學習《計算機網(wǎng)絡》第八版
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第一章 概論
本章重要內(nèi)容
（1）互聯(lián)網(wǎng)邊緣部分和核心部分的作用，分組交換的概念。
（2）計算機網(wǎng)絡的性能指標
（3）計算機網(wǎng)絡分層次的體系結構，包含協(xié)議和服務的概念
互聯(lián)網(wǎng)概述：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡
計算機網(wǎng)絡由若干節(jié)點和連接這些節(jié)點的鏈路組成。網(wǎng)絡中的節(jié)點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。多個網(wǎng)絡通過路由器連接起來，構成一個更大的網(wǎng)絡，這樣的網(wǎng)絡稱為“互聯(lián)網(wǎng)”。（網(wǎng)絡的網(wǎng)絡）
互聯(lián)網(wǎng)的組成：兩大塊
（1）邊緣部分：由所以連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機組成。用戶可以直接使用，用來傳送數(shù)據(jù)、音頻、視頻和資源共享
（2）核心部分：由大量網(wǎng)絡和連接這些網(wǎng)絡的路由器組成。為邊緣部分提供連通性和交換。
（3）邊緣部分：端系統(tǒng)及端系統(tǒng)間的通信方式
端系統(tǒng)
位于互聯(lián)網(wǎng)邊緣部分，連接上互聯(lián)網(wǎng)的所有主機稱為端系統(tǒng)。（端系統(tǒng)可以是手機、個人電腦、大型計算機即服務器等）。端系統(tǒng)之間的進程有兩種通信方式：客戶-服務器方式和對等方式。
客戶-服務器方式（C/S方式）
①客戶是服務請求方，服務器是服務提供方。
②客戶程序的特點
????1）被客戶調(diào)用后運行,在通信時主動向遠地服務器發(fā)起通信（請求服務）。因此，客戶程序必須知道服務器的地址。
????2）不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統(tǒng)。
③服務程序的特點
????1)? ? 是一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。
????2） 系統(tǒng)啟動后即一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此，服務器程序不需要知道客戶程序的地址。
????3）一般需要有強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。
對等方式（P2P方式）
對等連接是指兩臺主機在通信時，不區(qū)分哪個是服務請求方，哪一個是服務提供方。
（4）核心部分：分組交換
????①分組交換：
????分組交換采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術。把要發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)稱為一個報文；在發(fā)送之前，把較長的報文劃分為一個個更小的的等長數(shù)據(jù)段；在每一個數(shù)據(jù)段前面，加上一些必要的控制信息組成的首部，這樣就構成了一個分組。
????首部包含了目的地址和源地址等重要控制信息，路由器通過首部將每一個分組獨立傳輸?shù)秸_的終點。
????②分組交換的優(yōu)點
????1）高效：在分組傳輸?shù)倪^程中動態(tài)分配傳輸寬帶，對通信鏈路逐段占用。
????2）靈活：為每一個分組獨立地選擇最合適的轉(zhuǎn)發(fā)路由器
????3）迅速：以分組作為傳送單位，不先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組
????4）可靠：保證可靠性的網(wǎng)絡協(xié)議：分布式多路由的分組交換網(wǎng)，使網(wǎng)絡有很好的生存性。
????③分組交換的缺點
????1）分組在各路由器存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。
????2）各分組必須攜帶的控制信息也造成了一定的開銷。
計算機網(wǎng)絡的類別
按照網(wǎng)絡的作用范圍進行分類
（1）廣域網(wǎng)WAN（幾十到幾千公里）
（2）城域網(wǎng)MAN（5~50公里
（3）局域網(wǎng)LAN（1公里）
（4）個人區(qū)域網(wǎng)PAN（10米）
按照網(wǎng)絡的使用者進行分類
（1）公用網(wǎng)：公司使用
（2）專用網(wǎng)：特殊單位
用來把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡
????接入網(wǎng)AN（本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)）
計算機網(wǎng)絡的性能：7大性能指標
速率
速率是計算機網(wǎng)絡中最重要的性能指標。
