一. 计算机网络概述
1.1 网络、互连网(互联网)和因特网
- 网络由若干结点和连接这些结点的链路组成。
- 多个网络还可以通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网（或互连网）。因此，互联网是“网络的网络”。
- 因特网是世界上最大的互连网络（用户数以亿计，互连的网络数以百万计）。
1.2 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（传送数据、音频或视频）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的（提供连通性和交换）
1.3 三种交换方式
优点缺点通信时延小建立连接时间长有序传输线路独占，使用效率低没有冲突灵活性差适用范围广难以规格化实时性强控制简单
优点缺点无需建立连接引起了转发时延动态分配线路需要较大存储缓存空间提高线路可靠性需要传输额外的信息量提高线路利用率提供多目标服务分组交换（⭐）
优点缺点无需建立连接引起了转发时延线路利用率高需要传输额外的信息量简化了存储管理对于数据报服务，存在失序、丢失或重复分组的问题；对于虚电路服务，存在呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程加速传输减少出错率和重发数据量
- 分组 将报文划分成若干个等长的数据段，然后给各数据段添加首部（包括重要的控制信息）构成分组。
- 存储转发 结点交换机（路由器）对分组进行存储转发。
1.4 计算机网络的定义和分类
计算机网络的定义
- 计算机网络的精确定义并未统一
- 计算机网络的最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。
- 互连 是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信；
- 自治 是指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用，不存在主从或者控制与被控制的关系；
- 集合 是指至少需要两台计算机；
- 计算机网络的较好的定义是：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）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能和支持广泛的和日益增长的应用。
- 计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了之智能手机等智能硬件。
- 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用（包括今后可能出现的各种应用）。
计算机网络的分类（⭐）
按交换技术分类按使用者分类按传输介质分类按覆盖范围分类按拓扑结构分类电路交换网络公用网有线网络广域网WAN总线型网络报文交换网络专用网无线网络城域网MAN星型网络分组交换网络局域网LAN环形网络个域网PAN网状型网络1.5 计算机网络的性能指标
速率
- 比特
- 计算机中数据量的单位，也是信息论中信息量的单位。一个比特就是二进制数字中的一个1或0。
- 常用数据量单位：
8 bit = 1 ByteKB = 2^10 BMB = K * KB = 2^10 * 2^10 B = 2^20 BGB = K * MB = 2^10 * 2^20 B = 2^30 BTB = K * GB = 2^10 * 2^30 B = 2^40 B
- 速率
- 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率，也成为比特率或数据率。
- 常用数据率单位：
bit/s (b/s, bps)kb/s = 10^3 b/s (bps)Mb/s = k * kb/s = 10^3 * 10^3 b/s = 10^6 b/s (bps)Gb/s = k * Mb/s = 10^3 * 10^6 b/s = 10^9 b/s (bps)Tb/s = k * Gb/s = 10^3 * 10^9 b/s = 10^12 b/s (bps)
- 例题：
带宽（⭐）
- 在通信和信号处理领域，指信号的频带宽度，单位：Hz（赫兹）
- 在计算机网络领域，指一条信道的最高数据率（链路的入口，理想情况下注入的速率），单位：bit/s (b/s , bps)
吞吐量
- 吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
- 吞吐量被经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。
- 吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制。
时延（⭐）
- 排队时延 dq —— 分组在交换结点内被交换到输出链路，等待从输出链路发送到下一个结点的时间。（排队时延和处理时延经常统称为处理时延）
- 处理时延 dc —— 交换设备检查分组是否有查错，确定如何转发分组的时间。
- 发送时延 dt —— 分组在输出链路发送时，从发送第一位开始，到发送完最后一位需要的时间。
- 发送时延 = 分组长度(m) / 发送速率(b/s)
- 传播时延 dp —— 信号从发送端出来，经过一段物理链路到达接收端需要的时间。
- 传播时延 = 物理链路长度(m) / 电磁波传播速率(m/s)
- 自由空间：3 x 10^8 m/s
- 铜线：2.3 x 10^8 m/s
- 光纤：2.0 x 10^8 m/s
- 例题：
时延带宽积
- 时延带宽积 = 传播时延 X 带宽
- 若发送端连续发送数据，则在所发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个比特；
- 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
往返时间
- 在许多情况下，因特网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互；
- 我们有时很需要知道双向交互一次所需的时间。
- 因此，往返时间RTT（Round-Trip Time）也是一个重要的性能指标
利用率（⭐）
- 信道利用率：用于表示某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）；
- 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均；
- 利用率并非越高越好：当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也会迅速增加；
- 也不能使信道利用率太低，这会使宝贵的通道资源被白白浪费。
丢包率
- 丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率；
- 分组丢失的两个主要原因：
1.6 计算机网络体系结构（⭐）（初学没看懂）
常见的计算机网络体系结构
OSI体系结构的特点（⭐）
- 数据由上到下层层封装传递，且下层为上层提供服务
- 虚拟通信：对等层不直接进行通信
- 实通信：物理层的两个端点进行物理通信
- 中间系统：只实现物理层、数据链路层和网络层的功能
- 端到端层（高层协议）：传输层、会话层、表示层、应用层
- 结点到结点层：物理层、数据链路层、网络层
计算机网络体系结构分层的必要性
应用层解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题表示层解决通信双方交换信息的表示问题会话层解决进程之间进行会话问题运输层解决进程之间基于网络的通信问题网络层解决分组在多个网络上传输（路由）的问题数据链路层解决分组在一个网络（或一段链路）上传输的问题物理层解决使用何种信号来传输比特的问题计算机网络体系结构中的专业术语
- 实体 任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
- 对等实体 收发双方相同层次中的实体
- 协议的三要素 语法 语义 同步
- 语法 定义所交换信息的格式
- 语义 定义收发双方所要完成的操作
- 同步 定义收发双方的时序关系
- 服务
- 在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。
- 要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
- 协议是“水平的”，服务是“垂直的”
- 实体看得见相邻下层所提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是“透明”的。
- 服务访问点 在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型。
- 数据链路层的服务访问点为帧的“类型”字段。
- 网络层的服务访问点为IP数据报首部中的“协议字段”。
- 运输层的服务访问点为“端口号”。
- 服务原语 上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。
- 协议数据单元PDU 对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元。
- 应用层：报文（message）
- 运输层：TCP报文段（segment）或UDP用户数据报（datagram）
- 网络层：分组（packet）或IP数据报
- 数据链路层：帧（frame）
- 物理层：比特流（bit stream）
- 服务数据单元SDU 同一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元。
- 多个SDU可以合成一个PDU；一个SDU也可以划分为几个PDU。
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