一. 因特網概述

1. 網路,互聯網和因特網

網路: 由若干個結點和連接這些結點的鏈路(有限鏈路和無線鏈路)組成，

互聯網: 多個網路可以通過路由器互連起來，這樣就構成了一個覆寫范圍更大的網路，互聯網是"網路的網路"，

因特網: 是世界上最大的互連網路(用戶數以億計，互聯的網路數以百計)，

internet和Internet的區別:

2. 因特網發展的三個階段

• 第一個階段: 從單個網路APPANET(美國高級研究計劃署)向互聯網發展，
• 第二個階段: 逐步建成三級結構的因特網，
• 第三個階段: 逐步形成了多層次ISO結構的互聯網，
  

因特網服務提供者ISP(Internet Service Provide):

• 普通用戶是通過ISP接入因特網的，
• ISP可以從因特網管理機構申請到成塊的IP地址,同時擁有通信線路以及路由器等聯網設備，
• 任何機構和個人只要向ISP繳納規定的費用,就可以從ISP得到所需要的IP地址，因特網上的主機都必須有IP地址才能進行通信，

基于ISP的三層結構的因特網:

• 最高級別的第一層ISP服務面積最大,第一層ISP通常也被稱為因特網主干網,一般都能夠覆寫國際性區域范圍，并擁有高速鏈路和交換設備，第一層ISP之間直接互連，
• 第二層ISP和一些大公司都是第一層ISP的用戶，通常具有區域性和國家性覆寫規模，與少數第一層ISP相連接，
• 第三層ISP又稱為本地ISP，他們是第二層ISP的用戶,且只擁有本地范圍內的網路,一般的校園網或企業網，以及住宅用戶和無線移動用戶都是第三層ISP的用戶，

3. 因特網的標準化作業

<1>因特網的標準化作業對因特網的發展起到了非常重要的作用，

<2>因特網在制定其標準上的一個很大的特點是面向公眾，

• 因特網所有的RFC(Request For Comments)技術檔案都可以從因特網上免費下載;
• 任何人都可以隨時用電子郵件發表對某個檔案的意見或建議;

<3>因特網協會ISOC是一個國際性組織，他負責對因特網進行全面管理，以及在世界范圍內促進其發展和使用，

• 因特網體系結構委員會IAB，負責管理因特網有關協議的開發;
• 因特網工程部IETF，負責研究中短期工程問題，主要針對協議的開發和標準化，
• 因特網研究部IRTF，從事理論方面的研究和開發一些需要長期考慮的問題，

<4>制定因特網的正式標準要經過以下4個階段:

• 因特網草案(在這個階段還不是RFC檔案)
• 建議標準(從這個階段開始就成為RFC檔案)
• 草案標準
• 因特網標準

4. 因特網的組成

• 邊緣部分: 由所有連接在因特網上的主機組成，這部分是用戶直接使用的，用來進行通信(傳送資料，音頻和視頻)和資源共享，
• 核心部分: 有大量網路和連接這些網路的路由器組成，這部分是為邊緣部分提供服務的(提供連通性和交換)，在網路核心部分起特殊作用的就是路由器，他是一種專用計算機，但我們不稱他為主機，路由器是實作分組交換的關鍵構建，其任務是轉發收到的分組，這是網路核心部分最重要的功能，
  

二. 三種交換方式

1. 電路交換(Circuit Switching)

<1>電話交換機接通電話線的方式成為電路交換;
<2>從通信資源的分配角度來看,交換就是按照某種方式動態的分配傳輸線路的資源;
<3>電路交換的三個步驟:

• 建立連接(分配通信資源)
• 通話(一直占用通信資源)
• 釋放連接(歸還通信資源)
  

==當使用電路交換來傳送計算機資料時，其線路的傳輸效率往往很低，計算機網路通常采用分組交換，而不是電路交換，防止通信資源白白浪費，
==

要使得每一部電話能夠很方便的和另一部電話進行通信，就應當使用一個中間設備將這些電話連接起來，這個中間設備就是電話交換機，

• 例如:覆寫全世界的電信網-每一部電話都連接到電話交換機上，可以把電話交換機簡單的看成是一個有多個開關的開關器，可以將需要通信的任意兩部電話的電話線路按需接通，從而大大減少了連接的電話線數量，當電話機的數量增多時，就需要使用很多彼此連接起來的電話交換機來完成全網的交換任務，

2. 分組交換(Packet Switching)

