计算机网络湖科大版基础01
最近又在快速复习计算机网络，所以对着湖科大版的计算机网络课程回顾一遍，具体笔记与课程进度一致
目录
1.1因特网概述
1.2互联网发展
1.3因特网的标准化工作
1.4因特网三种交换方式
1.5计算机网络分类：
1.6计算机网络性能指标
1.7网络体系结构
1.8网络专用术语
1.1因特网概述
网络是由若干节点和连接节点的链路组成的。
多个网络还可以通过路由器等连接起来，组成互联网，故互联网也可以称为“网络的网络”
因特网（Internet）是世界上最大的互联网
Internet和internet的区别：Internet是专有名词，表示的就是因特网，全球最大的互联网；internet是指互联网，是一个通用名词，泛指多个计算机交互连接而成的网络
1.2互联网发展
1969年美国ARPANET第一个分组交换网，1983年TCP/IP协议称为ARPANET的标准协议
1985年逐步构建而成三级结构的因特网，1991因特网转由私人公司经营
1994年万维网www技术促使因特网迅速发展，逐步形成了多层次的ISP结构的因特网
ISP（中文名：因特网服务提供者，全称：Internet Service Provider）:ISP可以向因特网管理机构申请成块的IP地址，企业或这个人可以花钱就可以得到IP地址。而中国的ISP主要是中国电信、中国联通、中国移动（还有中国科技网、中国教育和科研计算机网）
ISP三层结构：
第一层ISP，可以覆盖国际性区域又被称为主干网，第一层ISP之间直接互联
第二层ISP，为第一层ISP的客户，可以覆盖区域性或国家性网络，少数与第一层ISP相连接
第三层ISP，又称本地ISP，是第二层ISP用户，其用户群体为校园网、企业网等
1.3因特网的标准化工作
因特网制定标准面向大众，所有RFC技术文档都可以从官网下载
因特网协会ISOC是国际性非盈利组织，负责对因特网进行全面管理
1.4因特网三种交换方式
电路交换：电话交换机接通电话线的方式称为电路交换，从资源分配的角度来看，交换就是按照某种方式动态的分配传输线路的资源。
共三个步骤：1、建立连接（分配通信资源）2、通话（一直占用资源）3、释放连接（归还通信资源）
分组交换：对所需要传输的数据进行分组，每个分组前添加一个首部（头：里面存储了一些信息，如目的地地址等），每个分组称为包，每个包经过若干个分组交换机转发后，抵达目的地，目的主机会将每个包的头去掉，重新拼接成一个完整的数据。
分组交换特点：1）将一整个数据分成小分组来分别传输 2）每个组经过的路径可能不同 3）由于每个组经过的路径可能不相同，所以分组之间抵达目的地的顺序与发送时的顺序可能不一致 4）可能存在分组在转发的过程中丢失，导致数据不完整 5）发送的时候不是只发送一次，所以可能出现重复收到分组的情况
发送方：构造分组和发送分组 路由器：缓存分组和转发分组（存储转发） 接收方：接受分组和还原报文
报文交换：与分组交换类似，但是报文交换将整个报文一次性全部转发不分组，所以对存储转发的中间节点内存要求很高。现不常见，逐渐被分组交换取代
三种交换方式优缺点
电路交换优点：通信时延小，有序传输，没有线路冲突，适用范围广，实时性强，控制简单
电路交换缺点：连接时间长，线路独占使用效率低，灵活性差，难以规格化
报文交换优点：无需建立连接，动态分配线路，提高线路可靠性，提高线路利用率，提供多目标服务
报文交换缺点：转发时延大，需要节点拥有较大的缓存空间，需要传输额外的信息量
分组交换优点：无需建立连接，线路利用率高，简化了存储原理，加速传输，减少出错率和重发数据量
分组交换缺点：引起转发时延，需要传输额外的信息量，对数据报服务，存在失序丢失或重复分组的问题，对于虚电路服务，存在呼叫建立，数据传输和电路释放三个过程
1.5计算机网络分类：
按照交换技术分类：电路交换网络，报文交换网络，分组交换网络
按照使用者分类：公用网，专用网
按照传输介质分类：有线网络，无线网络
按照覆盖范围分类：广域网WAN，城域网MAN，局域网LAN，个域网PAN
按照拓扑结构分类：总线型，星型，环型，网状型
总线型：构建简单，但是负载压力大，效率不高，一个节点出现问题会导致整个网络瘫痪
星型：便于网络的集中控制与管理，但成本高，且中央设备对故障敏感负载压力大
环型网络：可以是单环也可以是双环，环中信号是单向传输的，与总线型问题一致
