計算機網絡第一章
重點：
（1）分組交換的概念，這是現代計算機網絡的技術基礎
（2）計算機網絡的一些性能
（3）計算機的分層體系結構，包括協議和服務的概念
1、計算機網絡在信息時代中的作用
計算機網絡為我們提供瀏覽信息和發布信息的平台
計算機網絡為我們提供通信和交流的平台
計算機網絡為我們提供休閑和娛樂的平台
計算機網絡為我們提供資源共享的平台
計算機網絡為我們提供了電子商務的平台
計算機網絡為我們遠程協作的平台
* 以互聯網為基礎逐漸發展起來的物聯網（物可以是所有可標識的“物”）
2、因特網概述
網絡：由若干結點和鏈接這些結點的鏈路組成
互聯網：“網絡的網絡” 網絡通過路由器互連起來，構成了一個覆蓋范圍更大的網絡
因特網是世界上最大的互聯網（Internet） 在因特網上的計算機成為主機（終端） 因特網是最大的計算機網絡
網絡把許多計算機連接起來了（物理網絡），而互聯網把許多網絡連接起來了（由物理網絡集合構成的邏輯網絡）
△ 互聯網（internet）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡
△ 因特網（Internet）是一個專有名詞，它是指全球最大的、開放的、有眾多網絡相互連接而成的特定計算機網絡
因特網的發展階段：
① 采用了TCP/IP協議簇作為通信的規則，且其前身是美國的ARPANET
②三級結構的因特網，NSF（national science foundation）美國國家科學基金會 建設 NSFNET（國家科學基金網）分為主干網、地區網和校園網（或者企業網）
③形成了多層次ISP結構的因特網（ISP Internet service provider 因特網服務提供者/商）
ISP：第一層（因特網主干網） 第二層（區域性和國家性覆蓋 為第一層ISP的用戶 與少數第一層ISP相連接 如：廣州寬帶） 第三層（本地ISP 第二層ISP的用戶且只有本地范圍 如校園網）
一旦一個用戶可以接入到因特網，那么ta可以成為一個ISP
萬維網（www world wide web）
3、制定因特網的正式標准要經過四個階段：
（1）因特網草案 （還不是RFC文檔）
（2）建議標准（開始時RFC文檔）
（3）草案標准
（4）因特網標准
ISOC：Internet Society 因特網協會
IAB：Internet Architecture Board 因特網體系結構委員會
IETF：Internet Engineering Task Force 因特網工程部
IRTF：Internet Research Task Force 因特網研究部
RFC：Request For Comment “請求評論”
4、因特網組成
（1）邊緣部分：由所有連接在因特網的主機（端系統）組成，用戶直接使用
主機有時被划分為：客戶機和服務器
一種網絡應用程序的工作方式— 客戶/服務器 方式（C/S）
運行在一個端系統上的客戶進程總是主動向運行在另一個端系統上的服務器進程發出服務請求，服務器進程可接受來自多個客戶進程的請求，並進行響應以提供服務
客戶進程間通常不直接進行通信
客戶是服務請求方，服務器是服務提供方
對等網絡應用—peer to peer （P2P）通常沒有固定的服務請求方和服務提供者，分布在網絡中的應用程序是對等的（被稱為對等方）
（2）核心部分：大量網絡和連接這些網絡的路由器組成， 為邊緣部分提供服務的（提供連通性和數據交換）
5、因特網的核心部分
路由器：實現分組交換的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組
①電路交換
必須經過“建立連接-通話-釋放連接”三個步驟的交換方式
在通話的全部時間內，通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源
使用電路交換來傳送計算機數據時，其線路的傳輸效率往往很低，計算機數據是突發式地出現在傳輸線路上。
②分組交換
把要發送的整塊數據稱為報文
在發送報文之前，先把較長的報文划分成一個個更小的等長數據段，在每個數據段前面加上一些由必要的控制信息組成的首部，就構成了一個分組（分組又稱為包，分組的首部也可以稱為包頭）分組是在因特網上傳送的數據單元
計算機把分組通過通信鏈直接發送給分組交換機，分組交換機收到了分組，先將分組暫時存儲下來，再檢查其首部，按照首部中的目的地址查找轉發表，找到合適的端口（就是分組交換機和外部連接的接口）轉發出去，把分組交給下一個分組交換機，這樣子一步一步經過多個分組交換機把分組轉發到最終的目的計算機
由於每個分組交換機都是將收到的分組先存儲再轉發，因此該方法被叫做存儲轉發方式
每個分組交換機都有多條鏈路與之相連，對於每條鏈路，該分組交換機有一個輸出緩存（即輸出隊列）用於存儲分組交換器准備發往哪條鏈路的分組
如果發現某條需要轉發的鏈路忙着傳輸其他分組，則分組必須在該輸出緩存中等待（即排隊）當輸出緩存已滿時，將發生分組丟失
當網絡中有大量分組需要從某條鏈路轉發時可能出現分組丟失的情況，我們稱之為網絡發生了擁塞
最重要的分組交換機是 路由器
位於網絡邊緣的主機（用途是為用戶進行信息處理的，並且可以和其他的主機通過網絡交換信息）和位於網絡核心位置的路由器（用來轉發分組的，即進行分組交換的）都是計算機
分組交換的優點
優點：高效（在分組傳輸的過程中動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用的）靈活（為每一個分組獨立的選擇轉發路由）迅速（以分組為傳送單位，可以先不建立連接就能向其他主機發送分組）可靠（分布式多路由的分組交換網，讓網絡有很好的生存性）
分組交換的缺點
