1.1信息时代计算机网络的作用

连通性:相互联系，交换信息。

共享:信息共享、软件和硬件共享(例如，远程连接计算机以使用它们的软件和打印机)

1.2互联网概述

网络:由若干节点(计算机)和连接这些节点的链路组成。

Internet: Internet和Internet通过路由器互连，从而形成一个覆盖范围更广的网络，即Internet。

互联网:世界上最大的互联网。

ISP(互联网服务提供商):随着网络的发展，逐渐形成了多层次ISP结构的互联网；

根据提供服务的覆盖区域和IP地址的数量，ISP也分为不同的级别:骨干ISP、区域ISP和本地ISP。

1.3互联网的构成

(1)边缘部分:由所有连接到互联网的主机组成。这部分直接由用户用于通信(传输数据、音频或视频)和资源共享。

(2)核心部分:由大量的网络和连接这些网络的路由器组成。这部分服务于(提供连接和交换)的边缘部分。

路由器是一台特殊的计算机，在网络的核心部分起着特殊的作用。路由器是分组交换的关键部件，它的任务是转发接收到的分组。

3.1边缘部分的通信模式

主机之间的通信模式:客户端-服务器模式和对等连接模式。

客户端-服务器模式

客户机-服务器模型描述了服务过程和被服务过程之间的关系。是客户服务请求者，服务器是服务提供者(原来都是指计算机进程)。

3.1.2对等连接模式

对等连接是指两台主机在不区分谁是服务请求者谁是服务提供者的情况下进行通信。只要两台主机都运行对等连接软件(P2P软件)，就可以平等通信，对等。此时，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。

3.2核心部分的数据交换方式

电路切换

整个消息的比特流连续不断地从源点到目的点，就像在管道中传输一样；适合大数据量的实时传输，核心路由器之间可以使用电路交换。

消息交换

整个消息首先被传输到相邻节点，全部被存储，然后转发表被搜索(这需要时间)并被转发到下一个节点。

分组交换

单个分组(这只是该消息的一部分)被传输到相邻节点，被存储，然后转发表被搜索并被转发到下一个节点。

1.4计算机网络的类型

计算机网络最简单的定义是:

互联自主的计算机的***。

1.4.1根据网络范围分类

WAN(广域网):花钱买服务和带宽；广域网的范围通常是几十到几千公里，它的任务是远距离传输主机发送的数据。连接WAN中所有节点的交换机的链路通常是具有大通信容量的高速链路。

MAN(城域网):作用范围约5 ~ 50km。

LAN(局域网):自己购买维护设备，带宽固定；一般局域网都是通过通信线路与微机或工作站连接，速度通常在10Mb/s以上，范围比较小，比如1km以内。

PAN(个人区域网络(Personal Area Network:PAN):是在个人工作的地方，将属于个人的电子设备用监听技术连接起来的网络，其范围约为10m。

新的认识，不能只从网络覆盖范围来区分局域网和广域网；应用广域网技术，即使距离近，也是广域网，应用局域网技术，即使距离远，也是局域网。

1.4.2根据网络用户分类

公用网络:指由电信公司出资的大型网络。公共意味着所有愿意按照电信公司的规定支付费用的人都可以使用这个网络。

专网:某个部门或行业为自身需要而建设的网络，不对外提供服务。

1.4.3拓扑结构

总线、环形、星形、树形和网状

1.4.4按交换方式分类

电路交换网络、消息交换网络、分组交换网络

工作方法的分类

子网、通信网络、接入网络

1.6计算机网络的性能

性能特征

1.速率=总比特数/时间(比特/秒)

2.带宽:本来是指通信线路所允许的(电话)信号的波段范围，现在多用来表示网络的

通信线路

的数据传输能力，即单位时间内从网络中的一点传递到另一点所能达到的

“最高数据速率”。

3.吞吐量:指单位时间内通过某个网络(或通道或接口)的数据量。(比特/秒)

4.延迟:指的是数据(一条消息或数据包，甚至是比特)从网络(或链路)的一端传输到另一端所需的时间。网络中的延迟由以下不同部分组成:

4.1.传输延迟:是主机或路由器发送数据帧所需的时间。

4.2.传播延迟:是电磁波在信道中传播一定距离所需的时间。

4.3.处理延迟:当主机或路由器接收到一个数据包时，需要一定的时间进行处理，如分析数据包的报头，从数据包中提取数据部分，错误检查或寻找合适的路由等。

4.4.排队延迟:当数据包通过网络传输时，它们必须经过许多路由器。然而，在进入路由器之后，信息包必须在输入队列中等待处理。路由器确定转发接口后，要在输出队列中等待转发，导致排队延迟。

