计算机网路之入门篇笔记

 1、计算机网络入门

1.1、怎么学习计算机网络？

由于知识点多，选择理解记忆，抓住重点（以太网网络、协议、网络设备），背背公式、知识点(考试)；

1.2、计算机网络的概念

计算机网络：是一个将分散的（即地理位置不同等）、具有独立功能的计算机系统（手机端、PC端等），通过通信设备（即交换机、路由器等）与线路连接起来，由功能完善的软件（即在手机端、电脑端等的软件）实现资源共享和信息传递的系统。

简单地说，计算机系统、通信设备、线路组成的的如同一个只有水泥、砖头砌成粗糙房，要想住进还得刷墙等装修，这软件就如装修(的东西)。

计算机网络是互连的、自治的计算机集合。（公认）

• 互连即互联互通 通信链路

• 自治即无主从关系

1.3、计算机网络的功能

1. 数据通信(连通性)

2. 资源共享(硬件、软件、数据的共享)

3. 分布式处理(多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分，如Hadoop平台)

4. 提高可靠性(例如：计算机网络中的一台主机A去世了，它所在这条链路就不能走，但是另一条链路上的主机B就可以成为它的替代机，依然可以继续工作，即 M--A--C可换成 M--B--C)

5. 负载均衡(各计算机之间更亲密)

6. ……

1.4、计算机网络的组成

1. 组成部分

   硬件、软件、协议

2. 工作方式

   • 边缘部分（主机所存在的部分） - 用户直接使用，有C/S方式，P2P方式

   • 核心部分（包括路由器、大量的网络等）- 为边缘部分服务

3. 功能组成

   • 通信子网：实现数据通信

   • 资源子网：实现资源共享/数据处

1.5、计算机网络的分类

• 按分布范围分: 广域网WAN(交换技术)，城域网MAN，局域网LAN(Local Area Network，广播技术)，个人区域网PAN

• 按使用者分：公用网、专用网

• 按交换技术分：电路交换、报文交换、分组交换

• 按拓扑结构分：总线型，星型(5条链路)，环型，网状型(常用于广域网，如因特网)

• 按传输技术分：

  • 广播式网络 共享公共通信信道

  • 点对点网络 使用分组存储转发和路由选择机制

1.6、总结时间

2、标准化工作及相关组织

2.1、标准化工作

国有国法，家有家规，计网里有计网标准规则、协议；

要实现不同厂商的硬件、软件之间相互连通，必须遵从统一的标准。

2.2、标准的分类：

• 法定标准：由权威机构制定的正式的、合法的标准，如OSI

• 事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准，如TCP/IP

2.3、RFC及其发展为因特网的4个阶段

温馨提示：RFC的概念就了解即可！

Request For Comments（RFC），是一系列以编号排定的文件。文件收集了有关互联网相关信息，以及UNIX和互联网社区的软件文件。目前RFC文件是由Internet Society（ISOC）赞助发行。基本的互联网通信协议都有在RFC文件内详细说明。RFC文件还额外加入许多的论题在标准内，例如对于互联网新开发的协议及发展中所有的记录。因此几乎所有的互联网标准都有收录在RFC文件之中。

温馨提示：2011年草案标准被去除！

2.4、标准化工作的相关组织

温馨提示：IEEE是计算机类专业生查阅论文等的福地！

2.5、总结时间

3、性能指标

3.1、速率

（1）速率即数据率、数据传输率、比特率。

（2）比特 1/0位，简称 bit ，b。

（3）是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。

（4）单位有b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s

（5）如：发送端发送0101010101这10位(b)数据到接收端，花费了2秒(s)，即速率为 10b / 2s = 5b/s；

发送端发送0101010101这10位(b)数据到接收端，花费了1秒(s)，即速率为 10b / 1s = 10b/s；

（6）速率单位与存储容量单位的区别：

3.2、带宽

（1） "带宽"原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是（Hz）。

（2）在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的"最高数据率"。单位是"比特每秒"，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s

（3）另一个记法：网络设备所支持的最高速度。例如：一个交换机的口为100M的口，也就意味着这个交换机的带宽为100Mb/s，即它的极限（最多）传输速率为100Mb/s，即从发送端发送到链路的数据最大发送速率为100Mb/s。

