计算机网络学习知识点-概述
本章重点：
(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的作用
三类网络：电信网络、有线电视网络、计算机网络
20世纪90年代以后，以Internet为代表的计算机网络得到了飞速的发展
Internet译名：
(1)因特网
(2)互联网
互联网的两个重要基本特点：
(1)连通性：所谓连通性，就是互联网使上网用户之间，不管相距多远，都可以非常便捷、非常经济地交换各种信息，好像这些用户终端都彼此直接连通一样。
(2)共享：所谓共享就是指资源共享。
1.2互联网概述
计算机网络：由若干结点（node）和连接这些节点地链路（link）组成。网络中地节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。
网络之间还可以通过路由器互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。这样的网络称为互连网(internetwork 或 internet)。因此互连网是“网络的网络(network of networks)”
网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。与网络相连地计算机常称为主机。
互联网的基础结构发展的三个阶段：
(1)第一阶段从单个网络ARPNET向互连网发展的过程。
1983年TCP/IP协议称为ARPNET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网互相通信，因而人们就把1983年作为互联网诞生时间。
internet(互连网)是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。在这些网络之间的通信协议可以任意选择，不一定要使用TCP/IP协议。
Internet(互联网，或因特网)则是一个专用名词，它是指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定的互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPNET。
(2)第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网。
(3)第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。
ISP（Internet Service Provider）:互联网服务提供者，或互联网服务提供商。
IXP（Internet eXchange Point）:互联网交换点
互联网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究所CERN开发的万维网WWW(World Wide Web)被广泛使用在互联网上。
互联网的标准化工作：
互联网协会：Internet Society，简称为ISOC
ISOC下面有一个技术组织叫做互联网体系结构委员会IAB(Internet Architecture Board)。
IAB下面设有两个工程部：(1)互联网工程部IETF（Internet Engineering Task Force）(2)互联网研究部IRTF（Internet Research Task Force）。
RFC(Request For Comments):请求评论
1.3互联网的组成
从工作方式分类：
(1)边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。
(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（提供连通性和交换）。
互联网的边缘部分：
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）和对等方式（P2P方式）。
(1)客户-服务器方式
这种方式在互联网上是最常用的，也是传统的方式。客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
(2)对等连接方式
对等连接（peer-to-peer，简写为P2P）是指两台主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。
互联网的核心部分：
网络核心部分是互联网中最复杂的部分。在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router），它是一种专用计算机（但不叫作主机）。路由器是实现**分组交换（packet switching）**的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。
从通信资源地分配角度来看，**交换（switching）**就是按照某种方式动态地分配传输线路地资源。
(1)电路交换
电路交换：这种必须经过 建立连接（占用通信资源）->通话（一直占用通信资源）->释放连接（归还通信资源） 三个步骤的交换方式。
特点：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。
(2)分组交换
分组交换采用存储转发技术。通常我们把要发送的整块数据称为一个报文（message)，在发送报文之前，先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部（header）后，就构成了一个分组（packet）。分组又称为“包”，分组的首部也可以称为“包头”。分组是在互联网中传送的数据单元。
| 分组交换的优点 | |
|---|---|
| 优点 | 所采用的手段 |
| 高效 | 在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用 |
| 灵活 | 为每一个分组独立地选择最合适地转发路由 |
| 迅速 | 以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组 |
| 可靠 | 保证可靠地网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络由很好的生存性 |
分组交换带来的问题：
(1)分组在各路由器存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
(2)各分组必须携带的控制信息造成了一定的开销。
1.4计算机网络的类别
计算机网络的定义：计算机网络主要是由一些通用的、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。
分类：
1.按照网络的作用范围进行分类
(1)广域网WAN（Wide Area Network）
(2)城域网MAN（Metropolitan Area Network）
(3)局域网LAN（Local Area Network）
(4)个人区域网PAN（Personal Area Network）
2.按照网络的使用者进行分类
(1)公用网（public network）
(2)专用网（private network）
3.用来把用户接入到互联网的网络
接入网AN（Access Network），又称本地接入网或居民接入网
1.5计算机网络的性能
性能指标：
1.速率
比特（bit）:binary digit，意思是一个“二进制数字”。
需要注意的是，当提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率，而并非网络实际上运行的速率。
网络技术中的速率指的是数据的传送速率，它也称为数据率（data rate）或比特率（bit rate）。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标。单位是bit/s（比特每秒）（或b/s，有时也写为bps，即bit per second）。
2.带宽（bandwidth）
(1)带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率所占据的频率范围。这种意义的带宽的单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫）。
(2)在计算机网络中，带宽用来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某信道所能通过的“最高数据率”。这种意义的带宽的单位是数据率的单位bit/s，是“比特每秒”。
在带宽的上述两种表述中，前者为频域称谓，后者为时域称谓，其本质是相同的。也就是说，一条通信链路的“带宽越宽”，其所能传输的“最高数据率”也越高。
3.吞吐量
吞吐量（throughput）表示在单位时间内通过某个网络的实际的数据量。
4.时延
时延（delay或latency）是指数据（一个报文或分组，甚至比特），从网络（或链路）的一段传送到另一端所需的时间。有时也称为延迟或迟延。
网络中的时延是由以下几个不同的部分组成的：
(1)发送时延。发送时延（transmission delay）是主机或路由器发送数据帧需要的时间。
发送时延 = 信道长度（m）/ 电磁波在信道上的传播速率（m/s）
(2)传播时延。传播时延（propagation delay）是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
传播时延 = 信道长度（m） / 电磁波在信道上的传播速率（m/s）
电磁波在信道上的传播速率（m/s）= 3.0 * 10^5 km/s
发送时延发生在机器内部的发送器中（一般就是发生在网络适配器中），与传输信道的长度（或信号传送的距离）没有任何关系。
而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，传播时延就越大。
还有两种时延也许考虑：处理时延、排队时延。
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
5.时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
6.往返时间RTT
在许多情况下，互联网上的信息不仅仅是单向传输而是双向交互的。
7.利用率
利用率有信道利用率和网络利用率两种。
信道利用率是指某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。
网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值。
信道利用率并非越高越好。信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。
非性能特征：
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
1.6计算机网络体系结构
网络协议（network protocol）：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。可简称为协议。
网络协议由以下三个要素组成：
(1)语法。即数据与控制信息的结构或格式。
(2)语义。即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
(3)同步。即事件实现顺序的详细说明。
计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构
具有五层协议的体系结构：
TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层。
(1)应用层（application layer）
应用层的任务是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。应用层协议如：域名系统DNS，支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，等等。
(2)传输层（transport layer）
运输层的任务就是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。
传输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面的运输层的服务，分用是把运输层收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
运输层主要使用以下两种协议：
传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）：提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段（segment）
用户数据包协议UDP（User Datagram Protocol）：提供无连接的、尽最大努力（best-effort）的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据报。
(3)网络层（network layer）
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机传输层所传下来的分组，能够通过网络中的路由器找到目的主机。网络层也叫网际层或IP层。
网络层使用IP协议，因此分组也叫IP数据报，或简称为数据报。
(4)数据链路层（data link layer）
数据链路层常简称为链路层。
(5)物理层（physical layer）
TCP/IP的体系结构：