《计算机网络》(第七版 谢希仁)复习提纲（持续更新中！！！）

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第一章

1.1 概述

1.1.1 互联网基础结构发展三阶段

第一阶段，从单个分组交换网络ARPANET(美国国防部1969年）向互联网发展的过程

第二阶段，建成了三级结构的互联网，NSFNET国家科学基金网，他是一个三级网络分为主干网、地区网和校园网

第三阶段，逐渐形成了多层次ISP结构的互联网，互联网服务提供者ISP(Internet Service Provider)
又译为互联网服务提供商，在我国，例如中国电信，中国移动都是著名的ISP

1.1.2 互联网的标准化工作

互联网的标准化工作对互联网的发展起到了非常重要的作用。
所有的互联网标准都是以RFC(Request For Comments)的形式在互联网上发表的

制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段：
1.互联网草案————有效期六个月，不算RFC文档
2.建议标准————成为RFC文档
3.互联网标准————为标准分配编号，一个标准对多个RFC关联

1.2 互联网的组成

1.2.1 互联网的边缘部分

由连接在互联网上的所有主机组成，用户直接使用的部分，用来进行通信和资源共享
边缘部分的主机= 端系统(End System)

计算机之间的通信=主机之间的通信=主机上的程序之间的通信=主机之间进程间的通信
例如，主机A上的QQ聊天发送到主机B，实际上就是进程的通信

边缘部分的通信一般分为两大类：
1.客户—服务器(C/S或B/S)方式
客户是服务请求方，服务器是服务提供方
客户与服务器的区别：
服务器一对多，被动接收客户信息，需要强大的硬件和高级的操作系统支持，不需要知道客户地址
客户向服务器发起通信，需要知道地址，对操作系统和硬件要求不高

2.对等方式(P2P)
本质上为C/S方式，但是对等连接中每一台主机既是客户又同时是服务器。例如你在下载文件时，又提供文件供他人下载，此时就是P2P方式

1.2.2 核心部分

特殊作用的设备：路由器(router)
是一种专用计算机≠≠≠主机
是实现分组交换(后面会讲定义)的关键构件，用来转发收到的分组
是网络核心部分最重要的功能(核心部分的结点)

1.早期的网络交换结构————电路交换：

定义：必须经过建立连接->通话->释放连接称为电路交换

简单理解：电话机的交流就是电路交换

特点：
面向连接
主叫端和被叫端建立的一条专用的物理通路
在通信时间内，两个用户始终占用双端的通信资源
传输效率低
在传送大量数据且传送时间大于连接建立时间时，电路交换传输效率快

2.现代的网络交换结构————分组交换(由报文交换发展而来)：

特点：采用存储转发技术

发送的整块数据被称为报文(massage)（PS：报文交换就是将整块报文进行存储转发，灵活性差，时延大，后改进为分组交换）

分组交换过程：将报文分成等长小数据段，在数据段头加必要的控制信息的首部(header)，构成一个分组(packet)

首部(包头) + 小数据段 = 分组(包) 即 (header + piece of massage = packet)

在1.2.2中讲到过主机是用户用来进行信息处理的，则**分组交换(转发分组)**的工作就交给路由器了

• 路由器工作机制：路由器临时存储(存储在内存中保证交换速率)分组，通过查找转发表(即寻找路由器之间的最短路径)和分组首部中的地址，找到合适的接口，将分组交给下一个路由器

• 分组交换产生的问题：携带的控制信息(即添加的包头)造成了一定的开销，增加系统阻塞，分组交换也需要专门的管理和控制机制

3.三种交换比较(电路、报文、分组交换)

(1) 电路交换在传输大量数据且传送时间远大于建立时间，则电路交换的传输速率较快
(2) 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的通信利用率
(3) 一个分组的长度远小于整个报文的长度，因此分组交换时延小也具有更好的灵活性

1.3 计算机网络的类别

1.3.1 计算机网络定义

• 精确定义尚未统一
• 书本中的定义[PETE11]：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互联而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的

定义引申：计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，包含中央处理机CPU即可
计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种应用

1.3.2 计算机网络分类

• 按网络的作用范围：广域网(WAN)、城域网(MAN)、局域网(LAN)、个人区域网(PAN)
• 按网络的使用者进行分类：公用网(public network)、专用网(private network)
• 用来把用户接入到互联网的网络，他又称为本地接入网或居民接入网。接入网是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器之间的一种网络。从覆盖范围来看，很多接入网属于局域网；从作用上来看，接入网是用户与互联网连接的“桥梁”

1.4 计算机网络的性能

1.4.1 性能指标(7个)

速率：指数据的传送速率，也称为数据率(data rate)或比特率(bit rate)，单位是bit/s(比特每秒)(或b/s，bps即bit per second)，当提到网络速率时，往往指额定或标称速率

带宽：在计算机网络中，指网络中某通道传输数据的能力，网络带宽指在单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”，单位是bit/s(比特每秒)
下图表示了信号的宽度随着带宽的增加而变窄

吞吐量：在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际的数据量

时延：从网络的一端传送到另一端的时间

时延带宽积：传播时延 × 带宽 = 传播时延带宽积，单位为bit(ms * bit/ms = bit)

往返时间RTT(Round-Trip Time)：信息双向交互的传输时间，现在大多数网络协议都需要往返确认，有效数据率 = 数据长度 / (发送时间 + RTT)

