计算机网络概述——计算机网络笔记

一、计算机网络在信息时代的作用

1、网络的特征

• 数字化：现实中的信息都能变成电脑能够处理的数据（01）；
• 信息化：打电话、聊QQ、淘宝买东西都是信息化；
• 网络化：网络分为三网，电信网络向用户提供电话、电报及传真等服务；有线电视网络向用户传送各种电视节目；计算机网络则使用户能够在计算机之间传输数据文件。

2、计算机网络的重要功能

• 连通性：彼此连通，交换信息；
• 资源共享：信息共享、软件共享、硬件共享。

二、因特网概述

1、计算机网络

  计算机网络（简称为网络）由若干结点和连接这些结点的链路组成。网络的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。

• 网络：许多计算机连接在一起；
• 互联网（internet）：许多网络连接在一起；
• 因特网（Internet）：一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，其前身是美国的 ARPANET。

2、因特网发展的三个阶段

1. 上世纪 60 年代到 80 年代中期，ARPANET 向互联网发展；
2. 上世纪 80 年代中期到 90 年代初，三级结构的因特网，分为主干网、地区网和校园网（企业网）；
3. 多层次 ISP（互联网服务提供商） 结构的因特网，ISP 根据层次分为：主干 ISP、地区 ISP和本地 ISP，如下图：

3、因特网的标准化工作

三、因特网的组成

1、根据工作方式分类

  互联网的拓扑结构虽然复杂，但从工作方式划分可以分为两大块：（因特网 = 边缘部分 + 核心部分 = 资源子网 + 通信子网）。

• 边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。用户可以直接使用，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享；
• 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

2、主机之间的通信方式

• 客户服务器方式(Client/Server方式 --C/S)：客户是服务请求方，服务器是服务提供方；
• 对等方式(Peer-to-Peer方式--P2P)：两台主机在通信时并不区分哪个是服务请求方哪个是服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件，它们就可以进行平等的、对等连接通信。

3、数据交换方式

• 电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传输；
  • 通信的三个步骤：建立连接、通话、释放连接；
  • 特点：在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源；
  • 电路交换适合于数据量很大的实时性传输。例如：打电话，核心路由器之间可以使用电路交换。
• 分组交换：单个分组（报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点；
  • 分组交换采用存储转发的技术发送数据：
    • 在发送端将报文分为多个等长的数据段；
    • 在每个数据段前加上首部（必要的控制信息），就构成了分组（包），然后发送；
    • 接收端接收到多个分组，将其根据首部信息组合成发送端发送的数据。
  • 主机是为用户进行信息处理的，路由器则是用来转发分组的；
  • 优点：高效、灵活、迅速、可靠；
  • 问题：时延、开销。
• 报文交换：整个报文先传输到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
  • 报文一般比分组长的多，报文交换的时延较长。

四、计算机网络的类别

  计算机网络最简单的定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。

五、计算机网络的性能

1、性能指标

• 速率： 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，单位为 b/s，Kb/s，Mb/s，Gb/s；
• 带宽： 数字信道所能传输的最高数据率，单位为 b/s，Kb/s，Mb/s，Gb/s；
• 吞吐量： 单位时间内通过网络的数据量，单位为 b/s，Kb/s，Mb/s，Gb/s；
• 时延：数据从网络的一段传送到另一端所需的时间；
  • 发送时延（传输时延）：主机发送数据帧所需的时间。发送时延 = 数据帧长度（bit）/ 发送数率（bit/s）；
  • 传播时延：电磁波在信道传播一定的距离需要的时间。传播时延 = 信道长度（m）/ 信号的传播速率（m/s）；
  • 处理时延；
  • 排队时延。
• 时延带宽积：传播时延*带宽；
• 往返时间：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认；
• 利用率
  • 信道利用率：有数据通过时间 /（有 + 无）数据通过时间；
  • 网络利用率：信道利用率加权平均值。

2、非性能指标

  费用、质量、标准化、可靠性、可拓展性、可升级性、易于管理与维护。

六、计算机网络的体系结构

1、基本概念

• ISO：国际便准化组织；
• OSI/RM：互联网法律上的国际标准；
• TCP/IP Suite：因特网事实上的国际标准；
• Network Protocols：数据交换遵守的规则、标准或约定；
• 网络体系结构：计算机网络各层及其协议的集合。

2、ISO 七层模型：国际标准化组织

• 应用层：能够产生网络流量，能够和用户交互的应用程序；
• 表示层：开发人员进行数据的加密、压缩；
• 会话层：服务和客户端建立的会话，查木马netstat -nb；
• 传输层：可靠传输建立会话、不可靠传输、流量控制；
• 网络层：IP 地址编址、选择最佳路径；
• 数据链路层：输入如何封装、添加物理层地址、Mac；
• 物理层：电压、接口标准。

3、开放系统信息交换涉及的几个概念

• 实体（entity）：交换信息的硬件或软件进程；
• 协议（protocol）：控制两个对等实体通信的规则；
  • 语法：数据与控制信息的结构或格式；
  • 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；
  • 同步：事件实现顺序的详细说明。
• 服务（service）：下层向上层提供服务，上层需要使用下层提供的服务来实现本层的功能；
• 服务访问点（SAP）：相邻两层实体间交换信息的地方。

4、五层协议对应的数据单元

1. 物理层：0110101010100000100100；
2. 数据链路层：数据帧；
3. 网络层：IP数据报（IP分组）；
4. 运输层：运输层报文；
5. 应用层：应用层（传输数据单元PDU）。

5、计算机间通信的过程

主机 1 向主机 2 发送数据