第一章、計算機網路概述-有解無憂

第一節計算機網路基本概念

計算機網路的概念：計算機網路是互連的、自治的計算機的集合

互連：是指利用通信鏈路鏈接相互獨立的計算機系統，
自治：是指互連的計算機系統彼此獨立，不存在主從或者控制與被控制的關系，

起源：從技術范疇來看，計算機網路是計算機技術與通信技術相互融合的產物

互聯網（internet）：泛指由多個計算機網路互連而成的網路

因特網（Internet）：指當前全球最大的、應用最廣泛的計算機網路

網路協議：網路通信物體之間在資料交換程序中需要遵循的規則或約定，例如：HTTP，FTP等；

計算機網路構成：一個計算機網路是由資源子網和通信子網構成，資源子網負責資訊處理，通信子網負責全網中的資訊傳遞，

協議的三要素

1）語法：定義物體之間交換資訊的格式與結構
2）語意：定義物體之間交換資訊中的控制資訊
3）時序(同步)：定義物體之間交換資訊的順序以及如何匹配或適應彼此的速度，

計算機網路的功能：計算機網路的功能是在不同主機之間實作快速的資訊交換；核心功能是實作資源共享

硬體資源共享：計算資源(CPU)、存盤資源、列印機與掃描儀I/O等，例：云存盤、云計算，
軟體資源共享：SaaS（Software as a Service）;例：大型辦公軟體、大型資料庫系統等，
資訊資源共享：資訊檢索，新聞瀏覽等，

計算機網路的分類：

按覆寫范圍分類
按拓撲結構分類
按交換方式分類
按網路用戶屬性

===================按照覆寫范圍分類================

個域網(PAN)：隨身穿戴設備、便攜設備通過無線技術構成的小范圍網路
局域網(LAN)：通常部署在辦公室、辦公樓、廠區、校區等局
城域網(MAN)：覆寫一個城市范圍的網路
廣域網(WAN)：覆寫范圍在幾十到幾千千米，可以實作異地城域網的互連，

===================按拓撲結構分類=============

拓撲：topology，是研究幾何圖形或空間在連續改變形狀后還能保持不變的一些性質的一個學科，它只考慮物體間的位置關系而不考慮它們的形狀和大小，

星形拓撲結構：包括一個中央結點，網路中的主機通過點對點通信鏈路與中央結點連接，適用于個域網、局域網；采用點到點線路的通信子網

優點：易于監控管理、故障診斷、隔離，
缺點：中央結點一旦故障，全網癱瘓，星形拓撲結構的網路規模受限于中央節點的埠數量

總線型拓撲結構：網路采用一條廣播信道作為公共傳輸介質，所有結點均與總線連接，結點間的通信均通過共享的總線進行，適用于早期局域網

優點：結構簡單，電纜數量少，易于擴展，
缺點：通信范圍受限，故障診斷與隔離困難，容易產生沖突

環形拓撲結構：利用通信鏈路將所有結點連接成一個閉合的環，適用于早期局域網、城域網；采用點到點線路的通信子網

優點：電纜長度短，可以使用光纖，易于避免沖突、網路新能穩定(閉合回路)

缺點：故障自檢麻煩某結點故障引起全網癱瘓，加新（撤出）結點麻煩，等待時間較長，

網狀拓撲結構：網路中的結點通過多條鏈路與不同的結點直接相連接，適用于廣域網和核心網路；采用點到點線路的通信子網，采用直接鏈路連接；

優點：網路可靠性高，一潭訓多條鏈路故障時，網路仍然可以聯通，

缺點：網路結構復雜，成本高，

樹形拓撲結構：可以看作是總線型拓撲或星形拓撲結構網路的擴展，適用于當前的局域網；采用點到點線路的通信子網

優點：易于擴展，故障易隔離，

缺點：根結點要求高，

混合拓撲結構：由兩種以上簡單拓撲結構網路混合連接而成的網路，適用于絕大多數實際的網路

優點：易于擴展，可以構建不同規模的網路，根據需要優選網路結構，

缺點：結構復雜，管理與維護復雜，

==================按照交換方式===============

電路交換網路

報文交換網路

分組交換網路

================按網路用戶屬性=================

1）公用網：面向公眾開放的網路
2）私有網：某個組織（政府或者企業）出資建設專門面向該組織，不向公眾開放，

第二節計算機網路結構

網路邊緣：連接到網路上的計算機、服務器、智能手機、智能傳感器、智能家電等稱為主機或者端系統，連接到網上的所有端系統構成了網路邊緣，

接入網路：

1、電話撥號接入：利用電話網路接入，
2、非對稱數字用戶線路ADSL：①利用電話網路接入，②基于頻分多路復用技術， ③非對稱 ④獨享式接入
3、混合光纖同軸電纜HFC接入網路：①利用有線電視網路接入的技術，②基于頻分多路復用技術，③非對稱，④共享式接入
4、局域網：典型的局域網技術是以太網、WiFi等，
5、移動接入網路：利用移動通信網路，如3G/4G/5G網路，

