【计算机网络】概述

1.因特网的组成

• 边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成，这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。
• 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。

边缘部分

通信方式分类：

• 客户服务器 C/S
• 对等方式 P2P

三种交换方式：

• 电路交换
• 报文交换
• 分组交换

核心部分

多路复用

• 频分复用
• 时分复用
• 波分复用
• 码分复用
• 统计多路复用（分组交换）

电路交换

从通信资源的分配角度看，“交换”就是按照某种方式动态的分配传输线路的资源。

电路交换的步骤：“建立连接（占用通话资源）” -> 通话（一直占用通信资源） -> 释放连接（归还通信资源）

电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。其线路的传输效率往往很低。

报文交换

通常把要发送的整块数据称为一个报文

分组交换

分组交换主要由路由器实现，采用存储转发技术，在发送报文之前，先把较长的报文划分称为一个个更小的等长数据段，在每个数据段前面加上一些必要的控制信息组成包头，分组的包头包含了目的地址和源地址等重要控制信息。

在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分通常以相对较低的链路相连接。

划分分组的概念

存储转发

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。

路由器收到一个分组，先暂时存储下来，在检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器，这样一步一步以存储转发的方式，把分组交付到最终的目的主机，各路由器之间必须经常交换彼此的路由信息，以便创建和维持在路由器中的转发表，使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。

分组交换优点

• 高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用
• 灵活：为每一个分组独立地选择转发路由
• 迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立电路就能向其他主机发送分组
• 可靠：保证可靠性的网络协议

分组交换缺点

• 各分组都有一个头部，造成一定额外开销
• 分组在各路由器存储转发时需要排队，会造成一定的时延

三种交换方式对别

• 电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送
• 报文交换：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。
• 分组交换：单个分组传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传输突发数据时可提高整个网络的利用率。由于一个分组的长度远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换时延小，同时也更具有灵活性。

2.计算机网络的类别

• 广域网WAN
• 城域网MAN
• 局域网LAN
• 个人区域网PAN

3.计算机网络的性能

性能指标：

• 速率：主机在数字信道上的传输数据的速率，也称数据率或比特率，单位为b/s(bps) kb/s Mb/s Gb/s。通常速率指额定速率或标定速率，实际上往往达不到
• 带宽：表示单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，取决于最小速率的那条链路，单位bps
• 吞吐量：单位时间内通过某个网络的数据量
• 时延：总时间等于下面四种时延之和
  • 发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特到最后一个比特发送完所需要的时间。
  • 传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间
  • 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，例如分析分组的首部，从分组中提取数据不符，进程差错校验。
  • 排队时延：分组在进入路由器后要先在输入队列中等待处理。
• 时延带宽积 = 传播时延 X 带宽
  • 又称比特位单位的链路长度

4.计算机网络体系结构

协议

协议的三要素：

• 语法
• 语义
• 时序

分层

网络分层的好处

• 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

各分层需要完成的工作

• 差错控制
• 流量控制
• 分段和重装
• 复用和奋勇
• 连接建立和释放

OSI七层协议体系

• 应用层
  • 直接为用户的应用进程提供服务
  • HTTP、SMTP、FTP
• 表示层
  • 数据表示转化
  • 加密解密
  • 压缩解压缩
• 会话层
  • 对话控制
  • 同步
• 传输层
  • 两个主机中进程之间通信提供服务，负责源-目的（端-端）进程间完整报文传输
  • 分段与重组
  • SAP寻址，如端口号
  • 连接控制
  • 流量控制
  • 差错控制
  • 包含的协议
    • TCP（传输控制协议）：面向连接，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付
    • UDP（用户数据包协议）：无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付
• 网络层
  • 负责源主机到目的主机数据分组交付
  • 逻辑寻址，全局唯一逻辑地址，确保数据分组正确送达，例如IP地址
  • 路由：路径选择
  • 分组转发
• 数据链路层
  • 负责结点-结点数据传输
  • 组帧（帧头+帧尾）
  • 物理寻址：在帧头中增加发送端和接收端的物理地址标识数据帧的发送端和接收端，例如MAC地址
  • 流量控制：如果数据发的很快，要控制流量，避免淹没接收端
  • 差错控制：检测或重传损坏或丢失的帧
  • 访问（接入）控制：在任一时刻决定哪一设备拥有链路的控制权
• 物理层
  • 接口特性
    • 机械特性
    • 电气特性
    • 功能特性
    • 规程特性
  • 比特编码
  • 比特同步
  • 传输模式
    • 单工
    • 半双工（对讲机）
    • 全双工

各层的数据单元

• 应用层：报文
• 传输层：段
• 网络层：数据报
• 数据链路层：帧
• 物理层：比特

五层协议体系

• 应用层
• 传输层
• 网络层
• 数据链路层
• 物理层