第1章 概述
1.1、計算機在網絡時代中的作用
三類網絡：
- 電信網絡
- 有線電視網絡
- 計算機網絡
互聯網的兩個重要基本特點：
- 連通性
- 共享
1.2、互聯網概述
1.2.1、網絡的網絡
計算機網絡（簡稱網絡）由若干節點和連接這些節點的鏈路組成。
網絡中的節點可以是計算機，集線器，交換機或路由器等。
網絡把許多計算機連接在一起，而互聯網則把許多網絡通過一些路由器連接在一起。與互聯網相連的計算機常稱為主機。
1.2.2、互聯網基礎結構發展的三個階段
- 第一階段是從單個網絡ARPANET向互連網發展的過程。
internet（互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的計算機網絡。在這些網絡之間的通信協議（即通信規則）可以任意選擇，不一定非要使用TCP/IP協議。
Internet（互聯網，或因特網）是一個專用名詞，它指當前全球最大的、最開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定互連網，它采用TCP/IP協議作為通信的規則，且其前身是美國的ARPANET。
- 第二階段的特點是建成了三級結構的互聯網。
分為主干網，地區網，校園網（或企業網）
- 第三階段的特點是逐漸形成了全球范圍的多層次的ISP結構的互聯網。
ISP的不同層次：
- 主干ISP
- 地區ISP
- 本地ISP
1.3、互聯網的組成
（1）邊緣部分 由所有連接在互聯網上的主機組成。是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數據、音頻或視頻）和資源共享。
（2）核心部分 由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。
1.3.1、互聯網的邊緣部分
通信方式：
- 客戶-服務器方式（C/S方式）
- 對等連接方式（P2P方式）
1.3.2、互聯網的核心部分
在網絡核心部分中起特殊作用的是路由器，其是實現分組交換的關鍵部件，任務是轉發收到的分組。
1.電路交換的主要特點
電路交換是面向連接的服務，是可靠服務。
交換是按照某種方式動態地分配傳輸路線的資源。
經過“建立連接”---> 通話---> 釋放連接三個步驟的交換方式稱為電路交換。
特點：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。傳輸效率很低。
2.分組交換的主要特點
分組交換是無連接服務，不可靠服務，采用存儲轉發技術。
報文：把要發送的整塊數據稱為報文。
分組交換：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，在每個數據段的前面加上一些必要的控制信息組成的首部，就構成了一個分組。
分組稱為“包”，分組的包頭的可稱為“包頭”。分組是在互聯網中傳送的數據單元。
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達終點，好像在一個管道中傳送。
- 報文交換——整個報文先傳送到相鄰節點，全部存儲下來后查找轉發表，轉發到下一個節點。
- 分組交換——單個分組傳送到相鄰節點，存儲下來后查找轉發表，轉發到下一個節點。
1.4、計算機網絡的類別
1.按照網絡的作用范圍分類
- 廣域網 WAN（Wide Area Network）
- 城域網 MAN（Metropolitan Area Network）
- 局域網 LAN（Local Area Network）
- 個人區域網 PAN（Persoal Area Network）
2.按照網絡的使用者分類
- 公用網：大型網絡也可稱為公眾網
- 專用網：軍隊、鐵路、銀行、電力等系統的專用網
3.用來把用戶接入到互聯網的網絡
接入網AN：又稱為本地接入網或居民接入網。
1.5、計算機網絡的性能
1.5.1、計算機網絡的性能指標
1.速率
速率指數據的傳輸效率，也稱為數據率或比特率，單位是 bit/s。
2.帶寬
帶寬本來指某個信號具有的頻帶寬度，在通信線路中，表示某信道允許通過的信號頻帶范圍就稱為該信道的帶寬（或通頻帶）。
3.吞吐量
吞吐量表示在單位時間內通過某個網絡的實際數據量