在因特網中，最重要的分組交換機就是路由器，他負責將各種網路互連起來，并對接收到的分組進行轉發，也就是進行分組交換，

• 例子:假設主機H6的用戶要給H2的用戶發送一條訊息，通常我們把表示該訊息的整塊資料稱為報文，
• 在發送報文之前，先把較長的報文劃分成為一個個更小的等長資料段，在每一個資料段之前，加上一些由必要的控制資訊組成的首部后，就構成了一個分組，也可簡稱為包，相應的首部也可稱為包頭，首部中包含了分組的目的地址讓分組傳輸路徑中的各分組交換機知道如何轉發分組，
• 分組交換機收到一個分組后，先將分組暫時存盤下來，在檢查其首部，按照首部中的目的地址進行查表轉發，找到合適的轉發介面，通過該介面將分組轉發給下一個分組交換機，在本例中，主機H6將所構造出的各分組依次發送出去，各分組經過途中各分組交換機的存盤轉發，最終到達主機H2，主機H2收到這些分組后，去掉他們的首部，將各資料段組合還原出原始報文，

分組傳輸程序中的兩種情況:

• 各分組從源站到達目的站可以走不同的路徑(也就是不同的路由)，
• 分組亂序，分組到達目的站的順序不一定與分組在源站的發送順序相同，對于可能出現的分組丟失，誤碼，重復等問題并沒有演示

報文交換和分組交換存盤轉發方式

3. 報文交換(Message Switching)

• 定義: 報文交換（英文：message switching），又稱存盤轉發交換，是資料交換的三種方式之一，報文整個地發送，一次一跳，報文交換是分組交換的前身，是由萊昂納多·克萊洛克于1961年提出的，
• 特點: 存盤接收到的報文，判斷其目標地址以選擇路由，最后，在下一跳路由空閑時，將資料轉發給下一跳路由，報文交換系統現今都由分組交換或電路交換網路所承載，
  

4. 電路交換,報文交換,分組交換三者區別

電路交換

報文交換

分組交換

三.計算機網路的定義和分類

1.計算機網路的定義

<1>計算機網路的精確定義并未統一.
<2>計算機網路最簡單的定義是: 一些互相連接的，自治的計算機的集合，

• 互連: 是指計算機之間可以通過有線或無線的方式進行資料通信，
• 自治: 是指獨立的計算機，他有自己的硬體和軟體，可以單獨的運行和使用，
• 集合: 是指至少需要兩臺計算機，

<3>計算機網路較好的定義是: 計算機網路主要是由一些通用的，可編程的硬體互連而成的，而這些硬體并非專門用來實作某一特定目的(例如，傳送資料或者視頻信號)，這些可編程的硬體能夠用來傳送多種不同型別的資料，并能支持廣泛的和日益增長的應用，

• 計算機網路所連接的硬體，并不限于一般的計算機，而是包括了智能手機等智能硬體，
• 計算機網路并非專門用來傳送資料，而是能夠支持很多種的應用，

2.計算機網路的分類

公用: 所有意愿按電信公司的規定繳納費用的人都可以使用這種網路，
專用: 某個部門為本單位的特殊業務作業的需要而建造的網路，不向本單位以外的人提供服務，

• 有線網路: 包括雙絞線網路，光纖網路，
• 無線網路: 無線局域網所使用的WIFI技術，

• 廣域網: 廣域網的覆寫范圍通常為幾十公里到幾千公里，可以覆寫一個國家，地區，甚至橫跨幾個州，也稱為遠程網，是因特網的核心部分，其任務是為核心路由器提供距離高速連接，互聯分布在不同區域的域域網和局域網，
• 城域網: 覆寫范圍一般是一個城市，可跨越幾個街區甚至整個城市，城域網通常作為城市骨干網，互聯大量企業，機構和校園局域網，
• 局域網: 一般用微型計算機或作業站通過高速通信線路相連，但地理上則局限在較小的范圍內，局域網通常由某個單位單獨擁有，使用和維護，
• 個域網: 是個人局域網路的簡稱，不是用來連接普通計算機的，而是在個人作業的地方把屬于個人使用的電子設備(例如滑鼠，鍵盤等)，用無線技術連接起來的網路，也稱為無線個人區域網，

