计算机网络概述

1 网络的网络

网络把主机连接起来，而互联网是把多种不同的网络连接起来，因此互联网是网络的网络。

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2 ISP

互联网服务提供商 ISP 可以从互联网管理机构获得许多 IP 地址，同时拥有通信线路以及路由器等联网设备，个人或机构向 ISP 缴纳一定的费用就可以接入互联网。

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目前的互联网是一种多层次 ISP 结构，ISP 根据覆盖面积的大小分为第一层 ISP、区域 ISP 和接入 ISP。
互联网交换点 IXP 允许两个 ISP 直接相连而不用经过第三个 ISP。

3 主机之间的通信方式

客户-服务器（C/S）：客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。
对等（P2P）：不区分客户和服务器。

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4 电路交换与分组交换

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（以上分别为：电路交换、报文交换以及分组交换）

4.1 电路交换

电路交换用于电话通信系统，两个用户要通信之前需要建立一条专用的物理链路，并且在整个通信过程中始终占用该链路。由于通信的过程中不可能一直在使用传输线路，因此电路交换对线路的利用率很低，往往不到 10%。

4.2 报文交换

报文交换用于邮局通信系统，邮局接收到一份报文之后，先存储下来，然后把相同目的地的报文一起转发到下一个目的地，这个过程就是存储转发过程。

4.3 分组交换

分组交换也使用了存储转发，但是转发的是分组而不是报文。把整块数据称为一个报文，由于一个报文可能很长，需要先进行切分，来满足分组能处理的大小。在每个切分的数据前面加上首部之后就成为了分组，首部包含了目的地址和源地址等控制信息。

存储转发允许在一条传输线路上传送多个主机的分组，也就是说两个用户之间的通信不需要占用端到端的线路资源。

相比于报文交换，由于分组比报文更小，因此分组交换的存储转发速度更加快速。

5 时延

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

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• 发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间。
• 传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间，电磁波传播速度接近光速。
• 处理时延：主机或路由器收到分组时进行处理所需要的时间，例如分析首部、从分组中提取数据部、进行差错检验或查找适当的路由等。
• 排队时延：在路由器的输入队列和输出队列中排队等待的时间，取决于网络当前的通信量。

6 计算机网络体系结构

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6.1 五层协议

• 应用层：为特定应用程序提供数据传输服务，例如 HTTP、DNS 等。数据单位为报文。

• 运输层：提供的是进程间的通用数据传输服务。由于应用层协议很多，定义通用的运输层协议就可以支持不断增多的应用层协议。运输层包括两种协议：传输控制协议 TCP，提供面向连接、可靠的数据传输服务，数据单位为报文段；用户数据报协议 UDP，提供无连接、尽最大努力的数据传输服务，数据单位为用户数据报。TCP 主要提供完整性服务，UDP 主要提供及时性服务。

• 网络层：为主机之间提供数据传输服务，而运输层协议是为主机中的进程提供服务。网络层把运输层传递下来的报文段或者用户数据报封装成分组。

• 数据链路层：网络层针对的还是主机之间的数据传输服务，而主机之间可以有很多链路，链路层协议就是为同一链路的结点提供服务。数据链路层把网络层传来的分组封装成帧。

• 物理层：考虑的是怎样在传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。物理层的作用是尽可能屏蔽传输媒体和通信手段的差异，使数据链路层感觉不到这些差异。

6.2 七层协议

其中表示层和会话层用途如下：

• 表示层：数据压缩、加密以及数据描述。这使得应用程序不必担心在各台主机中表示/存储的内部格式不同的问题。
• 会话层：建立及管理会话。
  五层协议没有表示层和会话层，而是将这些功能留给应用程序开发者处理。

6.3 数据在各层之间的传递过程

• 在向下的过程中，需要添加下层协议所需要的首部或者尾部，而在向上的过程中不断拆开首部和尾部。

• 路由器只有下面三层协议，因为路由器位于网络核心中，不需要为进程或者应用程序提供服务，因此也就不需要运输层和应用层。

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6.4 TCP/IP 体系结构

它只有四层，相当于五层协议中数据链路层和物理层合并为网络接口层。
现在的 TCP/IP 体系结构不严格遵循 OSI 分层概念，应用层可能会直接使用 IP 层或者网络接口层。

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TCP/IP 协议族是一种沙漏形状，中间小两边大，IP 协议在其中占用举足轻重的地位。

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