路上传送。
功能一：定义接口特性。
功能二：定义传输模式。单工、半双工、双工
功能三：定义传输速率。
功能四：比特同步。
功能五：比特编码。
将用户数据分成一个个数据块传输的优点：
1.减少延迟时间。
2.提高错误控制效率。
3.使多个应用更公平地使用共享通信介质。
2.TCP/IP模型
TCP/IP的网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
网络接口层的功能类似于OSI的物理层和数据链路层。它表示与物理网络的接口，但实际上TCP/P本身并未真正描述这一部分，只是指出主机必须使用某种协议与网络连接，以便在其上传递IP分组。具体的物理网络既可以是各种类型的局域网，如以太网、令牌环网、令牌总线网等，也可以是诸如电话网、SDH、X25、帧中继和ATM等公共数据网络。网络接口层的作用是从主机或结点接收IP分组，并把它们发送到指定的物理网络上。
网际层（主机-主机）是TCP/IP体系结构的关键部分。它和OSI网络层在功能上非常相似网际层将分组发往任何网络，并为之独立地选择合适的路由，但它不保证各个分组有序地到达，各个分组的有序交付由高层负责。网际层定义了标准的分组格式和协议，即IP。当前采用的IP协议是第4版，即IPv4，它的下一版本是Pv6。
传输层（应用应用或进程进程）的功能同样和OSI中的传输层类似，即使得发送端和目的端主机上的对等实体进行会话。传输层主要使用以下两种协议：
1）传输控制协议（ Transmission Control Protocol,TCP）。它是面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付。
2）用户数据报协议（ User Datagram Protocol,UDP）。它是无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供“尽最大努力交付。
应用层（用户用户）包含所有的高层协议，如虚拟终端协议（ Telnet、文件传输协议（FTP）、域名解析服务（DNS）、电子邮件协议（SMTP）和超文本传输协议（HTP）
3.OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较
（1）相同点
1.都分层。
2.基于独立的协议栈的概念。
3.可以实现异构网络互联。
（2）不同点
1.OSI定义三点：服务、协议、接口。
2.OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议。
3.TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次。
4.TCP/IP认为 可靠性是端到端（传输层）的问题。
4.
面向连接分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。
接着，当数据传输完，必须释放连接。而面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输。
4.5层参考模型
综合了OSI和TCP/IP的优点
应用层——支持各种网络应用FTP、SMTP、HTTP
传输层——进程进程的数据传输TCP、UDP
网络层——源主机到目的主机的数据分组路由与转发IP、ICMP、OSPF等
数据链路层——把网络层传下来的数据报组装成帧 Ethernet,PPP
物理层——比特传输
1.3 第一章知识总结
internet和Internet的区别：
internet：互联网，通用名词，泛指多个计算机网络互联而成的网络，网络间的通信协议任意。
Internet:因特网，专用名词，指当前世界上最大的，由众多网络互连而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议。
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