目录：
第一章 概述
第二章 物理层
第三章 数据链路层
第四章 网络层
第五章 运输层
第六章 应用层
第七章 网络安全
第八章 因特网上的音频/视频服务
第九章 无线网络和移动网络
单元大纲
1.1计算机网络在信息时代的作用
1、大众熟悉的三大类网络有：
电信网络：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：使用户能在计算机之间传送数据文件
发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。
- 随着技术的发展，网络技术相互融合：
- 电信网络和有线电视网络都逐渐融入了现代计算机网络技术，扩大了原有的服务范围；
- 计算机网络也能够向用户提供电话通信、视频通信以及传送视频节目的服务。
- 从理论上讲，可以把上述三种网络融合成一种网络就能够提供所有的上述服务，这就是很早以前就提出来的“三网融合”。
- 但实现融合并不简单，因为这涉及到各方面的经济利益和行政管辖权的问题。
2、Internet中文译名： - 因特网：未推广
- 互联网：标准译名
- 该译名能够体现出 Internet 最主要的特征：由数量极大的各种计算机网络互连起来的。
3、互连网与互联网
- 该译名能够体现出 Internet 最主要的特征：由数量极大的各种计算机网络互连起来的。
- 互连网：指在局部范围互连起来的计算机网络。
- 互联网：指当今世界上最大的计算机网络。即Internet。
- “上网”就是表示使用某个电子设备连接到互联网，而不是连接到其他的网络上。
- 网民、网吧、网银（网上银行）、网购（网上购物）等。这里的“网”，一般都不是指电信网或有线电视网，而是指当今世界上最大的计算机网络 Internet ——互联网。
4、什么是互联网 - 互联网是由数量极大的各种计算机网络互连起来而形成的网络。
- 可以从两种不同的方面来认识互联网：
- 互联网应用
- 互联网工作原理与特点
5、互联网的两个重要特点
- 连通性 (connectivity)
- 使上网用户之间都可以交换信息（数据，以及各种音频视频） ，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。
- 注意，互联网具有虚拟的特点，无法准确知道对方是谁，也无法知道对方的位置。
- 共享 (Sharing)
- 指资源共享。
- 资源共享的含义是多方面的。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。
- 由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样，方便使用。
6、互联网+
- 指“互联网 + 各个传统行业”。
- 利用信息通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行业进行深度融合，创造新的发展生态。
- 特点：把互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域之中，从而大大地提升了实体经济的创新力和生产力。
1.2互联网概述
1.2.1 网络的网络
1、计算机网络和互联网
- 互联网 (Internet)
- 特指Internet，起源于美国，现已发展成为世界上最大的、覆盖全球的计算机网络。
- 计算机网络 (简称为网络)
- 由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
- 互连网 (internetwork 或 internet)
- 可以通过路由器把网络互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，称之为互连网。
- “网络的网络”(network of networks)。
2、请注意名词“结点”
- 在网络中， node 的标准译名是“结点”而不是“节点”。
- 虽然 node 有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”。
- 数据结构的树 (tree) 中的 node 应当译为“节点”。
3、关于“云” - 当使用一朵“云”来表示网络时，可能会有两种不同的情况：
- 云表示的网络已经包含了和网络相连的计算机。
- 云表示的网络里面就只剩下许多路由器和连接这些路由器的链路，把有关的计算机画在云的外面。
习惯上，与网络相连的计算机常称为主机 (host)。
4、基本概念
- 网络把许多计算机连接在一起。
- 互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。
- 与网络相连的计算机常称为主机。
主机：可以是计算机，也可以是智能手机等智能机器。
5、互联网的主要技术特点 - 信息交换：无连接分组交换（IP报文交换）
- 应用场合：IP over everything and everything over IP
- 技术模型：路由器加专线技术
- 拓扑感知：可扩展的路由技术
- 端到端连接：TCP实现可靠传输
- 层次式结构：域名与网络管理
6、互联网发展成功的抉择 - 体系结构
- 开放（RFC）
- “边缘论”设计原则（End-to-End Argument，by David Clark等)。功能Up and Out ，推向边缘
- 技术路线
- 不求完美，实践驱动，不断完善
- “Rough consensus and running code”
- 推进TCP/IP
- DoD (美国防部）选择作为军方标准协议（1983）
- Berkeley Unix (BSD)开发者捆绑实现 TCP/IP
- NSF 选择 TCP/IP 来建立 NSFnet， 等
1.2.2 互联网发展的三个阶段
1、第一阶段
- 第一阶段：从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。
- 1983 年， TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议，使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信。
- 人们把 1983 年作为互联网的诞生时间。
- 1990年，ARPANET 正式宣布关闭。
2、internet 和 Internet 的区别 - 以小写字母 “i” 开始的 internet（互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
- 以大写字母 “I” 开始的的 Internet（互联网或因特网）则是一个专用名词，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计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。
任意把几个计算机网络互连起来（不管采用什么协议），并能够相互通信，这样构成的是一个互连网 (internet)，而不是互联网 (Internet)。
2、第二阶段
- 第二阶段：建成了三级结构的互联网。
- 它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。
3、第三阶段 - 第三阶段：逐渐形成了多层次 ISP 结构的互联网。
- 出现了互联网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。
