计算机网络第一章
1.概述
本章最重要的内容是：
(1)互联网边缘部分和核心部分的作用，其中包含分组交换的概念。
(2)计算机网络的性能指标。
(3)计算机网络分层次的体系结构，包含协议和服务的概念。
1.1计算机网络在信息时代中的作用
三类大家熟悉的网络：电信网络、有线电视网络、计算机网络。
互联网具有两个特点：连通性和共享(资源共享)
1.2互联网概述
1.2.1网络的网络
计算机网络，由若干结点和连接这些节点的链路组成。
互连网：网络的网络
网络把许多计算机连接在一起，而互联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。
1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段
第一阶段：单个网络ARPANET向互连网发展的过程。
以小写字母i开始的internet(互连网) ，通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络 ，通信协议可以任意选择。
以大写字母I开始的Internet(互联网) ,专用名词，指当前全球 由众多网络相互连接而成的特定互连网，采用TCP/IP协议 ，其前身是美国的ARPANET。
第二阶段：建成了三级结构的互联网
主干网、地区网、校园网
第三阶段：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。(ISP也分为主干ISP、地区ISP、本地ISP 也叫三层ISP结构)
互联网交换点：又称为 IXP，主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组。
1.2.3互联网的标准化工作
制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段：
(1)互联网草案
(2)建议标准
(3)互联网标准
1.3互联网的组成
(1)边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是由用户直接使用的。
(2)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。
1.3.1互联网的边缘部分
这些边缘部分的主机又称为端系统。
首先要明确以下的概念：主机A和主机B进行通信，实际上是指*主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信 *。这可以简称为”计算机之间通信“。
在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：
客户—服务器方式(C/S方式)、对等方式(P2P方式)。
1.C/S方式：
客户和服务器 都是指通信中所涉及的两个应用进程 。
客户是请求服务方，服务器是服务提供方。
客户程序 ：客户程序必须要知道服务器程序的地址
服务器程序 ：1.可同时处理多个远地或本地的客户请求。
2.服务器程序不需要知道客户程序的地址。只需要被动的接收服务请求。
3.客户和服务器的通信关系建立后，通信是可以双向的。
2.对等连接方式：两台主机在通信时，并不区分哪一个是服务请求方和哪一个是服务提供方。P2P本质上依旧可以看成是客户—服务器方式，只不过每台主机既是客户也可以是服务器。
1.3.2互联网的核心部分
在网络核心部分起特殊作用的是路由器 ，它是一种专用计算机 。
路由器是实现分组交换的关键部件 ，其任务是转发收到的分组。
1.电路交换的主要特点：
(1) 建立连接—>通话—>释放连接
(2)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。
(3)其线路的传输效率往往很低。
交换 就是按照某种方式动态地分配传输路线的资源。主叫端到被叫端建立的一条连接，就是一条专用的物理通路。
2.分组交换的主要特点
分组交换采用存储转发 技术。报文 是我们要发送的整块数据，分组就是把要发送的整块数据划分为数据段，再加上一些必要的控制信息 组成的首部 。分组又称为包 ，而首部又可以称为包头。
路由器用来转发分组，即进行分组交换。路由器收到一个分组，先暂时存储一下，检查其首部转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去。在讨论核心部分的路由器转发分组时，，通常把单个的网络简化成一条链路，路由器成为核心部分的节点。
1.4计算机在我国的发展(略)
1.5计算机网络的类别
1.5.1计算机网络的定义
由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的。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。
1.5.2几种不同类别的计算机网络
1.按照网络的作用范围：
(1)广域网WAN
(2)城域网MAN
(3)局域网LAN
(4)个人区域网PAN
2.按照网络的使用者进行分类
(1)公用网
(2)专用网
3.用来把用户接入到互联网的网络
这种网也叫接入网AN
1.6计算机网络的性能
1.6.1计算机网络的性能指标
1.速率 。即数据的传送速率，它也称为数据率或比特率。基本单位：byte。
103=千，106=兆，109=吉，1012=太，1015=拍，1018=艾，1021=泽。
当谈到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率，而非网络上实际运行的速率。
2.带宽
(1)带宽本来指某个信号具有的频带宽度。 ，表示某信道允许通过的信号频带范围就称为该信道的带宽。(通频带)
(2)在计算机网络中，带宽表示网络中某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率 ”。这种意义的带宽的单位 就是数据率的单位bit/s
上述两种表述中，前者为频域称谓 ，后者为时域称谓
