第01章 計算機網絡詳解
1.1 計算機網絡在當今社會的作用
信息時代的重要特征21世紀的一些重要特征就是數字化、網絡化和信息化，它是一個以網絡為核心的信息時代。
網絡是指“三網”，即電信網絡、有線電視網絡、和計算機網絡。發展最快的並起到核心作用的是計算機網絡。
計算機網絡的概念計算機網絡：指將地理位置不同的具有獨立功能的多台計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來，在網絡操作系統、網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的計算機系統。
1.2認識網絡
1.2.1網絡和互連網絡
1.2.2最大的互聯網-因特網
1.2.3 企業組建的互聯網
1.2.4 通過無線路由器組件的家庭網絡
1.2.5家庭DSL無線撥號路由器邏輯圖
1.3開放系統互連模型-OSI參考模型
1.3.1分層方法
1.3.2OSI參考模型詳解
應用層
提供用戶接口，特制能夠發起網絡通信的應用程序，比如客戶端程序，QQ，MSN、瀏覽器等，服務器程序有Web服務器，郵件服務器，流媒體服務器等。
表示層
使用何種編碼方式。比如要傳輸的數據使用ASCI編碼，Unicode編碼還是二進制文件，是否要加密和壓縮。發送端和接收端程序必須使用相同的編碼方式，才能正確顯示，否則就產生亂碼。
會話層
通信的應用程序之間建立、維護和釋放面向用戶的連接。通信的應用程序之間建立會話，需要傳輸層建立1個或多個連接。
傳輸層
負責在通信的兩個計算機之間建立連接，實現可靠的或不可靠的數據通信，能夠實現發送端和接收端的丟包重傳，流量控制。
傳輸層 可靠傳輸 流量控制 擁塞避免 建立連接
netstat-n 查看傳輸層建立的連接 查木馬
網絡層
路由器查看數據包目標IP地址，根據路由表為數據包選擇路徑。路由表中的條目可以人工添加（靜態路由）也可以動態生成（動態路由）。
數據鏈路層
不同的網絡類型，發送數據的機制不同，數據鏈路層就是將數據包封裝成能夠在不同網絡傳輸的幀。能夠進行差錯檢查，但不糾錯，檢測出錯誤丟掉該幀。
物理層
該層規定了網絡設備接口標准，電壓標准。盡可能的通過頻分復用、時分復用技術在通信鏈路上更快的傳輸數據。
1.3.3計算機通信分層的好處
更改MAC地址
OSI參考模型和網絡排錯
從底層向高層逐層排錯
物理層故障 連接問題
數據鏈路層故障 MAC地址沖突 網速不一致 ADSL欠費 將計算機連接到錯誤的VLAN也屬於數據鏈路層問題
網絡層故障 網絡地址子網掩碼和網關配置錯誤造成的故障 路由器路由表錯誤
表示層故障 亂碼問題
應用層故障 應用程序配置錯誤
OSI參考模型和網絡安全
物理層安全 防止非法計算機接入公司網絡 無線AP 物理層不安全
數據鏈路層安全 VLAN 實現是數據鏈路層安全 交換機端口安全 ADSL撥號賬號密碼 連接無線密碼
網絡層安全 在計算機上可以設置網絡安全 在路由器可以設置ACL控制數據包轉發
應用層安全 開發出安全的應用程序
1.4TCP/IP協議
1.4.1TCP/IP通信過程
通過本圖你還可以掌握的額外知識
-
目標MAC地址決定了數據幀下一跳由哪個設備接收
-
目標IP地址決定了數據包最終到達那個計算機
-
不同的網絡數據鏈路層使用不同的協議，幀格式也不相同，路由器在不同網絡轉發數據包， 需要將數據包重新封裝
1.4.2 網絡設備和分層
1.4.3OSI參考模型和TCP/IP協議
1.4.4通信協議
協議三要素，語法、語義和同步。
填什么內容，每個空代表含義
1.5 OSI參考模型
1.5.1 OSI參考模型和TCP/IP協議
OSI參考模型定義計算機通信每層的功能，不是協議。
TCP/IP協議是具體的協議，實現了OSI參考模型規定的功能。
1.6 計算機網絡的性能指標
1.6.1 速率
網絡技術中的速率指的是每秒鍾傳輸的比特數量
稱為數據率（data rate）或比特率（bit rate），速率的單位為b/s（比特每秒）或bit/s，有時也寫為bps，即bit per second。當速率較高時，就可以用kb/s（k=103=千）、Mb/s（M=106=兆）、Gb/s（G=109=吉）或Tb/s（T=1012=太）。現在人們習慣於用更簡潔但不嚴格的說法來描述速率，比如10M網速，而省略了單位中的b/s。
Windows操作系統中，速率以字節為單位。大寫的B代表字節，是byte的縮寫，8比特=1字節。
速率是指的一個發端一個接收端平均每秒中發送多少bit。
1.6.2 帶寬
在計算機網絡中，帶寬用來表示網絡通信線路傳輸數據的能力，即最高速率。
可以設置電腦網卡的帶寬。
1.6.3 吞吐量
