第一章 -- 概述

• 因特網概述
  • 網路、網際網路、因特網
  • 因特網發展的三個階段
  • 因特網的標準化工作
  • 因特網的組成
  • 網際網路核心
    • 電路交換
    • 分組交換
• 計算機網路效能
  • 計算機網路效能指標
• 計算機網路體系結構
  • OSI體系結構
  • TCP/IP體系結構
  • 原理體系結構
• 部分術語
  • 實體
  • 協議
  • 服務
  • PDU與SDU

因特網概述

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最核心的功能

• 連通性
• 資源共享

網路作用範圍

• 廣域網 WAN
• 都會網路 MAN
• 區域網 LAN
• 個人區域網 PAN

使用者分類

• 公用網
• 專用網

網路、網際網路、因特網

• 網路(Network)：由若干結點(Node)和連線這些結點的鏈路
  (Link)組成
• 網際網路：由路由器互聯的多個網路，網際網路是“網路的網路(Network of Networks)”
• 因特網(Internet)：是世界最大的網際網路

internet與Internet的區別

• internet(網際網路)是一個通用名詞，它泛指多個計算機網路互連而成的網路，在這些網路之間的通訊協議可以是任意的
• Internet(因特網)則是一個專有名詞，它指指當前全球最大的、開放的、由眾多網路相互連線而成的特定互連網。採用TCP/IP協議作為通訊規則，其前身是美國的ARPANET

因特網發展的三個階段

第一階段：從單個網路ARPANET向互連網路發展

• 1969年，第一個分組交換網ARPANET
• 70年代中期，研究多種網路之間的互連
• 1983年，TCP/IP協議成為ARPANET的標準協議(因特網誕生時間)

第二階段：從單個網路ARPANET向互連網路發展

• 1985年，NSF建設NSFNET(主幹網、地區網、校園網)
• 1990年，ARPANET任務完成，正式關閉
• 1991年，主幹網私企化

第三階段：逐漸形成了多層次ISP結構的網際網路

• 1993年，NSFNET逐漸被商用替代，運營轉交因特網服務提供者ISP
• 1994年，全球資訊網WWW技術刺激因特網發展
• 1995年，NSFNET停止工作，因特網徹底商業化

flowchart LR node1([從單個網路ARPANET向互連網路發展]) node2([逐步建成了三級結構的網際網路]) node3([逐漸形成了多層次ISP結構的網際網路]) node1 --> node2 node2 --> node3

因特網的標準化工作

因特網在制定標準上面向公眾

• 因特網所有的RFC技術文件[http://www.ietf.org/rfc.html]

因特網的組成

邊緣部分

• 主機【端系統】使用者直接使用

核心部分

• 路由器和網路構成（提高連通性和資料交換）

網際網路核心

電路交換

• 建立連線【分配資源】
• 通話【一直佔用通訊資源】
• 釋放連結【歸還通訊資源】

優點

• 通訊延時小
• 有序傳輸
• 沒有衝突
• 適用範圍廣
• 實時性強
• 控制簡單

缺點

• 建立連線時間長
• 線路獨佔，使用效率低
• 靈活性差
• 難以規格化

分組交換

• 傳送方

  • 構造分組
  • 傳送分組

• 路由器

  • 快取分組
  • 轉發分組

• 接收方

  • 接收分組
  • 還原報文

優點

• 無需建立連線
• 線路利用率高
• 簡化了儲存管理
• 加速傳輸
• 減少出錯概率和重發資料量

缺點

• 引發了轉發時延
• 需要傳輸額外的資訊量
• 對於資料報服務存在失序、丟失或重複分組的·問題

計算機網路效能

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計算機網路效能指標

• 速率 (bit/s, b/s, bps)

• 頻寬

• 吞吐率

• 時延

  • 傳送時延
  • 傳播時延
  • 處理時延
  • 排隊時延

• 時延頻寬積

• 往返時間【RTT】

• 利用率

• 丟包率

計算機網路體系結構

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OSI體系結構

classDiagram class OSI體系結構 OSI體系結構 : 應用層 OSI體系結構 : 表示層 OSI體系結構 : 會話層 OSI體系結構 : 運輸層 OSI體系結構 : 網路層 OSI體系結構 : 資料鏈路層 OSI體系結構 : 物理層

TCP/IP體系結構

classDiagram class `TCP/IP體系結構` `TCP/IP體系結構` : 應用層 `TCP/IP體系結構` : 運輸層 `TCP/IP體系結構` : 網路層 `TCP/IP體系結構` : 網路介面層

原理體系結構

用於理論分析

classDiagram class 原理體系結構 原理體系結構 : 應用層 原理體系結構 : 運輸層 原理體系結構 : 網路層 原理體系結構 : 資料鏈路層 原理體系結構 : 物理層

各層次簡要：

• 應用層

  解決通過應用程序的互動來實現特定網路應用的問題

• 運輸層

  解決程序之間基於網路的通訊問題

• 網路層

  解決分組在多個網路上傳輸（路由）的問題

• 資料鏈路層

  解決分組在一個網路（或一段鏈路）上傳輸的問題

• 物理層

  解決使用何種訊號來傳輸位元的問題

部分術語

實體

任何可傳送或接收資訊的硬體或軟體程序

• 對等實體

  收發雙方相同層次中的實體

協議

控制兩個對等實體進行邏輯通訊的規則的集合

• 協議三要素

  語法：定義所互動的資訊格式
  語義：定義收發雙方所要完成的操作
  同步：定義收發雙方的時序關係

服務

• 在協議的控制下，兩個對等實體的邏輯通訊使得本層能夠向上一層提供服務
• 要實現本層協議，需要使用下一層所提供的服務
• 協議是“水平的”，服務是“垂直的”
• 實體可以看得見下層所提供的服務，但並不知道實現該服務的具體協議

• 服務訪問點

  在同一系統中相鄰兩層的實體交換資訊的邏輯介面，用於區分不同的服務型別

  各層間的服務訪問點

  • 資料鏈路層: 幀的“型別”欄位
  • 網路層: IP資料報首部中的“協議欄位”
  • 運輸層：“埠號”

• 服務原語

  上層使用下層提供的服務必須通過語下層交換一些命令

PDU與SDU

• 協議資料單元PDU

對等層次之間傳送的資料包稱為該層的協議資料單元

• 物理層：位元流 (bit stream)
• 鏈路層：幀 (frame)
• 網路層：IP資料報或分組 (packet)
• 運輸層：TCP報文段 (segment) 或 UDP使用者資料段 (datagram)
• 應用層：報文 (message)

• 服務資料單元SDU

同一系統內，層於層之間交換的資料包稱為服務資料單元

• 多個SDU可以合成一個PDU；一個SDU也可以劃分為幾個PDU