第一章 计算机网络原理概述

计算机网络基本概念

• 计算机网络定义

计算机网络是==互连的==，==自治的==计算机的集合

注意：
1）互连是所有计算机都要连接在一起，像是蜘蛛网一样，每台计算机到其他任意一台计算机都是可通的

2）自治是各种连接到网络的设备能够在脱离网络的情况也能进行一定的信息处理

• 协议的定义

协议是网络通信实体之间在数据交换过程中要遵循的规则或约定

包括三要素：

1. 语法
   实体之间交换信息的格式和结构
2. 语义
   实体之间发送的信息的具体含义
3. 时序
   实体之间交换信息的循序以及适应彼此的速度

• 计算机网络的分类

1. 按覆盖范围：个域网、局域网、城域网、广域网
   个域网–个人区域网，个人使用的如可穿戴设备、手机等可通过短距离无限通讯手段组成网络
   局域网–范围在几十到几百米
   城域网–几十公里
   广域网–几百上千公里

• 按拓扑结构：星形、总线型、环形、网状、树形、混合型
  

• 按交换方式：电路交换网络、报文交换网络、分组交换网络

• 按网络用户属性：公用网、私有网

数据交换技术

• 基本概念

通常将数据在通信子网中各节点间的数据传输过程称为数据交换

交换节点与传输介质的集合成为通信子网，即网络核心

中间结点：是指那些在网络通信中起数据交换和转接作用的网络节点

• 分类

电路交换(线路交换)和存储转发交换，其中存储转发交换技术又可分为报文交换和分组交换

• 电路交换

  通过中间交换结点为两台主机之间建立一条专用的通信线路，该连接将一直维持到双方的通信结束，也就是在通信的整个过程中，该连接将始终占用着通信系统在连接建立开始时分配给它的资源(通道、带宽、时隙等等)，这也体现了其与分组交换的本质区别。

特点：==数据传输可靠、迅速、有序，但线路利用率低、浪费严重，不适合计算机网络。==

• 报文交换

报文整个地发送，一次一跳，即中间结点一口气吃掉数据又一口气向下一个结点发送数据

报文交换采用"存储-转发"方式进行传送，无需事先建立线路，事后更无需拆除。它的优点是：==线路利用率高、故障的影响小、可以实现多目的报文==；

缺点是：==延迟时间长且不定、对中间节点的要求高、通信不可靠、失序等，不适合计算机网络。==

• 分组交换

分组交换是一种数位通信网络。它将资料组合成适当大小的区块，称为封包，再通过网络来传输。这个传送封包的网络是共享的，每个单位都可以独立把封包再传送出去，而且配置自己需要的资源。

封包交换的基本原则是==最佳化的使用连线负载能力，最小化回应时间，以及增进通讯的健全性。==

计算机网络性能

• 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（data rate，bit rate）单位为bit/s,kb/s,Mb/s,Gb/s

• 带宽

计算机网络中，有时也会用“带宽”这一术语来描述速率

但原本“带宽”是指信号具有的频带宽度，及信号成分的最大频率与最小频率之差，单元为赫兹
因此，可以通过看带宽的单位，来辨认带宽在某种情况表达的具体意思，如bit/s则表示为速率

• 时延

是指数据从网络中的一个结点到另一个结点所需要的时间
分组的时延主要产生四类：

结点处理时延
即数据在结点呆的时间
排队时延
在通道处等待进场的时间
传输时延
发送数据所花费的时间
传播时延
数据在通道传播所花费的时间

• 时延带宽积

一段物理链路的传播时延与链路带宽的乘积
可以理解为==数据传输通道的面积==，代表的含义便是==一段链路可以容纳的数据位数==，以位为单位

• 丢包率

常被用于评价和衡量网络性能的指标
丢包率 = 丢失分组总数 / 发送分组总数

• 吞吐量

单位时间内源主机通过网络向目的主机实际送达的数据量
常用于度量网络的数据传送能力

计算机网络体系结构

• OSI参考模型

应用层
确定进程之间通信的性质以满足用户需要以及提供网络与用户应用软件之间的接口服务
表示层
加密 压缩等处理 传输格式（二进制 ASCII码）乱码是表示层问题（开发者处理）
会话层
提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制
传输层
负责获取全部信息
网络层
主要负责网络中两台主机之间的数据交换
数据链路层
主要负责在相邻节点间的链路上无差错地传送信息帧
物理层
主要功能是确保二进制数字信号0和1在物理媒体上的正确传输

分层的好处：7层相互独立，某一层变化不会影响其他层（相当于软件开发的耦合性小的意思）

• TCP/IP 参考模型

实际厂商是靠这个模型实现的

CP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet网络体系结构以TCP/IP为核心。基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络访问层、网际互联层（主机到主机）、传输层、和应用层。

应用层
对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务
传输层
对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。
网际互联层
主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址
网络接入层
它负责监视数据在主机和网络之间的交换