计算机网络（一）

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参考资料：计算机网络第1章（概述） - 简书 (jianshu.com)

计算机网络应用（无用）

信息浏览和发布
通信和交流
休闲和娱乐
资源共享
电子商务
远程协作
网络办公

知识点一：网络、互联网与因特网的区别和关系

计算机网络（简称 网络 ）由若干 节点 和连接这些节点的 链路 组成
互联网由多个网络通过 路由器 互相连接组成的覆盖范围更大的计算机网络，是“网络的网络”
网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。
internet（互联网）泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络
Internet（因特网）指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则

知识点二：互联网发展的三个阶段

第一阶段是从单个网络ARPANET 向互连网发展的过程（1983年作为互联网的诞生时间）
第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网（即国家科学基金网 NSFNET。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网
第三阶段的特点是逐渐形成了全球范围的多层次 ISP 结构的互联网

互联网服务提供者ISP
1. 互联网上的主机都必须有IP地址才能上网
2. 任何机构或个人只要向某个ISP交纳规定的费用，就可从该ISP获取所需IP地址的租用权，并可通过该ISP接入互联网
3. 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分为不同层次的ISP：主干ISP、地区ISP和本地ISP
4. 比如中国移动、中国联通、中国电信

知识点三：互联网的标准化工作

官方机构
制定互联网的正式标准三个阶段:
1. 互联网草案
2. 建议标准
3. 互联网标准
一大特点:面向公众

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边缘部分
核心部分 由大量网络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)

国际组织

国际标准化组织(ISO)
国际电信联盟(ITY)
国际电气电子工程师协会(IEEE)

✨知识点四：三大交换

交换(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源、

电路交换：必须经过“建立连接(占用通信资源)一通话(一直占用通信资源)一释放连接(归还通信资源)”三个步骤的交换方式（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，线路的传输效率很低）
报文交换
1. 发送方 构造分组、发送分组
2. 路由器 缓存分组、转发分组
3. 接收方 接收分组、还原报文
分组交换（存储转发）
1. 报文—— 发送的整块数据
2. 首部—— 每个数据段前面和加上的一些必要的控制信息
3. 分组—— 报文划分的等长数据段+首部，也称包

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知识点五：计算机网络的定义

计算机网络的最简单的定义是：一些 互相连接 的、 自治 的计算机的 集合

互连：是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信
自治：是指独立的计算机，他有自己的硬件和软件，可以单独运行使用
集合：是指至少需要两台计算机

计算机网络的较好的定义是：计算机网络主要是由一些 通用的，可编程的硬件（一定包含有中央处理机CPU）互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用

知识点六：计算机网络的分类

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

按使用者分类：

公用网
专用网

按传输介质分类：

有线网络
无线网络

按覆盖范围分类：

广域网WAN（Wide Area Network）
城域网MAN（Metropolitan Area Network）
局域网LAN（Local Area Network）
个域网PAN

按拓扑结构分类：

总线型网络
星型网络（中枢设备比较敏感，现在一般是交换机或路由器）
环形网络（环中信号是单向传输的）
网状型网络

按传输技术分类：

广播式网络
点对点网络

✨知识点七：计算机网络的性能指标

🔥 速率

比特 计算机中数据量的单位，也是信息论中信息量的单位。一个比特就是二进制数字中的一个1或0

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速率：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传输比特的速率，也称为比特率或数据率（bit/s）

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例题：

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🔥 带宽

在 模拟信号系统中的意义：信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围

单位：Hz（kHz、MHz、GHz）
在 计算机网络中的意义：用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽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：b/s

个人理解：水管的预定或者最大流量

🔥 吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量
吞吐量被经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。
吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制

个人理解：水管的实际流量， 普遍低于带宽

🔥 时延

时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。

网络时延由几部分组成：

发送时延
1. 主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间
2. 发送时延=分组长度（b） / 发送速率（b/s）
传播时延
1. 电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间
2. 传播时延=信道长度（m） / 电磁波传播速率（m/s）2✖️10$^8$
处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定时间进行处理
排队时延：分组在进过网络传输时，要经过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理

有时会把排队时延看成处理时延一部分

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延（处理时延 + 排队时延）

当处理时延忽略不计时（一般来说），发送时延和传播时延谁占主导，要具体情况具体分析

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现实中，传播时延比较大，因为传播到卫星距离比较长

🔥 时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 × 带宽

若发送端连续发送数据，则在所发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个比特
链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度

