计算机网络——第一章 互联网、计算机网络性能指标、计算机网络体系结构、TCP/IP体系结构概述

一、互联网

由若干结点和链接这些结点的链路组成。网络中结点有计算机、集线器、交换机和路由器等。网络把多个计算机连接在一起，网络之间在通过路由器互连，便会形成更大的计算机网络，这样的网络称为互联网。

互联网服务提供者ISP（Internet Service Provider）：ISP说白了就是从事商业活动的公司，比如电信，移动，联通等，都称为ISP。ISP可以从互联网管理机构申请很多的IP地址（因为要上网的主机必须每台都要有IP地址），同时拥有通信线路（电信，移动他们自己建造的呗），还有路由器等连网设备，所以你交钱才可以从ISP获取IP地址的使用权，并通过他们接入到互联网。所以上网就是说通过获得某个ISP的IP地址接入互联网。IP地址管理机构不会把一个单个的IP地址分配给单个用户，而是把IP地址有偿租给ISP。

互联网组成：
（1）边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。供用户直接使用，原来进行通信和资源共享。
计算机之间的通信为计算机中的某进程之间进行通信。通信方式有 客户/服务器模式（C/S）和对等方式（P2P）
客户/服务器模式（C/S）：如在网上查找资料时，客户作为请求方，服务器则作为服务器提供方。
对等方式（peer-to-peer）：从本质上依然可看成客户/服务器模式。只是对等连接中的每一台主机既是客户又同时是服务器。
（2）核心部分：有大量网络和连接这些网路的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的。比如为大量的主机提供连通信，使边缘部分的每一台主机第一年够向其他的主机通信。其中起到核心作用的为路由器，也可叫做计算机。
路由器使实现分组交换的关键构件，其任务使转发收到的分组。
路由器工作原理：路由器先收到一个分组，先暂时存储一下，检查其首部，查找转发表，按照首部的地址，找合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器。这样一步一步以存储转发的方式，把分组交给最终的目的主机。各路由器必须经常交换彼此掌握的路由信息，以方便创建和动态维护路由器中的转发表，使得转发表能够在整个网络拓扑结构发生变化时及时更新。通过这样每次只会占用正在传输的链路，而其他链路则会供其他用户占用。

三种交换方式
1、电路交换：如座机电话，即每一台电话到另一端都有一条专用的物理通路，特点时在通话过程中，双方双发始终占用端到端的通信资源，传输效率低。
2、报文交换：整个报文先传到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。
3、分组交换：采用存储转发的方式，将一个报文划分为多个数据段，在每个数据段上加上必要控制信息组成的首部后，就构成了一个分组。分组是在互联网中传送的数据单元。
分组交换的优点
（1）高效：在分组传输过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
（2）灵活：为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。
（3）迅速：以分组做为传送单位，可以不先建立连接就能想其他足迹发送分组
（4）可靠：保证可靠性的网络协议；分布式多路有的分组交换网，使网络有很好的生存性

二、计算机网络性能指标

1、速率：单位时间传送的数据量
2、带宽：某个信号具有的频率宽度。在计算机网络中，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的某信道所能通过的最高数据率，带宽越宽，所传输的最高数据率也越高
3、吞吐量：单位时间内通过某个网络或信道，接口的实际的数据量。
4、时延：
（1）发送时延：有主机或者路由器发送数据帧所需要的时间。=数据帧长度 / 发生数率
（2）传播时延：电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间。=信道长度 / 电磁波在信道上的传输速率。
（3）处理时延 主机或者路由器接收分组时花费的处理时间
（4）排队实验：分组在网络传输中，会经过路由器，路由器要先将分组存储到输入队列中等待处理，在路由器确认接口后，等前面的分组都转发了再依次转发。
所以总的时延为以上四种时延的总和。
5、时延带宽积：=传播时延X带宽。表示在信道传输中发送的第一个比特即将到达终点时此时信道中的所有比特。
6、往返RTT：因为互联网的信息是双向交互的。
7、信道利用率：并非越高越好，好比高速路，车子越多就越拥挤，同样会产生大量的时延。

三、计算机网络体系结构

网络协议的三要素
（1）语法：数据与控制信息的结构或格式
（2）语义：需要发出何种控制信息，完成任何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。（事件发生的顺序）。

分层的好处
（1）各层间独立：不需要知道其他层怎么实现，仅仅需要知道层间提供的接口服务
（2）灵活性：任何一层发生变化时，只要接口处不变则这层以上一下的层都不会受影响。
（3）结构上可分割
（4）易于实现与维护
（5）能促进标准化工作

通信面临的五大基本问题：
（1）差错控制：相应层次对等方的通信更加可靠
（3）流量控制：发送端发送的速率必须使接收端来得及接收
（3）分段与重装：发送端将数据报划分为更小的单位，接收端还原
（4）复用与分用：发送端几个高层次的会话服用一条低层的链接，在接收段再进行分用
（5）连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接，数据结束侯再释放

四、具有五层协议的体系结构

（1）应用层
通过应用进程（进程即计算机中的应用程序）间的交互来完成特定网络应用。应用层协议有：域名系统DNS，支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮电的SMTP协议等。应用层交换的数据单元称为报文
（2）运输层
运输层的任务就是负责两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。“通用”即指多种应用进程可以使用同一个运输层服务。运输层有复用和分用的功能。复用即多个应用程序可同时使用下面运输层的服务，分用则是运输层把收到的信息分别交付给上面应用层的对应进程。
运输层协议：
传输控制协议TCP——提供全面连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段
用户数据报协议UDP——提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），数据传输的单位是数据报。
（3）网络层
负责为分组交互网上的不同主机提供通信服务。发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传递。在TCP/IP体系中网络层使用IP协议因此分组叫IP数据报。网络层的另一个任务是选择合适的路由，使源主机运输层传下来的分组，能通过网络中的路由找到目的主机。
（4）数据链路层
主机之间的数据传输都是在一段一段的链路上传送的，在两个相邻结点之间传递数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传递帧，每一帧包括数据和必要的控制信息（同步信息，地址信息，差错控制信息）。
（5）物理层
比特流的传输。物理层需要考虑多大的电压代表1或者0，以及接收方如何识别发送方发出的比特。

五、TCP/IP体系结构

TCP/IP不是单指TCP，IP这两个协议，而往往是表示互联网所使用的整个TCPIP协议簇。
图中表明现在应用层中的应用程序可以直接使用IP层或者可以直接使用最下面的网络接口层。
TCP/IP协议可以为各种应用提供服务，同时TCP/IP协议也允许在各种网络构成的互联网上运行。