1.1 计算机网络体系概述

1.1.1 计算机网络的概念

无

1.1.2 计算机网络的组成

1.从组成成分上看

  1. 硬件
    1. 主机
    2. 通信链路（双绞线，光纤）
    3. 交换设备（路由器，交换机）
  2. 软件（主要在应用层）
  3. 协议
    1. 语法：用来规定信息格式;数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。
    2. 语义：控制信息每个部分的含义。发出何种控制信息，发出何种动作，发出何种响应。
    3. 规则：(时序)定义了何时进行通信，先讲什么，后讲什么，讲话的速度等。 比如是采用同步传输还是异步传输。

2.从工作方式上看
第一章 计算机网络体系结构 - 图1

  1. 边缘部分
    1. 实体：主机
    2. 作用：通信和资源共享
  2. 核心部分
    1. 实体：网络和路由器
    2. 作用：连通信和交换服务

3.从功能上看

  1. 通信子网
    1. 组成
      1. 传输介质
      2. 通信设备
      3. 网络协议
    2. 作用
      1. 数据传输
      2. 数据交换
      3. 数据控制
      4. 数据存储
  2. 资源子网：资源共享功能的设备和软件的集合

1.1.3 计算机网络的功能

1.数据通信
最基本，最重要

2.资源共享

  1. 软件共享
  2. 数据共享
  3. 硬件共享

3.分布式处理
利用空闲计算机资源提高整个系统的利用率

4.提高可靠性
5.负载均衡

1.1.4 计算机网络的分类

1.按分布范围

  1. 广域网（WAN）
    1. 因特网的核心部分
    2. 使用高速链路和大通信容量
    3. 大部分采用交换技术；无线和卫星采用广播方式
    4. PPP 协议是广域网的典型子协议
  2. 城域网（MAN）：采用以太网技术
  3. 局域网（PAN）：采用广播技术。
    1. 考点 广播式网络是局域网的一种，局域网是工作在数据链路层，故不需要网络层
    2. 对 a 补充，网络层最重要的是路由和分组，其中路由就是选择线路，比如成都到北京，有很多线路可以选择，路由就通过不同的路由协议，选择符合场景的线路。而局域网，就是范围很小的网络，比如你们家就是一个局域网，在类比，你们家那么大的地方，从卧室到厨房需要路由选择线路吗，肯定是不需要的。
  4. 个域网（PAN）

2.按传输技术

  1. 广播式网络
    1. 共享一个通信信道
    2. 所有计算机监听分组，通过目的地址决定是否接收
  2. 点对点网络

3.按拓扑结构

  1. 星形（局域网）
    1. 中央设备是交换机
    2. 优点：便于控制和管理
    3. 缺点：中央结点故障敏感

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  1. 总线型（局域网）
    1. 优点：容易建网和增减网络容量
    2. 缺点
      1. 故障敏感
      2. 重负载效率低

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  1. 环型（局域网）
    1. 所有计算机接口连成环
    2. 令牌环局域网

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  1. 网状网络
    1. 每个节点至少有两个路径与其他节点连接
    2. 优点：可靠性高
    3. 缺点：控制复杂，成本高

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💡 因特网网络体系结构采用的是树形结构，具有单向依赖和层次性，可以良好扩充

4.按使用者

  1. 公共网络
  2. 专用网络

5.交换技术

  1. 电路交换（专用）
    1. 三个阶段：建立连接，传输数据，断开连接
    2. 适用场景：传统电话网
    3. 优点：直接传送，时延小（不存在存储转发时延），有序传输
    4. 缺点：利用率低，不能进行差错控制
    5. 如果传送数据时间>>连接建立时间，且存在数据量大的传输，可以使用电路交换
  2. 报文交换
    1. 报文格式：源地址，目的地址，校验码，…
    2. 特点：整个报文传送到相邻结点，全部存储在转发
    3. 优点：充分利用线路，实现不同数据率的转发，可以进行差错控制
    4. 缺点：增大了资源开销，增加了时延
  3. 分组交换（包交换）：（除了报文交换的优点）将大的报文分片成小的分组，更加易于管理；且时延比报文交换小

