1.1計算機網絡在信息時代的作用

連通性：彼此連通，交換信息

共享：信息共享，軟硬件共享（比如遠程連接電腦使用其軟件，打印機）

1.2因特網概述

網絡：由若干結點（計算機）和連接這些節點的鏈路組成。

internet互聯網：網絡和網絡之間通過路由器互連起來，這樣就構成了一個覆蓋范圍更大的網絡，即互聯網

Internet因特網：全球最大的一個互聯網

ISP（因特網服務提供者）：隨著網絡的發展，逐漸形成了多層次ISP結構的因特網；

根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數目的不同，ISP也分成為不同的層次：主干ISP、地區ISP和本地ISP。

1.3因特網的組成

（1）邊緣部分：由所有連接在因特網上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信 （傳送數據、音頻或視頻）和資源共享。

（2）核心部分：由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務 的（提供連通性和交換）。

在網絡核心部分起特殊作用的是路由器，它是一種專用計算機。路由器是實現分組交換的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組。

3.1邊緣部分的通信方式

主機之間的通信方式：客戶服務器方式、對等連接方式

3.1.1客戶服務器方式

客戶-服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。客戶是服務請求方，服務器是服務提供方（本來都指的是計算機進程）。

3.1.2對等連接方式

對等連接是指兩個主機在通信時并不區分哪一個是服務請求方還是服務提供方。只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。這時雙方都可以下載對方已經存儲到硬盤中的共享文檔。

3.2核心部分的數據交換方式

3.2.1電路交換

整個報文的比特流連續地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送；適合與數據量很大的實時性傳輸，核心路由器之間可以使用電路交換。

3.2.2報文交換

整個報文先傳送到相鄰結點，全部存儲下來后查找轉發表（需要時間），轉發到下一個節點。

3.2.3分組交換

單個分組（這只是這個報文的一部分）傳送到相鄰結點，存儲下來后查找轉發表，轉發到下一個節點。

1.4計算機網絡的類別

關于計算機網絡最簡單的定義是：一些互相連接的、自治的計算機的集合。

1.4.1按網絡的作用范圍分類

廣域網WAN（Wide Area Network）：花錢買服務，花錢買帶寬；廣域網的作用范圍通常為幾十到幾千公里，其任務是通過長距離運送主機所發送的數據；連接廣域網各結點交換機的鏈路一般都是高速鏈路，具有較大的通信容量。

城域網MAN（Metropolitan Area Network）：作用范圍約5~50公里。

局域網LAN（Local Area Network）：自己購買設備，自己維護，帶寬固定；局域網一般用微型計算機或工作站通過通信線路相連，速率通常在10Mb/s以上，范圍比較小，比如1km內。

個人區域網PAN（Personal Area Network）：就是在個人工作的地方把屬于個人使用的電子設備用無線技術連接起來的網絡，其范圍大約在10m左右。

新的理解，不單單從網絡覆蓋范圍區分局域網和廣域網；應用了廣域網技術，即使距離近也是廣域網，應用了局域網技術，即使距離遠也是局域網。

1.4.2按網絡的使用者進行分類

公有網：指電信公司出資建造的大型網絡，公用的意思是所有愿意按電信公司的規定繳納費用的人都可以使用這種網絡。

專用網：某個部門或行業為各自的需要而建造的網絡，不對外人提供服務。

1.4.3拓撲結構

總線型、環型、星型、樹型、網狀

1.4.4按交換方式分類

電路交換網、報文交換網、分組交換網

1.4.5工作方式分類

資源子網、通信網、接入網

1.6計算機網絡的性能

1.6.1性能特征

1.速率= 總比特數 / 時間（bit/s）

2.帶寬：原本表示通信線路允許通過的（電話）信號頻帶范圍，現在多用來表示網絡的通信線路傳輸數據的能力，即在單位時間內從網絡中的某一點到另一點所能通過的“最高數據率”。

3.吞吐量：表示單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。(bit/s)

4.時延：指數據（一個報文或分組，甚至是比特）從網絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。網絡中的時延是由以下幾個不同的部分組成的：

4.1.發送時延：是主機或路由器發送數據幀所需要的時間。

4.2.傳播時延：是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。

4.3.處理時延：主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理，例如分析分組的首部、從分組中提取數據部分、進行差錯檢驗或查找適當的路由等等。

4.4.排隊時延：分組在經過網絡傳輸時，要經過許多路由器。但分組在進入路由器后要先在輸入隊列中排隊等待處理；在路由器確定了轉發接口后，還要在輸出隊列中排隊等待轉發，這就產生了排隊時延。