（4）

【1】链路带宽=1Mb/s，主机在1us内可向链路发1bit数据；也可以看作母鸡A 1秒内生1个蛋，但孵蛋速度一样

【2】链路带宽=2Mb/s，主机在1us内可向链路发2bit数据；也可以看作母鸡B 1秒内生2个蛋，但孵蛋速度一样

（5）带宽与传输（发送）速率有关，与传播速率无关；

3.3、吞吐量

（1）表示在单位时间内通过某个（或信道、接口）的数据量。单位 b/s，kb/s，Mb/s等。

（2）吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

（3）举个有胃道的例子：小黄是个大吃货，一秒内最多可以吃100个包子，即类似于链路带宽为 100Mb/s，盼盼食品每秒提供20个包子，达利园每秒提供10个包子，小黄的吞吐量就是30个包子/秒，即类似于交换机的吞吐量为30Mb/s。

3.4、时延

（1）时延：指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间，也叫延迟或迟延，单位是秒 s。

温馨提示：4种时延都是有要求考虑时，才需要考虑

（2）时延 = 发送时延(传输时延) + 传播时延 + 排队时延 + 处理时延

（3）发送时延：

• 从发送分组的第一个比特算起，到该组的最后一个比特发送完毕所需时间的时间，可以说发生在主机、发送端内。

• 发送时延 = 数据长度 / 信道带宽（发送速率） 带宽指的是最高的传输数据速率，但题目通常只给带宽

（4）传播时延：

• 是电磁波在信道上传播一定距离所花费的时间。

• 取决于电磁波传播的速度和链路的长度、介质等。

• 为什么是电磁波，而不是比特流呢 ？

  • 因为是以电磁波为载体传播的

  • 简言之，电磁波背着比特在跑路，电磁波是背东西的。

• 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速度

（5）排队时延：等待输出/入链路可以使用

（6）处理时延：检错找出口

（7）高速链路：指的是该链路 发送速率高，不是传播速率高

3.5、时延带宽积

（1）时延带宽积 = 传播时延 × 带宽

（2）单位：s = s × b/s

（3）时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。即"某段链路现在有多少比特"，可以说是"容量"！

3.6、往返时延RTT

（1）从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认，从 发送方的第1个比特刚放到信道上 开始到 发送方接收到第1个比特的确认 的时间段），总共经历的时延。

（2）RTT包括：

• 往返传播时延 = 传播时延 * 2

• 末端处理时间

（3）RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。

• 为啥子内？

• 因为RTT越大，即在传播数据过程中，发送方等待的确认时间就更大，与此同时，发送方收到接收方的确认之前就有更多时间发送数据(从发送端到链路的过程)，又由于发送数据速度(一定)，因而发送数据越多。

