第一章-概述

1.學習重點

網路結構，協議，網路設備

2.概念

計算機網路是一個將分散的、具有獨立功能的計算機系統，通過通信設備和線路連接起來，由功能完善的軟體實作資源共享和資訊傳遞的系統，

3.功能

1）資料通信

保證各個主機之間的資料連通，

2）資源共享

硬體：列印機或者傳真機并不是私有的，而是可以一起使用它的，

軟體：軟體并不是要下載到自己電腦上便可使用，在線軟體，

資料：網上的資料是共享的，例如百度文庫，

3）分布式處理

多臺計算機共同承擔同一個作業的不同部分，

4）提高可靠性

一臺電腦掛了，另外一臺電腦可以成為它的替代機，

5)負載均衡

4.組成

1）組成部分

硬體：主機、通信設備和鏈路，

軟體：主機上的軟體，

協議：是一系列規則和約定的集合，有了協議才能安全平穩地進行資料傳輸，

2）作業方式

（1）邊緣部分

由所有連接在互聯網上的主機組成，使用戶直接使用的，兩個主機的通信方式主要分為客戶/服務器方式（C/S方式）和對等方式（P2P方式），注：兩個主機之間的通信是指兩個應用層中的應用行程之間的通信，

<1>C/S方式（Clinet/Server）

客戶：一個行程，向服務器請求服務，是請求方，

服務器：另一個行程，向客戶提供服務，是服務方，

<2>P2P方式（Peer to Peer）

兩臺主機通信程序中不區分客戶和服務器，對等連接中的每一臺主機既是客戶又是服務器，

（2）核心部分

由大量網路和路由器組成，為邊緣部分提供服務（提供連通性和交換），

資料交換有三種方式：電路交換、報文交換和分組交換，分組交換又分為虛電路交換和資料報交換，

<1>術語決議

報文：電腦要發送的一整個檔案，一句話，就是報文，在應用層，

報文段：報文太大了，對其進行切割，就形成了報文段，在傳輸層，

IP資料報：對報文段添加兩個IP地址（源地址和目的地址），形成資料報，在網路層，

分組：IP資料報太大了，對其進行切割，每個分組添加IP資訊和分組編號，在網路層，（一般都是用分組交換的，故說網路層一般傳輸的是分組）

幀：在分組/資料報頭部加上MAC物理地址，尾部加上FCS幀檢驗序列，在資料鏈路層，（加頭加尾）

信號：將位元資料轉為信號的方式，連接傳輸媒介，在傳輸媒介上進行傳播，在物理層，

<2>電路交換

電路交換的流程：建立連接→通話→釋放連接，電路交換廣泛應用于電話通信中，

建立連接：電路建立，必須事先規劃好一條鏈路，等對方拿起電話，才算正式建立連接，

通話：直接進行資料的轉發，無須存盤，若該鏈路的帶寬很寬，可以采用多路復用的方式，讓鏈路分為幾條道，每個人在打電話的程序中始終獨占其中的一條道，稱為獨占資源，

釋放連接：電路釋放，把昂才占用的資源歸還給電信網，

<3>報文交換

直接報文，在路由器處進行存盤，存盤到鏈路可用，鏈路賦閑的時候，再轉發，而且路徑并不是固定的，視當前的網路情況而選擇路徑，

<4>分組交換

分組交換亦是存盤轉發，但是兩者轉發的資料大小和資料型別是不同的，把之前的報文切割成一個個小的資料塊，在進行存盤和轉發，故對交換設備的快取要求不是很高，

[1] 分組交換的特點

分組時，新的資料塊需要有源地址，目的地址，分組編號等額外的資訊，

分組可以是相同大小也可以是不同大小，一般默認是相同大小，

[2] 分組交換的型別

連接服務：首先為分組的傳輸確定傳輸路徑，然后沿該路徑傳輸系列分組，系列分組傳輸路徑相同，傳輸結束后拆除連接，

無連接服務：不事先確定路徑，每個分組獨立確定傳輸路徑，不同的分組傳輸路徑可能不同，

虛電路交換：為網路層提供連接服務，把電路交換和分組交換進行了融合，先建立電路交換，再進行分組的傳輸，

通過發送方發送“呼叫請求”分組，接收方回傳“呼叫應答”分組，開始建立虛電路，每個分組不僅要包含源地址分組號，還要包含虛電路號，（建立連接的時候采用的是目的地址，后面傳輸的時候用虛電路號代替目的地址，作用一致，虛電路號更為細節）使得路由器可以根據虛電路號，將分組發送到剛剛建立起來的鏈路上，通信結束后，發送方發送“釋放請求”，資料交換完畢，