第一章 计算机网络体系结构 - 图6

6.按传输介质

  1. 有线网络
  2. 无线网络

1.1.5计算机网络的标准化工作及相关组织

无

1.1.6 计算机网络的性能指标

  1. 带宽
    1. 通信中表示信号的频带
    2. 网络通信线路传送数据的能力，最高链路数据率
    3. 单位：bit/s
  2. 时延
    1. 发送时延（传输时延）：从结点到链路
      1. 从第一比特出发，到最后一个比特发出结束的时间
      2. 发送时延 = 第一章 计算机网络体系结构 - 图7

note

  1. 在计算发送时延的时候，如果遇上分组，那么一定是算分组后，也就是每个分组加上了控制信息后的长度作为总长度。
  2. 这里的信道宽度就是信道的带宽，也就是数据率
  3. 这里的分组长度是指整个分组的长度。如，报文总长 L，分组组成h位和p位的首部和数据部分，那么整个分组成都就是第一章 计算机网络体系结构 - 图8
  4. 《王道》P45 6 题目中一定要注意分别计算起点结点的发送时延（计算L），和中间结点的发送时延（计算的是p）
    1. 传播时延：在链路上
      1. 从 A 节点到 B 节点的时间
      2. 传播时延 = 第一章 计算机网络体系结构 - 图9
    2. 处理时延
    3. 排队时延
  5. 往返时延：包括了处理，排队和转发数据的**发送时延**
  6. 时延带宽积
    1. 第一个发出的比特到达终点时，发送端发送的比特数
    2. 第一章 计算机网络体系结构 - 图10
    3. 表示比特容量
  7. 吞吐量
    1. 单位时间通过的数据量
    2. 受网络带宽和网络额定速率的限制
  8. 速率
    1. 数据率（比特率）
    2. 最高数据率 = 带宽
  9. PS：高速链路是指数据发送速率快
  10. 信道利用率：指发送周期里，发送数据占用信道的时间。第一章 计算机网络体系结构 - 图11

note：

  1. 求时延，第一个总结点（主机）的发送时延+中间结点发送时延+最后一个分组（比特）传播时延

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. 网络的体系结构 = 各层及协议的集合
  2. 不同机器上的同一层：对等层
  3. 通信时，对等层逻辑上直连
  4. 同一层的实体，对等实体
  5. n 层（服务提供者）实体为 n+1 层提供服务
  6. 报文部分
    1. 服务数据单元（SDU-Service Data Unite）：为完成用户需求的功能传送的数据
    2. 协议控制信息（PCI-Protocol Control Information）：控制协议操作的信息
    3. 协议数据单元（PDU-Protocol Data Unite）

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  1.   1. 等于 SDU + PCI
  2.   1. 对等层之间传送的数据单位

第一章 计算机网络体系结构 - 图13
PS：n+1 层的 PDU = n 层的 SDU

  1. 网络分层的目的

    1. 提供标准语言
    2. 定义标准界面
    3. 增加功能独立性
    4. 降低网络设计的复杂性
    5. 便于对网络进行研究，实现和维护

  2. 服务访问点

    1. 物理层：网卡接口
    2. 数据链路层：MAC 地址
    3. 网络层：IP 地址
    4. 传输层：端口号
    5. 应用层：用户界面

  3. 分层的好处

    1. 各层独立
    2. 灵活
    3. 易于实现和维护
    4. 标准化

      1.2.2 计算机网络协议，接口和服务的概念

      1.协议

  4. 规则的集合

  5. 规定了交换数据的格式和步骤
  6. 协议是水平的，对等的
  7. 组成
    1. 语法：数据传递的数据结构和格式
    2. 语义：何种功能和控制信息，何种动作，何种响应
    3. 同步：顺序
  8. 接口
    1. 相邻两层交换信息的连接点
    2. 如，服务访问点，SAP
  9. 服务
    1. 服务是垂直的
    2. 服务原语
    3. 提供的服务
      1. 是否连接
        1. 连接
          1. 连接建立
          2. 数据传输
          3. 连接释放
        2. 无连接：尽最大努力交付
      2. 是否可靠：可靠又差错控制和重传等机制组成
      3. 有无应答：是否有响应