利用率：有信道利用率和网络利用率，信道或网络利用率过高会产生非常大的时延

• 时延的组成部分

1.发送时延(transmission delay)也叫传输时延，是主机或路由器发送发送数据帧所需要的时间，即从发送的第一个数据帧，到该帧的最后一个比特发送完毕的时间
发送时延 = 数据帧长度(bit) / 发送速率(bit/s)

2.传播时延(propagation delay)是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间
传播时延 = 信道长度(m) / 信道上的传播速率(m/s)

两者的差别：发送时延发生在机器内部的发送器中，与传输信道的长度没有任何关系；而传播时延发生在机器外部的传输信道媒体上，而与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远，传播时延就越大

3.处理时延是主机或路由器在收到分组时要花费一定时间对数据进行处理，例如，处理包头、提取分组、差错检验或查找路由表等

4.排队时延是分组在网络传输经过路由器时，会在输入队列中等待数据处理，在发送器中等待转发，因而产生排队时延
排队时延长短取决于网络当时的通信量，通信量很大时，会使队列溢出，分组丢失，此时排队时延为无限大

1.5 计算机网络体系结构

1.5.1 网络结构的形成

• 背景：相互通信的计算机需要高度协调，且在1.1.1中提到的最早的分组交换网ARPANET提出了分层的方法
• 发展：
  • 1974年，IBM制定系统网络体系结构SNA(System Network Architecture)，沿用至今(大型机构建)
  • 1977年，国际标准化组织(ISO)，构建开放系统互连基本参考模型OSI/RM(Open System Interconnection Reference Model)，简称OSI
  • 20世纪90年代初期，OSI被整套制定出来，但是覆盖范围更广的基于TCP/IP的互联网，已经在世界范围运行

1.5.2 协议与划分层次

• 协议：

这些规则明确规定了所交换的数据格式以及有关的同步问题(广义的同步，含有时序的意思)

网络协议(network protocol)简称协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定

网络协议组成三要素：
语法：数据与控制信息的结构或格式
语义：需要发出的控制信息、动作、响应
同步：事件实现顺序

• 划分层次：

概念：在通信网络中传输文件，需要多个工作且互不干扰，通过划分不同层次完成不同的工作

分层优势：
1. 各层之间互相独立
2. 灵活性好
3. 结构上可分割
4. 易于实现和维护
5. 能促进标准化工作

各层的功能主要有：
1. 差错控制：增加可靠性
2. 流量控制：同步收发
3. 分段和重装：分层和还原
4. 复用和分用：复用技术提高可以加快传输
5. 连接建立和释放：建立逻辑连接(类似电路连接)，释放连接

• 计算机网络的各层及其协议的集合是网络的体系结构
• 计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义
• 体系结构是抽象的，而实现(implementation)是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件

1.5.3 具有五层协议的体系结构

• OSI为7层协议，TCP/IP为4层结构，在学习计算机网络时，采取折中的方法，综合优点，形成一种五层的网络体系结构

(1) 应用层 (application layer)：是体系结构中的最高层；任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用；定义的是应用进程间通信和交互的规则；

应用层交互的数据单元称为报文(massage)

(2) 运输层 (transport layer)：负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务，主要使用两种协议：传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)、用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)

传输控制协议TCP——提供面向连接的可靠的数据传输服务，单位是报文段(segment)
用户数据报协议UDP——提供无连接的、尽最大努力(best-effort)的数据传输服务(不保证可靠性)，其传输的单位是用户数据报

(3) 网络层 (network layer)：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，将运输层产生的报文段或数据报封装成分组或包进行传送，在TCP/IP协议中，网络层使用IP协议，因此分组也被称为IP数据报，或简称为数据报

(4) 数据链路层 (data link layer)：简称为链路层，可以使相邻节点间数据的可靠传输。将网络层的IP数据报组装成帧(framing)，在相邻节点间传送

每一帧 = 数据 + 控制信息
控制信息可检测帧中是否有错误，可以用来丢弃错误

(5) 物理层 (physical layer)：所传数据单位是比特，考虑用多大的电压代表1和0，

区别于物理层下的物理媒体(如，电缆、光缆和无线信道)

1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点

协议是控制两个对等(或多个)实体进行通信的规则集合
两个对等实体之间的通信是本层向上一层提供服务，同时需要下一层(只能一层，不能跨层)提供的服务

协议是水平方向的，服务是垂直的，在上下层进行通讯交换的命令在OSI中称为服务原语

服务原语定义：有若干条指令组成，用于完成一定功能的过程
作用：供用户访问该服务，或向用户实体报告某事件的发生

• 下面的协议对上面的服务用户是透明的，即用户只实现功能而看不见协议过程
• 实体交互通过一个逻辑接口，即服务访问点SAP(Service Access Point)
• OSI中将层与层之间通信的数据单位称为服务数据单元SDU(Service Data Unit)

1.5.5 TCP/IP的体系结构

TCP/IP仅存在四层结构

书本P36沙漏计时器形状的TCP/IP协议族较好的表明了：
TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务(everything over IP)
TCP/IP协议允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行(即IP over everything)

• IP协议在互联网中起核心作用

第一章注意点整理

发送时延是指结点在发送数据时使数据块从结点进入到传输介质所需要的时间。
(此说法为正确，着重注意辨识发送与传播时延)

数据长度为1000B，数据发送速率为100kbit/s计算发送时延时，注意单位换算，1000 B(字节) = 8000 bit(比特)

在OSI参考模型中,自下而上第一个提供端到端服务的是传输层(具体书本内容没找到，有找到的评论里说，我来补一下)

TCP/IP模型的网络层提供的是无连接不可靠的数据报服务