1.1 计算机网络概述
计算机网络最简洁的定义：一些
互连的、自治的计算机系统的集合。
互联网的两个重要基本特征：连通性和共享
计算机网络的组成：硬件、软件、协议
- 硬件：主机、通信处理机（或前端设备处理器）、通信线路和交换设备
- 软件：实现各种资源共享的软件，方便用户使用的各种工具软件
- 协议：一种规则，数据在线路上传输必须遵循一定规则。
工作方式：边缘部分和核心部分
- 边缘部分：由所有连接在互联网 上的主机组成，用来进行通信和资源共享
- 核心部分：由大量的网络和路由器组成，也为边缘部分提供连通性和交换服务。
功能组成：通信子网（包含物理层、数据链路层和网络层）、资源子网
- 通信子网：由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，为网络提供数据传输、交换和控制能力。
- 资源子网：由主机、终端以及各种软件资源、信息资源组成，负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与服务。
计算机网络最基本和最重要的功能是数据通信。（连接控制、传输控制、差错控制、流量控制、路由选择、多路复用）
其余功能：资源共享、分布式处理、信息综合处理、负载均衡、提高可靠性
分类：
- 分布范围：广域网、城域网、局域网、个人区域网
- 拓扑结构：星型、总线型、环形、网状型
- 传输技术：广播式、点对点
- 使用者：共用网、专用网
- 数据交换技术：电路交换、报文交换、分组交换
计算机网络标准化步骤：
- 互联网草案
- 建议标准（RFC文档）
- 草案标准
- 互联网标准
1.2 计算机网络体系结构与参考模型
计算机网络为什么采用分层结构？
为了更好的实现各层之间独立工作、互不干扰、提高灵活性。
实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程，通常是一个特定的软件模块。
对等层：不同机器上的同一层。
对等实体：同一层上的实体。
协议：一种规则，控制两个对等实体进行通信的规则。（水平的）
协议三要素：语义、语法、同步。
- 语义：对构成协议元素的含义的解释。
- 语法：数据与控制信息的结构或格式。
- 同步：规定了事件的执行顺序。
接口（服务访问点），从物理层开始，每一层都向上一层提供服务访问点（没有接口就不能提供服务）。
5个专业术语：
- 服务数据单元（SDU）。第n层的服务数据单元，记作n-SDU。
- 协议控制信息（PCI）。第n层的协议控制信息，记作n-PCI。
- 接口控制信息（ICI）。第n层的接口控制信息，记作n-ICI。
- 协议数据单元（PDU）。第n层的服务数据单元（SDU）+第n层的协议控制信息（PCI）=第n层的协议数据单元（PDU），即n-SDU+n-PCI=n-PDU，表示的是同等层对等实体间传送的数据单元。另外，n-PDU=（n-1）-SDU。
- 接口数据单元（IDU）。第n层的服务数据单元（SDU）+第n层的接口控制信息（ICI）=第n层的接口数据单元（IDU），即n-SDU+n-ICI=n-IDU，表示的是在相邻接口间传送 的数据单元。
服务：下层为相邻上层提供的功能调用。（垂直的）
- 面向连接的服务（如TCP、电话系统）和面向无连接的服务（如IP和UDP）
面向连接和面向无连接的对比
服务 | 优点 | 缺点 |
面向连接 | 可靠信息流（只要被接收的都是正确的）、信息回复确认（每收到信息就发送一个回复，告诉对方已经收到此消息；如果收到的信息是错误的，告诉对方重新发送该信息） | 占用通信信道 |
面向无连接 | 不占用通信信道 | 信息流可能丢失（在传输过程中，信息可能丢失，对方可能收不到）、信息无回复确认（收到信息直接收下，不告诉对方已经收到） |
- 有应答服务与无应答服务
（1）有应答服务：接收方在收到数据后向发送方给出相应的回答。
（2）无应答服务：接收方收到数据后不自动给出应答。 - 可靠服务与不可靠服务
（1）可靠服务：网络具有检错、纠错、应答机制，能保证数据正确、可靠地传送到目的地。
（2）不可靠服务：网络不能保证数据正确、可靠的传送到目的地，网络只能是尽量正确、可靠，是一种“尽力而为”的服务。
关于服务不得不知的内容：
- 第n层的实体不仅要使用第n-1层的服务，还要向第n+1层提供本层的服务，该服务是第n层及其以下各层所提供服务的总和。最高层向用户提供服务。