3.吞吐量
表示在单位时间内通过某个网络的实际数据量。
4.时延
是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。时延是个很重要的性能指标，它有时也成为延迟或迟延 。
(1)发送时延。 是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，发送时延也叫作传输时延。
(2)传播时延 传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。 发送时延，与传输信道的长度没有任何关系。 传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上，而与信号的发送速率无关，信号传送的距离越远，传播时延越大
(3)处理时延
主机或路由器在处理所收到的分组时所花费的时间。
(4)排队时延
分组在经过网络传输时，要经过许多路由器。分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理 。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。
对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率 。荷载信息的电磁波在通信线路上的传播速率取决于通信线路的材料 ，而与数据的发送速率并无关系。提高数据的发送速率只是减少了发送时延。发送速率和通信信道有关系，我们通常说的光纤信道的传输速率高是指可以以很高的速率向光纤信道发送数据 。其实光纤信道的传播速率相比铜线来说还要低一些。
5.时延带宽积
链路的时延带宽积 又称为以比特位单位的链路长度
时延带宽积=传播时延×带宽
6.往返时间RTT
7.利用率：
信道利用率或网络利用率过高就会产生非常大的时延
1.6.2计算机网络的非性能指标
1.费用
2.质量
3.标准化
4.可靠性
5.可扩展性和可升级性
6.易于管理和维护
1.7计算机网络体系结构
1.7.1计算机网络体系结构的形成
计算机之间要完成通信有许多的工作需要协调，协调也是相当复杂的。ARPANET设计计算机网络时提出了“分层 ”的方法。
TCP/IP协议 最终成为了事实上的国际标准。
1.7.2协议与划分层次
在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。
同步表示在一定的条件下应当发生什么事件，同步含有时序的意思。
这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议
协议主要由以下三个要素 组成
(1)语法
(2)语义
(3)同步。即事件实现顺序的详细说明
分层带来的好处：
(1)各层之间是独立的.
(2)灵活性好。只要接口保持不变，那么各层之间的变化都可以互不影响。
(3)结构上可分割开
(4)易于实现和维护。由于每层都是各司其职的，相比大模块就简化了许多，所以易于实现和维护。
(5)能促进标准化工作
通常情况下，各层所要完成的功能 主要有以下一些：
1.差错控制 使相应层次对等方的通信更加可靠
2.流量控制 发送端的发送速率必须使接收端来得及接收
3.分段和重装 略
4.复用和分用 略
5.连接建立和释放 略
计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构 ，换句话说，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义。
体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。
1.7.3具有五层协议的体系结构
应用层 报文
运输层 TCP协议基本单位 报文段
网络层 数据报
链路层 帧
物理层 比特
(1)应用层
通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则 。这里的进程就是指主机正在运行的程序。应用层交互的数据单元称为报文 ，应用层协议：DNS域名系统、HTTP协议支持万维网应用、SMTP协议支持电子邮件。
(2)运输层
负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。可复用和分用。
传输控制协议TCP，数据基本单位：报文段
用户数据报协议UDP，数据基本单位：用户数据报
(3)网络层
无论在哪一层传送的数据单元，都可笼统地用“分组”来表示。
互联网是由大量的异构网络通过路由器相互连接起来的。互联网使用的网络层是无连接的网际协议IP 和多种路由选择协议。的网络层也叫作网际层或IP层 。
(4)数据链路层(略)
(5)物理层
请注意，传递信息所利用的一些物理传输媒体 ，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等并不在物理层协议之内，而是在物理层协议下面，也叫第0层 。
现在人们所提到的TCP/IP并不一定单指TCP和IP这两个具体的协议，而往往是表示所使用的整个TCP/IP协议族 。
数据在各层之间的传递过程：
对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU
1.7.4实体、协议、服务和服务访问点
实体 ，抽象的表示任何发送或接收消息的硬件或软件进程 。在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块 。
协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
协议是水平的，服务是垂直的 ， 下面的协议对上面的实体是透明的，是无法看见的 。
计算机网络还有一个很重要的特点，必须把所有不利的条件实现都估计到，而不能假设一切都是正常的和非理想的 。并且还必须非常仔细地检查协议能否应对任何一种出现概率极小的异常情况 。