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1.1计算机在信息时代的作用

略

1.2 互联网概述

网络、互联网和因特网

网络:由若干节点和连接这些结点的链路组成。
互连网:多个网络通过路由器互连起来，形成一个更大的网络，互连网可以看作是"网络的网络"
因特网||互联网(Internet):是世界上最大的互连网络,连接在因特网上的计算机叫做主机。
internet和Internet的区别:
- internet(互连网):是一个通用名词，由多个计算机网络互相连接的网络，这些网络之间的通信协议可以是任意的
- Internet(因特网||互联网):是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET.

互联网基础结构发展的三个阶段

因特网服务提供者ISP(Internet Service Provider)

在许多情况下，互联网服务提供者ISP就是一个进行商业活动的公司，因此ISP又常译为互联网服务提供商。例如，中国电信、中国联通和中国移动等公司都是我国最有名的ISP。
ISP可以从互联网管理机构申请很多IP地址(互联网上的主机都得有自己的IP地址才能上网),任何机构或者个人通过向ISP交纳一定费用，就可以获得IP地址租用权，通过该ISP接入互联网.
所谓上网：就是通过ISP获得的IP地址接入互联网
ISP也分为多种层次：
基于ISP的三层结构的因特网:

因特网的标准化工作

对因特网的发展起到了非常重要的作用0
特点：面向公众
- 因特网所有的RFC(Request For Comments)技术文档都可从因特网上免费下载；(http://www.ietf.org/rfc.html)
- 任何人都可以随时用电子邮件发表对某个文档的意见或建议。
因特网协会SOC是一个国际性组织，它负责对因特网进行全面管理，以及在世界范围内促进其发展和使用。
- 因特网体系结构委员会IAB,负责管理因特网有关协议的开发：
- 因特网工程部IETF,负责研究中短期工程问题，主要针对协议的开发和标准化；
- 因特网研究部IRTF,从事理论方面的研究和开发一些需要长期考虑的问题。
制订因特网的正式标准要经过以下4个阶段：
- (1)因特网草案（在这个阶段还不是RFC文档）
- (2)建议标准（从这个阶段开始就成为RFC文档）
- (3)草案标准
- (4)因特网标准
- 最后只有一小部分RFC文档可以变成因特网标准
  因特网的组成
边缘部分：由因特网上的主机组成：是用户直接使用的，用来通信或者资源共享
核心部分:由大量网络和连接这些网络的路由器组成。为边缘部分提供服务

1.3三种交换方式:电路交换、分组交换、报文交换。

电路交换

电话交换机接通电话线的方式为电路交换
交换就是按照某种方式动态的分配传输线路的资源
步骤：

建立连接(分配通信资源)
通话(占用通信资源)
释放连接(释放通信资源)
缺点:当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低
所以计算机网络一般采用分组交换

分组交换

所谓分组交换，就是将信息分组，以不同的路径转发给目标用户，目标用户将这些信息再整合好
路由器是最重要的分组交换机,它负责将各种网络互连起来，并将接收到的分组进行转发，也就是分组交换

此例中，H6要将信息发送给H2,他会先写好报文，然后将报文分组,每个组有头部，这几组以不同或者相同的路由转发给H2，H2需要接受各个分组，然后将报文还原

报文交换

与分组交换的区别就是报文的大小没有限制，并且信息不分组，所以现在已经被分组交换取代了

三种交换方式的对比

电路交换的优点：

通信时延小:数据直达，为双方用户专用
有序传输:只有一条专用线路
没有冲突
适用范围广:既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号
实时性强
控制简单
电路交换的缺点：
建立连接时间长
线路独占,使用效率低
灵活性差
难以规格化：不同类型的终端很难进行通信
报文交换的优点:
无需建立连接
动态分配线路
线路可靠新高：如果一条线路出故障，可以换不同的线路
提高线路利用率
提供多目标服务：一个报文可以送给多个地址
报文交换的缺点:
引起了转发时延：报文在节点交换机上需要经历存储转发的过程
需要较大存储缓存空间:报文大小无限制
需要额外信息：需要目标地址等信息
分组交换的优点:
无需建立连接
提高线路利用率
简化存储管理:报文分组的长度固定，所以缓存区大小也固定
加速传输
减少出错概率和重发数据量：因为报文是分组的
分组交换的缺点:
引起了转发时延：报文在节点交换机上需要经历存储转发的过程
需要额外信息：需要目标地址等信息，并且报文被分成了好多组，每组都会多出来额外信息
3)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

