计算机网络第一章笔记呕心沥血之作 值得收藏

1、计算机网络的概念

1. 计算机网络:是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，有功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统
2. 计算机网络是互连的、自治的计算机集合
   • 互连-互联互通 通信链路
   • 自治-无助从关系

2、计算机网络的功能

1. 数据通信（连通性）： 数据在不同信道传输 （发邮件、发文件）
2. 资源共享 ： 比如软件、数据（百度文库）、硬件（打印机、传真机）
3. 分布式处理：多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分 Hadoop平台
4. 提高可靠性 ：传输信息的时候 如果线路断了 就可以走另一条路（大白话）
5. 负载均衡：各计算机直接的关系

3、计算机网络的组成（不同角度的分类）

1. 组成部分 :

   • 硬件：双绞线、光纤、路由器等
   • 软件： qq、微信 等
   • 协议：网络协议

2. 工作方式:

   • 边缘部分：主机存在的部分，用户可以直接使用
     • 用户通信方式:C/S方式和P2P方式
   • 核心部分：为边缘部分服务

3. 功能组成：数据通信和资源共享

   • 通信子网：实现数据通信

   • 资源子网 : 实现资源共享、数据处理
     

4、计算机网络的分类

1. 按分布范围分：广域网WAN（交换技术）、城域网MAN、局域网WAN(广播技术)、个人区域网PAN

2. 按使用者分：

   • 公共网：中国电信，移动
   • 专用网：军队等

3. 按照交换技术分：电路交换、报文交换、分钟交换

4. 按照拓部结构分：总线型、星型（如果有6结点5条链路）、环型、网状型（通常通常用广域网）

5. 传输技术分

   • 广播式网络：共享公共通信信道
   • 点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制
     

5、标准化工作（标准化工作对计算机网络至关重要）

1. 标准分类：

   • 法定标准（OSL）：有全为机构指定的正式的、合法的标准
   • 事实标准（TCP/IP）：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品的协议和技术就成了标准

2. RFC(Request For Comments)-------因特网标准的是形式

   RFC要上升为因特网正式标准的四个阶段

   1. 因特网草案（Internet Draft）：发送邮箱[email protected]，在这个阶段还不是RFC文档，

   2. 建议标准（Proposed Standard） 从这个阶段开始称为RFC文档

   3. 草案标准（Draft Standard）：2011年以后草案标准就已经取消啦，但是还是需要IETF、IAB把关

   4. 因特网标准(Internet Standard):顺利成为因特网标准

3. 标准化工作的组织

   • 国际标准化组织ISO：OSI参考模型 、HDLC协议
   • 国际电信联盟ITU：制定通信规则
   • 国际电气电子工程协会IEEE ：学术机构、IEEE802系列标准、5G
   • Internet工程人物组IETF：负责殷野王相关标准的制定 RFC XXXX
     

6、计算机网络的性能指标之速率、带宽、吞吐量

1. 速率：即数据率或称数据传输率或者比特率：

   比特：1或者0 位

   连接是在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率

   单位：b/s ,kb/s , Mb/s ,Gb/s,Tb/s

   • 千 ：1 kb/s = 10³ b/s
   • 兆 ：1 Mb/s =10³ kb/s =10⁶ b/s
   • 吉 ：1 Gb/s =10³ Mb/s=10⁶ kb/s = 10⁹ b/s
   • 太 ：1 Tb/s =10³ Gb/s =10⁶ Mb/s=10⁹ kb/s = 10¹²b/s

   存储容量 1Byte（字节）=8bit（比特）

   • 1KB=2¹⁰B=1024B=1024*8b
   • 1MB=2¹⁰B=1024KB
   • 1GB=2¹⁰B=1024MB
   • 1TB=2¹⁰B = 1024GB

2. 带宽：表示网络的通信线路传输数据的能力

   • 带宽：原本指的是某个信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率只差，单位是赫兹（Hz）。现在用来表示网络的通信线路传输数据的能力，通常指单位时间内从实验中某一点到另一点所能通过的“最高速率”。单位是“比特每秒”，b/s ,kb/s , Mb/s ,Gb/s,Tb/s

   • 网络设备所支持的最高速率

   • 链路带宽=1Mb/s

     在主机1us内可向链路发1bit数据

     链路带宽=2Mb/s

     在主机1us内可向链路发2bit数据

     （带宽变大了只会影响发送的速率 不会影响bit在数据链路传输的速率）

3. 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。单位b/s ,kb/s ,Mb/s等。

   • 吞吐量受网络的带宽或者网络额定速率的限制

7、计算机网络的性能指标之时延、时延带宽积、往返时间RTT、利用率

1. 时延：指数据（报文、分组、比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需要的世界。也叫延迟或者迟延。单位是s。

   • 时延有四类：

     • 发送时延（传输时延）：从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需要是时间

       公式： 发送时延=数据长度/信道带宽（发送速率）

     • 传播时延：取决于电磁波传播速率和链路长度（基本都是2*10⁸）

       公式：传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率

       （电磁波相当于一个工人，背着比特跑）

     • 排队时延：等待输出/输入链路可用

     • 处理时延：检查找出口

   • 高速链路：提高了发送速率，提高了带宽，提高了发送速率，减少了时延，不会影响传播速率

2. 时延带宽积 ：称为以比特为单位的链路长度，意思是链路上有多少比特的数据

   • 时延带宽积=传播时延(s)*带宽（b/s） 单位是bit

3. 往返时延RTT：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认（接收方收到数据后立即发送确认）

   • RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多
   • RTT包括：
     • 往返传播时延=传播时延*2
     • 末端处理时间

4. 利用率：分为信道利用率和网络利用率

   • 信道利用率 ：有数据通过时间/（有+无）数据通过的时间
   • 网络利用率：信道利用率加权平均值

8、分层结构：协议、接口、服务

1. 为什么要分层结构？

   • 发送文件前要准备的工作：
     1. 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活
     2. 告诉网络如何识别目的主机
     3. 发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常
     4. 发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作了
     5. 确保差错和意外的解决

2. 怎么分层？

   • 分层的基本原则
     1. 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能
     2. 每层之间界面自然清晰，易于理解，项目交流尽可能少
     3. 结构上可分割开。每层都采用最合适技术来实现
     4. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务
     5. 整个分层结构应该能促进标准化工作

3. 正式认识分层结构

   • 实体：第n层中的活用元素称为n层实体，同一场实体叫做对等实体
   • 协议：为进行网络中的对等实体数据交换二建立的规则、标准或约定称为网络协议。（水平）
     • 语法：规定传输数据的格式
     • 语义：规定所要完成的功能
     • 同步：规定各种操作的顺序
   • 接口：(访问服务点SAP):上层使用下层服务的入口
   • 服务：下层为相邻上层提供的功能调用。（垂直）
   • SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据
   • PCI协议控制信息：控制协议操作的信息
   • PDU协议数据单元：对等层次之间传输的数据单位
     

4. 概念总结：

   • 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
   • 计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构
   • 每次遵循某个或者某些网络协议以完成本次功能
   • 计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
   • 第n成在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含有下层服务提供的功能。
   • 仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽
   • 体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件

9、计算机网络分层结构：三种结构

1. 分层结构：7层OSI参考模型 （法定标准）、4层TCP/IP参考模型 （事实标准）、5层体系结构（为了学习方便产生的）

2. 为了解决计算机网络复杂的大问题----->分层结构（按功能）

   目的：支持异构网络系统的互联互通

   国籍标准化组织（ISO）于1984年提出开发系统互连（OSI）参考模型

   OSI参考模型：理论成功，市场失败

3. ISO/OSI参考模型：每层都可以完成特定的功能
   
   
   

   • 物理层：传输介质
   • 对等层次都有协议来规定实现一样的功能

4. 7层OSI：

   分层	作用	典型服务或者功能
   应用层	用户与网络的界面，所有能和用户交互产生网络流量的程序。	文件传输（FTP），电子邮箱（SMTP），万维网（HTTP）
   表示层	用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）	功能一：数据格式转换（像一个翻译官） 功能二：数据加密和解密 功能三：数据压缩和恢复
   会话层	向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。这是会话，也是建立同步（SYN）	功能一：建立、管理、终止会话 功能二：使用校验点可使会话在通信失效时从校验点、同步点据需恢复通信，实现数据同步（适合传输大文件）。 主要协议:ADSP和ASP
   传输层	负责主机两个进程的通信，即端到端的通信，传输单位是报文段或用户数据报	功能一：可靠传输、不可靠传输 功能二：差错控制 功能三：流量控制 功能四：复用分用 （复用：指多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务 分用：运输层会把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程） 主要协议：TCP、UDP
   网络层	主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报	功能一：路由选择(选择最佳路径) 功能二：流量控制 功能三：差错控制 功能四：拥塞控制 （若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，环节这种拥塞） 主要协议：IP 、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF
   数据链路层	主要人物是吧网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层/链路层的传输单位是帧	功能一：成帧（定义帧开始和结束的） 功能二：差错控制 帧错+位错 功能三：流量控制 功能四：访问（接入）控制，控制对信道的访问
   物理层	主要人物是在物理媒介上实现比特流的透明传输。物理层传输单位是比特。 （透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当在链路上传送）	功能一：定义接口特性 功能二：定义传输模式（单工、半双工、双工） 功能三：定义传输速录 功能四：比特同步 功能五：比特编码 主要协议：RJ45、802.3

10、TCP/IP模型&5层参考模型

1. OSI参考模型与TCP/IP参考模型
   

2. OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点

   • 都分层
   • 基于独立的协议栈的概念
   • 可以实现异构网络的互联

3. OSI参考模型与TCP/IP参考模型不同点
   

   • OSI定义三点：服务、协议、接口

   • OSI先出现，参考模型先于协议发明、不偏向特定协议

   • TCP/IP设计之处就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次

   • 	OSI参考模型	TCP/IP参考模型
     网络层	无连接+面向连接	无连接
     传输层	面向连接	无连接+面向连接

     面向连接：面向连接分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。接着当传输完毕，必须释放连接。

     无连接：面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输

4. 五层参考模型：

   1. 综合了OSI和TCP/IP的优点:

      	作用	协议
      应用层	支持各种网络应用	FTP、SMTP、HTTP
      传输层	进程-进程的数据传输	TCP、UDP
      网络层	源主机到目的主机的数据分组路由与转发	IO、ICMO、OSPF等
      数据链路层	把网络层传下来的数据报组装成帧	Ethernet、PPP
      物理层	比特传输

   2. 5层参考模型的数据封装和解封装
      

11、第一章知识总结

标号代表重要程度

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