資料報交換：需要對分組進行編號，然后可以實作按序重組的程序，

<5>三者比較

優缺點比較

3）功能組成

計算機網路的功能有資源子網和通信子網組成，

通信子網實作資料通信，資源子網實作資源共享、資料處理，

5.分類

6.性能

1）性能指標

（1）速率

計算機發送出的信號都是數字形式的，位元是資料量的單位，值是0/1，單位是位，資料傳輸時，也是一個位元一個位元進入信道，資料的傳輸速率，即是資料率或位元率，單位是b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s，

速率的比例是10^3，記憶體容量上是1024，

（2）帶寬

<1>帶寬的頻域解釋

帶寬在頻域上表示某個信號具有的頻帶寬度，即最高頻率與最低頻率之差，單位是赫茲（Hz），

<2>帶寬的時域解釋

帶寬在時域上表示單位時間內網路中某一點到另一點所能通過的**“最高資料率”**，單位是位元每秒（b/s），鏈路帶寬指的是輸入資料量的多少，發送端能發多少，發送的速率，

兩者本質是一樣的，一條通信鏈路的“帶寬”越寬，其所能傳輸的“最高資料率”也越高，

（3）吞吐量

吞吐量表示單位時間內通過某個網路（或信道、介面）的資料量，是實際的資料率，

注：帶寬是最高的資料率，吞吐量是實際的資料率，帶寬是吞吐量的絕對上限值，

（4）時延

時延是指資料從網路一端到另一端所需的時間，主要由發送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延，

<1>發送時延（傳輸時延）

發送資料幀第一個位元算起，到該幀最后一個位元發送完畢所需的時間，

<2>傳播時延

電磁波在信道中傳播一定的距離所需要的時間，注：電磁波在信道上的傳播速率是不變的，故傳播時延僅與信道長度有關，

<3>處理時延

主機或路由器收到分組后要花費一定的時間進行處理，例如分析分組的首部、從分組中提取資料部分、進行差錯檢驗或者查找適當的路由等，

<4>排隊時延

路由器挺忙的，在輸入和輸出時，需要讓資料先等待，資料進入路由器的快取空間中待一會，

所以路由器執行的時延順序是排隊-處理-排隊，好比過安檢，排隊，檢查，拿行李，

（5）時延帶寬積

時延帶寬積是傳播時延和帶寬的乘積，描述資料量和資訊量的屬性，第一個位元開始傳輸，傳輸到碰到末端，停止，即以位元為單位的鏈路長度，時延帶寬積反映此時此刻一個管道當中的資料容量，

（6）往返時間RTT

從發送方發送資料開始，到發送方收到接收方的確認（接收方收到資料后立即發送確認），總共經歷的時延，即雙向互動一次所需的時間，其把第一個位元位放到信道上的時間作為時間起點，

（7）利用率

利用率分為信道利用率和網路利用率兩種，鏈路上一直有資料進行傳輸的，就鏈路利用的很好，利用率很高，如果資料量大，就有資料擁堵，故時延會上升，

2）非性能指標

（1）費用

（2）質量

（3）標準化

（4）可靠性

（5）可擴展性和可升級性

（6）易于管理和維護

7.計算機網路體系結構

1)分層的目的

激活：首先要把鏈路清一下，發送指令，使得要發送的檔案能在該鏈路上傳輸，

準備作業：是否做好同意接受檔案的準備，是否有空間存盤要接受的檔案，

通信程序中有很多問題，故分層結構要把大問題分層成一個一個的小問題，

2）分層結構

（1）相關術語

<1>物體

每一層的活動元素（行程）稱為物體，同一層的物體稱為對等物體（水平），

<2>協議

為進行網路中的對等物體資料交換而建立的規則（水平），

協議主要由語法、語意和同步構成，

<3>介面

上層使用下層服務的入口，即服務訪問點SAP，

<4>服務

下層為相鄰上層提供的功能呼叫（垂直），上層使用下層的服務，下層為上層提供服務，故最上層使用的是下層服務的總和，僅僅相鄰層間有介面，且所提供服務的具體實作細節對上一層完全屏蔽，是透明的，

