計算機網路教程第五版筆記
第一章 ： 概述
1.1 計算機網路在資訊時代的作用
1.網際網路的基本特點：連通性，共享性
2.計算機網路（網路）的組成：由若干結點（Node）和連線這些結點的鏈路（Link）組成；結點可以是計算機，集線器，路由器，交換機等。
3.網際網路：網路之間通過路由器連線組成更大的網路，就是網際網路；它是網路的網路。
4.主機（Host）：與網路連線的計算機。
1.2 因特網概述
1.2.1 網路的網路
1.網際網路的基本特點：連通性，共享性
2.計算機網路（網路）的組成：由若干結點（Node）和連線這些結點的鏈路（Link）組成；結點可以是計算機，集線器，路由器，交換機等。
3.網際網路：網路之間通過路由器連線組成更大的網路，就是網際網路；它是網路的網路。
（我們把直接連線計算機的網路叫做物理網路；網際網路是由物理網路集合構成的邏輯網路）
4.因特網是世界上最大的網際網路。
4.主機（Host）：與因特網連線的計算機。
1.2.2 因特網發展的三個階段
1.從單個ARPANET（第一個分組交換機）向網際網路發展：1983年作為因特網誕生的時間。internet（網際網路或者互連網）是一個通用名詞，泛指多個計算機連線而成的網路。Internet（因特網）是一個專有名詞，是當前全球最大的，開放的，由眾多網路相互連線而成的特定計算機網路，它採用TCP/IP協議簇作為通訊規則，前身是美國的ARPANET。
2.建成三級結構的因特網。
3.形成多層次ISP（因特網服務提供商/者）結構因特網。
1.2.3 因特網的標準化工作
因特網協會（ISOC）—>因特網體系結構委員會（IAB）—>因特網工程部（IETF）/因特網研究部（IRTF）
1.3 因特網的組成
根據其工作方式分為：
邊緣部分：由網際網路的主機組成，是使用者直接使用的部分，用來進行通訊和資源共享。
核心部分：由大量網路和連線這些網路的路由器組成，是為邊緣部分提供服務的，提供連通性和交換。
1.3.1 因特網邊緣部分
連線在因特網上的主機又稱為端系統（客戶機與伺服器）。
計算機之間的通訊：主機A上的程序與主機B上的程序進行通訊。
1.客戶-伺服器方式（C/S）：[瀏覽器伺服器方式：B/S]
概述：是最常用與傳統的方式，一方請求服務，一方提供服務，通訊可以是單向的，也可以是雙向的
客戶和伺服器：指通訊中涉及的兩個應用程序
主要特徵：客戶是服務請求方，伺服器是服務提供方
主要特點：
客戶程式：
(1)使用者呼叫後，在通訊時主動向遠地伺服器發起通訊(請求服務)。因此，客戶程式必須知道伺服器程式的地址
(2)不需要特殊的硬體和很複雜的作業系統
伺服器程式：
(1)是一種專門提供服務的程式，可同時處理多個客戶的請求
(2)系統啟動後即自動呼叫不斷執行，被動等待接受客戶的通訊請求。因此，伺服器程式不需要知道客戶程式的地址
(3)一般需要強大的硬體和作業系統支援
2.對等連線方式(P2P)：
概述：兩臺主機不區分伺服器和客戶，只要都執行p2p軟體，就可以進行平等對等連線通訊，雙方都可訪問對方硬碟中的共享文件。可支援大量對等使用者同時工作。
1.3.2 因特網核心部分
1.路由器的重要性：路由器是一種專用計算機，是實現分組交換的關鍵部件，其任務是轉發收到的分組，這是網路核心部分最重要的功能。
2.交換：按照某種方式動態分配傳輸線路的資源
3.三種交換方式：
(1)電路交換：
工作方式：在兩使用者端間建立一條專用的物理通路，保證了雙方通訊所需的通訊資源，而這些資源在雙方通訊時也不會被其他使用者佔用
三個步驟：建立連線(佔用通訊資源)->通話(一直佔用通訊資源)->釋放連線(歸還通訊資源)
重要特點：在通話的全部時間內，通話的兩個使用者始終佔用端到端的通訊資源
(2)報文交換：
特點：整個報文先傳送到相鄰結點，全部儲存下來後查詢轉發表，轉發給下一個結點
