计算机网络知识点（一）

Chapter1 计算机网络概述

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互联网发展的三个阶段

1.从单个网络ARPNET向互联网发展的过程
2.组建三级结构的因特网
3.逐渐形成多层次ISP结构的因特网 (用户使用ISP上网)

ISP 因特网服务提供者 端系统通过接入ISP连接到Internet
包括
1.一级商业ISPs 提供国际范围的覆盖
2.内容提供商网络，为私有网络，连接其数据中心，通常绕过一级ISP和区域ISPs

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因特网标准

因特网标准都是以RFC（Request For Comments）形式在因特网发表的。
需要经过四个阶段：
1.因特网草案 -- 这个阶段还不是RFC (有效期6个月)
2.建议标准 -- 这个阶段开始成为RFC
3.草案标准
4.因特网标准

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互联网的组成部分

1. 网络边缘部分： 主机、网络应用。由用户直接使用，用来进行通信和资源共享。
2. 接入网络，物理介质：有线或无限通信链路
3. 网络核心：互联的路由器（或分组转发设备）、 网络之网络。路由器，实现分组交换，转发收到的分组。

主机位于网络边缘，运行网络应用程序
C/S应用：客户发送请求，接收服务器响应
P2P应用：无专用服务器，通信在对等实体之间直接进行

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数据交换

类型 ：1.电路交换 2.报文交换 3.分组交换

电路交换

面向连接，包含建立连接，通信，释放连接三个阶段
由于计算机数据具有突发性，这导致了此交换的通信线路利用率低
电路交换始终占用端到端的通信资源
电路交换网络采用多路复用的方式共享中继线

报文交换

报文：源（应用）发送信息整体 ”比如一个文件

分组交换

分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包

分组交换需要报文的拆分与重组，这会产生一些额外的开销

分组的格式

分组交换过程

三种交换的比较

分组交换适用于突发数据传输网络，可能会产生拥塞（分组延迟和丢失，可以用协议处理可靠数据传输和拥塞控制）

电路交换 -- 预先分配资源，不分组，完整发送，不存储转发。从发送端完整不断地发送到接收端
报文交换 -- 不预先分配资源，不分组，完整发送，存储转发
分组交换 -- 不预先分配资源，分组，存储转发（高速，灵活，迅速，可靠）

计算机网络的性能

1. 速率
   数据率（比特率） 单位是b/s、Mb/s 、Gb/s
   往往指额定速率或标称速率
2. 带宽
   数字信道所能传送的“最高数据率”
3. 吞吐量
   表示在单位时间内通过某网络的数据量
   即时吞吐量：给定时刻的速率

平均吞吐量：一段时间内的平均速率
一个100Mb/s的以太网，额定速率是100Mb/s，是该以太网的吞吐量的绝对上限值，其典型的吞吐量可能只有70Mb/s

瓶颈链路（bottleneck link）端到端路径上，限制端到端吞吐量的链路

4. 时延
   数据（报文或分组）从网络的一端传送到另一端所需的时间。

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

处理时延：交换结点为存储转发而进行的一些必要处理所花费的时间（分析首部，从分组中提取数据部分，差错检测，查找路由）
排队时延：分组在输入队列排队等待处理，在输出队列等待转发。排队时延取决于网络的通信量

5. 时延带宽积和往返时间
   时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
   往返时间（RTT）:表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。（包括处理时延、排队时延、发送时延）
   往返时间带宽积：表示当发送方连续发送数据时，在接收到确认之前，发送到链路上的比特数

6. 利用率
   信道利用率：指出某信道的利用率。完全空闲则利用率为0
   网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值

时延与利用率

计算机网络的分层结构

各层需要完成的功能

• 差错控制
• 流量控制，使得发送的发送速率不要太快，要使接收端能够来得及接收
• 分段和重装，发送端分段，接收端重装
• 复用和分用
• 连接建立和释放

网络协议 是为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定 （语法 语义 同步）

分层的好处：

1. 各层之间是独立的
2. 灵活性好
3. 结构上可以分割开
4. 易于实现和维护
5. 促进了标准化的工作

OSI TCP/IP(事实上的标准)

5层协议

应用层：
单位（报文）
确定进程之间通信的性质以满足用户的需求，解决要做什么的问题。为用户的应用进程提供服务。
协议：HTTP FTP SMTP

运输层：
单位（报文段/数据报）
解决对方在何处的问题
使得源端和目的端主机对等实体可以进行会话。有复用和分用的功能。

网络层：
单位（分组，IP数据报）
解决走哪条路径的问题。使主机可以通过网络层将分组发往到任何网络并使分组独立的传向目标。
协议：IP协议及路由选择协议
数据链路层：
单位（帧）
使物理层对网络层呈现为一条无错线路，即解决下一步怎么走的问题。两个主机之间数据一段段在链路上传送，即在两个相邻节点之间直接传送数据。
数据链路层透明传送数据。需要明确帧起始的位置，发现错误则丢弃或重传。

物理层：
单位（比特）
具有电气特性
透明地传送比特流

总体过程