缺點：時延（路由器在轉發分組的時候需要花費一定的時間）網絡阻塞（無法保證通信時端到端所需的帶寬，在通信量較大的時候容易造成網絡阻塞）開銷（各分組中必須攜帶的控制信息即首部中的控制信息，也會造成一定的開銷）整個分組交換網還需要專門的管理和控制機制
③三種交換方式在數據傳送階段的主要特點
電路交換：整個報文的比特流連續地從源點直流到終點，好像是一條物理的線路將源點和終點連接起來一樣
報文交換：整個報文先傳到相鄰結點，全部存儲下來之后查找轉發表，轉發到下一個結點
分組交換：單個分組（整個報文的一部分）傳送到相鄰結點，存儲下來之后查找轉發表，轉發到下一個結點（分組交換結點的輸出接口和輸入接口能夠並行工作，當輸出端口在發送一個分組時，其輸入端口可以同時接收下一個分組）
6、計算機網絡的定義和分類
一些互相連接的、自治的計算機的集合
從網絡的作用范圍進行分類：局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）、個人局域網（PAN 也有一些無線個人區域網 WPAN）
從網絡的實驗者進行分類：公用網（電信公司出資建造的大型網絡）、專用網（某個部門為本單位的特殊業務工作的需要而建造的網絡）
7、計算機網絡的主要性能指標
速率：數據的傳送速率（也稱為數據率或者比特率）
比特（bit）是計算機中數據量的單位（二進制數字）因此一個比特就是二進制數字中的0或者1
在網絡技術中速率的單位是 bit/s （比特每秒，b/s，有時也寫作bps）
Kbit/s（K=1000=千）、Mbit/s（M=10^6=兆）、Gbit/s（G=10^9=吉）、Tbit/s（T=10^12=太）
計算機的數據量往往用字節為度量的單位
一個字節（byte 為大寫的B）代表8個比特
千字節（大寫的K 即1024，2^10）KB
MB：2^20 GB：2^30
但是通信領域小k表示10^3
帶寬：①帶寬本來是指某個信號具有的頻帶寬度 ②在計算機網絡中，帶寬用來表示網絡的通信線路所能傳送數據的能力，因此網絡帶寬表示在單位時間內從網絡中的某一點到另一個所能通過的“最高數據率” 帶寬的單位：bit/s
時延：數據（一個報文或者分組，甚至比特）從網絡（或鏈路）的一端到另一端所需要的時間
網絡中的時延有以下幾個不同的部分組成
（1）發送時延 （傳輸時延）
是主機或路由器將分組發送到通信線路上所需的時間，也就是從發送分組的第一個比特算起，到該分組的最后一個比特發送到線路上所需要的時間
公式是（發送時延=分組長度 b /發送速率或者是信道帶寬 b/s）
（2）傳播時延
是電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間
傳播時延=信道長度/電磁波在信道上的傳播速率
發送時延發生在機器內部的發送器中（一般發生在網絡適配器）
傳播時延發生在機器外部的信道傳輸媒體上
（3）處理時延
主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理
（4）排隊時延
分組在進行網絡傳輸時，要經過許多路由器，但分組在進入路由器后要先在輸入隊列中排隊等待處理。在路由器確定了轉發接口后，還要在輸出隊列中排隊等待轉發，這就產生了排隊時延
分組時延= 發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延
對於高速網絡鏈路，我們提高的僅僅是數據的發送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率，提高數據的發送速率只是減少了數據的發送時延
利用率：有信道利用率和網絡利用率兩種
信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）完全空閑的信道利用率是0
網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值
Do 表示網絡空閑時的時延 D表示網絡當前的時延，利用率U
在適當的假定條件下 D = Do/（1-U）
信道或網絡利用率過高會產生非常大的時延
8、計算機網絡體系結構
網絡協議：網絡中的數據交換的而建立的規則、標准或約定
網絡協議由三要素組成：語法、語義、同步（或時序）
計算機網絡的體系結構：計算機網絡的層次結構模型與各層協議的集合（換句話說，計算機網絡的體系結構就是這個計算機網絡及其部件所應完成的的功能的精確定義）
體系結構是抽象的，而實現是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件
按照層次結構來設計計算機網絡的體系結構有以下好處：
①各層之間是獨立的 ②靈活性好 ③結構上可分割開 ④易於實現和維護 ⑤有利於功能復用 ⑥能促進標准化工作
OSI七層體系結構：物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、會話層、表示層、應用層
TCP/IP四層體系結構：網絡接口層、網際層IP、運輸層（TCP或UDP）、應用層（各種應用層協議如HTTP，FTP，SMTP等）
原理體系結構（綜合OSI）五層結構：物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、應用層
此處關於綜合OSI的結構詳細內容在后續的章節復習中列出
9、實體、協議和服務
協議：談判，同等地位
服務：下對上
TCP/IP協議：可以為各種各樣的應用提供服務（everything over IP），同時TCP/IP協議也允許IP協議在各式各樣的網絡構成的互聯網上運行（IP over everything）