***** (3)分組交換：
工作方式：採用儲存轉發技術，把一個報文劃分為幾個分組後進行傳送
報文：要傳送的整塊資料
分組：把較長的報文分成更小的等長資料段，再加上必要的控制資訊組成的首部後，就構成一個分組；分組又稱包，分組的首部又稱包頭
首部的重要性：包含了諸如目的地址和源地址等重要控制資訊，使每一個分組才能獨立的選擇傳輸路徑，並正確交付到終點
儲存轉發技術：路由器收到分組後，先暫時儲存，檢查其首部，查詢轉發表，按照首部中目的地址，選擇合適的介面轉發出去
優點：
高效：在分組傳輸過程動態分配傳輸頻寬，對通訊鏈路逐段佔用
靈活：為每個分組獨立選擇最合適的轉發路由
迅速：以分組為單位傳輸，不用建立和釋放連線
可靠：保證可靠性的網路協議；分散式多路由器的分組交換網，有很好的生存性
4.三種交換的特點概述：
(1)電路交換：整個報文的位元流連續的從源點直達終點，好像在管道中傳送
(2)報文交換：整個報文先傳送到相鄰結點，全部儲存下來後查詢轉發表，轉發給下一個結點
(3)分組交換：單個分組傳送到相鄰結點，儲存下來後查詢轉發表，轉發給下一個結點
1.4 計算機網路的定義與分類
1.4.1 計算機網路的定義
簡單定義：一些互相連線（）資料通訊或者交換資訊的，自治（獨立的）的計算機的集合。
1.4.2 計算機網路的分類
**1.***按照網路的作用範圍分類：
廣域網(WAN)：作用範圍幾十到幾千公里，是網際網路的核心部分，其任務是通過長距離運送主機所傳送的資料，廣域網各結點採用高速鏈路，有較大通訊容量
都會網路(MAN)：作用範圍一個城市，用來將多個區域網進行互聯，多采用乙太網技術
區域網(LAN)：作用範圍1km左右，一般用微機或工作站通過高速通訊線路相連
個人區域網(PAN)：作用範圍10m左右，把個人工作的地方屬於個人的裝置用無線技術相連，也叫無線個人區域網(WPAN)
2.按照網路的使用者分類：
公用網：電信公司出資建造的大型網路，任何人都可付費使用，也稱公眾網
專用網：為滿足特殊業務需要建立的網路，不向外人提供服務
用來把使用者進入到網際網路的網路：
接入網：又稱本地接入網或居民接入網
1.5 計算機網路的主要效能指標
(1)速率：
定義：資料的傳送速率；常指額定速率或標稱速率，並不是實際的速率
單位：bit/s(位元每秒)
(2)頻寬：
定義：表示網路中某通道傳送資料的能力，即單位時間內網路中某通道能通過的最高資料率
單位：bit/s
(3)吞吐量：
定義：單位時間內通過某網路的實際的資料量
單位：bit/s
(4)時延：
定義：資料從網路的一段傳送到另一端所需的時間；又稱延遲或遲延
組成：
(1)傳送時延：是主機或路由器傳送資料幀所需要的時間
發生位置：在機器內部的傳送器中，即網路介面卡中，與通道長度無關
計算公式：
(2)傳播時延：是電磁波在通道中傳播一定距離所需要的時間
發生位置：在機器外部的傳輸通道媒體上，與訊號的傳送速率無關，只與訊號傳送的距離有關
計算公式：
電磁波在在不同介質中傳播速率不同，在自由空間中為光速310^5 km/s；在銅線中為2.310^5 km/s；在光纖中為2.0*10^5 km/s
(3)處理時延：主機或路由器收到分組後處理分組所用的時間；如分析首部、提取資料、差錯檢驗、轉發路由查詢等
(4)排隊時延：分組經過路由器時，在路由器中經歷輸入和輸出的排隊等待時間
發生位置：各中轉路由器中；取決於網路的通訊量，通訊量很大時會發生佇列溢位，使分組丟失，相當於時延無限大
總時延=傳送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延
(5)丟包率：
反映網路堵塞情況。
(6)往返時間RTT：
定義：雙向互動一次所需的時間；包含中間各結點的處理時延、排隊時延、轉發資料時的傳送時延
(7)利用率：
通道利用率：指某通道有百分之幾的時間是被利用的
網路通道利用率：全網路的通道利用率的加權平均數