这是长度

往返时间RTT（Round-Trip Time）

互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。因此，我们有时很需要知道双向交互一次所需的时间

🔥 利用率

利用率

利用率有信道利用率和网络利用率两种

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就是傲娇，不能太高也不能太低

🔥 丢包率

丢包率

丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率
丢包率具体可分为接口丢包率、结点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率等
丢包率是网络运维人员非常关心的一个网络性能指标，但对于普通用户来说往往并不关心这个指标，因为他们通常意识不到网络丢包
分组丢失主要有两种情况:
- 分组在传输过程中出现误码，被结点丢弃
- 分组到达一台队列已满的分组交换机时被丢弃;在通信量较大时就可能造成网络拥塞
因此，丢包率反映了网络的拥塞情况:
- 无拥塞时路径丢包率为0
- 轻度拥塞时路径丢包率为1%~4%
- 严重拥寨时路径丢包率为5%~15%

计算机网络的非性能特征

费用
质量
标准化
可靠性
可扩展性和可升级性
易于管理和维护

✨知识点八：计算机网络体系结构

常见的计算机网络体系结构：

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如今用的最多的是TCP/IP体系结构，现今规模最大的、覆盖全球的、基于TCP/IP的互联网并未使用OSI标准
TCP/IP体系结构相当于将OSI体系结构的物理层和数据链路层合并为了网络接口层，并去掉了会话层和表示层，网际层实际上就是网络层，只是因为是IP协议意思是网际而改名
TCP/IP在网络层使用的协议是IP协议，IP协议的意思是网际协议，因此TCP/IP体系结构的网络层称为网际层
在用户主机的操作系统中，通常都带有符合TCP/IP体系结构标准的TCP/IP协议族
而用于网络互连的路由器中，也带有符合TCP/IP体系结构标准的TCP/IP协议族
只不过路由器一般只包含网络接口层和网际层

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网络接口层 并没有规定具体内容，这样做的目的是可以互连全世界各种不同的网络接口，例如：有线的以太网接口，无线局域网的WIFI接口等
网际层 它的核心协议是 IP协议（IP协议（网际层）可以将不同的网络接口（网络接口层）进行互连，并向其上的TCP协议和UDP协议（运输层）提供网络互连服务）
运输层 TCP和 UDP是这层的两个重要协议
而TCP协议在享受IP协议提供的网络互连服务的基础上，可向应用层的相应协议提供可靠的传输服务
UDP协议在享受IP协议提供的网络互连服务的基础上，可向应用层的相应协议提供不可靠的传输服务
应用层：这层包含了大量的应用层协议，如 HTTP SMTP DNS RTP 等
TCP/IP体系结构中最重要的是IP协议和TCP协议，因此用TCP和IP来表示整个协议大家族

计算机网络体系结构分层的必要性

计算机网络是个非常复杂的系统
分层可以将庞大而复杂的问题，转换成若干较小的局部问题

总结

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如何选物流车，如何运输，如何分拣，如何派件，如何售后服务

分层也可以降低问题的耦合度（课外知识）

耦合度：关联依赖程度

计算机网络体系结构分层思想举例

应用进程基于网络的通信

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发送方发送

应用层按照HTTP协议的规定构建一个HTTP请求报文

应用层将HTTP请求报文交付给运输层处理
运输层给HTTP请求报文添加一个TCP首部，使之成为TCP报文段

TCP报文段的首部格式作用是区分应用进程以及实现可靠传输

运输层将TCP报文段交付给网络层处理
网络层给TCP报文段添加一个IP首部，使之成为IP数据报

IP数据报的首部格式作用是使IP数据报可以在互联网传输，也就是被路由器转发

网络层将IP数据报交付给数据链路层处理
数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧

该首部的作用主要是为了让帧能够在一段链路上或一个网络上传输，能够被相应的目的主机接收

该尾部的作用是让目的主机检查所接收到的帧是否有误码

数据链路层将帧交付给物理层
物理层先将帧看做是比特流，这里的网络N1假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码

前导码的作用是为了让目的主机做好接收帧的准备

物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体
信号通过传输媒体到达路由器

路由器转发

1. 物理层将信号变为比特流，然后去掉前导码后，将其交付给数据链路层

数据链路层将帧的首部和尾部去掉后，将其交付给网络层，这实际交付的是IP数据报

网络层解析IP数据报的首部，从中提取目的网络地址

提取目的网络地址后查找自身路由表。确定转发端口，以便进行转发

网络层将IP数据报交付给数据链路层

数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧

数据链路层将帧交付给物理层

物理层先将帧看成比特流，这里的网络N2假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码

物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体，信号通过传输媒体到达Web服务器