韩立刚计算机网络笔记-第01章 计算机网络详解
第01章 计算机网络详解
1.1 计算机网络在当今社会的作用
信息时代的重要特征21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络、和计算机网络。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。
计算机网络的概念计算机网络：指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
1.2认识网络
1.2.1网络和互连网络
1.2.2最大的互联网-因特网
1.2.3 企业组建的互联网
1.2.4 通过无线路由器组件的家庭网络
1.2.5家庭DSL无线拨号路由器逻辑图
1.3开放系统互连模型-OSI参考模型
1.3.1分层方法
1.3.2OSI参考模型详解
应用层
提供用户接口，特制能够发起网络通信的应用程序，比如客户端程序，QQ，MSN、浏览器等，服务器程序有Web服务器，邮件服务器，流媒体服务器等。
表示层
使用何种编码方式。比如要传输的数据使用ASCI编码，Unicode编码还是二进制文件，是否要加密和压缩。发送端和接收端程序必须使用相同的编码方式，才能正确显示，否则就产生乱码。
会话层
通信的应用程序之间建立、维护和释放面向用户的连接。通信的应用程序之间建立会话，需要传输层建立1个或多个连接。
传输层
负责在通信的两个计算机之间建立连接，实现可靠的或不可靠的数据通信，能够实现发送端和接收端的丢包重传，流量控制。
传输层 可靠传输 流量控制 拥塞避免 建立连接
netstat-n 查看传输层建立的连接 查木马
网络层
路由器查看数据包目标IP地址，根据路由表为数据包选择路径。路由表中的条目可以人工添加（静态路由）也可以动态生成（动态路由）。
数据链路层
不同的网络类型，发送数据的机制不同，数据链路层就是将数据包封装成能够在不同网络传输的帧。能够进行差错检查，但不纠错，检测出错误丢掉该帧。
物理层
该层规定了网络设备接口标准，电压标准。尽可能的通过频分复用、时分复用技术在通信链路上更快的传输数据。
1.3.3计算机通信分层的好处
更改MAC地址
OSI参考模型和网络排错
从底层向高层逐层排错
物理层故障 连接问题
数据链路层故障 MAC地址冲突 网速不一致 ADSL欠费 将计算机连接到错误的VLAN也属于数据链路层问题
网络层故障 网络地址子网掩码和网关配置错误造成的故障 路由器路由表错误
表示层故障 乱码问题
应用层故障 应用程序配置错误
OSI参考模型和网络安全
物理层安全 防止非法计算机接入公司网络 无线AP 物理层不安全
数据链路层安全 VLAN 实现是数据链路层安全 交换机端口安全 ADSL拨号账号密码 连接无线密码
网络层安全 在计算机上可以设置网络安全 在路由器可以设置ACL控制数据包转发
应用层安全 开发出安全的应用程序
1.4TCP/IP协议
1.4.1TCP/IP通信过程
通过本图你还可以掌握的额外知识
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目标MAC地址决定了数据帧下一跳由哪个设备接收
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目标IP地址决定了数据包最终到达那个计算机
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不同的网络数据链路层使用不同的协议，帧格式也不相同，路由器在不同网络转发数据包， 需要将数据包重新封装
1.4.2 网络设备和分层
1.4.3OSI参考模型和TCP/IP协议
1.4.4通信协议
协议三要素，语法、语义和同步。
填什么内容，每个空代表含义
1.5 OSI参考模型
1.5.1 OSI参考模型和TCP/IP协议
OSI参考模型定义计算机通信每层的功能，不是协议。
TCP/IP协议是具体的协议，实现了OSI参考模型规定的功能。
1.6 计算机网络的性能指标
1.6.1 速率
网络技术中的速率指的是每秒钟传输的比特数量
称为数据率（data rate）或比特率（bit rate），速率的单位为b/s（比特每秒）或bit/s，有时也写为bps，即bit per second。当速率较高时，就可以用kb/s（k=103=千）、Mb/s（M=106=兆）、Gb/s（G=109=吉）或Tb/s（T=1012=太）。现在人们习惯于用更简洁但不严格的说法来描述速率，比如10M网速，而省略了单位中的b/s。
Windows操作系统中，速率以字节为单位。大写的B代表字节，是byte的缩写，8比特=1字节。
速率是指的一个发端一个接收端平均每秒中发送多少bit。
1.6.2 带宽
在计算机网络中，带宽用来表示网络通信线路传输数据的能力，即最高速率。
可以设置电脑网卡的带宽。
1.6.3 吞吐量
