第一章 计算机网络概述

一. 因特网概述

1. 网络,互联网,因特网的概念

网络> 互联网 > 因特网

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2. 因特网发展的三个阶段(理解)

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3. 因特网服务提供者(ISP)

我国主要的ISP因特网服务提供者是大家所熟悉的电信,移动,联通三大电信移动商

ISP 是互联网服务提供商（Internet Service Provider）的缩写。它是指为个人用户或企业提供接入互联网的服务的公司或组织。

ISP 提供的服务包括但不限于以下几个方面：

1. 网络接入：ISP 提供用户接入互联网的通道，通常通过提供宽带连接（如光纤、DSL、电缆等）或拨号连接等方式，使用户能够连接到互联网。

2. IP 分配：ISP 为用户分配 IP 地址，使用户能够在互联网上进行通信和访问。

3. DNS 服务：ISP 提供 DNS（Domain Name System）服务，将用户输入的域名转换为相应的 IP 地址，以便用户能够访问特定的网站或服务。

4. 邮件服务：ISP 可以提供电子邮件服务，使用户能够发送、接收和存储电子邮件。

5. 虚拟专用网络（VPN）：一些 ISP 也提供 VPN 服务，用于加密用户的互联网连接，提供更安全和私密的网络通信。

6. 其他增值服务：除了上述基本服务外，一些 ISP 还提供额外的增值服务，如云存储、在线视频、语音通信等。

ISP 在全球范围内提供互联网接入服务，并根据地理位置、技术基础设施和市场需求的不同，提供不同的服务和价格计划。用户可以根据自己的需求选择适合的 ISP，并与之建立互联网连接来获取网络服务。

4. 基于ISP的三层结构的因特网

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5. 因特网的标准化工作

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6. 因特网的组成

• 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,用来进行通信(传输数据,音频,或者视频)和资源共享

• 核心部分

  • 有大量网络和连接在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)

二. 数据交换方式

1. 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,交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源

电路交换的三个步骤

• 建立连接(分配通信资源)
• 通话(-直用通信资源)
• 释放连接(归还通信资源)

当使用电路交换来传送计算机数据时,线路的传输效率往往很低

计算机网络一般采用分组交换，而不是电路交换

• 优点:通信时延小、有序传输、没有冲突、适用范围广、 实时性强、控制简单
• 缺点:建立连接时间长、线路独占，使用效率低、灵活性差、难以规格化

2. 分组交换

在因特网中,最重要的分组交换机是路由器,将各个网络互联起来,并对接收到的分组进行转发(交换)

传输过程:

• H1要给H2发送一条消息,我们将消息的整块数据称为报文

• 发送之间先将较长的报文划分成一个个更小的等长数据段

• 在每一个数据段前面加上一些有必要的控制信息组成的头部后,构成一个分组,简称为包,首部可称为包头

• 首部包含分组的目的地址,分组交换机接收到一个分组之后,先暂存然后检查首部的目的地址进行查表,然后转发给下一分组交换机

• 各分组经过一系列的分组转发最后到达H2.去掉首部,将各数据段组成还原为原始报文.

优缺点:

3. 报文交换

4. 三种数据传输方式对比

三. 计算机网络的定义和分类

定义

现阶段计算机网络的一个较好的定义:

计算机网络主要由一些通用的,可编程的硬件互联而成的,而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的(例如:, 传输数据或者视频信号). 这些可编程的硬件能够用来传输不同类型的数据,并能够支持广泛的和日益增长的应用.

分类

1. 按照交换技术分类

• 电路交换网络
• 报文交换网络
• 分组交换网络

2. 按使用者分类

• 公用网
• 专用网

3. 按传输介质分类

• 有线网络
• 无线网络

4. 按覆盖范围分类

• 广域网 WAN
• 城域网 MAN
• 局域网 LAN
• 个域网 PAN

5. 按照拓扑结构分类

• 总线型网络
• 星型网络
• 环形网络
• 网状型网络

四. 计算机网络的性能指标

计算机网络的性能指标被用来从不同方面度量计算机网络的性能.

