重要内容：

  1. 互联网边缘部分和核心部分的作用，包含分组交换的概念
  2. 计算机网络的性能指标
  3. 计算机网络分层次的体系结构，包含协议和服务的概念

计算机网络在信息时代的作用

21世纪的重要特征是：

  • 数字化
  • 网络化
  • 信息化

三大类网络：

  • 电信网络
  • 有线电视网络和计算机网络

互联网具有两个重要的基本特点：

  • 联通性（数据通信）
  • 共享

互联网概述

计算机网络由若干节点和连接这些节点的链路组成，网络中的节点有计算机集线器交换机路由器

互联网发展的三个阶段

  • 单个网络ARPANET向互联网发展的过程
  • 三级结构的互联网
  • 多层次ISP的结构的互联网(ISP译为互联网服务提供商)

由于互联网数据流量极速增长，互联网交换节点IXP应运而生了，它的主要作用是允许两个网络直接相连并交换分组

互联网体系结构委员会IAB

  • 互联网工程部IETF
  • 互联网研究部IRTFZ

制定互联网的三个方案

  • 互联网草案——互联网草案的有效期只有六个月，还不能算RFT文档
  • 建议标准——从这个阶段成为RFC文档
  • 互联网标准——具有一个编号

互联网的组成

(1)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，用来通信和资源共享
(2)核心部分：大量的网络和网络路由组成，这部分是为边缘部分提供服务的

互联网的边缘部分

A与B进行通信，所以主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信
端之间通信方式：

  1. 客户服务器方式C/S
  2. 对等方式(p2p)

在这里只详细记录对等方式

对等连接

对等连接是指两台主机在通信时

  1. 并不区分哪一个是 服务请求方 服务提供方
  2. 只要两台主机都运行p2p就可以平等的对等的对称通信
  3. 此时双方都可以下载对方的共享文档

互联网的核心部分

互联网核心部分起特殊作用的是路由器。它是实现分组交换的关键构建，其任务是转发收到的分组

电路交换

这种必须经过"建立连接(占有通信资源)"——通信(一直占用)——释放连接(归还)，这三个步骤的交换方式叫电路交换，它的重要特点是在通话的全部时间里，通话的两个用户同时占用两端资源

分组交换

分组交换则采用存储转发技术，通常我们把发送的整块数据称为一个报文加一个必要的控制信息组成的首部就成为了一个分组
主机是用来信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。
路由器则是用来转发分组是，即进行分组交换。路由器收到一个分组，先暂时储存下，检查首部，查找转发表，按照首部中的目录地址，再转发出合适的接口，把分组交给下一个路由器
当互联网的某些节点或链路突然出现故障，在各路由器运行的路由选择协议能够自动找到转发分组最合适的路径
网络的核心常常采用网络拓扑结构，可以避免部分故障带来的通信断线
分组交换的特点：

  1. 高效：在分组传输的过程中动态分配传输宽带，对通信链路是逐段占用
  2. 灵活：为每一个分组独立的选择最合适的转发路由
  3. 迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组
  4. 可靠：保证可靠性的网络协议：分布式多路由的分组交换网，使网络有更好的生存性

分组交换带来的一些问题：

  1. 所以要转发路由需要排队，造成时延
  2. 各分组携带的控制信息也造成一定开销

三种交换方式的区别

电路交换——整个报文的比特流持续地从源点直达终 点
报文交换——先传送相邻节点，全部存储下来后查找转发表，然后到下个节点
分组交换——单个分组传送到相邻节点，储存下来后找转发表，转发到下一个节点

计算机网络的类别

计算机网络定义

计算机主要是由一个通用的可编程的硬件连接而成

根据网络的作用范围进行分类

  1. 广域网WAN
  2. 城域网MAN
  3. 局域网LAN
  4. 个人局域网PAN

如果中央处理机距离非常近则称为多处理机系统

用来把用户接入互联网的网络

这种网络就是接入网AN 它又称本地接入网或居民接入网

计算机网络的性能

性能指标

  1. 速率：额定速率
  2. 带宽：频带宽度
  3. 吞吐量：每秒字节数或者帧数表示
  4. 时延：

(1)发送时间延迟：主机或者路由器发送数据帧所需要的时间 数据长度/发送速率
(2)传播时间延迟：在电磁波在信道的传播时间延迟
公式：信道长度/电磁波传播速率
(3)处理时延
(4)排队时延
总时延=发送+传播+处理+排队

