计算机网络_一

前言：

这是本人用于记录自己学习计网的学习笔记，可能计录的内容不够全面充分，如果能对你产生帮助，我很荣幸。学习的内容来自于B站的视频课程深入浅出计算机网络 微课视频。

一、计算机网络体系结构

1.1 计算机网络概述

(1)、网络、互联网、因特网的区别与关系

• 若干节点和链路互连形成网络(节点：电脑，服务器、交换机等；链路：有线与无线。)
• 若干网络通过路由器互连形成互联网
• 因特网是当今世界上最大的互联网
• 有时并没有严格区分互联网（internet）与因特网（Internet）这两个名词，但是要注意，互联网可以使用任意通信协议，而因特网必须使用TCP/IP协议族作为通信规则。

(2)、因特网简介

发展：

因特网服务提供者（ISP）
ISP从因特网管理机构申请到成块的IP地址，同时拥有通信线路以及路由器等联网设备，任何单位或个人都可以通过ISP接入到因特网。
我国的ISP：中国电信、中国移动、中国联通

因特网已发展成为基于ISP的多层次结构的互连网络。（ISP层级：国际级–区域或国家级–本地级–……）

因特网的管理机构：

因特网的标准化工作：

因特网的组成：

(3)、电路交换、分组交换以及报文交换

电路交换：
(PS：用于传送计算机数据时线路的传输效率很低)

分组交换：

报文：将主机与主机之间用于通信的消息的整块数据表示为一个报文，传输时注意报文长度，过长需要划分成若干个较小的等长数据段同时添加由必要控制信息组成的首部。

首部的作用：包含分组的目的地址，用于转发分组。

信息的传递：构造分组，发送分组–>交换节点缓存分组并读取首部地址，查找转发表，转发给下一个交换节点–>经过多个节点后到达目标主机，目标主机将首部取出，将分组拼回原始报文。(最简单的情况)

优缺点：

报文交换：

三种交换比较：

(4)、计算机网络的定义与分类：

最简单定义：计算机网络是一些互连的、自治的（可以独立运行）、计算机的集合。
现阶段较好的定义：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（包含CPU的硬件）能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

分类：

• 按交换方式分类：电路交换、报文交换、分组交换
• 按使用者分类：公用网（Internet）、专用网（军队、铁路）
• 按传输介质分类：有线网络、无线网络
• 按覆盖范围分类：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）、个域网（PAN）
• 按拓扑结构分类：总线型、星型、环形、网状型

(5)、计算机网络的性能指标：

总览：

1. 速率
   数据量单位与换算关系：
   
   速率单位与换算关系：
   
   对比：
   
   练习：
   
   （单位必须化成b、b/s才能继续计算）

2. 带宽
   定义：
   
   （PS：线路的频率带宽越宽，其所传输数据的最高数据率也就越高。）

   数据传输速率：（木桶效应）
   

3. 吞吐量
   定义：
   

4. 时延（延迟、迟延）
   定义：
   
   时延的构成：
   
   
   （PS：注意目的主机或路由器接受分组信号与分组信号在链路上传播是同时进行的，所以没有接受时延。）

   光纤速度快的原因：带宽大

   时延图像分析：
   EX1:
   
   EX2:
   
   EX3:
   
   例题：
   
   

（结论：发送时延与传播时延谁占主导应该根据不同情况具体分析。）
5. 时延带宽积（链路长度）
定义：

EX：

6. 往返时间（RTT）
定义：

EX：
卫星链路带来的传播时延较大

（PS：可以用ping命令去测试查看时间）
7. 利用率
分类：

公式：


（PS：网络利用率应该保持在一定的范围内，不能过高，也不能过低。）
8. 丢包率
定义：

分组丢失的情况：

1.2 计算机网络体系结构与参考模型

(1)、常见的三种计算机体系结构

概览图：

三个体系结构：

1. OSI参考模型/OSI体系结构（经典7层）
   
2. TCP/IP参考模型（Internet使用，商业化）
   
   
3. 原理参考模型（教学用）

(2)、计算机网络体系结构分层的必要性

分层可以将庞大复杂的问题转化为若干较小的局部问题，以便层层处理。

两台计算机通过一条链路连接需要考虑的问题：

• 采用什么传输媒体（介质）（同轴电缆、光纤、光缆等）（物理层之下）
• 采用什么物理接口
• 采用什么信号表示比特0和1（数字基带信号（只是用于理解的例子）：1为高电平，0为低电平）（划归到物理层）

总线型网络（早已淘汰）、交换式以太网、无线网络需要考虑的问题 （划归到数据链路层）：


（PS：解决了物理层与数据链路层的问题，就可以实现一个数据包在一个网络上传输了。）

在多个网络传输需要考虑的问题 （划归到网络层）：

（PS：解决了前面几层以及网络层的问题，就可以实现数据包在多个网络上传输了。）

转发到应用进程需要考虑的问题 （划归到运输层）：

（PS：解决了前面几层以及运输层的问题，就可以实现进程之间基于网络的通信了。）

制定应用协议需要考虑的问题 （划归到应用层）：

总结：

练习：

(3)、计算机网络体系结构分层思想举例

EX：

• 主机中的应用层根据HTTP协议的规定构建一个HTTP请求报文，用于请求Web服务器执行相应操作。
• 请求报文移交给运输层，运输层给请求报文添加一个TCP首部（用于区分应用进程，实现可靠传输），将其封装为TCP报文段。
• 交付给网络层，网络层添加一个IP首部（IP寻址和路由），将其封装成为IP数据报，
• 交付给数据链路层，数据链路层给IP数据报添加一个首部和尾部（用于MAC寻址和帧校验），将其封装成为以太网帧。
  
• 交付给物理层，物理层将帧看作比特流，将其转换为电信号进行发送。对于以太网，还会在比特流前添加前导码，目的是使接收方的时钟同步并做好接受准备。
• 主机将电信号发送出去，路由器收到后，其物理层将电信号转换成比特流并去掉前导码，将帧交给链路层。
• 数据链路层去掉首部尾部，将IP数据报交给网络层。
• 网络层从IP数据报的首部中提取出目的IP地址，路由器根据IP地址查表转发该IP数据报，以便决定从那个接口转发。同时还要对首部中的某些字段值，例如TTL进行相应的修改然后向下传递并进行相同的封装后发送。
• 服务器收到数据包后，自下向上逐层解封，在应用层收到HTTP报文后执行相应的操作，然后给主机发送含有请求内容的HTTP相应报文。
• 然后按相似的流程返回。

练习题：

(4)、计算机网络体系结构中的专用术语

分类：实体、协议、服务

• 实体：
  

• 协议：
  
  （PS：逻辑通信并不存在，只是一种假设，方便单独研究某一层。）

  语法：定义了域的长度与顺序。

语义：

同步：（在本例中必须先发送GET请求，服务器才能返回响应报文）

• 服务：
  
  
  
  
  

• 练习：