计算机网络(北邮信息工程期末速通)

计算机网络

计算机网络概述

⭐计算机网络的组成和功能

计算机网络的组成：从组成看，计算机网络主要由三大部分组成：硬件（hardware），软件（software），协议（protocol）。从工作方式看：可分为边缘部分（edge part）和核心部分（core part）。从功能组成来看：计算机网络由通信子网(Communication Subnetwork)和资源子网(Resource Subnetwork)组成

计算机网络的功能：

• 数据通信：最基本和最重要的功能，实现信息传输
• 资源共享：使计算机网络分工协作
• 分布式处理：把复杂任务分配给网络中的其他计算机系统
• 提高可靠性：网络中的计算机可以互为替代机
• 负载均衡：均衡分配工作

⭐计算机网络的分类

按分布范围分类：广域网（WAN）：几十千米到几千千米。城域网(MAN)：几个街区或整个城市。局域网(LAN)：几十米到几千米。个人局域网(PAN)：约十米。

按传输技术分类：广播式网络（Broadcast Network）：所有计算机共享公共信道。点对点网络（Peer-to-Peer Network）：每条物理线连接一对计算机

按拓扑结构分类：总线形网络，星形网络，环形网络，网状形网络

按交换技术分类：电路交换网络，报文交换网络，分组交换网络（packet switch network）

按传输介质分类：有线网络，无线网络

⭐⭐⭐⭐性能指标

计算机网络的性能指标：

• 时延（Delay）：发送时延(Transmission Delay)：传输一个数据分组从开始的时间到该分组最后一个bit发送完毕结束的时间。传播时延 (Propagation Delay):一个bit从链路一端到另一端所需时间。处理时延 (Processing Delay)：分析地址，进行差错检验花费的时间。排队时延 (Queuing Delay):进入路由器的等待时间，当传输链路已达到可以同时传输的最大值，此时再有新的用户加入传输则会导致队列增长。

  往返时延（Round-Trip Time ，RTT）：从发送端开始发送数据，到发送端收到接受端确认的时间（中间可能包括了以上四种时延的组合）

• 吞吐量（Throughput）：单位时间通过网络的数据量

• 速率（Data Rate）：传输数据的速率，把最高数据率称为带宽（Bandwidth）

• 时延带宽积（Bandwidth-Delay Product）：指发送的第一个bit到达终点时，此时一共发送了多少bit。时延带宽积=传播时延×信道带宽

⭐体系结构和参考模型

分层结构：基本原则是让每层实现一种相对独立的功能，相互交流尽可能少。保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。两个主机通信时，同一层在逻辑上有一条直接信道，不经过下层直接传输数据。

协议，接口与服务：

• 协议：由语法，语义和同步三部分组成。语法规定了数据格式，语义规定了要完成的功能，同步规定了执行各项操作的时序。
• 接口：相邻两层交换信息的连接点
• 服务：下层为紧邻的上层提供的功能调用

只有先实现本层协议，才能向上层提供服务

服务的分类：

• 面向连接服务与无连接服务：面向连接服务：通信双方必须先建立连接，分配资源，再进行数据传输，结束后释放连接。无连接服务：不需要建立连接，直接发送数据。
• 可靠服务与不可靠服务：可靠服务：网络具有检错纠错机制，保证数据可靠性。不可靠服务：网络的正确性可靠性由应用或用户保证。
• 有应答服务和无应答服务：有应答服务：接收方收到数据后向发送方给出相应应答。无应答服务：收到数据后不给出应答。

ISO/OSI模型：

• 物理层：传输单位是比特，任务是透明的传输比特流
• 数据链路层：传输单位是帧，将网络层传来的IP数据包组装成帧
• 网络层：传输单位是数据包，为分组交换网上的不同主机提供通信服务
• 传输层：传输单位是报文段（TCP）或用户数据包（UDP），负责主机两个进程间的通信
• 会话层：允许不同主机上的各个进程间进行对话
• 表示层：提供数据表示变换
• 应用层：用户与网络的界面

TCP/IP模型：

TCP/IP和OSI模型的不同：

• OSI在网络层支持无连接和面向连接的通信，在传输层仅有面向连接的通信。TCP/IP在网络层仅有无连接通信，但在传输层支持无连接和面向连接的模式。
• 相对OSI模型，TCP/IP模型并没有明确区分协议，接口，服务

应用层

⭐网络应用模型

客户/服务器模型（C/S）：有一个总是打开的主机称为服务器，服务器一直处于接受请求状态，当其他客户机发送请求，服务器接收请求后，给予对应服务。

P2P模型：相比于C/S模型，P2P模型中网络的传输内容不再保存在中心服务器，而是分配到每个节点，每个节点都具有上传和下载的功能

⭐⭐⭐⭐域名系统[DNS]

层次域名空间：因特网采用层次树状结构命名法，采用这种命名法，任何一个链接到因特网的主机都有一个唯一的层次结构名称，即域名。如www.cskaoyan.com中com为顶级域名，cskaoyan和www分别为二，三级域名。

注意事项：

• 标号英文不区分大小写
• 标号中除"-"字符外，不允许使用其他符号
• 每个标号不超过63个字符，完整域名不超过255个字符
• 级别最低的域名写在最左边，级别最高的域名写在最右边

域名服务器：因特网的域名系统被设计出一个联机分布式的数据库系统，采用C/S模型。域名到IP地址的解析是由域名服务器上的程序完成的。主要有四种域名服务器：根域名服务器，顶级域名服务器，权域名服务器，本地域名服务器。

域名解析过程：域名解析是指把域名映射成IP地址或把IP地址映射成域名的过程，前者称为正向解析，后者叫反向解析。当客户端需要域名解析时，会通过本机DNS客户端构造请求报文，以UDP数据包的形式发往本地域名服务器。

域名解析的方式：递归查询，递归与迭代相结合查询

⭐⭐文件传输协议[FTP]

FTP工作原理：FTP提供交互式访问，采用C/S工作方式，使用TCP可靠的传输服务。一个FTP可以为多个客户进程服务。FTP的服务器进程由两大部分组成：主进程：负责接收新的请求。从属进程：负责处理单个请求。

控制连接和数据连接：使用两个并行TCP连接：

• 控制连接（端口21）：用来传输控制信息，一直保持开启
• 数据连接（端口20）：有两种模式，主动模式是服务器连接到客户端，被动模式是客户端连接到服务器

⭐电子邮件

电子邮件组成结构：

• 用户代理（UA）：用户和电子邮件系统的接口
• 邮件服务器：用于发送和接收邮件
• 电子邮件使用协议：主要有发送协议（SMTP,使用push）和读取协议(POP3,使用pull)

MIME（多用途网络邮件扩充）：解决语言格式问题

SMTP和POP3：SMTP采用TCP连接，端口号为25，使用MAIL命令开始，QUIT命令退出。POP3使用C/S工作方式，在传输层使用TCP，端口号为110，有两种工作方式：下载并保留服务器文件，下载并删除服务器文件。

⭐⭐万维网

万维网：WWW，是一个分布式联机信息存储空间，由全域“统一资源定位符”（URL）对资源进行标识，采用超文本传输协议（http）

万维网内核：

• 统一资源定位符（URL）：负责标识万维网上的各种文档，并且每个文档唯一对应一个URL
• 超文本传输协议（HTTP）：应用层协议，使用TCP连接进行可靠传输，无状态（每次访问服务器响应都相同）&#