计算机网络（第一章）——王道考研2018
怎样学？
理解记忆——理解形成形象过程
抓住重点——基于网络体系结构【典型网络：以太网】【协议】【网络设备】
第一章、计算机网络体系结构
1、计算机网络相关
1-1、相关概念、组成、功能和分类
- 概念：
计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统；是互连（通过通信链路互联互通）的、自治（无主从关系）的计算机集合
- 功能
数据通信：保证终端之间的连通性
资源共享：硬件（打印机等）、软件、数据
分布式处理：多台计算机分别承担同一工作的不同部分（Hadoop平台）
提高可靠性：网状结构中任意节点失效，其它节点可称为其替代节点，对系统整体影响小
负载均衡：分布式处理达到的效果：任务均衡的分配给计算机
- 组成
【实际组成】：硬件、软件、协议
【职责划分】：网络边缘（使用网络服务的终端）、网络核心（提供网络服务的基础设施）、接入链路（将网络边缘接入网络核心）
【功能划分】：通信子网（数据通信）；资源子网（资源共享/数据处理）
- 分类：
【分布范围】：广域网WAN、城域网MAN、局域网WAN、个人区域网PAN
【使用者】：公用网、专用网
【交换技术】：电路交换、报文交换、分组交换
【拓扑结构】：总线型、星型、环型、网状型
【传输技术】：广播式网络（所有节点共享通信信道，通信内容对于网络中所有节点可见【不透明】）、点对点网络（使用分组存储转发和路由选择机制建立独立通信信道，通信内容仅对通信方可见【透明】）
1-2、标准化工作和组织
- 标准化：要实现不同厂商的硬件、软件之间的相互连通，必须遵守同一的标准
- 标准分类：
【法定标准】：由权威机构制定的正式的、合法的标准——OSI
【事实标准】：某些公司的产品在竞争中长期占据主流，这些产品的协议和技术成为了标准——TCP/IP
- RFC（Request For Comments）——因特网标准形成流程
第一阶段：因特网草案Internet Draft→rfc-editor@org
第二阶段：建议标准Proposed Standard（RFC文档）→放到网络，接受建议，修改和完善
第三阶段：草案标准Draft Standard→交给IETF、IAB审核【2011年已取消】
第四阶段：成为因特网标准Internet Standard
- 标准化相关组织
国际标准化组织ISO：OSI参考模型、HDLC协议
国际电信联盟ITU：制定通信规则
国际电气电子工程师协会IEEE：学术机构、IEEEE802系列标准、5G
Internet工程任务组IETF：负责因特网相关标准制定
1-3、速率相关性能指标
- 数据大小单位区分：比特bit 和 字节Byte —— 1Byte = 8 bit
用于传输，表示速率：使用比特bit，单位b/s kb/s Mb/s Gb/s Tb/s——10^3=1000
用于存储，表示大小：使用字节Byte，B、KB、MB、GB、TB——2^10=1024
- 速率【数据传输速率、比特率】：——用来衡量网络传输速度
连接在计算机网络上的终端在数字信道上单位时间传输的数据量，单位比特bit/s
- 带宽：设备支持的最高速率——用来衡量设备性能
原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率之差，单位是Hz——早期模拟信号
计算机网络中，用来表示网络通信的线路传送数据的能力【单位时间内从一个节点到另一个节点传输的数据量】
- 吞吐量——单位时间接收和发送的数据总量
单位时间内通过某个网络（信道、接口）的数据量（包括发送和接受），单位是b/s,kb/s,Mb/s
1-4、时延、时延带宽积、RTT和利用率
- 时延(延迟)：数据从使用网络通信的一方传递到另一方使用的时间
发送时延：数据从第一个bit到最后一个bit被发送端完全发送到链路的时间
传播时延：数据从链路的一端传输到链路的另一端的时间
排队时延：路由器、交换机等数据交换节点等待分发处理的等待时间
处理时延：数据交换节点分发处理数据使用的时间
- 时延带宽积：传输过程中在通信链路上的数据量
- RTT（往返时间）
从发送方发送数据开始，到收到接收方的返回的确认信息（收到数据后立即返回确认信息）的时间间隔
//查看往返时间RTT：控制台ping + ip 地址
ping www.baidu.com
- 利用率：
利用率越高：信道上的数据越多
信道上数据越多，受限于有限的存储转发节点，排队延迟增加，网络传输效率下降【网络拥塞】
2、分层结构
- 为什么要分层？——实际通信实现需要解决的问题非常多-通过分层将大问题分解为小问题
2-1、分层结构、协议、接口、服务
- 分层的基本原则：
各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能
每层之间界限自然清晰，易于理解，相互交流少