總線型網路: 使用單根傳輸線把計算機連接起來，

優點: 建網容易，增減結點方便，節省線路；
缺點: 重負載時通信效率不高，總線任意一處出現故障，則全網癱瘓，

星型網路: 將每個計算機都以單獨的線路與中央設備相連，中央設備早期是計算機，后來是集線器，現在一般是交換機或路由器，

優點: 這種網路拓撲便于網路的集中控制和管理，因為端用戶之間的通信必須經過中央設備，
缺點: 成本高，中央設備對故障敏感，

環形網路: 將所有計算機的網路介面連接成一個環，環可以是單環也可以是雙環，環中信號是單向傳輸的，

網狀型網路: 每個結點至少由兩條路徑與其他結點相連，多用在廣域網中，

優點: 可靠性高，
缺點: 控制復雜，線路成本高，

四. 計算機網路的性能指標

計算機網路性能指標

<1>性能指標可以從不同的方面來度量計算機網路的性能，
<2>常用的計算機網路的性能指標有以下8個:

• 速率
• 帶寬
• 吞吐量
• 時延
• 時延帶寬積
• 往返時間
• 利用率
• 丟包率

1.速率

例題1

2.帶寬

"帶寬"的這兩種表達之間有著密切的聯系，一條通信線路的 "頻帶寬度"越寬，其所傳輸的資料的 “最高資料率也越高”，

3.吞吐量

• 吞吐量表示在單位時間內通過某個網路的資料量，
• 吞吐量被經常用于對現實世界中的網路的一種測量，以便知道實際上到底有多少資料量能夠通過網路，
• 吞吐量受網路的寬帶或額定速率的限制，
  

4.時延

源主機和目的主機之間的路徑會由多段鏈路和多個路由器構成，因此會有多個傳播時延和處理時延，
發送時延: 源主機將分組發往傳輸線路需要花費一定的時間，
傳播時延: 分組的電信號在鏈路上傳輸需要花費一定的時間，
處理時延: 路由器收到分組后，對其進行存盤轉發需要花費一定的時間，

計算公式:

例題2

例題3

5.時延帶寬積

• 若發送端連續發送資料，則在發送的第一個位元即將到達終點時，發送端就已經發送了時延帶寬積個位元，
• 鏈路的時延帶寬積又稱為以位元為單位的鏈路長度，
  

6.往返時間

• 在許多情況下，因特網上的資訊不僅僅單方向傳輸，而是雙機互動，
• 我們有時候很需要知道雙向互動一次所需的時間，
• 因此，往返時間 RTT(Round-Trip Time) 也是一個重要的指標，

衛星鏈路耗時較多，因為衛星鏈路距離比較遠，所帶來的傳播時延比較大.

7. 利用率

8. 丟包率

• 丟包率即分組丟包率，是指在一定的時間范圍內，傳輸程序中丟失的分組數量與總分組數量的比率，
• 丟包率具體分為介面丟包率，結點丟包率，鏈路丟包率，路徑丟包率，網路丟包率等，
• 丟包率是網路運維人員非常關心的一個網路性能指標，但對于普通用戶來說往往并不關心這個指標，因為他們通常意識不到網路丟包，
  

五. 計算機網路體系結構

1. 常見的計算機網路體系結構

• IP協議(網際協議)是TCP/IP體系結構網際層的核心協議: 一方面負責互聯不同的網路介面，另一方面為各種網路應用提供服務，
• TCP和UDP是TCP/IP體系結構運輸層的兩個重要協議，
• IP協議可以將不同的網路介面進行互連，并向其上的TCP協議和UDP協議提供網路互連服務，
• TCP協議在享受IP協議提供的網路互連服務 的基礎上，可向應用層的相關協議提供 可靠傳輸的服務，
• UDP協議在享受IP協議提供的網路互連服務 的基礎上，可向應用層的相關協議提供 不可靠傳輸的服務，
  

2. 分層的必要性

• 低電平表示0，高電平表示1.
• 傳輸媒體并不屬于物理層，他并不包含在體系結構之中，
• 計算機網路中傳輸的信號，并不是我們舉例的方波信號，
  

• MAC地址就是主機在網路中的地址，主機在發送資料時，應該給資料附加上目的地址，當其他主機收到后，根據目的地址和自身地址，來決定是否接受資料，
• 碰撞: 某個時刻總線是空閑的，也就是沒有主機使用總線來發送資料，片刻之后，主機B和D同時向總線發送資料，造成信號碰撞，
• 現在常用的是使用以太網交換機將多臺主機互連形成的交換式以太網，

網路層的問題

運輸層的問題

應用層

3. 專用術語

物體

協議

服務

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*作者:Aimee.潔
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