速率是數(shù)據(jù)的傳送速率，單位是 bit/s，有時也寫為 bps。
1G 速率是 1Gbit/s 而不是 1Gbyte/s。
帶寬有兩種意義：
某個信號具有的頻帶寬度，是一個赫茲范圍。表示某信道允許通過的信號頻帶范圍就稱為該信道的帶寬。是頻域稱謂。
計算機網(wǎng)絡中，帶寬表示網(wǎng)絡中某通道傳送數(shù)據(jù)的能力，網(wǎng)絡帶寬表示單位時間內(nèi)網(wǎng)絡中的某信道所能通過的最高數(shù)據(jù)率，單位是 bit/s。是時域稱謂。
吞吐量
吞吐量表示單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡的實際的數(shù)據(jù)量。
吞吐量受網(wǎng)絡的帶寬或額定速率的限制。
時延
時延是數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡的一端傳送到另一端所需的時間。
網(wǎng)絡中的時延由以下幾個不同的部分組成：
發(fā)送時延：主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需的時間，即從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特到最后一個比特發(fā)送完畢的時間，也叫傳輸時延。
計算公式：發(fā)送時延 = 數(shù)據(jù)幀長度/發(fā)送速率。
發(fā)送速率越快，發(fā)送時延越低。
傳播時延：傳播時延是電磁波在信道中傳播一定的距離花費的時間。
計算公式：傳播時延=信道長度 / 電磁波在信道上的傳輸速率。
電磁波在網(wǎng)絡中的傳輸速率比真空中低，在銅線中為 2.3 億米每秒，在光纖中是 2 億米每秒。
距離越長，傳輸時延越長。
處理時延：主機或路由器在收到分組時要花費時間處理數(shù)據(jù)，如分析分組的首部，從分組中提取數(shù)據(jù)部分，差錯檢驗等等。
排隊時延：分組在經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸時要經(jīng)過許多路由器，要在路由器中排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)。
網(wǎng)絡的通信量越大，排隊時延越長。
總時延 = 發(fā)送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延。
時延帶寬積
時延帶寬積 = 傳播時延 * 帶寬。
時延帶寬積表示的是一個管道的體積，表示這個鏈路可容納的比特，或者說同一時刻正在鏈路上傳送的數(shù)據(jù)。
往返時間RT
A 向 B 發(fā)數(shù)據(jù)后需要收到 B 發(fā)回的確認信息才會繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，A 發(fā)完數(shù)據(jù)后等待確認信息的時間就是往返時間（RTT）。
有效數(shù)據(jù)率 = 數(shù)據(jù)長度 / ( 發(fā)送時間 + RTT )。
在互聯(lián)網(wǎng)中，往返時間還包括各中間結點的處理時延、排隊時延和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時的發(fā)送時延等。使用衛(wèi)星通信時，往返時間會比較長，是很重要的指標。
利用率：信道利用率和網(wǎng)絡利用率：
信道利用率：信道有百分之多少的時間是被利用的，即有數(shù)據(jù)通過。
網(wǎng)絡利用率：全網(wǎng)絡的信道利用率的加權平均值。
信道利用率并非越大越好，當利用率增大時，信道引起的時延也會迅速增加。
D1?為網(wǎng)絡空閑時的時延，則網(wǎng)絡當前時延 D 和利用率 U 之間的關系為： D = D1?/ (1 - U）。當利用率 U 達到 0.5 時，時延就要加倍。利用率接近 1 時，時延會趨于無窮。
計算機網(wǎng)絡體系結構
協(xié)議與分層
網(wǎng)絡協(xié)議（簡稱協(xié)議）是為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定。
網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)定了網(wǎng)絡中交換的數(shù)據(jù)的格式和有關的同步問題。
協(xié)議主要由三個要素組成：
語法：數(shù)據(jù)與控制信息的結構或格式
語義：需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應
同步：時間實現(xiàn)順序的詳細說明
網(wǎng)絡協(xié)議是分層的，分層的好處：
1.各層之間互相獨立。某一層并不知道另一層是如何實現(xiàn)的，只知道接口。
2.靈活性好。只要接口不變，一層發(fā)生變化不影響另一層。
3.結構上可分割開。
4.易于實現(xiàn)和維護。
5.能促進標準化工作。
各層需要完成的工作包括一下的一種或多種：
1.差錯控制。使通信更加可靠。
2.流量控制。發(fā)送端的發(fā)送速率必須使接收端來得及接受，不能太快。
