计算机网络——自顶向下
第一层：物理层
第二层：数据链路层
第三层：网络层
第四层：传输层
第五层：应用层
TCP/IP各层功能
计算机网络与因特网
考点
1）因特网介绍
- 因特网构成：边缘部分与核心部分。
- 协议概念
- 分组交换及其特点
- 电路交换及其特点
- 网络性能指标
2）网络的体系结构
- 网络体系结构概念
- 对等层
- 服务与服务访问点
- TCP/IP模型
- OSI/RM模型
- 五层原理模型
协议概念
协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文的格式和顺序，以及报文发送和/或接收一条报文或其他事件所采取的动作。
网络协议由语法、语义、同步（或时序） 组成。
- 协议就是规则的集合。
- 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议，它是控制两个（或多个）对等实体进行通信的规则的集合，是水平的。不对等实体之间是没有协议的。
- 网络协议简称协议。
- 协议是计算机网络的核心，如同交通规则制约汽车驾驶一样，协议规定了网络传输数据时所遵循的规范。
网络边缘
端系统和应用程序，及提供的运输服务；
网络核心
由互联因特网端系统的分组交换机和链路构成的网状网络。
交换机主要有两类：路由器和链路层交换机。
分组交换和电路交换！
交换
实现交换的方法主要有：
-
电路交换
最典型电路交换网路：电话网络
电话交换的三个阶段：建立连接（呼叫/电路建立）、通信、释放连接（拆除电路）
独占资源 -
报文交换
-
分组交换
为了从源端系统向目的端系统发送一个报文，源将长报文划分为较小的数据块，称之为分组。
分组交换需要报文的拆分与重组
产生额外开销
优点：便于检测错误并重传，不分段的大数据包容易使路由器缓存不足从而导致丢包现象。
缺点：分组需要进行排序，需要加上首部信息。
网络体系结构
每层完成一种（类）特定服务/功能
每层依赖底层提供的服务，通过层内动作完成相应功能。
网络体系结构从功能上描述计算机网络结构
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
体系结构是一个计算机网络的功能层次及其关系的定义
每层遵循某个/些网络协议完成本层功能
7层ISO OSI参考模型
目的是支持异构网络系统的互联互通
异构网络系统互联的国际标准
| 层数 | 层名称 |
|---|---|
| 第七层 | 应用层 |
| 第六层 | 表示层 |
| 第五层 | 会话层 |
| 第四层 | 运输层 |
| 第三层 | 网络层 |
| 第二层 | 链路层 |
| 第一层 | 物理层 |
应用层的信息分组称为报文
运输层的信息分组称为报文段
网络层的信息分组称为数据报
链路层的信息分组称为帧
TCP/IP参考模型
PDU:协议数据单元，包含数据部分（SDU）和控制信息部分（PCI）
传输层的PDU称为报文
网络层的PDU称为分组
链路层的PDU称为帧
物理层的PDU称为比特
数据通信
第五层：应用层
考点
1）应用层协议原理
- 应用层概念、作用
- 网络应用程序体系结构
- 进程如何通信、进程标识
2）因特网上的常用应用层协议
- 万维网构成
- HTTP协议
- DNS
- P2P
3）基于多线程的Socket编程
- UDP套接字
- TCP套接字
研发网络应用程序的核心是写出能够运行在不同的端系统和通过网络彼此通信的程序。
应用程序体系结构由应用程序研发者设计，规定了如何在各种端系统上组织该应用程序。
网络应用模型
1）客户/服务器模型（Client/Server）
服务器：提供计算服务的设备
- 永久提供服务
- 永久性访问地址/域名
- 为多个客户机请求提供服务
- 可扩展为服务器场（主机群集）
客户机：请求计算服务的主机
- 与服务器通信，使用服务器提供的服务
- 间歇性接入网络
- 可能使用动态IP地址
- 不与其他客户机直接通信
2）P2P（Peer-to-peer）也叫对等模型
- 不存在永远在线的服务器
- 每个主机既可以提供服务，也可以请求服务。
- 任意端系统/节点之间可以直接通讯
- 节点间歇性接入网络
- 结点可能改变IP地址
- 可扩展性好，难以管理
- 网络健壮性强
3）客户机/服务器与P2P的混合
进程通信
在两个不同端系统上的进程，通过跨越计算机网络交换报文而相互通信。