1.4计算机网络的定义和分类

定义

计算机网络的精确定定义未统一
最简单定义：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

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，并能支持广泛的和日益增长的应用

分类

其中校园网属于局域网,个域网的话可以理解为个人热点之类的

1.5计算机网络的性能指标

1.速率

前置知识:比特：数据量的单位
定义：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，也称为比特率或数据率。
常用单位:
2.带宽
在模拟信号系统中的定义：信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围
单位：Hz (kHz,MHz,GHz)
在计算机网络中的意义:用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在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”
单位：b/s (kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s)
在我看来可能就是我们平时口中的"网速"

3.吞吐量

定义：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

4.时延

时延包括发送时延、传播时延和处理时延

发送时延:分组长度(b)/发送速率(b/s)
传播时延:信道长度(m)/电磁波传播速率(m/s)
- 电磁波传播速率:
处理时延：一般不方便计算
例:

由该例子可以看出在处理时延不计的情况下，并不一定说是发送时延和传播时延其中一个就能占主导

5.时延带宽积

时延带宽积=传播时延×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。

6.往返时间RTT(Round-Trip Time)

7.利用率

信道利用率：用来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加权平均

注:

根据排队论，某信道的利用率增大，该信道的时延也会增加
如果令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式来表示D、D0和利用率U之间的关系：
$D=D0/1-U$

当网络的利用率达到50%时，时延就要加倍：
当网络的利用率超过50%时，时延急剧增大：
当网络的利用率接近100%时，时延就趋于无穷大：
因此，一些拥有较大主干网的1SP通常会控制它们的信道利用率
不超过50%。如果超过了，就要准备扩容，增大线路的带宽。
也不能使信道利用率太低，这会使宝贵的通信资源被白白浪费。应该根据情况动态调整输入到网络中的通信量，使网络利用率保持在一个合理的范围内。

8.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。

丢包率具体可分为接口丢包率、
结点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率等。
分组丢失主要有两种情况：
- 分组在传输过程中出现误码，被结点丢弃；
- 分组到达一台队列已满的分组交换机时被丢弃；
- 在通信量较大时就可能造成网络拥塞，

1.6计算机网络体系结构

1.常见的计算机网络体系结构

OSI体系结构

该模型是由国际标准化组织ISO组织制定的,是法律上的国际标准。而因为一些原因,最终失败了
失败原因:

OSI的专家们缺乏实际经验，在完成OSI时缺乏商业区动力
OSI的协议实现起来过于复杂，运行效率低
标准指定周期太长，很多按照OSI标准生产的机器无法及时进入市场
OSI层次划分不太合理,有些功能在多个层次重复出现

TCP/IP

该协议得最广泛的应用，是事实上的国际标准

讲述原理的五层协议

因为TCP/IP为了将不同的网络接口进行互联，所以他的网络接口层并没有规定什么内容,但是为了学习计算机网络原理，又新增了一层，这样有利于我们对计算机网络原理的学习

2.计算机网络体系结构分层的必要性

计算机网络是一个非常复杂的系统，构建一个计算机网络系统，需要面临大量复杂的问题，早在ARPANET设计时就提出了分层的设计理念。
分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理

3.计算机网络体系结构分层思想举例

如图,在主机向服务器发送一个请求之后。

首先是应用层会构建一个http请求报文
应用层将http报文交付给运输层处理，运输层会给http请求报文添加一个TCP首部,使之称为为TCP报文段,该首部的作用是为了区分应用进程以及实现可靠传输
然后运输层将TCP报文段交给网络层处理,网络层会添加一个IP首部，使之称为IP数据报,该首部的作用是为了能够实现在互联网上传播,也就是被路由器转发
接着交给数据链路层处理，数据链路层会增加一个首部和尾部，使之称为帧。首部作用是能够在一段链路上或一个网络上传输，尾部的作用是让目的主机检查所接收到的帧是否有误码
然后交付给物理层，物理层会将帧看作比特流，并且增加前导码，目的是让目的主机做好接收帧的准备
信号通过传输媒体到达路由器，路由器的物理层将比特流去掉前导码交付给链路层，然后将帧去掉，交付给网络层，网络层从中提取目的网络地址，查找自身路由表确定转发端口，然后再交付给链路层、然后往下到物理层转化为比特流，向服务器传播
到达服务器后，服务器也通过一层层处理，将比特流最终处理成
http请求报文，服务器的应用层对http请求报文进行解析，最后给主机发回http响应报文，通过相同的方式一层层传回主机

4.计算机网络体系结构中的专用术语

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：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合。

需要注意的是这种通信只是逻辑存在的，实际上并不存在，方便我们单独研究体系结构的某一层
协议三要素：
- 语法：定义了所交换信息由哪些字段组成以及何种顺序构成,例如下图，语法定义了每个格子(格子称为字段和域)的长度和顺序
- 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。
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可以合成为一个PDU;一个SDU也可划分为几个PDU。