  1. 时延带宽积

时延带宽积=传播时延*带宽

  1. 往返时间RTT

发送时间=数据长度/发送速率
有效数据率=数据长度/发送时间+RTT

  1. 利用率

利用率有

  • 信道利用率：指出某信道有百分之几的时间被利用的。
  • 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值

D0：空间空闲时延 D：网络时延 利用率
D=D0/(1-U)信道或者网络的利用率过高会产生过高时延

计算机的非性能特征

费用 质量 标准化 可靠性可拓展性和可升级性 易于管理维护

计算机网络体系架构

从美国IBM公司的系统网络体系架构SNA再到开放系统互连基本参考模型OSI/RM,这个理论看似能使得全球的计算机在世界范围内得到互连，也就是著名的ISO7498国际标准，所谓的七层协议的体系结构，但是这被市场所淘汰，反而TCP/IP的互联网成功了。

协议与划分层次

在计算机中要有条不紊地交换数据必须遵守这些约定好的规则，如数据格式以及同步问题，这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。网络协议由三个要素组成：

  1. 语法：即数据与控制信息的结构或格式
  2. 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；
  3. 同步：即事件实现顺序的详细说明

分层所带来的好处

  1. 各层之间独立，可分解问题
  2. 灵活性好，可拆卸
  3. 结构下分割开
  4. 易于实现和维护
  5. 能促进标准化工作

各层所要完成的功能主要有哪一些：

  1. 差错控制：使通信更可靠
  2. 流量控制：发生端发送速率必须使接收端来得及接受
  3. 分段和重装：划分数据块，在接收端换源
  4. 复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的链接，在接收端后分用
  5. 连接建立和释放

具有五层协议的体系结构

TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网络层和链路层。链路层也是媒体接入层。从实质上说TCP/IP只有最上面的三层。因为最下面的链路层不属于TCP/IP的具体协议2023-03-15T03:58:52.png
(1)应用层：应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络程序。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。
(2)运输层:运输层的任务就是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。运输层主要使用以下两种协议：
传输控制协议TCP：提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段

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

(3)网络层：网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，网络层的具体有两个。第一个任务是通过一定的算法，在互联网的路由器生产一个转发分组的转发表
第二个任务比较简单，转发分组到下一个路由器 ip协议

(4)数据链路层：数据链路层常简称为链路层。在相邻两个节点之间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、控制差错等），它还会检测帧有无差错，如果有就会被丢出，802.3协议（以太） 802.11协议（无限） HDL.c协议 ppp协议

(5)物理层:在物理层上所传数据的单位是比特

实体、协议服务和服务访问点

当研究开放系统的信息交换时，往往使用实体这一抽象的名词表示任何发送或者接收的硬件或者软件进程。协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信或规则的集合。在协议的控制之下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层原理，还需要下一层提供的服务。使用本层的服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。也就是说，下面的协议对上面的实体透明。协议是水平的，服务是垂直的所以能看得见的通常是服务。
在同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方，通常称为服务访问点SAP。OSI把层与层交换的数据单位称为服务数据单元SDU,他可以与PDU不一样，PDU可以由他组合，可以由他拆散
在层两个实体（n）中通过协议（n）进行通信，第n层对上面的第n＋1层所提供的服务实际上已包括了在它一下各层所提供的服务。第n层的实体对第n+1层面的实体就相当于一个服务提供者，所以在服务提供者的上一层的实体又称为”服务用户“
协议还有一个特点，就是协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都非常的和非常理想的。因此，看一个计算机网络协议是否正确，不能只看在正常情况下是否正确，还必须非常仔细地检查协议能否应付任何一种出现概率较小的异常情况。

TCP/IP的体系结构

客户－互联网的通信方式

在应用层通信