1.1 计算机网络在信息时代的作用
三网:电信网络；有线电视网络；计算机网络
计算机网络的重要功能:
- 1) 连通性 彼此连通,交换信息
- 2) 共享信息共享,软硬件共享
- 3)总结：信息传递，资源共享
1.2 因特网概述
我们先给出关于网络,互联网,因特网的一些最基本概念
网络：网络（Network）由若干结点（Node）和连接这些结点的链路（Link）组成。
互联网：多个网络通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互连网。
因特网：因特网（Internet）是世界上最大的互连网络（用户数以亿计，互连的网络数以百万计）。
internet与Internet的区别
因特网发展的三个阶段:
- 1969年单个网络 ARPANET ，向互联网发展的过程.1983年,TCP/IP协议成为ARPANET 上的标准协议,人们把1983年看成 是现在因特网的诞生时间.
- 三级结构的因特网,分为主干网,地区网,校园网(企业网),
- 多层次ISP结构的因特网.ISP称为因特网服务提供商。
中国的三大ISP：中国电信，中国联通和中国移动
基于ISP的三层结构的因特网
一旦某个用户能够接入到因特网，那么他也可以成为一个ISP，所需要做的就是购买一些如调制解调器或路由器这样的设备，让其他用户可以和他相连。
1.3 互联网的组成
从工作形式上分为两大块:
- 1) 边缘部分：由所连接在因特网上的主机组成,这部分使用户直接使用的,
- 2) 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成,这部分是为边缘部分提供服务的。
边缘部分
缘的端系统之间的通信方式可划分为两大类:客户服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)
- 客户-服务器方式（C/S）
特征:客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方,服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的的服务 - 对等连接(peer-to-peer,简写 P2P)指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方.
因特网的核心部分
核心部分
在网络核心部分起特殊作用的是路由器 (router),它是一种专用计算机(但不叫作主机)。路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件,其任务是转发收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能。
1.电路交换（Circuit Switching）
从通信资源的分配角度来看,交换(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线的资源,在使用电路交换打电话之前,必须先拨号请求连接。
这种必须经过“建立连接(占用通信资源)->通话(一直占用通信资源) ->释放资源(归还通信资源)”三个步骤的交换方式称为电路交换.
其一个重要特点:在通话的全部时间内,通话的两个用户是指占用端到端的通信资源,
2.分组交换
通常我们把表示该消息的整块数据成为一个报文。
在发送报文之前，先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面。加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成一个分组，也可简称为“包”，相应地，首部也可称为“包头”。
首部包含了分组的目的地址
分组从源主机到目的主机，可走不同的路径。
发送方
- 构造分组
- 发送分组
路由器
- 缓存分组
- 转发分组
- 简称为“分组转发”
在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。
路由器处理分组的过程是：
- 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
- 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；
- 把分组送到适当的端口转发出去。
接收方
- 还原报文
- 接收分组
3.报文交换
报文交换中的交换结点也采用存储转发方式，但报文交换对报文的大小没有限制，这就要求交换结点需要较大的缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被较先进的分组交换方式所取代。
三种交换方式的对比
假设A，B，C，D是分组传输路径所要经过的4个结点交换机，纵坐标为时间
分析：
电路交换：
- 通信之前首先要建立连接；连接建立好之后，就可以使用已建立好的连接进行数据传送；数据传送后，需释放连接，以归还之前建立连接所占用的通信线路资源。
- 一旦建立连接，中间的各结点交换机就是直通形式的，比特流可以直达终点；
报文交换：
- 可以随时发送报文，而不需要事先建立连接；整个报文先传送到相邻结点交换机，全部存储下来后进行查表转发，转发到下一个结点交换机。
- 整个报文需要在各结点交换机上进行存储转发，由于不限制报文大小，因此需要各结点交换机都具有较大的缓存空间。
分组交换：
- 可以随时发送分组，而不需要事先建立连接。构成原始报文的一个个分组，依次在各结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时，还缓存接收到的分组。
- 构成原始报文的一个个分组，在各结点交换机上进行存储转发，相比报文交换，减少了转发时延，还可以避免过长的报文长时间占用链路，同时也有利于进行差错控制。
1.5 计算机网络的类别
1.按照作用范围分类:
- 广域网 WAN：广域网是互联网的核心部分，其任务是通过长距离运送主机所发送的数据。
- 城域网 MAN
- 局域网 LAN：但地理上范围较小（1 km 左右）
- 个人区域网 PAN
2.按照网络的使用者进行分类
- 公用网(public network)；