網路核心：網路核心是由通信鏈路互連的分組交換設備構成的網路，作用是通過資料交換實作網路邊緣中主機之間的中繼與轉發，

第三節資料交換技術

交換設備具有多通信埠，可以同時連接多個通信結點；

資料交換是實作在大規模網路核心上進行資料傳輸的技識訓礎；常見的資料交換技術包括：電路交換、報文交換、分組交換，

==================電路交換==================

電路交換是最早出現的一種交換方式；電話網路是最早、最大的電路交換網路，

電路交換的步驟：利用電路交換進行通信包括（建立電路）、（傳輸資料）和（拆除電路）3個階段，

電路交換的優點：實時性高、時延短，時延抖動小，

電路交換的缺點：不適用于突發資料傳輸，信道利用率低，

=================報文交換====================

報文：發送方把要發送的資訊附加上接收主機的地址和控制資訊

交換結點的這種接收-暫存 -轉發的作業方式，稱為存盤-轉發的交換方式

報文交換的優點：信道利用率高

報文交換的缺點：網路的延遲時間變長；有時還需要丟棄報文

================分組交換================

分組：將待傳輸的資料（報文）分割成較小的獨立的資料塊，每個資料塊附加地址等構成資料分組，并且獨立傳輸到目的地，到目的再重組還原為報文，最典型的分組交換設備是路由器和交換機，

分組交換也稱為包交換，也采用存盤—轉發交換方式，是計算機網路中使用最廣泛的交換技術；現代計算機采用該方式，

分組交換方式的優點：交換設備存盤容量要求低；交換速度快；可靠傳輸效率高；更加公平
分組交換的缺點：有效傳輸效率降低，

分組長度的確定：在其他條件相同的情況下，分組長度越長，延遲時間越長，一般分組長度：16B-4096B之間，2的n次方標準的分組長度；1位元組=8bit(位)

第四節計算機網路性能

1、速率與帶寬：
速率：網路單位時間內傳送的資料量，用以描述網路傳輸資料的快慢，也稱為資料傳輸速率或資料速率（data rate），速率單位：bit/s（位每秒）

1Kbit/s=1000bit/s=103bit/s 1Mbit/s=1000000bit/s=106bit/s 1Gbit/s=109bit/s 1Tbit/s=1012bit/s

帶寬：在通信和信號處理領域，指的是信號的頻帶寬度(最高和最低頻率之差)，單位：Hz（赫茲）；在計算機網路中，帶寬指的是一條鏈路或信道的最高資料速率，單位：bit/s（位每秒）

跳步：通常將連接兩個結點的直接鏈路稱為一個“跳步”，簡稱“跳”，下圖是三跳

時延：分組從網路中的一個結點到達另一結點所需要的時間

分組每跳傳輸程序中主要產生4類時間延遲：

第一類：結點處理時延(dc):交換設備檢查分組是否有差錯，確定如何轉發分組的時間
第二類：排隊時延(dq):分組在交換結點內被交換道輸出鏈路，等待從輸出鏈路發送到下一個結點的時間，
第三類：傳輸時延(dt):分組在輸出鏈路發送時，從發送第一位開始，到發送完最后一位需要的時間，
第四類：傳播時延(dp):信號從發送端出來，經過一段物理鏈路到達接收端需要的時間

==================傳播總時延=============

===============時延帶寬積==============

===============丟包率================

=================吞吐量==================

第五節計算機網路體系結構

計算機網路所劃分的層次以及各層協議的集合就稱為計算機網路體系結構

OSI參考模型：開放系統互連（Open System Interconnection， OSI ）參考模型;采用三級抽象，體系結構、服務定義、協議規格說明

1、每層功能特定，且下層為上層提供服務

2、資料由上到下層層封裝；

1、資料在垂直的層次中自上而下地逐層傳遞至物理層，

2、對等層不直接進行通信，稱為虛擬通信

3、物理層的兩個端點進行物理通信，稱為實通信，

4、中間系統通常只實作物理層、資料鏈路層和網路層功能，物理層、資料鏈路層、網路層為結點到結點層；傳輸層、會話層、表示層、應用層為端到端層，

OSI參考模型的有關術語
1、資料單元：在層的物體之間傳送的位元組；對等層之間傳輸的資料單元: 協議資料單元（PDU）
2、服務訪問點：相鄰層間的服務是通過其介面面上的服務訪問點(Service Access Point ,SAP)進行的，每個SAP都有一個唯一的地址號碼，
3、服務原語：請求、指示、回應、證實，