時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延

5.時延帶寬積= 傳播時延 * 帶寬。表示一段鏈路可容納的比特數。

6.往返時間RTT：表示從發送方發送數據開始，到發送方收到接收方的確認（接收方收到數據后便立即發送確認）總共經歷的時間。

7.利用率：分為信道利用率和網絡利用率兩種。信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）；網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。

信道或網絡利用率過高會產生非常大的時延。因此，一些擁有較大主干網的ISP通常控制他們的信道利用率不超過50%。如果超過了就要準備擴容，增大線路的帶寬。

1.6.2非性能特征

費用：包括設計和實現的費用

質量：取決于網絡的可靠性、管理的簡易性，以及網絡的一些性能等。

標準化：最好采用國際標準的設計，這樣可以得到更好的互操作性，更易于升級換代和維護，也更容易得到技術上的支持。

可靠性：與網絡的質量和性能都有密切關系。

可擴展性和可升級性：規模擴大和性能、版本的提高。

易于維護和使用：網絡如果沒有良好的管理和維護，就很難達到和保持所設計的性能。

1.7計算機網絡的體系結構

1.7.1協議與劃分層次

在計算機網絡中要做到有條不紊地交換數據，就必須遵守一些事先約定好的規則。這些規則明確規定了所交換的數據的格式以及有關的同步問題，這里的同步指在一定的條件下應當發生什么事件（如發送一個應答信息），因而同步含有時序的意思。這些為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或者約定稱為網絡協議。

計算機網絡的體系結構就是這個計算機網絡及其構件所應完成的功能的準確定義。

網絡協議主要由以下三個要素組成：

（1）語法，即數據與控制信息的結構或格式；

（2）語義，即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應；

（3）同步，即事件實現順序的詳細說明。

1.分層的好處

（1）各層之間的獨立的。某一層并不需要知道它的下一層是如何實現的，而僅僅需要知道該層通過層間的接口鎖提供的服務；降低了整體的復雜程度。

（2）靈活性好。當任何一層發生變化時（例如由于技術的變化），只要層間接口關系保持不變，則在這層以上或以下各層均不受影響。

（3）結構上可分割開。各層都可以采用最合適的技術來實現。

（4）易于實現和維護。因為把整個系統分解為若干個相對獨立的子系統。

（5）能促進標準化工作。因為每一層的功能及其所提供的服務都已有了精確的說明。

2.如何分層

分層時應注意使每一層的功能非常明確。若層數太少，就會使每一層的協議太復雜；但層數太多又會在描述和綜合各層功能的系統工程任務時遇到較多的困難。通常各層所要完成的功能主要有以下一些（可以只包括一種，也可以包括多種）：

（1）差錯控制：使得和網絡對等端的相應層次的通信更加可靠。

（2）流量控制：使得發送端的發送速率不要太快，要使接收端來得及接收。

（3）分段和重裝：發送端把要發送的數據劃分為更小的單位，在接收端將其還原。

（4）復用和分用：發送端幾個高層會話復用一條低層的連接，在接收端再進行分用。

（5）連接建立和釋放：交換數據前先建立一條邏輯連接。數據傳送結束后釋放連接。

分層也有一些缺點，例如，有些功能會在不同的層次中重復出現，因而產生額外開銷。

1.7.2具有五層協議的體系結構

（1）應用層

通過應用進程間的交互來完成特定網絡應用，交互的數據單元稱為報文。

（2）運輸層

負責向兩個主機中進程之間的通信提供通用的數據傳輸服務。應用進程利用該服務傳送應用層報文。

運輸層主要使用以下兩種協議：

傳輸控制協議TCP——提供面向連接的、可靠的數據傳輸服務，其數據傳輸的單位是報文段。

用戶數據報協議UDP——提供無連接的、盡最大努力的數據傳輸服務（不保證可靠傳輸），其數據傳輸的單位是用戶數據報。

（3）網絡層

負責為分組交換網上的不同主機提供通信服務。在發送數據時，網絡層把運輸層產生的報文段或用戶數據報封裝成分組或包進行傳輸。簡稱為數據報。

（4）數據鏈路層

在兩個相鄰結點之間傳送數據時，數據鏈路層將網絡層交下來的IP數據報組裝成幀，在兩個相鄰結點間的鏈路上傳送幀。每一幀包括數據和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制等）。

在接收數據時，控制信息使接收端能夠知道一個幀從哪個比特開始和到哪個比特結束。這樣，數據鏈路層在收到一個幀后，就可從中提取出數據部分，上交給網絡層。

（5）物理層

在物理層上所傳數據的單位是比特。發送方發送1（或0）時，接收方應當收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理層要考慮用多大的電壓代表 “1” 或 “0” ，以及接收方如何識別出發送方所發送的比特。

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