3.分段和重裝。發(fā)送端將數(shù)據(jù)分塊，接收端還原。
4.復用和分用。發(fā)送端幾個高層會話復用一條低層的連接，在接收端再進行分用。
5.連接建立和釋放。交換數(shù)據(jù)前先建立一條邏輯連接，數(shù)據(jù)傳送結束后再釋放。
計算機網(wǎng)絡的各層及其協(xié)議的集合就是網(wǎng)絡的體系結構。
具有五層協(xié)議的體系結構
TCP/IP 是個四層的體系結構，包含應用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡接口層。
1.應用層
任務：通過應用進程間的交互來完成特定網(wǎng)絡應用。
應用層協(xié)議定義的是應用進程間通信和交互的規(guī)則。進程即主機中正在運行的程序。
互聯(lián)網(wǎng)中的應用層協(xié)議有域名系統(tǒng) DNS，支持萬維網(wǎng)應用的 HTTP 協(xié)議，支持電子郵件的SMTP 協(xié)議等。
應用層交互的數(shù)據(jù)單元稱為報文。
2運輸層
任務：負責向兩臺主機中進程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務。應用層利用該服務傳輸應用層報文。
運輸層有復用和分用的功能。因為一臺主機有多個進程，復用就是多個應用層進程可同時使用下面運輸層的功能。
運輸層主要使用兩種協(xié)議：
傳輸控制協(xié)議 TCP：提供面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇?span id="s0sssss00s" class="color-lblue-02">報文段。
用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 UDP：提供無連接的、盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務，不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇?span id="s0sssss00s" class="color-lblue-02">用戶數(shù)據(jù)報。
3.網(wǎng)絡層
任務：為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務；選擇合適的路由。
發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡層把運輸層產(chǎn)生的報文段或用戶數(shù)據(jù)報封裝成分組或包進行傳送。
TCP/IP 體系中，網(wǎng)絡層使用 IP 協(xié)議，因此分組也叫 IP 數(shù)據(jù)報，或簡稱數(shù)據(jù)報，但注意這與用戶數(shù)據(jù)報不同。
互聯(lián)網(wǎng)使用無連接的網(wǎng)際協(xié)議 IP。
4.數(shù)據(jù)鏈路層
任務：將網(wǎng)絡層交下來的 IP 數(shù)據(jù)報組裝成幀，在兩個相鄰結點的鏈路上傳送幀。
每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息（包括同步信息、地址信息、差錯控制等）。
5.物理層
物理層傳輸?shù)膯挝皇?strong>比特。
上圖中為主機1的 AP1 進程向主機2 的 AP2 進程間傳送數(shù)據(jù)的過程。
①第5層、第4層、第3層分別為數(shù)據(jù)加上了屬于本層的控制信息，都位于首部。
②第2層的控制信息分為兩部分加到了首部和尾部。
對等層次間的數(shù)據(jù)單位稱為該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。
在路由器中，分組上升到第3層，過程中每一層都根據(jù)控制信息進行必要的操作并將該控制信息剝?nèi)?。在第三層根?jù)首部中的目的地址查找路由器中的轉(zhuǎn)發(fā)表，找出轉(zhuǎn)發(fā)分組的接口，然后依次加上新的控制信息下降到第1層，將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
理解：上圖可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)際層的控制信息用于整個網(wǎng)絡；而鏈路層的控制信息僅用于兩個節(jié)點之間；路由器只到第3層。
實體、協(xié)議、服務和服務訪問點
實體：表示可發(fā)送或可接收信息的硬件或軟件進程。
協(xié)議：是控制兩個對等實體間進行通信的規(guī)則的集合。
服務：在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。要實現(xiàn)本層協(xié)議，也需要下一層提供的服務。
上層使用下層提供的服務必須通過與下層交換一些命令，即服務原語。
服務訪問點：同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實體交互的地方，實際上就是一個邏輯接口。
TCP/IP的體系結構
