1.1 计算机网络的基本概念

计算机网络：将分散在不同地点的具有独立功能的计算机系统连接起来，进行数据通信的计算机集合。

1.1.1 局域网和广域网

局域网：覆盖范围在几千米左右的计算机网络。（eg. 以太网）

广域网：覆盖范围几十甚至上千公里的计算机网络。

1.1.2 互联网与因特网

互联网（internet）：网网相连。

因特网（Internet）：国际上最大的互联网。（如今可直接叫做互联网）

1.2 因特网组成

由2部分组成：边缘部分和核心部分。

• 边缘部分：由接入因特网的主机与终端组成。（进行数据处理和资源共享）
• 核心部分：由各种网络和互连设备组成。（提供联通与交换）

1.2.1 边缘主机之间的通信方式

客户服务器方式（C/S）

​ 该方式描述的是进程之间服务与被服务的关系。

• 客户、服务器都是指通信中所涉及的2个应用的进程。
• 客户运行客户程序，服务器运行服务器程序。（请求服务，得到服务）

对等方式（P2P）

​ 本质上来看仍然是使用客户服务器方式，只不过现在双方对等，既是客户又可以是服务器。

1.2.2 因特网的核心部分

​ 各种网络和互连设备组成。（各种网络之间通过路由器相连）

• 主要功能：提供网络边缘各主机之间的连通性。
• 因特网采用分组交换（一包一包）的方式传递数据，路由器是关键，负责收到数据分组后选路并转发。

1.2.3 路由器的分组交换

首先，了解电路交换（不适用与计算机网络）

​ 在发端和收端之间建立电路连接（一条利用中间结点构成的专用物理链路），并保持到通信结束的一种交换方式。

• 电路交换：建立连接，通信，释放连接。
• A -> 用户线 -> 交换机 -> 中继线 -> 交换机 -> ... -> 交换机 -> 用户线 -> B。（对于多用户来说，采用时间片分配）。
• 优点：通信实时性强（仅线路延迟）；大批量数据传输适用。
• 缺点：灵活性差（电路交换需要线路）；线路利用率低（分好的时间片没人用也得空着）；系统不具有存储数据的能力。

存储转发方式

​ 数据先传输到相邻节点，全部存储下来，再进行选路、转发给下一节点。

• 优点：相对于电路交换，线路利用率较高；节点间可实现数据的差错检测及其他处理。
• 缺点：实时性差，数据经过节点延迟较大。
• ⭐️两种形式：
  1. 报文交换
  2. 分组交换

报文交换

​ 数据传输以报文（逻辑信息包）为单位，长度可变。

⭐️分组交换⭐️

​ 将报文划分成若干个较小的数据单元，每次只能发送一个单元。

• 相对于报文交换 优点：
  1. 限制分组长度，降低节点所需存储量；
  2. 传输出错时，差错相对容易且重发开销较小；
  3. 各分组 可独立路由，选择最佳路径。
• 缺点：
  1. 各分组转发时都需要排队，可能造成更大的时延。
  2. 每个分组必须携带地址等信息，增大了开销。
• ⭐️两种实现方式⭐️
  • 数据报：无限制，各分组随便跑；
    • 特点：
      1. 通信前不需要建立连接，节省时间；
      2. 每个分组独立路由，灵活性、健壮性可；
      3. 每个分组独立路由（必须携带寻址信息），增大开销；
      4. 分组到达终点的时间，顺序不能保证，还可能丢失。
  • 虚电路：各分组被限制一条指定的虚拟线路。
    • 特点：
      1. 需建立连接（永久或临时）；
      2. 分组不需要详细地址信息，需要逻辑信道号即可；
      3. 到达有序；
      4. 线路故障需重新建立连接。

1.2.4 计算机网络的类别

1. 按范围
   • 广域网
   • 城域网
   • 局域网
   • 个人局域网
2. 按使用者
   • 公用网
   • 专用网
3. 接入网
   • 使用户与因特网连接的桥梁，不属于因特网。
4. 不同拓扑结构的网络
   • 总线网
   • 星型网
   • 环型网
5. 不同通信介质
   • 有线网：电缆啥的
   • 无线网：卫星啥的

1.3 计算机网络的性能指标

1. 速率

2. 带宽：最大速率？

3. 吞吐率

4. ⭐️时延：

   • 发送时延：数据块长度(byte) / 发送速率(byte/s)——一定的。
   • 传播时延：信道长度 / 信号在信道上传输速率——一定的。
   • 处理时延：交换节点为存储转发而进行的必要处理时间（如：差错检测）——一定的。
   • 排队时延：节点缓存队列中排队——不定的。

5. 时延带宽积：传播时延 * 带宽。

6. ⭐️往返时延RTT：去到回。

7. 利用率（不是利用率越大越好）

   • 信道利用率
   • 网络利用率

   网络时延与利用率：$$D=D_0/(1-U), \quad D网络时延,\ D_0网络最小时延（空闲时延）,\ U利用率$$。

   一般来说不超过50percent.

1.4 计算机网络的体系结构

​ 将联网的整体工作按层次方式进行分割，每层完成特定功能。

• 每次都要为上层提供服务（利用下层的服务）；通过层间接口进行。
• 所谓通信指的是对等实体间，同层对同层进行（不同实体）。
• 计算机网络的体系结构：层次、层次接口、各层协议的集合。

1.4.1 网络协议

​ 为对等实体间进行数据交换而制定的规则。

​ 三要素：

• 语法：数据与控制信息的结构或格式（数据的结构）；
• 语义：数据包中的信息的含义，解释；
• 时序（同步）：事件实现的顺序。

1.4.2 典型的网络体系结构

​ 开放系统互联参考模型OSI；TCP/IP。

1.4.3 OSI模型（理论模型）

​ 七层模型，从底向上，1到7层。

1.4.4 TCP/IP模型

​ 没对网络接口层做出具体规定。（tips：运输层=传输层，网际层=网络层）

后面的学习，主要基于5层协议。

理解：

1. 通过物理层和数据链路层，各个节点可以连接出一个物理网，把这两层叫网络接口层。
2. 但是网1的节点和网2的节点通信，则必须要通过网络层（利用IP嘛）。

TCP/IP协议簇只关心各个物理网络之间怎样互联互通，完成应用进程到进程间的通信及事务处理，至于各个网怎么实现的不关心。因此TCP/IP只定义网络层、传输层、应用层，而网络接口层不做任何规定。