同一主机中两个进程间的通信由操作系统控制。
套接字：同一台主机内应用层与运输层之间的接口。也叫应用程序和网络之间的应用程序接口API，是在网络上建立网络应用程序的可编程接口。
进程通过套接字在网络上发送和接收报文。
因特网中采用端口号标识进程。
在同一个主机上的应用程序，分配的端口号不能重复。
典型应用的运输服务要求
TCP
面向连接的服务、可靠的传输服务、提供拥塞控制机制
TCP协议能保证交付所有的数据，但并不保证这些数据传输的速率以及期待的传输时延。
TCP不适合实时应用。
UDP
提供最小服务模式运行。
无连接服务、不可靠数据传输、没有拥塞控制、不提供时延保证。
适用于实时应用。
域名系统（DNS）
因特网使用的命名系统，用来把便于记忆的具有特定含义的主机名（例如www.baidu.com）转换为便于机器处理的IP地址。
DNS通常直接由其他的应用层协议（包括HTTP、SMTP和FTP）使用，从而将用户提供的主机名解析为IP地址。用户只是间接使用。
域名的书写从左到右按照从低级到高级的顺序书写。级别最低的域名写在最左边，级别最高的顶级域名写在最右边。
域名服务器
本地域名服务器：当一个主机发出DNS查询请求时，这个查询请求报文就发给本地域名服务器。
域名解析过程
递归查询
迭代查询
电子邮件
因特网电子邮件系统包含：用户代理、邮件服务器、简单邮件传输协议。
简单邮件传送协议SMTP
SMTP规定了在两个相互通信的SMTP进程之间应如何交换信息。
从发送方的邮件服务器向接收方的邮件服务器发送邮件。
负责发送邮件的SMTP进程就是SMTP客户，负责接收邮件的进程就是SMTP服务器。
SMTP不使用中间邮件服务器发送邮件。
SMTP采用TCP 端口号是25，使用C/S。
SMTP通信三个阶段
SMTP缺点：
- SMTP不能传送可执行文件或者其他二进制对象。
- SMTP仅限于传送7位ASCII码， 不能传送其他非英语国家的文字。
- SMTP服务器会拒绝超过一定长度的邮件。
通用因特网邮件扩充MIME
邮局协议POP3
POP3只出现在最后阶段。
采用TCP端口号是110，C/S模式。
在用户代理打开了一个到邮件服务器端口110上的TCP连接后，开始工作。
缺陷：用户读取邮件后，服务器不再保存。
基于万维网的电子邮件
万维网WWW（World Wide Web）是一个大规模的、联机式的信息储藏所/资料空间，是无数个网络站点和网页的集合。
URL不区分大小写
URL一般形式
超文本传输协议HTTP
应用层协议、Web的核心
包括两部分：客户机程序和服务器程序。分别运行在不同的端系统中，通过交换HTTP报文进行会话。
HTTP协议定义了报文的格式以及客户机和服务器交换报文的方式。
HTTP连接默认情况下使用持久连接。
HTTP服务器是无状态的，不保存客户信息。
Web缓存器既可以是服务器也可以是客户机；
HTTP定义了浏览器（万维网客户进程）怎样向万维网服务器请求万维网文档，以及服务器怎样把文档传送给浏览器。
浏览器可以只下载文本部分
HTTP是无状态的。
Cookie：允许Web站点跟踪、识别用户；服务器可以限制用户访问，或把内容与用户身份关联。存储在用户主机中的文本文件，记录一段时间内某用户（使用识别码识别，如“123456”）的访问记录。
HTTP采用TCP作为运输层协议，但HTTP协议本身是无连接的（通信双方在交换HTTP报文之前不需要先建立HTTP连接）。
HTTP协议的连接方式
HTTP报文是面向文本的，因此在报文中的每一个字段都是一些ASCII码串
P2P文件共享特点
直接在对等方间传输、高度的可扩展能力、使用客户机/服务器模式、
服务器对等方使用文件传输协议向客户机对等方传送。
对等方既是一个客户机，又是一个瞬时Web服务器。
常见应用层协议
| 应用程序 | FTP数据链接 | FTP控制链接 | Telnet | SMTP | DNS | TFTP | HTTP | POP3 | SNMP |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 使用协议 | TCP | TCP | TCP | TCP | UDP | UDP | TCP | TCP | UDP |
| 熟知端口号 | 20 | 21 | 23 | 25 | 53 | 69 | 80 | 110 | 161 |