[计算机网络]第一章 计算机网络概述
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HillZhang的计算机网络复习笔记 https://hillzhang1999.gitee.io/2020/05/22/ji-suan-ji-wang-luo-quan-bu-fu-xi-bi-ji/
《计算机网络》谢希仁
1. 基本概念
计算机网络：是由分布在不同地理位置，功能独立的多台计算机，使用网络设备和线路连接而成的网络系统，主要目的是信息交换和资源共享。
互连网（internet）：使用路由器和线路将多个计算机网络连接起来，构成的覆盖范围更广的网络，叫作互连网，小写字母开头。所以，互连网是“网络的网络”。
互联网（Internet）：也称因特网，指当今全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。
- 互联网是特定的互连网。任意把几个网络通过路由器互连起来，并且能相互通信，这样只是互连网，而不是互联网。互联网必须采用TCP/IP协议族作为通信规则，而互连网可以选用任意的通信协议。
网络由若干节点和连接这些节点的链路组成（节点可以是计算机，集线器，交换机，路由器等）；网络和网络之间通过路由器连接起来，构成了互连网——即网络的网络；因此，网络把许多计算机连接在一起，互连网将许多网络连接在一起。
2. 互联网的组成
边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成，这部分是用户直接使用的。其目的是进行通信和资源共享。端系统之间通信的含义“主机 A 和主机 B 进行通信”实际上是指：“运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机 B 上的另一个程序进行通信”。简称：“计算机之间通信”。
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的，提供连通性和交换。
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端系统的通信方式
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客户端/服务器方式（C/S方式）
- 客户端：被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
- 服务器：一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。
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对等连接方式（P2P方式）：对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。
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互联网的核心部分
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交换方式
- 电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。缺点是在通话的全部时间里，通话的两个用户需要始终占用端到端的通信资源。这在计算机网络中效率很低，因为计算机数据往往是突发式的出现在传输线路上的。
- 报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。一旦出错将使整个报文失效，不够灵活。
- 分组交换：分组（报文的一部分）先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。最终，接收方接收所有的分组，并将其还原为最初的报文。优点是时延小，灵活性好，是计算机网络中最常用的交换方式。
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路由器是一种专用计算机，是实现分组交换的关键构件，作用是按存储转发方式进行分组交换。其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。互联网核心部分中的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。
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3. 计算机网络的性能指标
速率：单位时间内的数据传送速率，也叫数据率或比特率（单位：bit/s)。速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。
带宽：在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是 bit/s ，即 “比特每秒”。
吞吐率：单位时间内通过某个网络（信道、接口）的实际数据量。
时延：数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络的一端传到另一端所需要的时间，又称延迟或者迟延。它由四个部分组成：
- 发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间。计算方式为：数据帧长度（bit）除以发送速率（bit/s）
- 传播时延：电磁波在信道中传输所需的时间。计算方式为：信道长度（m）除以电磁波在信道上的传输速度（m/s）
- 排队时延：分组在路由器中需要先排队等待处理，再排队等待发送。
- 处理时延：主机或路由器收到数据帧处理所需要的时间。
时延带宽积：时延乘以带宽。又称以比特为单位的链路长度。
往返时间 RTT：双向交互一次所需要的时间。
利用率：利用率并非越高越好，高利用率会导致高时延（排队理论）。
- 信道利用率：某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。
- 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。
4. 计算机网络体系结构
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网络协议：为实现网络中的数据交换而建立的规则标准或约定。三要素：语法、语义、同步。
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主要概念
- 实体：任何可发送或接受信息的硬件或软件进程。
- 协议：控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。是水平的。
- 服务：本层服务的实体只能向上一层提供服务，使用下一层的服务。是垂直的。
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主要功能
- 差错控制：使相应层次对等方的通信更加可靠。
- 流量控制：发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不要太快。
- 分段和重装：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其还原。
- 复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用。
- 连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接。
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OSI七层协议体系：概念清楚，理论也较完整，但不实用
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TCP/IP四层体系：应用层、运输层、网际层和网络接口层。但最下面的网络接口层并没有具体内容。有很多协议，其中最主要的是运输层的TCP协议，网络层的IP协议。
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五层协议体系：综合 OSI 和 TCP/IP 的优点
- 应用层：通过应用进程之间的交互来完成特定的网络应用。
- 交换的数据单元：报文。
- 协议：域名系统DNS、支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP等。
- 运输层：负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。具有复用和分用的功能。
- 协议：
- 传输控制协议TCP：提供面向连接的、可靠的数据传输服务。交换的数据单元是：TCP报文段。
- 用户数据报协议UDP：提供无连接的尽最大努力的数据传输服务（不确保数据的可靠性）。交换的数据单元是：用户数据报。
- 不同的应用层协议基于不同的传输层协议。例如：HTTP协议、SMTP协议基于TCP协议，DNS协议、RTP协议基于UDP协议。
- 协议：
- 网络层：为互联网内任意两台主机提供分组交换的通信服务。（路由器是网络层设备）
- 交换数据单元：分组（IP数据报）。
- 协议：网际协议IP。
- 数据链路层：为局域网内任意两台主机提供数据帧传输。
- 交换的数据单元：数据帧。
- 物理层：提供原始的比特流传输。
从上至下的每一层的协议数据单元PDU，都在上一层的基础上，加上自己的控制信息。
- 应用层：通过应用进程之间的交互来完成特定的网络应用。