吞吐量表示在单位时间内通过某个网络或接口的数据量，包括全部上传和下载的流量。
吞吐量最大吞吐量和带宽有关系和通信模式有关系
单工-只能发或收 电台 电视台
半双工-能发能收不能同时 集线器连网 对讲机
全双工-能发能收能同时 交换机连网 全双工100M带宽 吞吐量200M
1.6.4 时延
时延（delay或latency）是指数据（一个数据包或bit）从网络的一端传送到另一端所需要的时间。时延是一个很重要的性能指标，有时也称为延迟或迟延。
（1）发送时延
发送时延（transmission delay）是主机或路由器发送数据帧所需时间，也就是从发送数据帧的第一个比特开始，到该帧最后一个比特发送完毕所需要的时间。下图表示数据流发送完毕。
（2）传播时延
传播时延（propagation delay）是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。如下图所示，从最后一比特发送完毕到最后一比特到达路由器接口需要的时间就是传播时延。
网卡的不同带宽，改变的只是发送时延，而不是传播时延。
（3）排队时延
分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。
（4）处理时延
路由器或主机在收到数据包时，要花费一定时间进行处理，例如分析数据包的首部、进行首部差错检验，查找路由表为数据包选定转发出口，这就产生了处理时延。
数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延的总和。
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
1.6.5 时延带宽积
把链路上的传播时延和带宽相乘，就会得到时延带宽积。这对我们以后计算以太网的最短帧非常有帮助。
时延带宽积=传播时延×带宽
1.6.6 往返时间
在计算机网络中，往返时间RTT（Round-Trip Time）也是一个重要的性能指标，它表示从发送端发送数据开始，到发送端接收到来自接收端的确认（发送端收到后立即发送确认），总共经历的时间。
往返时间带宽积，可以用来计算当发送端连续发送数据时，接收端如发现有错误，立即向发送端发送通知使发送端停止，发送端这段时间发送的比特量。
1.6.7 利用率
利用率是指网络有百分之几的时间是被利用的（有数据通过），没有数据通过的网络利用率为零。网络利用率越高，数据分组在路由器和交换机处理时就需要排队等待，因此时延也就越大。下面的公式表示网络利用率和延迟之间的关系。
1.7 网络分类
1.7.1 按网络的范围进行分类
局域网（Local Area Network，LAN）是在一个局部的地理范围内（如一个学校、工厂和机关内），一般是方圆几千米以内，将各种计算机、外部设备和数据库等互相连接起来组成的计算机通信网。
广域网（Wide Area Network，WAN）通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。
城域网（Metropolitan Area Network，MAN）的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离约为5～50km。城域网可以为一个或几个单位所拥有，但也可以是一种公用设施，用来将多个局域网进行互连。目前很多城域网采用的是以太网技术，因此有时也将其并入局域网的范围进行讨论。
个人区域网（Personal Area Network，PAN）就是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备（如便携式电脑等）用无线技术连接起来的网络，因此也常称为无线个人区域网（Wireless PAN，WPAN），比如无线路由器组建的家庭网络，就是一个PAN，其范围大约在几十米左右。
1.7.2 按网络的使用者进行分类
公用网（public network）是指电信公司（国有或私有）出资建造的大型网络。“公用”的意思就是所有愿意按电信公司的规定交纳费用的人都可以使用这种网络。因此公用网也可称为公众网，因特网就是全球最大的公用网络。
专用网（private network）是某个部门为本单位的特殊业务工作需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如，军队、铁路、电力等系统均有本系统的专用网。
公用网和专用网都可以传送多种业务。如传送的是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用计算机网络。
1.8 企业局域网设计
1.9.1 二层结构的局域网
1.9.2 三层结构的局域网
1.8.1 二层结构的局域网
接入层连接计算机
汇聚成连接接入层交换机
1.8.2 三层结构的局域网
接入层
汇聚层
核心层