（4）测试连接百度的往返时延

DOS窗口下，输入ping www.baidu.com

3.7、利用率

利用率：

• 信道利用率 = 有数据通过的时间/（有+无）数据通过的时间

• 网络利用率 = 信道利用率加权平均数

时延与利用率的关系

3.8、总结

4、分层结构、协议、接口、服务

4.1、为什么要分层？

发送文件前要完成的工作：温馨提示：了解即可，作为辅助知识

（1）发送通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活；

（2）要告诉网络如何识别目的主机；

（3）发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常；

（4）发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好了准备工作；

（5）确保差错和意外可以解决；

（6）……

4.2、怎么分层？-- 分层的基本原则

1. 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能；

2. 每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少；

3. 结构上可分割开来，每层都采用最合适的技术来实现；

4. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务；

5. 整个分层结构应该能促进标准化工作；

4.3、正式认识分层结构

1. 实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。

2. 协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】

   • 语法：规定传输数据的格式

   • 语义：规定所要完成的功能

   • 同步：规定各种操作的顺序

3. 接口（访问服务点SAP）：上层使用下层提供的服务的入口。

4. 服务：下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】

• SDU 服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。

• PCI 协议控制单元：控制协议操作的信息。

• PDU 协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。

4.4、概念总结：

温馨提示：能理解记住最好

1. 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。

2. 计算机网络体系结构简称网络体系结构，是计算机网络的各层及其协议的集合，是分层结构。

3. 体系结构是抽象的，而实现是指运行的一些软件和硬件。

4. 每层遵循某个/些网络协议，来完成本层的功能。

5. 第n层在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含其由下层服务提供的功能。

6. 仅仅在相邻层间有接口，且所提供的服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

5、计算机网络分层结构

5.1、OSI参考模型

（1）ISO/OSI参考模型是怎么来的？

答：

• 为了解决计算机网络复杂的大问题 ===> 分层结构（按功能）

• 目标：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。

• 但是！理论成功，市场失败。

（2）ISO/OSI参考模型

（3）ISO/OSI参考模型解释通信过程

图【1】：

图【2】：

 图【3】：

俗话总结：

• 从主机A打包（包装快递，从应用层到物理层），经过协议，传输给主机B，主机B再拆包（拆快递包，从物理层到应用层）；

• 从应用层到数据链路层都会多多少少加点东西，物理层是个大傻子！

应用层

• 用户和网络的界面，所有能和用户交互产生网络流量的程序

• 典型应用层服务：

  • 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）

• 功能：

  • 1）数据格式交换 （翻译官）

  • 2）数据加密解密

  • 3）数据压缩和恢复

• 主要协议：JPEG、ASCII

会话层

• 向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。这就是会话，也是建立同步（SYN）。

• 功能：

  • 1）建立、管理、终止会话

  • 2）使用校验点可以使会话在通信失效时，从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。

    • 举个例子：就比如你传一本小说（共有1000章），在传第101章的时候突然通信失效，并且你在第100章的这个点有设置校验点，则会继续从100章这个校验点继续传送，不会从头再来。也可叫断点续传。

• 主要协议：ADSP、ASP

• 适用于传输大文件

传输层

• 负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。

• 功能：

  • 1）可靠传输、不可靠传输

  • 2）差错控制

  • 3）流量控制

  • 4）复用分用

    • 复用：多个应用层进程同时使用下面传输层的服务。

    • 分用：传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相对应的进程。

网络层

• 主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。

• 功能：

  • 1）路由选择(最佳路径)

  • 2）流量控制

  • 3）差错控制

  • 4）拥塞控制

    • 若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此，要采取一定措施，缓解这种拥塞。

• 主要协议：IP，IPX，ICMP，IGMP，ARP，RARP，OSPF

数据链路层

• 主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。

• 数据链路层/链路层的传输单位是帧。

• 功能：

  • 1）成帧（定义帧的开始和结束）

  • 2）差错控制

  • 3）流量控制

  • 4）访问（接入）控制 -- 控制对信道的访问

• 主要协议：SDLC、HDLC、PPP、STP

物理层

• 主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。

• 透明传输：指不管所传数据是啥样的比特组合，都应当能够在链路上传送。即物理层就是个大瞎子。

• 物理层传输单位是比特。

• 功能：

  • 1）定义接口特性

  • 2）定义传输模式

    • 有单工、半双工、双工

  • 3）定义传输速率

  • 4）比特同步

  • 5）比特编码

• 主要协议：Rj45、802.3

补充知识点：

• 【1】信道是传送信息的物理性通道。信息是抽象的，但传送信息必须通过具体的媒质。

5.3、TCP/IP模型

（1）OSI参考模型与TCP/IP参考模型的图比较

（2）OSI参考模型与TCP/IP参考模型的相同点：

1. 都分层；

2. 基于独立的协议栈的概念；

3. 可以实现异构网络互联； 将世界上的各个计算机联系起来

（3）OSI参考模型与TCP/IP参考模型的不同点：

1. OSI定义三点：服务、协议、接口； 与TCP/IP不同

2. OSI比TCP/IP先出现，OSI的参考模型先于协议发明，不偏向特定协议；

3. TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次；

（4）面向连接分为三个阶段：

• 第一阶段：建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求；

• 第二阶段：只有在连接成功建立之后，才开始数据传输；

• 第三阶段：当数据传输完毕时，必须释放连接；

面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输。

5.4、5层参考模型

（1）5层参考模型图示

综合了OSI和TCP/IP的优点

（2）5层参考模型的数据封装与解封装

6、概论知识总结