1 因特網概述
1.1 網絡、互聯網、因特網
網絡：
- 網絡是由若干
結點和連接這些結點的鏈路所組成
結點：計算機、打印機等聯網設備
鏈路：光纖、雙絞線等
互聯網：
- 多個網絡通過路由器互連起來，構成覆蓋范圍很廣的網絡，即
互聯網。
因特網：
- 因特網是世界上最大的互連網絡
internet：互聯網，是一個通用名詞，泛指多個網絡互連形成的網絡
Internet：因特網，采用TCP/IP協議族的一個互聯網，因特網是互聯網的一種。
普通用戶如何接入互聯網：
1.2 因特網服務提供者（ISP）
- ISP從因特網管理機構申請成塊的IP地址，同時ISP擁有通信線路和路由器等設備。
- 普通用戶向ISP繳納費用，就能從ISP得到聯網所需的IP地址。
- 我國主要的ISP有移動、聯通、電信三大運營商
基於ISP的三層結構的因特網
第一層
主干網，能覆蓋國際性區域，擁有高速鏈路和交互設備，第一層ISP之間直接互連。
第二層
第二層ISP和一些大公司都是第一層ISP的用戶，通常具有區域性和國家性的覆蓋規模，與少數第一層ISP相連。
第三層
第三層ISP又稱為本地ISP，是第二層ISP的用戶，且只擁有本地范圍的網絡，一般的校園網、企業網、個人用戶等。
1.3 因特網的組成
因特網由邊緣部分和核心部分組成。
邊緣部分
- 邊緣部分由所有連接在因特網上的
主機組成，這部分是用戶直接使用的，用來進行通信和資源共享。 - 如：台式電腦、服務器、筆記本電腦、手機、物聯網智能設備、空氣檢測儀等。
核心部分
- 核心部分由大量
網絡和連接這些網絡所需要的路由器組成，這部分是為邊緣部分提供服務的。 - 在核心部分起主要作用的是
路由器，路由器是實現分組交換的構件，任務是轉發收到的分組。
1.4 計算機數據的三種交換方式
交換方式有電路交換、分組交換和報文交換。
電路交換
- 過去使用的撥號電話采用的就是電路交換
- 可以使用電路交換的方式發送計算機數據，但是效率很低
分組交換
- 是目前計算機數據主要采用的交換方式
- TCP協議將較大的計算機數據（報文）分割成多個較小的數據包（分組），然后進行傳輸。
分組交換步驟
- 先把較長的報文分割成等長的較小的數據段
- 在每個數據段前面，加上由一些必要的控制信息組成的
首部后，就構成了一個分組，簡稱為包。 - 首部包含分組的
目的地址。 - 分組交換機（路由器）收到分組后，將其存儲起來，檢查其首部，根據首部的目的地址進行查表轉發，通過接口將分組交給下一個交換機。
- 分組到達目的地后，接收方使用TCP協議去掉分組的首部，然后將各數據段進行
組合，組合成一個完整的原始報文。
分組交換中各角色的作用
發送方
- 構造分組（將數據報文切割成多個小數據段組成分組）和發送分組
路由器
- 緩存分組、轉發分組
接收方
- 接收分組、還原報文
報文交換
- 與分組交換類似，報文交換中的交換結點（路由器）也采用存儲轉發的方式
- 但是報文交換對報文大小沒有限制，當傳輸較大的報文數據時，就需要路由器有較大的存儲空間。
- 報文交換通常用於早期的電報數據發送。
三種交互方式的優缺點
1.5 計算機網絡的分類
按交換技術分類
- 電路交換網絡
- 分組交換網絡
- 報文交換網絡
按使用者分類
- 公用網
- 專用網
按傳輸介質分類
- 有線網絡
- 無限網絡
按覆蓋范圍分類
- 廣域網WAN
- 城域網MAN
- 局域網LAN
- 個域網PAN
按拓撲結構分類
- 總線型網絡
- 星型網絡
- 環形網絡
- 網狀型網絡
1.6 計算機網絡的性能指標
性能指標可以從不同的方面度量計算機網絡的性能
主要有：速率、帶寬、吞吐量、時延、時延帶寬積、往返時間、利用率。
速率
為什么我們買的硬盤或內存往往達不到實際的空間大小。
- 廠家使用的單位：1GB=10的9次方
- 計算機中的單位：1GB=2的30次方
- 相除結果約為計算機單位中的
0.93132GB
速率的定義：
- 連接在計算機網絡上的主機在數字信道上
傳輸比特(bit)的速率，也稱為比特率或數據率。 - 速率單位：