网状网络：可靠性高，但是控制复杂，线路成本高
1.6计算机网络性能指标
常见的八个性能指标：速率，带宽，吞吐量，时延，时延带宽积，往返时间，利用率，丢包率
数据基础：bit中文名比特又称位，指二进制中的一个0或者1所占的大小
byte中文名字节又称字，8bit=1byte，其中日常中小写b代表bit，大写B代表byte
KB=210B，MB=210KB,GB=210MB，TB=210G，在计算机领域所说的1K一般指2^10即1024
即大写的K表示2^10，而小写的k表示1000，故应当及时区分K和k
但是在涉及硬件存储时，用GB表示的存储实际为GiB,此时的GiB的含义与上述的GB相同都是以2为底的，GB则是以10为底的，例：在硬件存储领域中，1GB=109B,但是GiB=230B。例如：
买入了一块标识512GB的固态硬盘，实际存储空间为476.6GiB，也就是我们常说的476.6GB
速率：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率，也称比特率或数据率，常用单位有：bit/s(b/s,bps其中bps用的最多)，kb/s中的k表示103，而Mb/s中的M表示106，Gb/s中的G表示10^9，虽然大写但是表示的是10为底的数
带宽：用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，表示单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的最高数据率（最高速率），所以单位与速率单位一致
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，吞吐量可以用于现实网络的测量，受到网络的带宽和额定速率的限制
时延：在英文教材中分为四种：处理时延，排队时延，传输时延，传播时延；但是在部分中文教材中分成了三种：发送时延（传输时延），传播时延，处理时延（排队时延+处理时延）。将排队时延和传输时延综合成处理时延
传输时延（发送时延）：每个分组（包）在经过路由器或者主机时所需要的时间， 计算公式为：分组长度L/传输速率R 多为毫秒到微秒量级
传播时延：电磁波通过某条信道所需要的时间， 计算公式为：信道长度/电磁波传输速率（电磁波传输速率一般为光速） 多为毫秒量级
处理时延：主机或者路由器收到分组后需要需要花费一定的时间进行解析处理，分析差错分析首部和选择合适的路由等，这就造成了时延。 多为微秒或者更小量级
排队时延：分组进入路由器后不是立即转发的，而是在路由器中缓存排队等待前面的分组被发送，而这段时间就造成了排队时延。 多为毫秒和微秒量级
对于数据传输，虽然数据很快但是对于非常大的数据，直接空运硬盘是最快的选择
时延带宽积：传播时延与带宽的乘积 若将传播时延看成一段管道的长度，带宽看作管道的截面积，那么时延带宽积则是这段管道的体积 若发送端连续发送数据，则在发送的第一个bit即将到达终点时，已发送的数据为时延带宽积个bit 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度
往返时间：从源主机发送信号到目的主机，目的主机接收信号后再返回到源主机所用的时间
因特网上的信息大多为双向交互，所以信息在双方往返一次的时间RTT（Round-Trip Time）是一个重要的性能指标
利用率：分为信道利用率和网络利用率
信道利用率：表示某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）
网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均
根据排队理论，当某信道利用率增加时，该信道引起的时延也会迅速增加；因此信道利用率并不是越高越好，但也不能太低造成资源浪费
如果D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么再适当的假定条件下可以利用下列公式来表示D0、D和利用率U之间的关系：D=D0/(1-U)，很显然这是一条U=1为渐近线的双曲线的一支，可以得到在U=50%时，时延翻倍，利用率接近100%时接近无穷大