D=D0/1-U 其中D是網路時延、D0是空閒時網路時延、U是利用率
特點：通道或網路利用率過高會產生非常大的時延
計算機網路的非效能指標：
(1)費用
(2)質量
(3)標準化
(4)可靠性
(5)可擴充套件性和可升級性
(6)易於管理和維護
1.6 計算機網路體系結構
1.6.1協議與劃分層次
網路協議(協議)：為進行網路中的資料交換而建立的規則、標準或約定
計算機網路體系結構：計算機網路各層及其協議的集合
網路協議的三要素：
(1)語法：資料與控制資訊的結構或格式
(2)語義：需要發出何種控制資訊，完成何種動作以及做出何種響應
(3)同步：事件實現順序的詳細說明
分層的優點：
(1)各層之間是獨立的：某一層不需要知道下一次如何實現，只需要知道介面提供的服務
(2)靈活性高：當一層發生變化時，只要保證介面不變，就能方便修改
(3)結構上可分割：各層都可以採用最合適的技術實現
(4)易於實現和維護：這種結構使實現和除錯一個龐大複雜的系統更容易，因為整個系統以被分解成若干相對獨立的子系統
(5)促進標準化：因每一層的功能及其提供的服務都已精確說明
各層要完成的主要功能：
(1)差錯控制：使相應層次對等方的通訊更可靠
(2)流量控制：傳送端的傳送速率必須使接收端來得及接受
(3)分段和重灌：傳送端將要傳送的資料塊劃分為更小單位，在接收端將其還原
(4)複用和分用：傳送端幾個高層會話複用一條低層的連線，在接收端再進行分用
(5)連線建立和釋放：交換資料前先建立一條邏輯連線，資料傳送結束後釋放連線
1.6.2 各協議的體系結構
各層功能概述：
(1)應用層：
作用：通過應用程序間的互動來完成特定網路應用，應用層協議定義的是應用程序間通訊和互動的規則
常見協議：DNS、HTTP、SMTP等
報文：應用層互動的資料單元
(2)運輸層：
作用：負責向兩臺主機中程序之間的通訊提供通用的資料傳輸服務，應用程序利用該服務傳送應用層報文；通用指多種應用可以使用同一運輸層服務；有複用和分用功能
分用和複用：複用是多個應用層程序可同時使用下面運輸層的服務，分用是運輸層把收到的資訊分別交付上面應用層中的相應程序
主要協議：
傳輸控制協議TCP：提供面向連線的、可靠的資料傳輸服務，資料傳輸的單位是報文段
使用者資料報協議UDP：提供無連線的、盡最大努力的資料傳輸服務，資料傳輸的單位是使用者資料報
(3)網路層：
作用：負責為分組交換網上不同主機提供通訊服務。在傳送資料時，網路層把運輸層產生的報文段或使用者資料報封裝成分組或包進行傳送；選擇合適路由，使運輸層傳下來的分組能通過網路中的路由器找到目的主機
主要協議：IP協議、多種路由選擇協議
(4)資料鏈路層：
作用：負責兩主機間鏈路上的傳輸；將網路層交下來的IP資料報組裝成幀，在兩個相鄰結點間的鏈路上傳送幀，幀中包含資料和必要的控制資訊；在接收資料時，提取出資料部分交給網路層；通過控制資訊監測差錯，丟棄差錯幀或糾正錯誤
(5)物理層：
作用：考慮用多大電壓代表0或1，如何識別對方傳送的位元；確定電纜插頭的物理結構
資料在各層間傳遞過程：
1.6.3 實體、協議、服務、服務訪問點
實體：表示任何可傳送或接受資訊的硬體或軟體程序；很多情況下，實體就是一個特點的軟體模組
協議：控制兩個或多個對等實體進行通訊的規則的集合
服務：由下層向上層通過層間介面提供的功能
服務訪問點：在同一系統相鄰兩層的時間進行互動的地方
協議與服務：在協議的控制下，兩個對等實體間的通訊使得本層能夠向上一層提供服務。要實現本層協議，還需要使用下面層提供的服務；
協議是"水平的"，即協議是控制對等實體間通訊的規則，服務是"垂直的"，即服務是由下層向上層通過介面提供的
1.6.4 TCP/IP體系結構
TCP/IP協議可為各式各樣的應用提供服務(everthing over IP)；TCP/IP也允許IP協議在各式各樣的網路構成的網際網路上執行(IP over everthing)