最近在重新學習計算機網路，以本科時教材：《計算機網路：自頂向下方法》為參考書，加上一些查到的時效性資料，整理一下筆記，

一、計算機網路與因特網

1.1 因特網

1.1.1 基本概念

因特網：一組全球資訊資源的總匯，有一種粗略的說法，認為INTERNET是由于許多小的網路（子網）互聯而成的一個邏輯網，每個子網中連接著若干臺計算機（主機），Internet以相互交流資訊資源為目的，基于一些共同的協議，并通過許多路由器和公共互聯網而成，它是一個資訊資源和資源共享的集合，（百度百科）

互聯網、因特網以及萬維網可能是比較容易混淆的三個概念，通俗地說，互聯網可以近似理解為互聯網，如果要細致地區分，互聯網是最大的概念，任何互聯網路都可稱之為互聯網，而因特網特指我們日常用到的網路，因特網為專有名詞Internet，而互聯網則是internet.萬維網(www)是最小的概念，是存盤了許多資料的資料空間，

所有連接到因特網中的設備可稱之為主機（host），他們通過鏈路+中間的分組交換機連接到了一起，這里所說的分組交換機包括我們熟知的路由器（router）和交換機（switch），分組交換機的功能顧名思義，是接收到達的分組，并轉發到目的地，

各種主機要通過因特網服務提供商（ISP）接入網路，貌似這已經是個很老的概念，目前先通俗理解為移動、聯通、電信這類電訊企業，

因特網中所有的部件都要遵守協議（protocal），協議控制著幾乎一切因特網中資料的傳輸接收，例如：http、tcp、tp等等，因特網的主要協議為TCP/IP，協議分為三個要素：語法、語意、時序，

1.1.2 網路邊緣

網路可以分為核心部分及邊緣部分，網路邊緣即為網路的接入部分，也就是我們日常使用的部分，包括我們的主機（手機、電腦、平板等等）以及接入網，接入網將我們的主機連接到骨干網路中，又被稱為網路的“最后一公里”，目前家庭入網的主要方式為PON（無源光網路），每個家庭有一個光纖網路端接收器（光貓），它由專門的光纖連接到附近的分配器，分配器將附近的一些家庭集結到一根共享的光纖上，該光纖連接到提供商的光纖線路端接收器上（OLT），該OLT提供了光信號與電信號的轉換，最終與因特網連接，到這里，我們的家庭中有一個光貓入網，但電腦的有線上網還需要由一根網線連接到光貓（一般情況下）上，這里的實作基于以太網，它是目前最廣泛適用的局域網（LAN）技術之一，如果要無線連接到網路，那就是我們常說的WIFI和流量上網，wifi也就是連接到路由器上網，目前最先進的技術已經是wifi6E技術，而流量上網指的是廣域無線接入，目前正在全面鋪開的是第五代無線技術（5G），

圖1 常見的光貓

1.1.3 網路核心

網路核心是與網路邊緣相對應的概念，其定義為因特網端系統的分組交換機和鏈路構成的網狀網路，簡單來說，網路核心往往是網路中我們看不到的那部分，由無數隱藏著的鏈路和交換機支撐起了因特網的大框架，在網路應用中，通信的方式為主機之間交換報文（message），報文往往被分為較小的資料塊以便傳輸，這種小資料塊就是分組（packet），分組通過分組交換機和鏈路在各個主機之間傳送，這個程序可以比作：一批待運輸的貨物（10箱）是報文，這批貨物被分為不同的組（2箱、3箱、4箱...)，這些貨物通過貨車從出發點運往目標點，中間可能經過交接點，從A貨車卸貨到B貨車繼續運輸，這個交接點便是分組交換機，

在分組傳輸中有一些概念值得一提：

• 存盤轉發傳輸：指分組交換機能夠開始向輸出鏈路傳輸該分組的第一個bit之前，必須接收到整個分組，一般分組交換機都會采取這種機制，
• 分組丟失（丟包)：每個分組交換機會連接多個輸出鏈路，對于每條鏈路交換機都會有一個輸出快取，該快取的作用為：存盤路由器準備發往該鏈路的分組，因為一條鏈路不可能時時都處于閑置狀態，一旦鏈路忙碌、交換機又有需要輸出到該鏈路的分組，該分組就會被存入輸出快取中暫等，一旦輸出快取中存盤的分組過多，新進的分組就會因為進不來輸出快取而丟失，這就是我們常說的丟包