吞吐量表示在單位時間內通過某個網絡或接口的數據量，包括全部上傳和下載的流量。
吞吐量最大吞吐量和帶寬有關系和通信模式有關系
單工-只能發或收 電台 電視台
半雙工-能發能收不能同時 集線器連網 對講機
全雙工-能發能收能同時 交換機連網 全雙工100M帶寬 吞吐量200M
1.6.4 時延
時延（delay或latency）是指數據（一個數據包或bit）從網絡的一端傳送到另一端所需要的時間。時延是一個很重要的性能指標，有時也稱為延遲或遲延。
（1）發送時延
發送時延（transmission delay）是主機或路由器發送數據幀所需時間，也就是從發送數據幀的第一個比特開始，到該幀最后一個比特發送完畢所需要的時間。下圖表示數據流發送完畢。
（2）傳播時延
傳播時延（propagation delay）是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。如下圖所示，從最后一比特發送完畢到最后一比特到達路由器接口需要的時間就是傳播時延。
網卡的不同帶寬，改變的只是發送時延，而不是傳播時延。
（3）排隊時延
分組在經過網絡傳輸時，要經過許多的路由器。但分組在進入路由器后要先在輸入隊列中排隊等待處理。
（4）處理時延
路由器或主機在收到數據包時，要花費一定時間進行處理，例如分析數據包的首部、進行首部差錯檢驗，查找路由表為數據包選定轉發出口，這就產生了處理時延。
數據在網絡中經歷的總時延就是以上四種時延的總和。
總時延=發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延
1.6.5 時延帶寬積
把鏈路上的傳播時延和帶寬相乘，就會得到時延帶寬積。這對我們以后計算以太網的最短幀非常有幫助。
時延帶寬積=傳播時延×帶寬
1.6.6 往返時間
在計算機網絡中，往返時間RTT（Round-Trip Time）也是一個重要的性能指標，它表示從發送端發送數據開始，到發送端接收到來自接收端的確認（發送端收到后立即發送確認），總共經歷的時間。
往返時間帶寬積，可以用來計算當發送端連續發送數據時，接收端如發現有錯誤，立即向發送端發送通知使發送端停止，發送端這段時間發送的比特量。
1.6.7 利用率
利用率是指網絡有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過），沒有數據通過的網絡利用率為零。網絡利用率越高，數據分組在路由器和交換機處理時就需要排隊等待，因此時延也就越大。下面的公式表示網絡利用率和延遲之間的關系。
1.7 網絡分類
1.7.1 按網絡的范圍進行分類
局域網（Local Area Network，LAN）是在一個局部的地理范圍內（如一個學校、工廠和機關內），一般是方圓幾千米以內，將各種計算機、外部設備和數據庫等互相連接起來組成的計算機通信網。
廣域網（Wide Area Network，WAN）通常跨接很大的物理范圍，所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，能連接多個城市或國家，或橫跨幾個洲並能提供遠距離通信，形成國際性的遠程網絡。
城域網（Metropolitan Area Network，MAN）的作用范圍一般是一個城市，可跨越幾個街區甚至整個城市，其作用距離約為5～50km。城域網可以為一個或幾個單位所擁有，但也可以是一種公用設施，用來將多個局域網進行互連。目前很多城域網采用的是以太網技術，因此有時也將其並入局域網的范圍進行討論。
個人區域網（Personal Area Network，PAN）就是在個人工作的地方把屬於個人使用的電子設備（如便攜式電腦等）用無線技術連接起來的網絡，因此也常稱為無線個人區域網（Wireless PAN，WPAN），比如無線路由器組建的家庭網絡，就是一個PAN，其范圍大約在幾十米左右。
1.7.2 按網絡的使用者進行分類
公用網（public network）是指電信公司（國有或私有）出資建造的大型網絡。“公用”的意思就是所有願意按電信公司的規定交納費用的人都可以使用這種網絡。因此公用網也可稱為公眾網，因特網就是全球最大的公用網絡。
專用網（private network）是某個部門為本單位的特殊業務工作需要而建造的網絡。這種網絡不向本單位以外的人提供服務。例如，軍隊、鐵路、電力等系統均有本系統的專用網。
公用網和專用網都可以傳送多種業務。如傳送的是計算機數據，則分別是公用計算機網絡和專用計算機網絡。
1.8 企業局域網設計
1.9.1 二層結構的局域網
1.9.2 三層結構的局域網
1.8.1 二層結構的局域網
接入層連接計算機
匯聚成連接接入層交換機
1.8.2 三層結構的局域網
接入層
匯聚層
核心層