- 任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定的费用，就可从该 ISP 获取所需 IP 地址的使用权，并可通过该 ISP 接入到互联网。
- 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的 IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同层次的 ISP：主干 ISP、地区 ISP 和 本地 ISP。
- 互联网交换点（Internet eXchange Point）IXP
- 作用：允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组
- 由一个或多个网络交换机组成，许多ISP再连接到这些网络交换机的相关端口上。
4、万维网WWW
- 互联网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出互联网究竟有多大。
- 互联网的迅猛发展始于 20 世纪 90 年代。由欧洲原子核研究组织 CERN 开发的万维网 WWW (World Wide Web) 被广泛使用在互联网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为互联网的这种指数级增长的主要驱动力。
1.2.3 互联网的标准化工作
互联网的标准化工作对互联网的发展起到了非常重要的作用。互联网的指定特点之一是面向公众。
互联网协会（ISOC）Internet Society：对互联网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。
互联网体系结构委员会（IAB）Internet Architecture Board：负责管理互联网有关协议的开发。
互联网工程部（IRTF）Internet Engineering Task Force：由许多工作组WG(Working Group)组成的论坛(forum)，具体工作由互联网工程指导小组IESG (Internet Engineering Steering Group)管理。这些工作组划分为若干个领域(area)，每个领域集中研究某一特定的短期和中期的工程问题，主要是针对协议的开发和标准化。
(2)互联网研究部 IRTF (Internet Research Task Forcce)IRTF 是由一些研究组RG (Research Group)组成的论坛，具体工作由互联网研究指导小组IRSG (Internet Research Steering Group)管理。IRTF 的任务是研究一些需要长期考虑的问题，包括互联网的一些协议、应用、体系结构等。
1、成为互联网正式标准要经过三个阶段
所有互联网标准都以 RFC 的形式在互联网上发表。
RFC:(Request For Comments）请求评论
- 互联网草案 (Internet Draft) ——有效期只有六个月。在这个阶段还不是 RFC 文档。
- 建议标准 (Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
- 互联网标准 (Internet Standard) ——达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号 STD xxxx。 一个标准可以和多个 RFC 文档关联。
2、各种 RFC 之间的关系
除了建议标准和互联网标准这两种 RFC 文档外，还有三种 RFC 文档，即历史的、实验的和提供信息的 RFC 文档。
1.3互联网的组成 <重点内容>
从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：
(1) 边缘部分： 由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
(2) 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）。
1、互联网的边缘部分与核心部分
1.3.1 互联网的边缘部分
- 处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(end system)。
- 端系统在功能上可能有很大的差别
- 小的端系统可以是一台普通个人电脑，具有上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头。
- 大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机。
- 端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企业、政府机关等），当然也可以是某个 ISP。
1、端系统之间通信的含义
“主机 A 和主机 B 进行通信”实际上是指：
“运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机 B 上的另一个程序进行通信”。
即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。
简称为“计算机之间通信”。
2、端系统之间的两种通信方式
端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：
- 客户-服务器方式（C/S 方式）
即 Client/Server 方式，简称为 C/S 方式。
特例：浏览器/服务器方式（Browser/Server) - 对等方式（P2P 方式）
即 Peer-to-Peer 方式 ，简称为 P2P 方式。
3、客户-服务器方式 - 客户 (client) 和服务器 (server) 都是指通信中所涉及的两个应用进程。
- 客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
- 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。
服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。
4、客户程序：
(1)被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务)。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
(2)不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
6、服务器程序
(1)是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
(2)系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。
(3)一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。
7、客户软件的特点
- 被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
- 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
- 一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