bit/s速率使用的單位是 1kb/s=10的3次方b/s - 數據量單位：1KB=2的10次方B
帶寬
帶寬在計算機網絡中的意義：
- 用來表示網絡的
通信線路所能傳送數據的能力 - 表示單位時間內從網絡的某一點到另一點 所能通過的
最高速率 - 單位：b/s
- 家庭帶寬：200M（表示出口帶寬最高數據率為200Mb/s）
吞吐量
吞吐量表示單位時間內通過某個網絡的數據量
注意：
- 吞吐量表示的是單位時間內通過網絡的
數據量 - 帶寬表示的是單位時間內通過網絡的
最高速率
時延
網絡時延包括：發送時延、傳播時延、處理時延。
發送時延在發送方發送數據時產生，與數據大小和帶寬有關系。
傳播時延和傳播介質（銅線還是光纖）有一定的關系。
處理時延和路由器有關。
丟包率
丟包率即分組丟失率，是指在一定時間范圍內，傳輸過程中丟失的分組數量和總分組數量的比率。
丟包產生的兩種情況
- 分組在傳輸過程中出現
誤碼，被結點丟棄。 - 分組在到達一台隊列已滿的交換機（路由器）時被丟棄。
1.7 計算機網絡體系結構
常見的計算機網絡體系結構
OSI體系結構
- 法律上的國際標准
TCP/IP體系結構
- 事實中的國際標准
路由器一般只包含網際層和網絡接口層。
網絡接口層
- 該層並沒有規定實際的內容
- 目的是能夠連接各種網絡接口，如
以太網接口、WiFi接口。 - 因此，本質上TCP/IP協議只包含上面的三層結構
IP協議
- IP協議是網際層的核心協議
- IP協議可以將不同的網絡接口進行互連，並向上TCP/UDP協議提供服務。
計算機網絡體系結構分層的必要性
IP地址：如192.168.1.1,前三個數字用來表示網絡（互聯網是由多個網絡連接而成）。
最后一個數字表示主機。
每一層用來解決的問題
- 為了便於理解體系結構，將計算機網絡體系結構分為5層來看
計算機網絡體系結構分層思想
應用進程間基於網絡的通信步驟
通過瀏覽器輸入url訪問web服務器上到的資源步驟
主機端
- 應用層按HTTP協議的規定，構建一個HTTP請求報文(請求方式GET，能夠接收的文件種類，連接狀態等信息)
- 應用層將HTTP報文交付給運輸層，TCP協議將報文分成多個適當長度的報文段，在每個報文段前面都加上一個
TCP首部,形成分組，該首部的作用是為了區分應用進程和實現可靠傳輸。 - 運輸層將分組交給網絡層處理，網絡層在分組前面加上
IP首部,該首部的作用是為了使該數據報可以被路由器存儲轉發。 - 網絡層將IP報文交給數據鏈路層處理，數據鏈路層給IP報文加一個首部
ETH和一個尾部ETH，使其成為一個幀,首部的作用是為了使幀能夠在一個網絡上傳輸，被相應的主機接收。尾部的作用是為了讓目的主機檢查所收到的幀是否有誤碼。 - 數據鏈路層將幀交互給物理層，物理層將幀看做
比特流，物理層在幀首部添加前導碼，作用是讓目的主機做好接收幀的准備。 - 物理層將添加前導碼的比特率，變換成相應的信號發送到傳輸媒體（雙絞線，光纖等）
路由器端
- 信號到達路由器的物理層，物理層將信號轉換為為比特流，去掉前導碼后交付給數據鏈路層，實際上交互的是幀。
- 數據鏈路層將幀的首部和尾部去掉后交給網絡層，實際上交互的是IP數據報。
- 網絡層解析數據報的首部，從中提取出
目的網絡地址，然后查找自身的路由表，確定轉發接口。 - 然后將IP數據報交給數據鏈路層，數據鏈路層給IP數據報添加一個首部變為
幀，然后依次傳輸給接收端。
計算機網絡體系結構專業術語
實體
- 任何可發送或接收信息的
硬件或軟件進程。 對等實體：收發雙方相同層次中的實體，如發送方應用層對應接收方應用層。
協議
- 控制兩個對等實體進行邏輯通信的規則的集合
- 協議的三要素：
語法（定義交換信息的格式），語義（定義收發雙方要完成的操作），同步（定義收發雙方的時序關系）。
服務
- 在協議的控制下，兩個對等實體間的邏輯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所提供的服務
