计算机网络基础：基础概念

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第一章

计算机网络的特点

  1. 由通用的、可编程的硬件组成；
  2. 并非用于实现某一特定目的；
  3. 能支持广泛的和日益增长的应用；

互联网的三个发展阶段

  1. APPANET：TCP/IP 成为 APPANET 上的标准协议
  2. 三级结构的互联网（NSF-Net）：主干网、地区网、校园网
  3. 多层次 ISP 结构互联网：主干 ISP、地区 ISP 和本地ISP

互联网的组成

  1. 边缘部分：连接在互联网上的主机组成
  2. 核心部分：大量的网络和连接这些网络的路由器，为边缘服务提供连通性和交换

交换方式

  1. 电路交换：

    N 部电话两两相连需要使用 N(N−1)2\frac{N(N-1)}{2} 条电线，所以需要使用交换机来完成全网的交换任务；

    面向连接：

    1. 建立连接；
    2. 通信；
    3. 释放连接；

    电路交换的用户始终占用端到端的通信资源。由于计算机数据具有突发性，导致通信线路的利用率很低。

  2. 分组交换：

    在报文交换的基础上，采用存储转发技术，把要发送的报文划分为较短的，固定长度的数据段；

    每个分组的前面都要添加上首部，接收端剥去首部还原报文；

    将分组作为数据传输单元，每个分组在互联网中独立地选择传输路径。

    优点：

    1. 动态分配传输带宽，对通信链路逐段占用；
    2. 每个分组独立选择最合适的路由；
    3. 在不建立连接的情况下就能向其他主机发送分组；
    4. 保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。

    缺点：

    1. 转发时需要排队，增加时延；
    2. 必须携带首部，额外开销；
    3. 需要额外的管理和控制机制；

  3. 报文交换：

    电报通信，基于存储转发原理。

    将整个报文一次性（不分组）存储转发，交换时延长。

计算机网络的分类

作用范围：

  1. 广域网 WAN
  2. 城域网 MAN
  3. 局域网 LAN
  4. 个人局域网 PAN

使用者：

  1. 公用网
  2. 专用网

把用户接入互联网：

  1. 接入网 AN（Access Network）：从某个用户端系统到互联网的第一个路由器

计算机网络的性能指标

  1. 速率：bit/s，数据率，比特率，往往指额定速率或标称速率，非实际运行速率

    kb/s Mb/s Gb/s Tb/s

    与 KB MB GB TB 区分

  2. 带宽：

    1. （本意，频域称谓）信号具有的频带宽度，表示网络中某通道传送数据的能力，Hz。
    2. （计网，时域称谓）在单位时间内网络中的某信道所能通过的最高数据率，bit/s。
    3. 提高带宽并不能提高比特的传播速率，只能提高数据的发送速率。

  3. 吞吐量：

    在单位时间内通过某个网络的数据量。

    受带宽、速率限制。

  4. 时延：

    从网络的一端传送到另一端所需的时间：

    1. 发送时延；
    2. 传播时延；
    3. 处理时延；
    4. 排队时延：取决于网络中的即时通信量；

  5. 时延带宽积：

    以比特为单位的链路长度

    时延带宽积=传播时延×带宽时延带宽积=传播时延 \times 带宽

    可以用来代表链路的比特容量

  6. 往返时间 RTT：

    发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认所经历的时间

  7. 利用率：

    1. 信道利用率：有数据通过的时间的占比；
    2. 网络利用率：全网络信道利用率的加权平均；

非性能指标

费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、易于管理和维护

计算机网络体系结构

分层结构

开放系统互联参考模型 OSI/RM（7层）

应用层
表示层
会话层
运输层
网络层
数据链路层
物理层

TCP/IP（4层）

应用层
运输层
网际层
网络接口层

协议

组成要素：

  1. 语法：数据和控制信息的格式
  2. 语义：需要发出怎样的信息、做出怎样的响应、完成怎样的动作
  3. 同步：事件实现的顺序

表现形式：文字描述、程序代码

协议数据单元 PDU

分层的各层协议实际上就是各个对等层之间传递数据的各项规定

实体、协议、服务

实体：可发送/接收信息的硬件/软件进程。

协议：

  1. 控制两个对等实体进行通信的规则集合。
  2. 需要考虑极端条件，能够解决各种异常情况。

服务：

  1. 在协议的控制下，两个对等实体间的通信可以向上一层提供服务，同样，实现本层协议需要使用下层提供的服务。

  2. 本层的用户只看得到服务而无法看到协议，即下层协议对上层透明、不可见

  3. 协议是水平的，控制对等实体。服务是垂直的，有下层向上层提供的层间接口调用

  4. 上层使用服务原语，获得下层提供的服务