常用的八个计算机网络性能指标

1. 速率
2. 宽带
3. 吞吐量
4. 时延
5. 时延带宽积
6. 往返时间
7. 利用率
8. 丢包率

1. 速率

速率是指数据的传送速率(即每秒传送多少个比特),也称为数据率(Data Rate) 或者 比特率(Bit Rate)

比特(bit,记为小写b)是计算机中数据量的基本单位,一个比特就是二进制数字中的一个1或者0

数据量的常用单位有字节(byte,记为大写B),千字节(KB),兆字节(MB),吉字节（GB）以及 太字节（TB）.

数据量的单位	换算关系
比特（b）	基本单位
字节（B）	1B = 8bit
千字节（KB）	1KB = 2^10B
兆字节（MB）	1MB = K * KB = 2^20B
吉字节（GB）	1GB = K * MB = 2^30B
太字节（TB）	1TB = K * GB = 2^40B

2. 宽带

用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力,因为网络宽带表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率;

单位和速率单位相同

3. 吞吐量

吞吐量是指在单位时间内通过某个网络或者接口的实际数据量. 吞吐量常被用于对实际网络的测量,以便获知到底有多少数据率通过了网络.

吞吐量受到网络宽带的限制.

4.时延

时延是指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也称为延迟或迟延。 数据可由一个或多个 分组、甚至是一个比特构成。

结论:

构成网络时延的发送时延,传播时延以及处理时延,(在处理时延忽略不计的情况下),我们不能想当然地认为发送时延占主导或者传播时延占主导,而应该具体情况,具体分析

5. 时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

6. 往返时间

7. 利用率

8. 网络丢包率

五. 计算机网络体系结构(🌟🌟🌟重点)

1. 常见的计算机网络体系结构

法律上的标准是OSI体系结构,但它缺乏实际与商业化，所以事实的标准是上还是后来的TCP/IP标准
现在网络上的传输设备都是支持TCP/IP协议蔟的， 不过路由器只支持物理层数据链路层网络层

物理层+数据链路层统称为网络接口层,支持以太网接口、WIFI接口等等,不限定

网络层的核心协议是IP协议

传输层的核心协议是TCP协议(可靠传输)和UDP协议(不可靠传输)

应层的协议有很多，HTTP、DNS、SMTP、FTP等

注意: IP协可以互通不同的网络接口、也可以为各种不同的网络应用提供服务

2. 计算机网络体系结构分层的必要性

计算机网络是一个非常复杂的系统. 早在最初的ARPANET设计时就提出了分层的设计概念

“分层” 可将庞大而复杂的问题,转化为若干较小的局部问题,而这些较小的局部问题就比较容易研究和处理,

下面讲解一下各个层需要解决的问题

物理层:

• 采用什么传输媒体(介质) 光纤 光缆 双绞线电缆 同轴电缆
• 采用什么物理接口
• 采用什么信号表示比特0和 1

数据链路层:

网络层:

• 标识网络和网络中的各主机(网络和主机共同编码.例如IP地址)
• 路由器转发分组(路由选择协议,路由表和转发表)

运输层:

• 进程之间居于网络的通信(进程的标识,例如端口号)
• 出现传输差错如何处理(可靠传输和不可靠传输)

应用层:

• 通过应用进程间的交互来完成特定的网络应用
• 进行会话管理和数据表示

总结:

3. 计算机网络体系结构分层思想举例

下图 是响应过程:

传输过程 和上图反过来即可

1. 应用层: http请求报文 请求Web服务器执行相应操作
2. 运输层: TCP报文段 区别应用进程,实现可靠传输
3. 网络层: IP数据报 IP寻址 和 路由
4. 链路层: ETH 以太网帧 MAC寻址 和 帧校验
5. 物理层: 比特流 转换为电信号 (011010111010.... 前导码)

4. 计算机网络体系结构中的专用术语

4.1 实体

4.2 协议

4.3 服务