计网-第一章-概述

计算机网络

之前学习计网的笔记，巩固基础

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第一章-概述

1.1 计算机网络在信息时代中的作用

1）21世纪的重要特征：数字化、网络化、信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。

2）三大类型网络：电信网络、有线电视网络和计算机网络

3）互联网的两个重要基本特点：连通性和共享（资源共享）

1.2 互联网概述

1）网络（Network）：由若干结点（Node）和连接这些结点的链路（Link）组成。

2）多个网络还可以通过路由器互连起来，这就可构建一个覆盖范围更大的网络，即互联网（或互连网），因此互联网是“网络的网络”

3）因特网（Internet）是世界上最大的互连网络（用户数以亿计，互连的网络数以百万计）。

4）internet和Internet的区别？

internet（互联网或互连网）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。在这些网络之间的通信协议可以是任意的。

Internet（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，而其前身是美国的ARPANET。

note:网络把许多计算机连接在一起，而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称为主机。

5）因特网发展的三个阶段：

第一个阶段：从单个网络ARPANET向互连网发展。

第二个阶段：逐步建成三级结构的因特网。这个三级计算机网络分为：主干网，地区网和校园网（或企业网）。

第三个阶段：逐步形成了多层次ISP结构的因特网。
什么是ISP?

Internet Service Provider简称ISP，翻译过来就是互联网服务提供商。如我国的移动、电信、联通。

根据提供服务的覆盖面积大小以及拥有的IP地址数目的不同，ISP也分为不同层次的ISP：主干ISP、地区ISP、本地ISP。

6）互联网的标准化工作

1.3 互联网的组成

1）从工作方式上看可以将互联网分为：边缘部分、核心部分

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。

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）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。

在网络边缘的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）和对等方式（P2P方式）

客户-服务器方式：客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

对等方式：从本质上任然是客户-服务器方式，只是对等连接中的每一台主机既是客户又是服务器。

3）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）。

在网络核心部分起特殊作用的是路由器。它是一种专用计算机（但不叫做主机）。路由器是实现分组转换的关键构件，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。

4）三种转换方式：电路交换、分组交换、报文交换

交换：按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

5）电路交换

必须经过“建立连接”（占用资源）->通话（一直占用资源）->释放连接（归还通信资源）的三个步骤的交换方式称为电路交换。

两部电话需要1根线相连，5部电话则要10根线，那么N部电话就要N(N-1)/2根线相连。


6）分组交换

分组转换采用存储转发技术，我们通常把要发送的整块数据称为一个报文。发送报文之前，先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，在每个数据段前加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成一个分组。分组又称为“包”。分组首部称为“包头”。

分组是在互联网传送的数据单元，分组首部非常重要，由于分组的首部包含诸如目的地址和源地址等重要控制信息，每个分组才能在互联网中独立地选择传输路径，并被正确地交付到分组传输的终点。

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，即进行分组交换的。

7）三种交换特点

电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，像在一个管道中传送。

报文转换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

分组转换：单个分组（这只是整个报文的一部分）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。

1.4 计算机网络类别

1）计算机网络的定义

计算机网络的精准定义尚未统一。

计算机网络最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。

互连-指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信。

自治-指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用。

集合-指最少两台计算机。

计算机较好的定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同的数据类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

2）计算机网络的分类

按交换技术分：电路交换网络、报文交换网络、分组交换网络

按使用者分：公用网、专用网

按传输介质分：有线网络、无线网络

按覆盖范围分：广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个域网PAN

按拓扑结构分：总线型、星型、环型、网状型

1.5 计算机的性能指标

1）常用的计算机网络的性能指标有8个

1.速率：网络技术中速率指的是数据的传送速率，它也称为数据率或比特率，单位是bit/s或b/s或bps即bit per second。一个bit就是二进制数字中的一个1或0。

8bit=1Byte

KB=2¹⁰B

MB=2²⁰B

GB=2³⁰B

TB=2⁴⁰B

2.带宽：在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。通常带宽越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。单位：b/s（kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s）

在模拟信号中带宽是：信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。单位：Hz（kHz、MHz、GHz）

3.吞吐量：表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际的数据量。

吞吐量经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

吞吐量受网络带宽和额定速率限制。

4.时延：指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。网络的时延由以下几个部分组成：

发送时延：是主机或路由器发送数据帧所需要的时间。发送时延=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)

传播时延：是电磁波在信道中传播一定的距离需要的花费的时间。传播时延=信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s)，其与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远，传播时延就越大。

处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。

排队时延：排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量。

5.时延带积宽=传播时延 * 带宽

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

6.往返时间RTT

7.利用率：分为信道利用率和网络利用率两种

信道利用率：用来表示某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。

网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均。

如果另D₀代表网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么在适当的假定条件下：D=D₀/1-U，这里的U是网络的利用率。数值在0-1之间。

信道或网络的利用率过高会产生很大的时延，所以利用率不是越高越好。
8.丢包率

丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。

具体可分为接口丢包率、结点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率。丢包率是网络运维人员比较关心的一个指标。

分组丢失主要有两种情况：分组在传输过程中出现误码，被结点丢弃。分组到达一台队列已满的分组交换机时被丢弃；在通信量较大时就可能造成网络拥塞。

丢包率反映网络拥塞情况：无拥塞时路径丢包率为0，轻度拥塞时路径丢包率为1%-4%，严重拥塞时路径丢包率为5%-15%。

1.6 计算机网络的体系结构

常见的网络体系结构

层数	OSI体系结构	TCP/IP体系结构	原理体系结构
7	应用层	X	X
6	表示层	X	X
5	会话层	X	应用层
4	运输层	应用层	运输层
3	网络层	运输层	网络层
2	数据链路层	网际层	数据链路层
1	物理层	网络接口层	物理层
层数	法律上的国际标准	事实上的国际标准	适用教学

2)计算机网络体系结构分层的必要性

分层的好处

• 各层之间是独立的。
• 灵活性好
• 结构上可分割开
• 易于实现和维护
• 能促进标准化工作

原理体系结构	解决的问题
应用层	解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题
运输层	解决进程之间基于网络的通信问题
网络层	解决分组在多个网络上传输（路由）的问题
数据链路层	解决分组在一个网络（或一段链路）上传输的问题
物理层	解决使用何种信号来传输比特的问题

3）专业术语

实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

对等实体：通信双方相同层次的实体。

协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合。

协议的三要素：语法、语义、同步

语法：定义通信双方所交换信息的格式。

语义：定义通信双方所要完成的操作。

同步：定义通信双方的时序关系。

在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。协议是水平的服务是垂直的

服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型。如：数据链路层的服务访问点为帧的“类型”字段。网络层的服务访问点为IP数据报首部中的“协议字段”。运输层的服务访问点为“端口号”。

服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。

协议数据单元PDU：对等层次之间的数据包称为该层的协议数据单元。

服务数据单元SDU：同一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元。多个SDU可以合并成一个PDU；一个SDU也可以划分为多个PDU。

总结

期待大家和我交流，留言或者私信，一起学习，一起进步！