- 上一层只能通过相邻层的接口使用下一层的服务，而不能调用其它层的服务，即下一层提供服务的实现细节对上一层透明1。
ISO/OSI参考模型和TCP/IP参考模型：OSI参考模型具有7层结构，而TCP/IP仅有4层结构（一般看做5层）
OSI模型：物理层，数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
TCP/IP模型：网络接口层、网际层、运输层、应用层
5层模型：
- 物理层
- 传输单位：比特（bit）
- 硬件：集线器、中继器
- 任务：透明地传输比特流
- 功能：为数据端设备提供传送数据通路
- 数据链路层
- 传输单位：帧
- 硬件：交换机、网桥
- 任务：将网络层传下来的IP数据报组装成帧
- 功能：①链路连接的建立、拆除、分离；②帧定界和帧同步；③差错检测
- 协议：PPP、HDLC
- 网络层（主机↔主机）
- 传输单位：数据报
- 硬件：路由器
- 任务：①将传输层传下来的报文段封装成分组；②选择适当的路由，使分组能够交付到目的主机
- 功能：①为传输层提供服务；②组包和拆包；③路由选择；④拥塞控制
- 协议：ICMP/、ARP、RARP、IP、IGMP
- 传输层（进程↔进程、应用↔应用）
- 传输单位：报文段（TCP）或用户数据报（UDP）
- 任务：负责主机中两个进程的通信
- 功能：①为端到端连接提供可靠的传输服务；②为端到端连接提供流量控制、差错控制、服务质量等
- 协议：TCP。UDP、ARP
- 应用层（用户↔用户）
- 任务：提供系统与用户的接口
- 功能：①文件传输；②访问和管理；③电子邮件服务
- 协议：FTP、SMTP、POP3、HTTP
会话层的功能：在两个结点间建立、维护和释放面向用户的连接，并对会话进行管理和控制，保证会话数据可靠传送。
表示层的功能：负责处理在两个内部数据表示结构不同的通信系统间交换信息的表示格式（即数据格式转换），为数据加密和解密以及为提高传输效率提供必需的数据压缩及解压等功能。
OSI参考模型和TCP/IP模型特性对比
OSI参考模型 | TCP/IP模型 |
3个主要概念：服务、接口、协议，且协议有很好的隐藏性 | 没有明确区分服务、接口、协议 |
产生在协议发明之前 | 产生在协议发明之后 |
共有7层 | 共有4层（不是5层） |
网络层：仅有连接和无连接 | 网络层：仅有无连接 |
传输层：仅有面向连接 | 传输层：面向连接和无连接 |
带宽：①信号具有的频带宽度。（Hz）;②网络中某通道传送数据的能力。（bit/s）
吞吐量：在单位时间内通过某个网络的实际的数据量。
计算机网络性能指标：
- 发送时延（传输时延）：主机或路由器发送数据帧所需要的时间，即从发送数据帧的第一位算起到该帧最后一位发送完毕所需要的时间。
发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）
- 传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离所需要的时间。
传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上传播的速度（m/s）
- 处理时延：主机或路由器在接收到分组时进行处理所需要的时间。
- 排队时延：分组在进入网络传输时，要经过许多路由器，但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理，在路由器确定了转发接口后，还需要在输出队列中排队等待转发。
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延（处理和排队时延一般忽略不计）
- 时延带宽积：以比特为单位的链路长度。
时延带宽积=传播时延*带宽
- 往返时间：从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认消息，总共经历的时间。
- 利用率：信道利用率和网络利用率（不是信道利用率和网络利用率越高越好，因为利用率越高，会导致数据在路由器中转发时延过长）。
- 用户只需要清楚其具有什么功能，使用其功能即可，至于这个功能的内部是如何实现的，用户并不需要知道，这就是透明。 ↩︎