4.時延
時延是指數據從網絡的一端傳到另一端所需的時間。有時也稱為延遲或遲延。
- 時延
發送時延是主機或路由器發送數據幀所需的時間。從發送該數據幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發送完畢所需的時間。發送時延也叫做傳輸時延
發送時延=數據幀長度(bit)/發送速率(bit/s)
- 傳播時延
傳播時延電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。計算公式是：
傳播時延=信道長度(m)/電磁波在信道中的傳播速率(m/s)
- 處理時延
主機或路由器在收到分組時要花費時間處理分數的時間。
- 排隊時延
分組在進入路由器后要先在隊列中排隊等待出來，然后才能轉發。
- 總時延
總時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延
5.時延帶寬積
時延帶寬積= 傳播時延 x 帶寬
6.往返時間RTT
一次雙向交互所需的時間稱為RTT。
7.利用率
- 信道利用率
- 網絡利用率
信道利用率和網絡利用率過高就會產生非常大的時延。
1.5.2、計算機網絡的非性能特征
1.費用
2.質量
3.標准化
4.可靠性
5.可擴展性和可升級性
6.易於管理
1.6、計算機網絡的體系結構
1.6.1、網絡體系結構的形成
國際標准化組織OSI提出ISO標准，TCP/IP。
1.6.2、協議與划分層次
為進行網絡中數據交換而建立的規則，標准或約定稱為網絡協議。網絡協議也可簡稱為協議。
三個要素：
- 語法，即數據與控制信息的結構或格式；
- 語義，即需要發出何種控制信息，完成何種動作及做出何種響應；
- 同步，即事件實現順序的詳細說明。
形式：
- 使用便於人們閱讀和理解的文字描述
- 使用讓計算機能夠理解的程序代碼
計算機網絡的各層及其協議的集合就是網絡的體系結構就是網絡的體系結構。換種說法，計算機的體系結構就是這個計算機網絡及其構件所應完成的功能的精確定義。
體系結構是抽象的，而實現是具體的，是真正運行的計算機硬件和軟件。
1.6.3、具有五層協議的體系結構
TCP/IP四層協議：應用層（Telnet,FTP,SMTP）,運輸層(TCP或UDP),網際層IP,網絡接口層
五層協議：應用層，運輸層，網絡層，數據鏈路層，物理層
- 應用層
應用層的任務‘是通過應用進程間的交互來完成特定網絡應用。應用層協議的定義是應用進程間通信和交互的規則。
應用層交互的數據單元稱為報文
為操作系統或網絡應用程序提供訪問網絡服務的接口。
應用層任務是通過應用進程間的交互來完成特定網絡應用。
應用層協議的代表包括：FTP、HTTP、SMTP等。
- 運輸層
運輸層的任務就是負責向兩台主機中進程之間的通信提供通用的數據傳輸服務。
主要的兩種協議：
- 傳輸控制協議
- 用戶數據報協議
負責向兩個主機中進程之間的通信提供服務。運輸層還要處理端到端的差錯檢測(與數據鏈路層不同)、擁塞控制、流量控制等問題。
運輸層協議的代表包括：TCP（面向連接、可靠數據傳輸服務，數據傳輸單位是報文段）、UDP（無連接。盡最大努力的數據傳輸服務，數據傳輸單位是用戶數據報）等。
- 網絡層
分組轉發。
負責對子網間的數據包進行路由選擇，為分組交換網上的不同主機提供通信服務。
網絡層協議的代表包括：IP、ICMP、IGMP等。
- 數據鏈路層
數據的封裝成幀、數據的透明傳輸、數據的差錯檢測。
數據鏈路層協議的代表包括：PPP、幀中繼等。傳輸數據幀。
- 物理層
在物理層上傳送數據的單位是比特
通過傳輸介質發送和接收二進制比特流。
屬於物理層定義的典型規范如RJ-45等。
1.6.4、實體、協議、服務和服務點
實體：任何可以發送或接收信息的硬件或軟件過程。
協議：協議是控制兩個對等實體（或多個實體）進行通信的規則的集合。
在協議的控制下，兩個對等的實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。要實現本層協議，還需要使用下面一層提供的服務。
使用本層服務的實體只能看見服務而不能開建下面的協議。也就是說，下面的協議對上面的實體是透明的。
協議是“水平的”，服務是"垂直的"，即服務是由下層向上層通過層間接口提供的。