计算机网络学习笔记——计算机网络概述

1、计算机网络与分布式系统的差别

1）计算机网络（自主，互联）

        计算机网络是很多台计算机连接起来，它们可以相互请求帮忙。

        三个重要特征：

        --计算机网络中互相链接的计算机是相对独立的。

        --每台计算机都可以为其他计算机提供服务，别的计算机向某台计算机提出请求，如果该计算机处于空闲状态，该计算机将作出请求回应，若该计算机处于忙碌状态，则不作出如何回应。这种请求的方式，一般用C/S和B/S两种模式。

        --这些计算机之间是用不同的媒体链接（如：无线，光缆）

           通讯子网：由路由器互联起来的一个计算机网络。每台计算机连接到整个网络是通过通讯子网的某台设备上， 通讯子网上这些设备室相互连接的，故连接在通讯子网上的计算机可以交换信息。

        互联：如果两台计算机能够交换信息，则称这两台计算机互联。

        自主计算机：不从属于任何其他计算机的计算机，称为自主计算机。

2）分布式系统

        分布式系统通常也是基于自主计算机的互联，但是由一个操作系统统一管理，对用户来说，具有高度的整体性和透明性。

        举一个例子：有一个分布式系统的中的计算机提交了一个任务，这个任务不是发给系统中的某台计算机的，而是提交给管理这个分布式系统的操作系统，而这个操作系统根据情况，对连接的各个计算机进行任务分配，完成任务后，各个计算机提交结果，而操作系统就分析计算机最终结果，并显示给终端用户。（类似一个项目小组的一起工作。）

        特征：

        --虚拟计算机，可能是多台计算机网络的有机结合。

        --用户向虚拟系统提交一个任务后，由操作系统来安排任务的完成。

2、企业网络和公众网络

        企业网络：

                目的（有点）：资源共享，高可靠性（任何资源都可以有多个副本），节省经费。

                企业主要运用以太网，并且运用防火墙来分割企业内网和企业外网。

        公众网络：

                一般是运用于访问远程信息，个人之间的通信和娱乐。

3、计算机分类

1）按技术分

              广播式网络

                      规模较小的网络，一台计算机发布信息，相应的其它计算机接收到信息。

              点到点网络

                      规模较大的网络。

2）按规模分

              局域网

              城域网

              广域网

              互联网

3）按传播介质分

              有线网

              无线网

4）按拓扑结构分

              总线

              环形

              网状

              星形

5）按使用范围分

              专用网

              公共网

4、局域网、城域网和广域网

1）局域网LAN（Local Area Network）

地域：覆盖范围小

传输技术：

        总线型：  IEEE 802.3（以太网）CSMA/CD 10M

                          CSMA/CD：有没有数据传递，若没有要同时传递数据的，若有则随机延迟一段时间，再进行传递数据。

        总线型：  IEEE 802.4 （令牌总线）10M

        环形：      IEEE 802.5  （IBM 令牌环）4M 16M

                          令牌环在互联的计算机之间按环状传递，当有计算机要发送信息时，就需要等待令牌传递到自己的手里面，然后卡住                   令牌，暂时不再传递，然后该计算机进行发送信息，结束后，令牌再次传递。

2）城域网

3）广域网（Metropolitan Area Network）

          一般不能采用广播网络，一般都是采用点对点的传送方式。

          跨域地域比较大的网络。

          -- 主机（host） 端点系统（end system）

          -- 通信子网（communication subnet）简称子网

                      帮大家传递消息。由路由器连接起来的网络。

          -- 资源子网

                      网络中的所有的主机组成。每台主机都有可能为其他主机提供一些服务。

          -- 互联网通常由路由器联接的LAN组成

                      子网通常为点到点子网 （point-to-point）

                      其传输机理为存储-转发 （store-and-forward）

                      其传输方式为分组交换   （packet-switched）

5、计算机网络参考模型

分层的好处：

       --通过每一层实现一种相对独立的功能来简化问题

       --每一层的设计都是独立的，它不必关心下一次是如何实现的，只需知道下一层为我提供的服务，和我必须为上一层提供哪些服务。

       --当由于技术的变化使某层的实现需要变化时，不影响其他的层次。

1）ISO/OSI参考模型

          

        数据发送时，从第七层传到第一层，接收数据则相反。
       上三层总称应用层，用来控制软件方面。下四层总称数据流层，用来管理硬件。
        数据在发至数据流层的时候将被拆分。
        在传输层的数据叫段，网络层叫包，数据链路层叫帧，物理层叫比特流，这样的叫法叫PDU（协议数据单元）