结构上可分割，每层都采用合适的技术实现
保持上层对下层的独立性，上层单向使用下层的服务
整个分层结构应该能促进标准化工作
- 分层结构：
【实体】 ：每一层中活动的元素。同一层的实体——对等实体
【协议】：为进行网络中对等实体间数据交换建立的规则、标准或约定——网络协议
协议包括：【语法：传输数据的格式】【语义：要完成的功能】【同步：各种操作的顺序】
【接口】（访问服务）：上层使用下层服务的入口
【服务】： 下层为相邻上层提供的功能
【协议是水平方向的，服务是垂直方向的】
- PDU、SDU、PCI
【PDU：协议数据单元】：协议封装后的数据，对等层次之间传送的数据单元
【SDU：服务数据单元】：为完成所要求功能必须传送的数据
【PCI：协议控制信息】：控制协议操作的信息
- 总结
分层结构是从功能上描述计算机网络；每层遵循网络协议完成本层功能
计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
只有相邻层间有接口，用于下层为上层提供服务；且完全屏蔽服务具体实现细节
一层向上提供的服务，包括当前层及其下层的提供的全部功能
分层体系结构是抽象的概念，通过具体的硬件和软件是实现
- 网络的实际分层结构
2-2、OSI参考模型——7层
- ISO/OSI参考模型的由来
自IBM提出第一个网络体结构后，兴起多种网络体系结构——不同体系之间不兼容
为了支持 异构网络系统的互联互通——国际标准化组织ISO于1984年提出开放系统互连OSI参考模型
【1-3：通信子网（数据通信）】【5-7：资源子网（数据处理）】【4：两个子网间的接口】
- 端到端
【应用层】所有能和用户交互产生网络流量的（网络应用）程序
文件传输FTP、电子邮件SMTP、万维网HTTP……
【表示层】用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）
数据格式变换、数据加密和解密、数据压缩和恢复——JEPG、ASCII协议
【会话层】向表示层实体或用户进程建立连接并有序地传输数据
建立同步SYN ： 建立、管理、终止会话 & 在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，进行数据同步——ADSP、ASP协议
【传输层】负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文端或用户数据报
可靠传输&不可靠传输：在通信的两端间是否建立连接
差错控制：纠正传输中出现的错误
流量控制：协同接收和发送的速率
复用与分用：多个应用层进程同时使用下面传输层服务 VS 传输层将收到的信息分别交付给上面应用层进程
TCP & UDP协议
- 点到点
【网络层】任务是把分组从源端传送到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
传输单位：数据报/分组。当数据报过长时，将数据报切分为一个个分组再传输
路由选择： 获取最佳路径
流量控制： 协同接收和发送的速率
差错控制： 发送和接收方约定规则，用于校验数据没问题
拥塞控制： 采取措施环节拥塞【若所有节点都来不及接收分组，而要丢弃大量分组→网络处于拥塞状态】
IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、0SPF协议
【数据链路层】将网络层传下来的数据报组装成帧。传输单位：帧
成帧：定义帧的开始和结束
差错控制：帧错 + 位错 → 减错 & 纠错
流量控制：
访问/接入控制：控制对信道的访问
SDLC、HDLC、PPP、STP
【物理层】在物理媒介上实现比特流的透明传输。传输的单位是比特
透明传输：不管所传的数据是是什么比特组合，都应该能在链路上传输【给什么数据、传输什么数据】
定义接口特性：例如连接电缆的插头的引脚数量
定义传输模式：单工【单向传输】、半双工【可以双向传输，但任何一方都不能同时发送和接收】、双工【双向传输，可以同时发送和接收】
定义传输速率：
比特同步：
比特编码：
Rj45、802.3 协议
- OSI理论成功，市场失败
OSI专家缺乏实际经验、模型理想化
模型实现复杂，运行效率低
标准制定周期过长
层次划分不合理
2-3、TCP/IP参考模型——4层
- TCP/IP参考模型 和 OSI参考模型的相同点
都是分层结构
都基于独立的协议栈概念
都可以实现异构网络互联
- 不同点
OSI定义了：服务、协议、接口
OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
TCP/IP在设计之处就考虑到异构互联的问题，将IP作为重要的层次
【面向连接】发送连接请求→连接建立→数据传输→传输完毕（释放连接）
【无连接】直接传输数据
2-4、五层参考模型——综合OSI和TCP/IP的优点，便于学习和研究
