计算机网络
互联网的组成：1.边缘部分：由连接在互联网上的主机组成，用户直接使用，用来通信和资源共享。边缘部分的主机称为端系统，端系统的拥有者可以是个人，单位，也可以是某个ISP，边缘部分利用核心部分所提供的服务，使众多主机之间能够互相通信并交换或共享信息。
（1.）客户-服务器方式
客户是服务请求方
服务器是服务提供方
客户和服务器都是指通信中所涉及的两个运用程序
客户程序：客户程序被用户调用后台运行，主动向服务器发起请求
服务器程序：服务程序始终运行，监察并等待服务请求
- ）对等连接方式
两个服务器在通信时并不区分哪个是服务请求方还是服务提供方
只要两主机运行了对等连接软件，他们就可以进行平等的，对等连接通信
- 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘提供连通性和交换
互联网核心部分起特殊作用的是路由器，路由器是一种专门的计算机，是实现分组交换的关键，任务就是转发收到的分组。
电路交换：电话交换机接通电话的方式称为电路交换
从通信资源的分配角度来看，交换就是按照某种方式动态的分配传输线路的资源
电路交换是面向连接的。（1.）建立连接（占用通信资源）（2.）通信（一直占用通信资源）（3.）释放连接（归还通信资源）
分组交换（采用存储转发技术）
每个分组加上首部，首部的重要性：包含目的地址和源地址等重要控制信息，确保分组的正确交付。
路由器的操作（1.）暂存分组（2.）查找分组（3.）转发分组
三种交换技术的比较：电路交换，报文交换，分组交换
- 计算机网络的性能
- 速率（单位bit/s）：8bit=1个字节 数据的传输速率，也称为数据率或比特率
- 带宽：（单位：赫兹Hz,千赫KHz,兆兹MHz）
- )模拟信号系统：指某个信号具有的频带宽度；信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。
（2.）计算机网络（bit/s）：表示网络的通信线路传播信号的能力；在单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的最高数据率。
3、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。
吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制。
- 时延：是指数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间，包括：
- ）发送时延：发送时延是指主机或路由器发送数据帧所需要的时间。=数据帧长度/发送速率
- ）传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。=信道长度/电磁波在信道上的传播速率
- ）处理时延：交换结点为存储转发而进行一些必要处理所花费的时间
- ）排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
时延带宽积=传播时延x带宽 （又称为以bit为单位的链路长度）
往返时间RTT ：互联网上的信息不仅仅是单方向传输而是双向交互
- 利用率：
- ）信道利用率：某信道的百分之几的时间是被利用的
- ）网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值
（利用率并非越高越好），当信道利用率增大时，该信道引起的时延也迅速增加
计算机网络的体系结构
网络协议是指通信双方必须遵循的，为进行网络中的数据交换而建立的规则的集合
语法：数据与控制信息的格式或结构，确定通信时采用的数据格式，编码以及信号电平。
语义：指构成协议的元素含义的解释，也就是描述协议具体用来实现什么功能。
同步：通信双方要完成某项网络服务必须依据什么样的流程，速度来进行
网络体系结构
OSI/RM参考模型：从低到高共7层：
网络支持层：1.物理层2.数据链路层3.网络层
用户支持层：4.运输层5.会话层6.表示层7.应用层
TCP/IP参考模型（国际标准）只适用于TCP/IP网络
从低到高：1.网络接口层2.网际层3.运输层4.应用层
两种协议的区别：
（1.）适用范围不同：OSI/RM不偏重于任何一种网络类型，TCP/IP只适用于TCP/IP网络
（2.）OSI/RM开始只提供面向连接的服务；TCP/IP一开始就面向连接和无连接服务并重
- ）物理层：二进制比特流的透明传输
- ）数据链路层：封装成帧，实现相邻结点间的传输问题
- ）网络层：解决分组在多个网络上的传输问题
- ）运输层：负责两台主机中进程之间的端到端的通信
- ）应用层：提供系统与用户的网络应用接口
- 物理层
传输媒体：
- ）导引型传输介质：双绞线，同轴电缆，光纤
- ）非导引型传输介质：无线电波，地面微波，卫星通信
数据通信系统模型
三大部分：1.源系统2.传输系统3.目的系统
输入信息->源点->输入数据->发送器->发送信号->传输系统->接收信号->接收器->输出数据->终点->输出信息
源点：信息的发送者，产生要传输的数据，又称为信源