除了分組交換，另一種經典交換方式為電路交換，傳統的電話網路是電路交換網路的例子，但現今電路交換已經過時許久，幾乎沒有應用場景，所以不再贅述，

在介紹完網路邊緣和網路核心之后，我們可以大概對網路結構進行一下總結，因特網：網路的網路，是由多種多樣不同的網路（無線網、局域網、以太網...)連接起來組成的一張大網，處于網路邊緣的用戶（我們每個人）通過將分組經過網路核心送到另一個網路邊緣，再接收不同的分組，來真正使用網路獲取資訊和互動，

1.2 分組交換網路的一些引數

1.2.1 時延

在分組交換網中，會有不同的因素決定著分組交換的速度，分組在傳遞程序中的時延包括：結點處理時延、排隊時延、傳輸時延、傳播時延，

• 結點處理時延，檢查分組首部、決定該分組需要導向何處、檢查位元級別的差錯所用的時間都包括在結點處理時延中，
• 排隊時延，在前面講到的丟包中我們說了分組往往需要等待鏈路空閑才能上路開始運輸，這個等待的時間便是排隊時延，
• 傳輸時延，結點將分組所有的位元推向鏈路所需的時間，
• 傳播時延，一個位元在鏈路上傳播（跑）所需的時間，可以理解為前面例子中的貨車車速，該時延往往取決于鏈路的物理材質（雙絞銅線、光纖）等等，

于是，一個分組，或者說一個位元在傳輸程序中所需的總時間便是上面的四種時延之和，

1.2.2 吞吐量

指目的地主機接收檔案的速率，該速率往往取決于傳輸程序中的最小速率（即瓶頸），如：從服務器到客戶端需要經過鏈路R1->R2->R3....R9.吞吐量即為min{Vr1,Vr2...Vr9}. 在今天，吞吐量的限制往往是接入網，

1.3 協議層次及服務模型

計算機領域中經常會用到分層的概念，計算機網路也不例外，每個協議都屬于一個層，由軟體和硬體共同完成，各層的所有協議被稱為協議堆疊，因特網的協議堆疊分為5個層次：物理層、鏈路層、網路層、運輸層和應用層，相鄰層會傳遞資料、處理資料，層與層之間共同協作完成網路中的功能，

1.3.1 應用層

應用層是網路應用程式及它們的應用層協議所在之處，包括大家熟知的HTTP（超文本傳輸協議），應用層處于五層模型中的最頂端，處于應用層的資訊分組為報文（message）

1.3.2 運輸層

緊挨應用層的是運輸層，運輸層在應用程式間傳遞應用層報文，兩個被人熟知的運輸層協議是TCP和UDP，運輸層中的分組稱為報文段（segment），

1.3.3 網路層

網路層中的分組稱為資料報（datagram），網路層負責將它從一臺主機移動到另一個主機，源主機的運輸層向網路層遞交報文段和目的地址，網路層協議包括IP協議，

1.3.4 鏈路層

鏈路層負責將資料報傳遞給下一個節點，在鏈路層中的分組稱為幀（frame），典型協議包括以太網、WiFi等，

1.3.5 物理層

與鏈路層類似，但是具體任務是將整個幀一個bit一個bit地運往目的地，鏈路層與物理層往往與硬體關系更大，在因特網的分組交換機上起較大作用，

除了因特網五層協議堆疊之外，還有OSI7層協議堆疊，如下圖所示，

可以看出，OSI7層模型將五層模型中的應用層分為了三層，

在一次資料傳輸程序中，資料從發送端系統自頂向下，也就是從應用層經過包裝、處理到物理層，從物理層送出到節點和鏈路中，經過傳輸到目標地點，在目標主機的物理層到達，經過處理最終到達應用層，一次傳輸結束，