延迟=发送延迟+传播延迟+处理延迟+排队延迟。

5.延迟带宽积=传播延迟*带宽。表示一个链路可以容纳的位数。

6.往返时间RTT:是指从发送方发送数据到接收方收到确认(接收方收到数据后立即发送确认)的总时间。

7.利用率:分为渠道利用率和网络利用率两种。通道利用率表示通道被使用的时间百分比(有数据通过)；网络利用率是整个网络的信道利用率的加权平均值。

过高的信道或网络利用率会造成非常大的时间延迟。因此，一些拥有大型骨干网络的ISP通常会控制其通道利用率不超过50%。如果超过，就要做好扩容的准备，增加线路的带宽。

非性能特征

成本:包括设计和实施的成本。

质量:取决于网络的可靠性，管理的简单性，以及网络的一些性能。

标准化:最好采用国际标准的设计，这样可以实现更好的互操作性，也更容易升级维护，也更容易得到技术支持。

可靠性:与网络的质量和性能密切相关。

可伸缩性和可升级性:规模扩展、性能和版本改进。

易于维护和使用:如果网络没有得到很好的管理和维护，将很难达到和保持设计的性能。

1.7计算机网络体系结构

协议和层次结构

为了在计算机网络中有序地交换数据，必须遵守一些预先约定的规则。这些规则清楚地定义了交换数据的格式和相关的同步问题。这里的同步是指在一定条件下(比如发送回复消息)应该发生的事情，所以同步有时序的意思。这些为网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定被称为网络协议。

计算机网络的体系结构是计算机网络及其组件应该执行的功能的确切定义。

该网络主要由以下三个要素组成:

(1)语法，即数据和控制信息的结构或格式；

(2)语义，即需要发出什么样的控制信息，需要完成什么样的动作，需要做出什么样的响应；

(3)同步性，即事件发生顺序的详细描述。

1.分层的好处

(1)层间独立。某一层不需要知道它的下一层是如何实现的，只需要通过层间的接口知道这一层提供的服务；降低了整体的复杂性。

(2)柔韧性好。当任何一层发生变化时(比如由于工艺的变化)，只要层与层之间的接口关系不变，该层之上或之下的层都不会受到影响。

(3)结构上可分离。每一层都可以通过最合适的技术来实现。

(4)易于实现和维护。因为整个系统被分解成几个相对独立的子系统。

(5)可以促进标准化。因为每一层的功能和它提供的服务已经被精确地解释了。

2.如何分层？

分层的时候要注意让每一层的功能都非常清晰。如果层数太少，每层的协议就会太复杂；但是如果层次太多，那么描述和综合每一层的系统工程任务就会有更多的困难。一般来说，每一层要完成的功能主要包括以下几项(仅一项或多项):

(1)差错控制:使与相应级别网络的对等体的通信更加可靠。

(2)流量控制:让发送方的发送速率不要太快，让接收方及时收到。

(3)分段重装:发送方将要发送的数据分成更小的单元，在接收方还原。

(4)复用和解复用:发送端的几个高层会话复用一个低层连接，然后在接收端解复用。

(5)连接建立和释放:在交换数据之前建立一个逻辑连接。数据传输后释放连接。

分层也有一些缺点。例如，一些功能将在不同的层中重复，导致额外的开销。

1.7.2五层协议架构

(1)应用层

一个具体的网络应用是通过应用进程之间的交互来完成的，交互的数据单元称为message。

(2)传输层

负责为两台主机中的进程之间的通信提供通用数据传输服务。应用程序进程使用此服务来传输应用层消息。

传输层主要使用以下两种协议:

传输控制协议TCP-提供面向连接的可靠的数据传输服务，数据传输的单位是消息段。

用户数据报协议UDP-提供无连接、尽力而为的数据传输服务(不保证可靠传输)，其数据传输单位是用户数据报。

(3)网络层

负责为分组交换网络上的不同主机提供通信服务。发送数据时，网络层将传输层生成的消息段或用户数据报封装成包或包进行传输。数据报简称。

(4)数据链路层

在两个相邻节点之间传输数据时，数据链路层将网络层移交的IP数据报组装成帧，在两个相邻节点之间的链路上传输该帧。每帧包含数据和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差错控制等。).

接收数据时，控制信息使接收端能够知道帧从哪个位开始，在哪个位结束。这样，数据链路层在收到一个帧后，就可以从中提取数据部分，交给网络层。

(5)物理层

在物理层上传输的数据的单位是比特。当发送方发送1(或0)时，接收方应该接收1(或0)而不是0(或1)。因此，物理层应该考虑用多少电压来表示“1”或“0”，以及接收方如何识别发送方发送的比特。