终点：信息的接受者，从接收器获取传送来的数字比特流，把信息输出，也成为信宿
发送器：负责将输入数据转换成合适的信道传输信号
接受器：负责把收到的信号还原为输出数据
信道的概念
单向通信（单工）：数据只能沿一个固定的方向传播（广播）
双向交替通信：允许数据沿两个方向通信，但每一个时刻只能在一个方向传播（对讲机）
双向同时通信：允许信息同时沿两个方向进行传输（微信）
第3章：数据链路层
数据链路层包括：点对点信道（封装成帧（封装帧定界）
透明传输（字符填充，字节填充）
差错检测（CRC循环冗余校验））
广播信道
- 数据链路与帧
链路：一个结点到相邻结点的一段物理线路，中间没有其他任何的交换结点。
数据链路：把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，构成数据链路
数据帧：数据链路传输和处理数据的单位
三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测
（1.）封装成帧：在一段数据的前后分别添加首部和尾部，然后构成了一个帧
首部和尾部的重要作用就是帧定界
最大传输单元MTU：每种链路层协议规定的所能传送帧的数据部分长度上限
（2.）透明传输：无论什么样的比特组合的数据，都能够按照原样没有差错的传输到数据链路层。
（3.）差错检测：为保证传输数据的可靠性，在计算机网络数据传输时，必须采用差错检测的措施。目前广泛使用CRC循环冗余校验的方法进行差错检测
点对点协议PPP
目前全世界使用最多的数据链路层协议是：点对点协议PPP
零比特填充法：发送方只要发现有5个连续的1时，立刻填入一个0
接收方只要发现5个连续1，就把其后的1个比特0删除
使用广播信道的数据链路层
局域网的特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限
局域网的优点：（1.）具有广播功能，从一个站点可以很方便的访问全网，局域网的主机可共享连接在局域网上的各个硬件和软件资源（2.）便于系统的扩展和逐渐的演变，各设备的位置可灵活调整和改变（3.）提高了系统的可靠性，可用性和残存性
通信适配器：又称为网络接口卡NIC或网卡
网卡的作用：（1.）进行串行/并行转换 （2.）对数据进行缓存 （3.）在计算机的操作系统安装设备驱动程序 （4）实现以太网协议
CSMA/CD协议（载波监听多点接入/碰撞检测）
广播通信方式：一台计算机发送数据时，总线上的所有计算机都能检测到这个数据
多点接入：许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。
载波监听：每一个站点在发送数据之前先要检测下总线上是否有其他站点发送数据，如果有，则暂时不要发送，以免发生碰撞
碰撞检测：计算机边发送数据边检测信道上的信号电压变化情况，一边判断自己在发送数据时其他站是否也在发送数据。
单程端到端的传播时延即为t
在使用CSMS/CD协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行双向交替通信（半双工通信）
以太网的端到端往返时延2t称为争用期或碰撞窗口
截断二进制指数退避算法 发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟一个随机时间才能再次发送
以太网的MAC层
MAC的硬件地址
硬件地址又称为物理地址，或MAC地址，或EUI-48
适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC帧中的MAC地址
如果是发往本站的帧就收下，然后再进行其他处理
否则就将此帧抛弃，不再进行其他处理
发往本站的帧有3种：
- ）单播帧（一对一）收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同
- ）广播帧（一对全体）发送给本局域网上所有站点的帧（全1地址）
- ）多播帧（一对多）发送给本局域网上一部份站点的帧
MAC帧格式
无效的MAC帧：数据字段的长度与长度字段的值不一致，帧的长度不是整数字节，用收到的帧检验序列FCS查出有差错，数据字段的长度不在46~1500字节之间，有效MAC帧长度为64~1518字节之间
扩展以太网
在物理层扩展以太网
扩展主机和集线器之间的距离的一种简单方法就是使用光纤和一对光纤调制解调器。
用集线器扩展以太网
优点：使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞和通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。
缺点：碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。
在数据链路层扩展以太网
最初在数据链路层扩展以太网使用网桥
网桥在对收到的帧根据其MAC帧的目的地址进行转发和过滤
以太网交换机：实质上是一个多接口的网桥，每个接口都直接与一台主机或另一台以太网交换机直接相连，一般工作以全双工的方式
以太网的扩展：在物理层使用集线器进行扩展，在数据链路层使用以太网交换机进行扩展