- 专用网(private network)
3.按传输介质分类：
- 有线网络
- 无线网络
4.按交换技术分类：
- 电路交换网络
- 报文交换网络
- 分组交换网络
5.按拓扑结构分类：
1.6 计算机网络性能
7个性能指标,速率 带宽 吞吐量时延时延带宽积往返时间 利用率
- 速率:
局域网 LAN(运用了局域网技术) 个人区域网 PAN
连接在计算机网络上的主机在数字信号道上传送数据位数的速率,单位 b/skb/s.Mb/s
- 带宽
计算机领域中,带宽来表示网络的通信线路传送数据的能力,表示单位时间内从网络中的某一点到另一点所通过的”最高数据
率
数据通信领域中,数字信道所传送的最高数据率单位 b/s,kb/s,Mb/s
- 吞吐量
即在单位时间内通过某个网络的数据量;单位b/s.Mb/s等
- 时延
是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间
(1) 发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间
(2) 传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要发费的时间
(3) 处理时延 主机或路由器在收到分组是要花费一定的时间进行处理,例如分析分组的首部,从分组中提取数据部分,
(4) 排队时延分组在经过网络传输时,要经过许多路由器,但分组在进入路由器后要先在输入队列中等待处理,在路由器确定了转发接口后,还要在输出队列中排队等待转发,这就产生了排队延时,
- 时延带宽积
时延带宽积=传播时延带宽
表示这样的链路可容纳多少个比特,又称以比特为单位的链路长度
- 往返时间 RTT
表示从发送方发送数据开始,到发送方收到来自接收方的确认,总共经历的时间,
- 利用率
信道利用率:有数据通过时间 (有+无)数据通过时间
网络利用率:信道利用率加权平均值,Do网络空闲时的时延,D表示网络当前的时延,U表示网络利用率
Do D =1-U
1.7 计算机网络体系结构
1.计算机网络体系结构中的专用术语
开放系统信息交换涉及的几个概念
实体：
- 实体(entry):交换信息的硬件或软件进程
协议：
协议(protrocol): 控制两个对等实体通信的规则
网络协议主要由以下三个要素组成:
- (1)语法,即数据与控制信息的结构或格式:
- (2)语义,即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应:
- (3)同步,即事件实现顺序的详细说明。
服务：
- 服务(service):下层向上层提供服务,上层需要下层提供的服务来实现本层功能
- 服务访问点(SAP):相邻两层实体间交换信息的地方
2.计算机网络体系结构分层的必要性
3.计算机网络体系结构分层思想举例
例子：主机的浏览器如何与Web服务器进行通信
解析：
主机和Web服务器之间基于网络的通信，实际上是主机中的浏览器应用进程与Web服务器中的Web服务器应用进程之间基于网络的通信
体系结构的各层在整个过程中起到怎样的作用？
1、发送方发送
第一步：
- 应用层按照HTTP协议的规定构建一个HTTP请求报文
- 应用层将HTTP请求报文交付给运输层处理
第二步：
- 运输层给HTTP请求报文添加一个TCP首部，使之成为TCP报文段
- TCP报文段的首部格式作用是区分应用进程以及实现可靠传输
- 运输层将TCP报文段交付给网络层处理
第三步：
- 网络层给TCP报文段添加一个IP首部，使之成为IP数据报
- IP数据报的首部格式作用是使IP数据报可以在互联网传输，也就是被路由器转发
- 网络层将IP数据报交付给数据链路层处理
第四步：
- 数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧 （图示右边为首部，左边为尾部）
- 该首部的作用主要是为了让帧能够在一段链路上或一个网络上传输，能够被相应的目的主机接收
- 该尾部的作用是让目的主机检查所接收到的帧是否有误码
- 数据链路层将帧交付给物理层
第五步：
- 物理层先将帧看做是比特流，这里的网络N1假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码
- 前导码的作用是为了让目的主机做好接收帧的准备
- 物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体
第六步：
- 信号通过传输媒体到达路由器
2、路由器转发
在路由器中
- 物理层将信号变为比特流，然后去掉前导码后，将其交付给数据链路层
- 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后，将其交付给网络层，这实际交付的是IP数据报
- 网络层解析IP数据报的首部，从中提取目的网络地址
在路由器中
- 提取目的网络地址后查找自身路由表。确定转发端口， 以便进行转发
- 网络层将IP数据报交付给数据链路层
- 数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧
- 数据链路层将帧交付给物理层
- 物理层先将帧看成比特流，这里的网络N2假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码
- 物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体，信号通过传输媒体到达Web服务器
3、接收方接收
和发送方（主机）发送过程的封装正好是反着来
在Web 服务器上
- 物理层将信号变换为比特流，然后去掉前导码后成为帧，交付给数据链路层
- 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后成为IP数据报，将其交付给网络层
- 网络层将IP数据报的首部去掉后成为TCP报文段，将其交付给运输层
- 运输层将TCP报文段的首部去掉后成为HTTP请求报文，将其交付给应用层
- 应用层对HTTP请求报文进行解析，然后给主机发回响应报文
发回响应报文的步骤和之前过程类似
