第一章

1.1计算机网络概述

计算机网络：是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

计算机网络是互连（通过通信链路互联互通）的、自治（无主从关系）的计算系统

计算机网络的组成：

• 组成部分：硬件、软件、协议

• 工作方式：

  边缘部分（用户直接使用）有C/S方式、P2P方式

  核心部分（为边缘部分服务）

• 功能组成：

  通信子网（实现数据通信）实现资源共享功能的设备和软件的集合。前三层，应用层、表示层、会话层

  资源子网（实现资源共享/数据处理）各种传输介质、通信设备、相应的网络协议组成。后三层，网络层、数据链路层、物理层

计算机网络的功能：（数资分可负）

0. 数据通信：用来实现联网计算机之间的各种信息传递并将分散在不同位置的计算机联系起来，进行统一调配、控制和管理。
1. 资源共享：同一个计算机网络上的其他计算机可以使用某台计算机的计算机资源的行为，可以共享软件、硬件、数据。
2. 分布式系统：将某个计算机负载过重的任务分散到多台计算机上，利用空闲计算机资源以提高整个系统的利用率。（多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分）
3. 提高可靠性：各台计算机可以通过网络互为替代机（相互替代）
4. 负载均衡：将工作任务均衡的分配给计算机网络中的各台计算机。

计算机网络的分类：

0. 按分布范围分：广域网WAN（交换技术） 城域网MAN（以太网技术） 局域网LAN（广播技术） 个人区域网PAN 区分是什么网络并不能只看覆盖范围区分，要看使用什么技术来区分。

1. 按使用者分：共用网、专用网

2. 按交换技术分：

   电路交换：在源结点和目的结点之间建立一条专门的通路用于传送数据。

   报文交换：用户数据加上源地址、目的地址、校验码等辅助信息，然后封装成报文；通过报文传送到目的地址。

   分组交换：将数据分成较短的固定长度的数据块，在每个数据块中加上目的地址、源地址等辅助信息进行分组（包），以存储转发方式传输。

3. 按拓扑结构分：总线型、星型、环型、网状型（常用于广域网）

4. 按传输技术分：

   广播式网络：共享公共通信信道。

   点对点网络：每个物理线路连接一对计算机，使用分组存储转发和路由选择机制。

5. 按传输介质分：有线（双绞线网络、同轴电缆网络）和无线（蓝牙、微波、无线电）。

性能指标

速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率

连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。

单位：b/s kb/s Mb/s Gb/s Tb/s

速率和存储容量（1Byte字节 = 8bit 比特）

带宽

1.带宽原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位赫兹Hz

2.在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常指单位时间内从网络中的某一点到另外一点所能通过的“最高数据率”。单位：比特每秒，b/s kb/s Mb/s Gb/s。

吞吐量

单位时间内通过某个网络（或信道、接口） 的数据量。单位：b/s kb/s Mb/s

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

时延

指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需时间。也叫延迟或迟延。单位：s 秒

• 发送时延（传输时延）：分组的所有比特推向传输链路所需时间。

  发送时延=分组长度（数据长度）/信道带宽（发送速率）

• 传播时延：一个比特从链路一段到另一端所需的时间，取决于电磁波传输速度和链路长度。

  传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率 一般光纤2*108m/s 同轴电缆2.3x108m/s

