[计网学习笔记（1）] 计算机网络概述

基本概念

        计算机网络是一种通信网络，是以能够相互共享资源方式互连起来的自治计算机系统的集合。ISP（internet service provider）是指互联网服务提供商。
        互联网为网络应用提供了通信服务的基础设施，同时提供了应用编程接口（AP1)。

        主机如果直接互相连接，那么之间链路数目将会非常庞大，所以我们一般将主机接入交换网络。
        一个交换网络由很多交换节点互联构成，其中交换节点是路由器/交换机。
        主机也就是端系统，它可以运行各种网络应用，包括pc、服务器、笔记本、智能手机等；将其彼此相连的叫通信链路，包括光纤、无线电、铜缆、卫星等等；路由器/交换机完成了其分组交换。
        上述提到的硬件，包括主机、路由器、通信链路是计算机网络的基础，但是进行数据交换还需要遵循一定的规则——协议。

        协议规定了通信实体间交换信息的格式、意义、顺序、针对收到的信息或发生的事件所采取的行动。
        协议的三要素为：语法、语义、时序。其中语法表示数据的格式或结构，语义表示需要发出什么信息，完成什么动作以及做出什么响应，并且做出一些差错的控制。时序表示事件发生的先后顺序，以及不同事件的速度匹配。
    
结构

        计算机网络结构包括了三个部分：网络边缘、接入网络（物理介质）、网络核心。
        网络边缘包括主机和网络应用。
        接入网络可以是数字用户线路（DSL），利用电话线连接。用调制解调器将不同频载分开，0kHz~4kHz为电话，4kHz~50kHz为上行，50kHZ~1MHz为下行。其中ADSL就是一种非对称、上行低、下行高的线路，也就是上传速度比下载速度要慢。
        在不同频带（载波）上传输不同频道被成为频分多路复用，利用频分多路复用的接入网络是电缆网络，它使用混合光线同轴电缆（HFC），数据和电视信号共享线缆而频率不同，它也是非对称的（下行高于上行）。
        两者的一个区别是前者是独占接入，后者是共享接入。
        还有一种接入网络是无线接入网络，它通过了共享的无线接入网络连接端系统与路由器。包括了无线局域网（LANs）以及广域无线接入（移动互联网、蜂窝网）。    
        网络核心分组转发设备，如互联的路由器。它可以确定分组的传输路径（路由），也可以进行分组转发。
    
数据交换

        数据交换包括了电路交换、报文交换、分组交换几种类型。
        电路交换的特点是独占资源，最典型的电路交换网络就是电话网络。
        电话网络可以通过多路复用实现链路共享，多路复用有四种典型方法：频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用。
        频分多路复用（FDM）中，不同用户占用不同的频率带宽。
        时分多路复用（TDM）中，不同用户在不同时间占用的频带宽度。
        波分多路复用（WDM）中，不同用户占用不同的光的波长。
        码分多路复用（CDM）中，每个用户分配唯一的mbit码片序列，-1代表0,1代表1，每个用户使用的是相同频率的载波。
        编码信号就是将原始数据和码片序列相乘进行编码，不同用户的编码序列是正交的。
        相应的，解码是码片序列与编码信号的内积。（除以m）
    
        报文交换发送的是一个信息整体，而分组交换是将报文拆分的小数据包，拆分和重组会产生额外开销。它们均为分组-转发方式。
        若分组交换传送M bits的报文，链路带宽为R bps，分组长度为L bits，中间经历的路由器数为n，则总共时间为M/R + nL/R（传输时延），还要考虑分组头长度。
        若报文交换传送M bits的报文，链路带宽为R bps，中间经历的路由器数为n，则总共时间为 （n+1） * M/R
    
        相比起电路交换，分组交换适用于突发数据网络，但可能发生分组延迟或丢包。
        丢包是因为可用缓存已满（可能重发可能不重发），延迟在指等待、传输等一系列过程中产生的。可以分为如下四种：
            1）结点处理延迟：包括一些准备工作，比如差错检测和确定输出链路。
            2）排队延迟：也就是等待输出链路的过程。
            3) 传输延迟：在前面提到过，为分组长度除以链路带宽，即L/R。
            4) 传播延迟：物理链路长度/信号传播速度

        时延带宽积：传播时延*带宽
        丢包率：丢包数/已发分组总数
        吞吐量：传送数据速率，包括即时和平均的
        速率：额定速率，表达数据传输的快慢，单位有b/s,kb/s，Mb/s,Gb/s。（彼此转换为1000，而不是1024）
        带宽：不同于信号处理中的带宽，这里指信道能传送的最高数据率（b/s)，单位同上。
    
网络体系结构

        OSI参考模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
        其中后四层是端到端层，两者直接联系，而前三层借助于中建系统（路由器)。
        物理层：定义了接口特性、比特编码、数据率、比特同步、传输模式（单工、半双工、全双工）
        数据链路层：负责结点间数据传输、物理寻址、组帧、流量控制、差错控制、访问控制。
        网络层：分组交付、逻辑寻址、路由、分组转发。
        传输层：报文传输、SAP寻址、分段重组、连接控制、流量控制、差错控制。
        会话层：对话控制、同步。
        表示层：表示转化、加密解密、压缩解压。
        应用层：提供服务。

        延伸出的：TCP/IP参考模型，包括应用层、传输层、网络层、链路层、物理层。