计算机网络学习笔记（第一章）

爱敲代码的PeterXiao
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此篇文章为计算机网络的一些学习笔记和记录，其主要内容包括了课堂讲解和整理的一些笔记、湖科大《计算机网络微课堂》笔记以及自己的一些学习心得与体会。随着学习的不断深入和推进，这篇文章也将不定期进行更新，最后我也希望通过笔记的方式来更加深入地理解计算机网络。学海无涯，永无止境，作为计算机四大核心基础必修课之一的计网——我来了！

因特网概述

网络、互联网、英特网

  • 网络是由若干节点和连接这些节点的链路所组成
  • 多个网络还可以通过路由器互联起来，这样构成一个更大的网络，即互联网
  • 因特网是世界上最大的互联网，用户数数以亿计

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Internet和internet区别

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英特网发展的三个阶段

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英特网的标准化工作

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英特网的组成

边缘部分

  • 由所有连接在因特网上的主机组成，这部分是用户直接使用的用来通信和资源共享

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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三种交换方式

电路交换

  • 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换
  • 从通信资源的分配角度来看，交换是按照某种方式动态分配传输线路的资源

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  • 电路交换的三个步骤
  1. 建立连接（分通信资源）
  2. 通话（一直占用通信资源）
  3. 释放连接（归还通信资源）

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分组交换

  • 计算机网络通常采用分组交换，而不是电路交换
  • 首部中包含分组的目的地址
  • 无需建立连接 image.png

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报文交换

  • 报文交换可事先发送报文，而不需要建立连接

三种交换方式的对比和优缺点

  • A、B、C、D为分组传输路径上所经过的4个节点交换机
  • 纵坐标为时间

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计算机网络的定义

最简单的定义

  • 一些互相连接的，自治的计算机的集合

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较好的定义

  • 计算机网络是由一些通用的、可编程的硬件互联而成的，这些硬件并非专门用来实现某一特殊目的，这些可编程的硬件用来传送不同类型的数据，并能支持广泛和日益增长的应用。

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计算机网络的分类

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计算机网络的性能指标

  • 性能指标主要有以下8个：

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速率

指连接在计算机网络上主机在数字信道上传送比特的速率，也称为比特率或数据率。
比特与速率的对比（注意单位换算的不同）：

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例题：

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带宽

在模拟信号系统中的意义

指信号所包含各种不同频率成分所占据的频率范围

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在计算机网络中的意义

用来表示网络通信线路所传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中某一点到另一点所通过的最高数据率。

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吞吐量

指单位时间内通过某个网络（或信号、接口）的数据量。

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时延

主要分为发送时延、传播时延和处理时延，其中处理时延不方便计算，可以忽略。
发送时延和传播时延计算公式如下图所示：

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关于发送时延和传播时延谁占主导，是无法确定的，应该视具体问题单独分析。
例题：

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时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

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往返时间（RTT）

RTT是指从源主机发送分组开始，直到源主机收到目的主机的确认分组为止所需要的时间。

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利用率

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丢包率

即分组丢失率，即在一段时间内传输过程中丢失分组数量与总分组数量的比率。丢包率具体可分为接口丢包率、结点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率等等。

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计算机网络体系结构

常见的计算机网络体系结构

OSI体系结构
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TCP/IP体系结构 image.png

原理体系结构

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计算机网络体系结构分层的必要性

物理层需解决的问题

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数据链路层需解决的问题

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网络层解决的问题

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运输层解决的问题

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应用层所解决的问题

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总结

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计算机网络体系结构分层思想举例（具体可见视频P9演示动画）

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计算机网络体系结构当中的专用术语（实体、协议、服务）

实体

任何可发送或接受信息的硬件或软件进程

对等实体

收发双方相同层次中的实体

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协议

控制两个对等实体进行逻辑通信的规则集合

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协议的三要素

  • 语法 定义所交换信息的格式
  • 语义 定义收发双方所要完成的操作
  • 同步 定义收发双方的时序关系

服务

在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层向上一层提供服务。

要实现本层协议，还需要下面一层所提供的服务。

协议是“水平的”，而服务是“垂直的”。

实体看得见相邻下层所提供的服务，但并不知道该服务的具体协议，也就是说，下面的协议对上面的实体是“透明的”（在计算机专业术语中，“透明”意为“不可见”）

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服务访问点 在同一系统中相邻两层实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型。

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服务原语 上层使用下层的服务必须通过下层交换一些命令，这些命令成为服务原语。

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协议数据单元PDU 指对等层次之间传递的数据包。

服务数据单元SDU 指同一系统内，层与层之间交换的数据包。

多个SDU可以合成一个PDU，一个SDU也可以划分为几个PDU

习题课

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解析：答案为B。传输层使用端口号为应用层之间的应用进程提供端到端之间的逻辑通信，而网络层仅仅为主机之间提供逻辑通信

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答案为C。计算机网络体系结构中协内部实现细节是遵守体系结构的具体实现问题，而并不是属于体系结构本身描述内容。

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应用层的相邻层是表示层，表示层用于解决通信双方信息交换表示的问题，即包括数据格式转换。

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答案为A，解析见下图

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拓展掌握：

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p/b是一个分组的发送时延，x/p是分组的数量，k是链路数量，那么k-1就是转发次数，kd就是看段链路的传播时延。

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