- 系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。
- 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。
客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。
8、对等连接方式 - 对等连接 (peer-to-peer，简写为 P2P) 是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
- 只要两个主机都运行了对等连接软件 (P2P 软件) ，它们就可以进行平等的、对等连接通信。
- 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。
9、对等连接方式的特点 - 对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。
- 例如主机 C 请求 D 的服务时，C 是客户，D 是服务器。但如果 C 又同时向 F提供服务，那么 C 又同时起着服务器的作用。
对等连接工作方式可支持大量对等用户（如上百万个）同时工作。
1.3.2 互联网的核心部分
- 网络核心部分是互联网中最复杂的部分。
- 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。
- 在网络核心部分起特殊作用的是路由器 (router)
- 路由器是实现分组交换 (packet switching) 的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。
- 为了理解分组交换，首先了解电路交换的基本概念。
1、电路交换的主要特点
2 部电话机只需要用 1 对电线直接连接就能够互相通话
5 部电话机两两直接相连，需 10 对电线。
N 部电话机两两直接相连，需 N(N – 1)/2 对电线。这种直接连接方法所需要的电线对的数量与电话机数量的平方（ N2 ）成正比。
2、使用交换机
- 当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。
每一部电话都直接连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信。
所采用的交换方式就是电路交换 (circuit switching)。
3、“交换”的含义 - 在这里，“交换”(switching)的含义就是转接 —— 把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。
- 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
1、电路交换特点 - 电路交换必定是面向连接的。
- 电路交换分为三个阶段：
- 建立连接：建立一条专用的物理通路，以保证双方通话时所需的通信资源在通信时不会被其他用户占用；
- 通信：主叫和被叫双方就能互相通电话；
- 释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通路（释放刚才占用的所有通信资源）。
2、电路交换举例
- A 和 B 通话经过四个交换机
- 通话在 A 到 B 的连接上进行
电路交换的用户始终占用端到端的通信资源
3、电路交换缺点
- 计算机数据具有突发性。
- 这导致在传送计算机数据时，通信线路的利用率很低（用来传送数据的时间往往不到10%甚至1% ）。
4、分组交换的主要特点
分组交换则采用存储转发技术。
在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。
5、添加首部构成分组
每一个数据段前面添加上首部构成分组（packet）
6、分组交换的传输单元 - 分组交换网以“分组”作为数据传输单元
- 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）
7、分组首部的重要性 - 每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）等控制信息。
- 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
- 每个分组在互联网中独立地选择传输路径。
用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。
8、收到分组后剥去首部 - 接收端收到分组后剥去首部还原成报文
9、最后还原成原来的报文 - 最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。
- 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。
这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。
10、小结 - 互联网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在互联网的边缘部分。
- 互联网核心部分中的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。
- 主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。
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11、路由器 - 在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。
- 路由器处理分组的过程是：
- 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
- 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；
- 把分组送到适当的端口转发出去。
12、主机和路由器的作用不同
- 主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。
- 路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。
13、分组交换的优点
14、分组交换带来的问题 - 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
- 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。
15、存储转发原理并非完全新的概念 - 在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换 (message switching)。
- 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。
16、三种交换的比较 - 若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。
- 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
- 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。