【复习】计算机网络学习笔记

前言

根据老师上课的重点以及自己总结的点整理出来的笔记，持续更新中,目前更新到了第三章

第一章 概述

1.1计算机网络在信息时代中的作用

互联网的两个重要基本特点： 互联网之所以能够向用户提供许多服务就是因为互联网具有两个重要基本特点

• 连通性：

  互联网上网用户指之间，不管相距多远都可以非常便捷、非常经济地交换各种信息

• 共享性：

  资源共享：含义是多方面的，可以是信息共享、软件共享、也可以是硬件共享。

1.2 互联网概述

计算机网络： 由若干个节点和连接这些节点的链路组成。（书上用的是节点一词，但是网络上应该用结点，结点是无顺序的，节点是有顺序的）

互连网（internet）： 多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。

互联网（Internet）： 当前全球最大的、开放的、由众多网络连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议作为通信的规则。

互联网基础结构发展的第三个阶段： 形成了全球范围的多层次的ISP结构的互联网

ISP层次： 主干ISP ➡️ 地区ISP ➡️ 本地ISP

1.3 互联网的组成

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，用来进行通信和资源共享
核心部分:由大量王国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）

1.3.1 边缘部分

在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类： 客户-服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）

1. 客户-服务器方式

   客户（client）和服务器（server） 都是指通信中所涉及的两个应用进程

2. 对等连接方式

   两台主机即可以是C也可以是S，但是在某一次通信中是C/S方式

• 客户程序 ：

被用户调用后运行，需主动向远地服务器发起通信（请求服务）。必须知道服务 器程序的地址。 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

• 服务器程序 ：

专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个客户请求。 一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。不需要知道 客户程序的地址。 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

1.3.2 核心部分

路由器在网络核心部分起特殊作用，是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分的最重要的功能

• 电路交换

必须经过 “建立连接” （占用通信资源）→ 通话 （一直占用通信资源）→释放连接（归还资源）

三个步骤的交换方式称为电路交换

• 特点

  • 每一部电话都直接连接到交换机上，而交换机使用交换的方法， 让电话用户彼此之间可以很方便地通信。
  • 在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源，导致效率低下

• 分组交换

分组交换采用存储转技术，把一个报文（要发送的整块数据）划分为几个分组后再进行传送，在每个分组前面又一些必要的控制信息，分组又称包，分组的首部也称包头

• 特点

  • 高效、灵活、迅速、可靠；
  • 分组在各路由器储存储转发时需要排队，这就会造成一点的时延，分组的首部也带来了一定的开销

• 报文交换

整个报文宪传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点

若要连续传输大量的数据，且传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率

由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时 延小，同时也具有更好的灵活性。

1.5 计算机网络的类别

计算机网络最简单的定义：一些相互连接的自治的计算机合集

按照网络的作用范围进行分类：

个域网PAN（ Personal Area Network ）

能在便携式消费电器与通信设备之间进行短距离通信的网络
覆盖范围一般在10米半径以内，如蓝牙耳机等

局域网LAN（Local Area Network）

局部地区形成的区域网络，如企业网络
分布地区范围有限，可大可小，大到一栋建筑、小到办公室内的组网
电脑WLAN接入，打印机共享等等

城域网MAN（Metropolitan Area Network ）

范围覆盖一个城市的网络

广域网WAN（Wide Area Network）

覆盖很大地理区域，乃至覆盖地区和国家

按照网络的使用者进行分类

公用网： 这里指电信公司出资建造的大型网络

专用网： 某个部门为满足本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络，不向单位以外的人提供服务

接入网：

本地接入网或居民接入网，由某个端系统连接到本地ISP的第一个路由器（边缘路由器）之间的一些物理链路组成

1.6 计算机网络的性能

1. 速率

   数据的传送速率，也称为数据率 单位：bit/s ，当提到网络的速率时往往指的是额定速率或标称速率，并非网络上实际上运行的速率

2. 带宽

   带宽本来是指某个信号具有的频带宽度

   在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示单位时间内网络中的某信道所能通过的 “最高数据率” ， 所以单位与速率的相同 bit/s

3. 吞吐量

   单位时间内通过某个网络的实际数据量，吞吐量经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道是击杀个到底有多少数据量能够通过网络。

4. 时延

   数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。

   • 发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间

   • 传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间

     发送时延发生在机器内部的发送器中，与传输信道的长度没有任何关系

     传播时延发生在机器外部的传输信道媒体上，与信号的发送速率无关。

   • 处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理

   • 排队时延：分组在路由器确定了转发接口后还要在输出队列中排队等待转发

5. 时延带宽积

   传播时延✖️带宽

6. 往返时间RTT

7. 利用率

   分为信道利用率和网络利用率，信道利用率并非越高越好，信道利用率或网络利用率过高就会产生非常大的时延

计算机还有一些非性能指标如费用、质量、标准化、可靠性等等

1.7 计算机网络体系结构

为进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议

网络协议的三要素：

• 语法： 数据与控制信息的结构或格式
• 语义： 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出何种响应
• 同步： 事件实现顺序的详细说明

注意：TCP/IP协议只有四层，五层协议是讲授计网的时候采取的方法。

具体每层的功能作用等等这里就不展开了，后面每一层都会有单独的章节来讲。

每一层的数据单元PDU就是上一层传下来的数据和上一层加上的首部，但是在数据链路层控制信息被分为两部分，分别加到首部和尾部

协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）

实体、协议、服务和服务访问点

实体： 实体表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

主要搞清楚协议和服务的区别

协议： 控制两个对等实体进行通信的规则的集合

在协议的控制下，两个对等实体间的通信是的本层能够向上一层提供服务，下面的协议对上面的实体是透明的。

协议是水平的，服务是垂直的，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的

第二章 物理层

2.1 基本概念（了解）

• 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。

• 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

• 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

• 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.2 数据通信的基础知识

2.2.1 数据通信系统模型

一个数据通信系统可划分为三大部分：

• 源系统（发送端、发送方）
  • 源点：源点设备产生要传输的数据
  • 发送器：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能偶在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器
• 传输系统（传输网络）
• 目的系统（接收端）
  • 接收器：接受系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器
  • 终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出

2.2.2 有关信道的几个基本概念

信道： 一般用表示向某一个方向传送信息的载体

• 单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。 （电视、广播）

• 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当