SDU服務資料單元：為完成用戶所要求的功能而應傳送的資料，

PCI協議控制資訊：控制協議操作的資訊，

PDU協議資料單元：對等層次之間傳送的資料單位，

PDU=PCI=SDU，各層之間的傳輸以PDU為單位，

（2）體系結構

<1>總的體系

OSI參考模型：雖然有許多提出了網路架構，但是只適用于自己公司的產品，沒達到互聯互通，OSI解決了這一問題，它是開放的，全球通用的，但是復雜又不實用，

TCP/IP參考模型：實際上應用的體系，

<2>網路中組件使用的體系

中間系統最多經過三層，網橋交換機僅需要資料鏈路層和物理層，

物理層不對資料做太多的處理，傻瓜層，只是把資料轉為0101，形成位元流，傳送到傳輸介質上面進行傳送，例如光纖，

資料傳送到中間系統，經過三個層進行還原，看看發送端對資料做了什么操作，接下來查看路由轉發表，將資料往介面處送，然后進行經過中間層三層包裝，傳到終端，資料在終端處經過一層一層的還原，得到原始的資料資訊，

上面四層中間系統是沒有的，好像兩個主機直接相連，是端到端的通信，即起始端和終止端直接通信，

<3>每一層共同具有的功能

差錯控制：使相應層次對等方的通信更加可靠，

流量控制：發送端的發送速率必須是的接收端來得及接受，不能太快，

復用和分用：發送端幾個高層會話復用一條低層的連接，在接收端再進行分用，

連接建立和釋放：交換資料前先建立一條邏輯連接，資料傳送結束后釋放連接，

<4>應用層

功能：通過應用行程間的互動來完成特定網路應用，需要聯網才能用的程式，才屬于應用層，不需要聯網的，如記事本，不屬于應用層的范圍，

協議：應用行程間通信和互動的規則，如：域名系統DNS，支持萬維網應用的HTTP協議，支持電子郵件的SMTP協議，

<5>傳輸層

功能：負責兩個主機行程之間通信的資料傳輸，即端對端通信，傳輸的單位是報文段或用戶資料報，

由于一臺主機可以有多個行程，因此傳輸層有復用和分用功能，每個行程都會用編號來標識他，即埠號，

復用：多個應用層行程可同時使用下面運輸層的服務，（例如不同行程使用同一個傳輸層的傳輸協議）

分用：運輸層把收到的資訊分別交付給上面應用層中相應的行程，

協議：主要使用傳輸控制協議TCP和用戶資料報協議UDP，

● 傳輸控制協議TCP (Transmission Control Protocol)：提供面向連接的、可靠的資料傳輸服務，其資料傳輸的單位是報文段，
● 用戶資料報協議UDP (User Datagram Protocol)-- 提供無連接的、 盡最大努力的資料傳輸服務(不保證資料傳輸的可靠性)，其資料傳輸的單位是用戶資料報，

可靠傳輸：當接收端接收到一個報文段，回傳一個確認，才可以進行下一個報文段的發送，若沒收到，則要繼續發送剛才的報文段，直至收到該報文段的確認資訊為止，適用于比較大的檔案，

不可靠傳輸：一直發送報文段，適用于比較小的檔案，如資訊在嗎?采用一個資料包進行傳輸即可，不用建立連接和確認機制，如果傳輸的程序中出錯了，傳輸層負責糾正這些錯誤，

面向連接：分為三個階段，第一是建立連接，在此階段，發出一個建立連接的請求，只有在連接成功建立之后，才能開始資料傳輸，這是第二階段，接著，當資料傳輸完畢，必須釋放連接，

面向無連接：沒有這么多階段，它直接進行資料傳輸，

<6>網路層

功能：把資料報從源端發送到目的端，選擇合適的路由，網路層傳輸的單位是資料報，由于TCP/IP體系網路層中使用的是IP協議，故一般稱為IP資料報，

協議：IP, IPX, ICMP, IGMP, ARP, RARP, OSPF，

<7>資料鏈路層

功能：將IP資料報組裝成幀，傳輸的單位是幀，

協議：SDLC, HDLC, PPP, STP，

<8>物理層

功能：在物理媒體上實作位元流的透明傳輸，傳輸的單位是位元，

協議：Rj45, 802.3，

通信方式介紹：單工，只能一個主機發送一個主機接收，發送方和接受方是確定的，半雙工，發送方和接受方不是確定的，均可，但資料傳輸時亦只能一個發送一個接收，雙工，兩個主機同時發送和接收，

<9>通信程序的解釋

兩個主機之間的通信是一個打包和拆包的程序，

資料鏈路層在頭部和尾部均貼入資訊，其他層在資料的頭部貼入控制資訊，

控制資訊：檢驗差錯，找下一個傳輸地址，規定資料包的優先級，