第一章 概述

1. 概念、组成、功能和分类

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。
🔴计算机网络是互联的、自治的计算机集合。
互联——互联互通
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1.1 功能

1. 数据通信（连通性）
2. 资源共享 硬件、软件、数据
3. 分布式处理 多台计算机各自承担统一工作任务的不同部分
4. 提高可靠性

5. 负载均衡

   1.2 组成

   组成部分

   硬件、软件、协议（核心）

   工作方式

   

   功能组成

   两大重要功能：数据通信和资源共享
   
   

   1.3 分类

6. 按分布范围分广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个人区域网PAN

7. 
8. 按交换技术分 电路交换、报文交换、分组交换
9. 按拓扑结构分
10. 

    2. 标准化工作及相关组织

    

RFC——因特网标准的形式

RFC要上升为因特网正式标准的四个阶段：

1. 因特网草案（Internet Draft）这个阶段还不是RFC文档
2. 建议标准（Proposed Standard）这个阶段开始成为RFC文档
3. 草案标准（Draft Standard）
4. 因特网标准（Internet Standard）

   相关组织

• 国际标准化组织ISO OSI参考模型、HDLC协议
• 国际电信联盟ITU 制定通信规则
• 国际电子电气工程师协会IEEE 学术机构、IEEE802系列标准、5G

• Internet工程任务组IETF 负责因特网相关标准的制定

  3. 速率、带宽和吞吐量

  速率

  速率即数据率或称数据传输率或比特率。
  连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。

  带宽

  （1）带宽原指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是HZ
  （2）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，通常指单位时间一点到另一点所能通过的“最高数据率”。
  链路带宽是发射的速率，而不是传输的速率。

  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。
  吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
  
  链路带宽是能够达到最快的速率，上下的速率是服务器能提供最大的速率，吞吐量是上下相加的速率。

  4. 时延、时延带宽积、RTT和利用率

  时延

  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。
  

• 发送时延——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时间

• 传播时延——取决于电磁波传播速度和链路长度
• 排队时延——等待输出/入链路可用
• 处理时延——检错、找出口

  时延带宽积

  
  描述数据量的属性。
  又称为以比特为单位的链路长度——某段链路现在有多少比特。

  往返时延RTT

  从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到后立即发送确认）总共经历的时延。
  

  利用率

  
  当信道利用率接近100%的时候，时延会无限增高。

  脑图

  

  5. 分层结构、协议、接口、服务

  为什么要分层？

  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，并且正常连接网络。
4. 弄清楚目的计算机中文件管理程序是否做好准备工作。

5. 确保差错和意外可以解决。

   怎么分层？

6. 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。

7. 每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
8. 结构上可分隔开。每层都采用最合适的技术来实现。
9. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。

10. 整个分层结构应该能促进标准化工作。

    正式认识分层结构

    

11. 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。

12. 协议：为进行网络中的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】

1. 接口（访问服务点SAP)：上层使用下层服务的入口。
2. 服务：下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】

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。
PCI + SDU = PDU
PDU往下称为下一层的SDU

总结

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。
计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。
每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能。
计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。
第n层在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。
仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

6. OSI参考模型

目的：支持异构网络系统的互联互通。
国际标准化组织（ISO）于1984年提出开放系统互连（OSI）参考模型。
然而，理论成功，市场失败。

OSI参考模型

物联网淑慧适用
物理层、数据链路层、网络层——通信子网（数据通信）
传输层
会话层、表示层、应用层——资源子网（数据处理）

只有数据链路层会加尾部校验帧。

应用层

所有能和用户交互产生网络流量的程序。
典型应用层服务：
a. 文件传输（FTP）
b. 电子邮件（SMTP）
c. 万维网（HTTP）

表示层

用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）
功能一：数据格式变换（翻译官）
功能二：数据加密解密
功能三：数据压缩和恢复

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。适用于传输大文件。

传输层

负责主机中两个进程的通信，即端到端通信。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。
传输主要协议：TCP、UDP

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。
传输单位是数据报。
功能一：路由选择 最佳路径
功能二：流量控制
功能三：差错控制
功能四：拥塞控制——若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。

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

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

7. TCP/IP模型与五层参考模型

相同点

1. 都分层
2. 基于独立的协议栈的概念

3. 可以实现异构网络的互联

   不同点

4. OSI定义三点：服务、协议、接口

5. OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
6. TCP/IP设计之初就考虑到异构互联问题，将IP作为重要层次

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，当数据传输完毕，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。

5层参考模型