丢包率：分组的丢失率，是指在一定时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。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
丢包主要有两种情况：1）分组在传输过程中出现误码，被结点丢弃 2）分组到达一个队列已满的结点从而被丢弃，在通信量较大的时候可能造成网络拥塞
因此丢包率可以反应网络的拥塞情况：无拥塞时0%，轻度为1%-4%，重度时为5%-15%
1.7网络体系结构
OSI体系结构（七层）自顶向下为：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层
常用的体系结构（五层）自顶向下为：应用层、运输层、网络层、数据链路层、物理层
TCP/IP体系结构（四层）自顶向下为：应用层、运输层、网际层、网络接口层
各层对应的协议：
用户之间在实际通信的时，实际数据传输是依次自顶向下逐渐加包，自底向上逐渐解包的过程
A向B发送了一份数据，数据在应用层时被添加了一份应用层协议报文头，之后被传递给运输层，抵达运输层后该数据被添加了一份运输层协议报文头后被传递给网络层，抵达网络层后该数据被添加了一份网络层协议报文头后被传递至数据链路层，抵达数据链路层后该数据会在首尾部各添加一个报文使其称为帧，而后被送至物理层。帧在物理层被添加一个前导码，然后在物理层中被传输至某个路由，后被路由解析转发后抵达目的主机物理层。目的主机物理层将前导码解析后去掉前导码并传递至数据链路层，数据链路层将帧首尾部解析后去掉首尾部并传递至网络层，抵达网络层后其中的网络层协议报文头被解析后被去除，数据被传递至运输层，运输层解析运输层协议报文头后将其去除并传递给应用层，应用层将应用层协议报文头解析并去掉后得到来自A的原始数据。至此一个完整的数据传输过程在五层结构下得到了充分体现。
发送数据自顶向下依次添加不同的报文头，而接收数据自底向上会依次去除不同的报文头，整个过程如同寄信收信封装信封和拆除信封的过程。
这里借用别的大佬的一张图片，具体链接如下计算机网络——分层的体系结构（OSI模型/五层协议栈）_计算机网络分层结构_Unstoppable~~~的博客-博客
1.8网络专用术语
分为三类：实体、协议、服务
实体：任何可以发送或接收消息的硬件或软件进程
对等实体：收发双方相同层次中的实体，如：网络层实体对网络层实体时对等实体
协议：两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合
协议三要素：语法（定义通信双发所交换信息的格式）、语义（定义收发双方所要完成的操作）、同步（定义收发双方的时序关系）
服务：在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑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。实体看得到相邻下层所提供的服务，但是不知道实现该服务的具体协议。下层协议对上层实体是“透明的”（就是看不见）
服务访问点：在同一系统中，相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用以区分不同的服务类型
服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令就是服务原语
协议数据单元PDU（中文名：协议数据单元，全称：Protocol Data Unit）：对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元
对应五层自顶向下的PDU名称：
应用层（报文message），运输层（TCP报文段segment或UDP用户数据报datagram）， 网络层（IP数据报或分组packet），数据链路层（帧frame），物理层（比特流bit stream）
服务数据单元SDU（中文名：服务数据单元，全称：Service Data Unit）：同一系统内，上下层之间进行交换的服务数据单元，是本层接收到来自上层的未处理和封装的数据。
还是借大佬一张图，链接如下计算机网络中的PDU与SDU_计算机网络sdu全称_abtgu的博客-博客
一句话：本层的PDU为下层的SDU，下层的SDU为上层的PDU。其中一个SDU可以分成若干个PDU，一个PDU也可以分成若干个SDU
第一章到这里就结束了，第二章可以看我接下来的更新