        第7层应用层：OSI中的最高层。为特定类型的网络应用提供了访问OSI环境的手段。应用层确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。应用层不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为应用进程的用户代理，来完成一些为进行信息交换所必需的功能。它包括：文件传送访问和管理FTAM、虚拟终端VT、事务处理TP、远程数据库访问RDA、制造报文规范MMS、目录服务DS等协议；

                  --包括所有应用方面的协议

                            --如：全屏功能，不同的终端其控制字符不同，应做相应的转换，通常定义一个网络终端。

                  --不同系统之间的文件传输方式不同，但表示的形式必须一致。
        第6层表示层：主要用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式。为上层用户解决用户信息的语法问题。它包括数据格式交换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能；

                  --表示层关心的语法和语义

                  --对相关的数据的描述采用 抽象的定义，如浮点数都用科学表示法

                          --相关数据的表示法转换

                          --抽象数据结构的转换
        第5层会话层：在两个节点之间建立端连接。为端系统的应用程序之间提供了对话控制机制。此服务包括建立连接是以全双工还是以半双工的方式进行设置，尽管可以在层4中处理双工方式 ；

                  --如：说的一方一段就听对方的反应，因为，可能线路已断。
        第4层传输层：常规数据递送——面向连接或无连接。为会话层用户提供一个端到端的可靠、透明和优化的数据传输服务机制。包括全双工或半双工、流控制和错误恢复服务。

                 --传输层将高层要求传输的数据分成若干个报文。

                 --报文与帧不一样 ，帧只有帧标志（起始标志、结束标志），而报文有信源和信宿的地址及端口、报文的顺序号、确认号等等。

                 --低三层的通信对象通常是路由器，传输层是端到端的，必须考虑报文怎样才能源正确地传输到目的端，而源端和目的端通常是主机。
        第3层网络层：本层通过寻址来建立两个节点之间的连接，为源端的运输层送来的分组，选择合适的路由和交换节点，正确无误地按照地址传送给目的端的运输层。它包括通过互连网络来路由和中继数据。

                 --选择路由

                 --拥塞控制

                 --协议的转换

                 --分段和重组

                 --对用户的分组、字符等记数等等
        第2层数据链路层：在此层将数据分帧，并处理流控制。屏蔽物理层，为网络层提供一个数据链路的连接，在一条有可能出差错的物理连接上，进行几乎无差错的数据传输。本层指定拓扑结构并提供硬件寻址；

                 --识别帧的标志。

                 --帧的接收，需校验、确认。

                 --发送方在超时或者收到否定确定后，要重发。

                 --重复帧要丢弃。

                 --在共享网络中需要解决信道共享问题等。
        第1层物理层：处于OSI参考模型的最底层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，以便透明的传送比特流。完成传输媒体上的信号与二进制数据间的转换。

                 --物理接口上发送或者接收的一串以某种规则表示的二进制的数据。

                 --物理层定义是接口的机械特性、电气特性、功能和过程特性等。

                           --例如：插头、插座的几何尺寸。每一根引脚的传递数据。

     OSI模型的数据传输：

      

2）TCP/IP参考模型

             

        TCP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet网络体系结构以TCP/IP为核心。基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络访问层、网际互连层、传输层（主机到主机）、和应用层。
1.应用层
       应用层对应于OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP等.　
2.传输层
       传输层对应于OSI参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP，提供可靠服务）和用户数据报协议（UDP，提供不可靠服务).
TCP协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务；而UDP协议提供的则是不可靠的、无连接的数据传输服务.　
3.网际互联层
       网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，基于无连接的分组交换网络，主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址，它还负责数据包在多种网络中的路由。该层有四个主要协议：网际协议（IP）、地址解析协议（ARP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。
       IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个不可靠、无连接的数据报传递服务。
4.网络接入层（即主机-网络层）
       网络接入层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的网络接入层进行连接。

5、网络协议：

         网络协议是计算机间进行通信时遵循的一定约定和规则。

1）网络协议三个要素：

       （1）语法：用来确定协议元素的格式，即数据与控制信息的结构和格式。

       （2）语义：用于确定协议元素的类型，规定了通讯双方需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出应答。

       （3）定时：用于确定通信速度的匹配和时序，即对事件实现顺序的详细说明。

6、网络体系结构：

1）层次模型简介

          层次化的优势在于可以将问题的解决分配到各层中去，每一层解决一个小问题，最终解决整个问题。

TCP/IP协议簇

TCP/IP协议是一组协议的总称，包括：

IP层（即换联网层）：IP,ICMP,ARP,RARP,OSPF等等

TCP（传输层）：TCP,UDP