计算机网络Chap1-概述
1. 因特网概述
1.1 区分基本概念
- 网络：计算机网络简称网络。是由若干节点和链接这些节点的链路组成。
- 互联网：互联网是网络的网络。由一些路由器相互连接起来，构成一个覆盖范围更大的计算机网络。
- 因特网Internet：因特网是全球最大的互联网。
1.2 互联网基础结构发展的三个阶段
第一阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展的过程
1983年，TCP/IP协议称为ARPANET的标准协议，所以1983被认为是互联网诞生的事件
第二阶段：三级结构的互联网：校园网 -> 地区网 -> 主干网
第三阶段： 逐渐形成多层次ISP结构的互联网
ISP: Internet Service Provider互联网服务提供者
1.3 互联网的标准化工作
国际性组件互联网协会Internet Society（W-ISOC）：对互联网进行全面管理以及全世界范围内促进其发展和使用。其中又包括
- 互联网工程部
- 互联网研究部
2. 互联网的组成
- 边缘部分：由所有连接在互联网上的主机（端系统）组成，这部分由用户直接使用。在网络边缘部分的端系统之间的通信方式可分为两种：
- 客户-服务器方式（C/S）：Client/Server, 是互联网上最常用的传统的方式，客户端通过地址访问服务器数据。
- 对等方式（P2P）：Peer-to-Peer, 两台主机在通信时并不区分哪个是服务请求方和哪个是服务提供方，只要都运行对等连接P2P软件就可以通信。
- 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。为边缘部分提供服务，使得边缘部分中的任何一台主机能够与其他主机通信。其中起特殊作用的是路由器router，路由是实现分组交换的关键构件，任务是转发收到的分组。
什么是分组交换？
2.1 数据交换的方式
电路交换：适合于数据量很大的实时性传输。
报文交换：不做分组，直接加上目标地址源地址等就开始数据交换
分组交换： 互联网的核心部分采用了分组交换技术。
通常我们把需要发送的完整的数据称为报文message。
发送端：由于完整数据较长，会先将报文划分为一个个更小的等长数据段，在每个数据段前面加上首部（包含了目的地址源地址第几段数据等重要控制信息），就构成了一个分组（包）分别进行发送。
接收端：收到分组后剥去首部还原成报文。
3. 计算机网络的类别
- 按照网络的作用范围进行分类：
- 广域网WAN：Wide Area Network，作用范围通常为几十到几千公里，其任务是长距离比如跨域不同国家运送主机所发送的数据
- 城域网MAN：Metropolitan Area Network，作用的范围一般是一个城市
- 局域网LAN：Local Area Network，作用的范围一般是1公里左右
- 个人区域网PAN：Personal Area Network，范围很小，大约在10米左右
- 按照网络的使用者进行分类：
- 公用网： 按规定缴纳费用的人都可以使用的网络
- 专用网：为特殊业务工作的需要而建造的网络
4. 计算机网络的性能指标
性能指标从不同的方面来度量计算机网络的性能。常用的性能指标如下：
速率： 数据的传送速率，单位是bit/s、kbit/s、Mbit/s、Gbit/s
速率往往是指额定速率或标称速率，而非实际运行速率
带宽：表示单位时间内网络中的某信道能通过的最高数据率
吞吐量：表示在单位时间内通过某个网络的实际数据量
时延：指数据（一个报文或者是分组甚至是比特）从链路的一段到另一端需要的时间。其中，网络的时延是由以下几个不同的部分组成的：
发送时延：是指主机或者路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起到该帧的最后一个比特所需的时间。类比火车完整的从火车站开出去的时间~
发送时延 = 数据帧长度（bit）/ 发送速率（bit/s)
传播时延：在传播过程中需要花费的时间。
传播时延 = 信道长度 / 信号在信道上传播的速率
处理时延： 主机或者路由器在收到分组时需要花费一定的时间进行处理，比如分析分组的首部、提取数据、查找转发表等，所花费的时间
排队时延： 在分组进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。
时延带宽积：传播时延 * 带宽。时延代表了管道（链路）的长度，而带宽代表了管道的宽度，时延带宽积就代表了管道的体积，表示这样的链路可以容纳多少个比特
往返时间RTT：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认的时间，也就是双向交互一次的时间。
利用率：
- 信道利用率：百分之几的时间是被利用的
- 网络利用率：全网络的信道利用率加权平均
5. 计算机网络体系结构
5.1 OSI/RM
为了使不同体系结构的计算机网络互联，国际标准化组织ISO提出了试图在全世界范围内的标准框架即开放系统互联基本参考模型OSI/RM（OSI）（Open Systems Interconnection Reference Model）。
但OSI只获得了理论研究的成果却在市场化方面失败了。
同时，法律上的非国际标准TCP/IP却获得了最广泛的应用，被称为事实上的国际标准
5.2 协议
协议：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）
5.3 计算机网络体系结构
计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。
5.4 具有五层协议的体系结构
OSI七层协议体系结构：概念清楚，理论完整但是复杂不实用
TCP/IP四层体系结构：实用但是最下面的网络接口层并没有具体内容
结合OSI和TCP/IP的优点的五层协议的体系结构：每层简要介绍如下，后面的章节会展开
应用层application layer：应用层任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议是应用进程间通信和交互的规则，对于不同的网络应用需要不同的应用层协议，e.g.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。
应用进程数据先传送到应用层，加上应用层首部，称为应用层协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)
运输层transport layer：运输层任务是向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。传输层协议主要为传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP
- 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。
- 用户数据报协议UDP：User Datagram Protocol，提供无连接的尽最大努力的数据传输服务
应用层PDU传送到运输层，加上运输层的首部，称为运输层报文
网络层network layer（IP层）：网络层任务是为分组交换网上的不同主机提供通信服务。互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议IP和许多路由选择协议。
传输层报文传送到网络层，加上网络层的首部，称为IP数据报（或分组）
数据链路层data link layer（链路层）
IP数据报传送到数据链路层，加上链路层的首部和尾部，称为数据链路层帧
物理层physical layer（链路层）：在物理层数据传输的单位是比特，物理层要考虑用多大的电压表示1或者0
数据链路层帧传送到物理层，最下面的物理层把比特流传送到物理媒体
电信号（或光信号）在物理媒体中传播，从发送端物理层传送到接收端物理层
物理层接收到比特流，上交给数据链路层
数据链路层剥去帧首部和帧尾部，取出数据部分，上交给网络层
网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层
运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层
应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程