💡 服务与协议的关系：要实现本层的协议需要下层的服务，而实现了本层的协议确保了为上层提供服务

第一章 计算机网络体系结构 - 图14
PS：

  1. 有应答包含前四个，无应答只有前两个
  2. 实现本层协议需要下层提供服务
  3. image.png
  4. image.png

1.2.3 ISO/OSI 参考模型和 TCP 参考模型

1.ISO/OSI 参考模型
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各层实现的功能

物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层
单位 比特 帧 数据报 or 分组 报文段（TCP）
用户数据报（UDP）		 报文 报文 报文
功能 1.接口参数
2.信号意义
3.电器特征
4.透明传输比特流
5.提供了电缆的定义		 1.IP 数据报组装成帧（目的，源，控制信息）
2.差错控制（确保了数据的正确，顺序的无错，因为物理层存在外界噪声的干扰）
3.流量控制（协调两个点之间的发送，接收速率）
4.点到点通信
5.组帧（数据格式）		 1.路由
2.流量控制：控制发送速率
3.差错控制
4.拥塞控制		 1.端到端的进程通信
2.流量控制
3.差错控制
4.可靠性：面向连接
5.【拥塞控制】-4层结构		 1.会话管理
2.同步，插入同步点。比如，用户在传输过程中，插入若干校验点，如果传输崩溃，就会回退到最近的检验点，而不需要重头开始传输		 处理信息交换方式

具体来说，不同的机器采用了不同的编码模式，数据结构等，需要利用表示层在交换数据的时候进行转换，统一。

此外加密解密，数据压缩也是表示层做的事情		 用户和网络的界面
其他 物理媒介（如，双绞线，光缆，无线信道等）是第0层 1.ppp协议，帧中继
2.点到点通信
3.广播式网络还要处理如何空指共享信道访问的问题，这个由其子层—介质访问子层实现		 1.IP协议 1.TCP，UDP协议
1. 从实践来说几乎很少有应用程序使用了会话层
1. 常见的断点续传实际上是 http实现的

补充

  1. 会话层实现了管理和同步，支持断点重传
  2. 表示层实现了数据的加密，解密，格式的转换和压缩
  3. 传输层中的复用和分用是指，一台主机可以运行不同的程序。复用就是多个应用层程序可以使用同一个传输层的服务，分用相反

2.TCP/IP 模型
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各层主要的协议

  1. 网际层：IP
  2. 传输层
    1. TCP
    2. UDP

3.两大模型的比较
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TCP/IP 模型各层的功能
网络接口层 类似于 OSI 的物理层和数据链路层 指出主机必须使用某种协议与网络连接
网际层 将分组发往任何网络，独立选择路由，各分组有序到达由高层负责
传输层 使得发送端，目的端上的对等实体进行会话
应用层 包含所有高层协议
  1. 相似
    1. 分层结构
    2. 独立的协议栈
    3. 解决异构网络的互连
  2. 区别
    1. OSI 精确定义了服务，协议和接口
    2. OSI 的是否连接在网络层，TCP/IP 的是否连接在传输层

note

  1. 封装高层针对一下层，但物理层没有下一层，所以没有封装。
  2. 物理寻址是在数据链路层，因为其还是逻辑上的功能，物理层就是实实在在的物理功能
  3. 在 ISO/OSI 模型中，网络层提供面向连接和无连接的方式，而 TCP/IP 中，是传输层提供，这是易错点。