• 排队时延：分组在进入路由器后，像排队一样等待被转发的时间。

• 处理时延：为存储转发而进行的一些必要处理所花费的时间，如分析分组的首部，从分组中提取数据部分，差错检验，寻找合适的路由器

总时延（四种相加）

时延带宽积

时延带宽积又称以比特为单位的链路长度，是发送端连续发送数据且发送第一个比特即将到达终点时，发送端已经发送的比特数。

时延带宽积=传播时延信道带宽*

往返时延RTT

从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认）总共经历的时延。

一般包括：传播时延2 和 末端处理时间*

利用率

0. 信道利用率：某一信道有百分之多少时间是有数据通过的。

   信道利用率=有数据通过时间/（有数据通过时间+无数据通过的时间）

1. 网络利用率 信道利用率加权平均值。

1.2OSI参考模型和TCPIP参考模型和考研5层模型

网络分层：

分层原则：

各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。

每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。

结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。

保持下次层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。

整个分层结构应该能促进标准化工作。

概念总结：

网络体系结构是从功能上描述计算机网络系统。

计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。

每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能。

计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。

第n层在向第n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。

仅仅在相邻层有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。

计算机分层的概念

• 实体：任何可以发送或者接受信息的硬件或者软件进程。不同机器上的同一层称为对等层；同一层的实体成为对等实体。

• 协议：控制两个或多个对等实体进行通信的规则集合，是【水平】的，对等实体之间才有协议。

  语法：规定传输数据的格式

  语义：规定所要完成的功能

  同步：规定各种操作的顺序

• 接口（访问服务点SAP）：上层使用下层服务的入口。

• 服务：下层为上层提供的功能调用【垂直】。

  SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。

  PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。

  PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。

服务的分类：

面向连接服务和无连接服务

• 面向连接服务：通信双方必须建立连接，分配相应资源，结束后释放连接与资源（可靠服务）（TCP协议）。阶段：连接建立、数据传输、连接释放
• 无连接服务：通信双方不需要建立连接，直接发送数据（不可靠服务）尽最大努力交付（IP协议、UDP协议）

可靠服务和不可靠服务

• 可靠服务：网络具有纠错、检错、应答机制，保证数据正确可靠的传送到目的地。
• 不可靠服务：网络层尽可能正确、可靠的传送，不能保证数据的正确、可靠的传送到目的地；可靠性由应用或用户来保障。

有应答服务和无应答服务

• 有应答服务：接收方在收到数据后向发送方发出相应的应答，传输系统自动实现
• 无应答服务：接收方收到数据后不会自动给出应答，如果需要应答由高层实现

ISO/OSI参考模型（物链网输会示用）

物理层

任务：在物理媒体上实现比特流的透明传输（透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送）。单位：比特

功能：

0. 定义接口特性
1. 定义传输模式（单工、半双工、双工）
2. 定义传输速率
3. 比特同步
4. 比特编码

数据链路层

任务：把网络层传来的IP数据报组装成帧。传输单位：帧

功能：

0. 成帧（定义帧的开始和结束）
1. 差错控制 （对传输中受到干扰的信号进行检错，并对其丢弃）帧错+位错
2. 流量控制 （协调发送方的速度和接收方接收速度）
3. 访问（接入控制） 控制对信道的访问

典型协议：SDLC HDLC PPP STP 帧中继等

网络层

任务：把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。单位：数据报

功能：

0. 路由选择
1. 流量控制
2. 差错控制
3. 拥塞控制：对网络中因为来不及接收导致大量丢失的情况，网络层采取一定的措施对拥塞进行缓解
4. 国际互联：将大量异构网络通过路由器相互连接起来

典型协议：IP IPX ICMP ARP RARP OSPF

传输层（资源子网与通信子网的桥梁）

任务：主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单元：报文段（TCP）或用户数据报（UDP）

功能：（可差流用）

0. 可靠传输、不可靠传输
1. 差错控制
2. 流量控制
3. 复用分用：复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。

典型协议：TCP UDP

会话层

向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。也是建立同步（SYN）

功能：

0. 建立、管理、终止会话
1. 使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。（适用传输大文件）

表示层

用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）

功能：

0. 数据格式变换
1. 数据加密解密
2. 数据恢复和压缩

典型协议：JPEG ASCII

应用层

所有能和用户交互产生网络流量的程序。为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。

典型协议：FTP SMTP HTTP

TCP/IP参考模型（接际输用）

考虑到异构网互联问题

0. 网络接口层——对应OSI的数据链路层和物理层

   功能：指出主机必须使用的某种协议和网络连接，从主机或者结点接收IP分组，并把它们发送到指定的物理网络上。

1. 网际层——对应网络层

   功能：将分组发送到任何网络上，选择合适的路由，但不能保证有序到达。

2. 传输层——对应传输层

   功能：实现发送端和目的端主机上的对等实体进行会话。

3. 应用层——对应会话层、表示层和应用层

   功能：包含所有的高层协议（Telent FTP DNS SMTP HTTP）。

   不同点：

   1.OSI定义三点：服务、协议、接口

   2.OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议

   3.TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次。

	ISO/OSI参考模型	TCP/IP参考模型
网络层	无连接+面向连接	无连接
传输层	面向连接	无连接+面向连接

5层参考模型（物链网输用）

物理层——比特传输

数据链路层——把网络层传下来的数据报组装成帧 Ethernet 、PPP

网络层——源主机到目的主机的数据分组路由转发 IP、ICMP、OSPF等

传输层——进程-进程的数据传输 TCP、UDP

应用层——支持各种网络应用 FTP、SMTP、HTTP