计算机网络学习笔记——第一章

•    本文是[计算机网络](https://www.bilibili.com/video/BV1c4411d7jb?spm_id_from=333.999.0.0)的笔记，图片也从视频中截取。
  

1.1计算机网络在信息时代的作用

• 计算机网络已由通信基础设施发展成为一种重要的信息服务基础设施
• 计算机网络已经像水、电、煤气这些基础设施一样，成为我们生活中不可缺少的一部分

1.2因特网概述

（1）网络、互联网、因特网

• 网络：由若干节点和连接这些节点的链路组成。
  
  上面是笔记本，左下是台式，右下是打印机，中间是交换机，他们由链路链接，他们是一个网络。
• 互联网：多个网络通过路由器互联起来，这样构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网，网络的网络。
  
• 因特网：世界上最大的互连网络
  internet：互联网，指多个计算机网路互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议是任意的。
  Internet：因特网，专有名词，指全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议族作为通信的规则，前生是美国的ARPANET。

（2）因特网发展的三个阶段

• 70年代出现多个网络，需要互连
• 1985年，NSFNET的三个层次由大到小分别为主干网、地区网、校园网
• 1991年美国政府认识到网络可以用在出科研和学校外的地方，于是开放
  因特网服务提供者ISP，如电信、联通、移动。
  
  根据提供服务的覆盖面积大小和所拥有的IP地址数量的不同，ISP分成3个层次。
  
  该图只是个示意图，ISP可以很方便的在因特网上增添新的层次和分支。

互联网的标准化工作

并非所有的EFC文档哦都是因特网标准，只有一小部分RFC文档最后才能变成因特网标准。

（4）因特网的组成

从功能上可分为两个部分：边缘部分和核心部分。

• 边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频和时视频）和资源共享。
• 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（提供连通性和交换）。
  
  电脑、平板、手机、智能手表、摄像头等都是主机。
  路由器是核心，是一种专用计算机，但我们不称他为主机。路由器是实现分组交换的关键部件，其任务是转发收到的分组，这是核心部分最重要的功能。

1.3三种交换方式

（1）电路交换

• 电路交换：电话交换机接通电话线的方式
• 从通信资源的分配角度来看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源
• 电路交换的三个步骤：
• ①建立连接（分配通信资源）
• ②通信（一直占用通信资源）
• ③释放连接（归还通信资源）
  因为电话两两通信需要很多线路，于是电话与电话交换机相连。
  
  
  用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低，因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上，如：用户在编辑文件时，所占用的通信资源暂时未被利用，该通信资源也不能被其他用户利用，所以采用分组交换。

（2）分组交换

最重要的分组交换机就是路由器，使网络互连，并对接收到的分组进行转发，也就是分组交换。
报文：消息的整块数据

先把较长的报文划分成一个个更小的等长的数据段，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，就构成了一个分组，也可简称为包。首部肯定包含了分组的目的地址，否则传输路径中的分组交换机就不知道如何分组转发了。

分组交换机接收到一个分组后，先将分组暂时存储下来，在检查其首部，按首部中的目的地址进行查表转发，找到合适的转发接口，通过该接口分组转发给下一个分组交换机。

分组交换机收到这些分组后，去掉他们的首部，将各数据段组合还原出原始报文。

发送发：构造分组、发送分组；路由器：存储转发；接收方：接受还原。

• 各分组从源站到终点可以走不同的路径
• 分组达到终点的顺序不一定和源站的发送数据相同
• 可能出现分组丢失、误码、重复等问题

（3）报文交换

报文交换中的交换节点也采用存储转发，但是对报文的大小没限制，所以交换节点需要较大的缓存空间。
主要用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被先进的分组交换所取代

（4）三种方式对比

分组交换和报文交换可以随时发送分组。
分组交换和报文交换相比：减少了转发时延； 避免过长的报文长时间占用链路；有利于差错控制。

• 电路交换：
• 通信线路为双方专用，数据直达，通信时延非常小。
• 通信双方只有一条线路，线路只在这一条线路上传输，不存在失序。
• 不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道问题。
• 既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。
• 通信时延小，所以实时性强。
• 电路交换的节点交换机和其控制都比较简单。
• 建立连接时间对于计算机来说太长了。
• 线路独占，即使线路空闲，也不能被其他用户使用。
• 只要物理通路中的任何一点出现故障就要重新建立连接。
• 数据直达，不同类型、规格、速率的终端很难进行通信，也难以进行差错控制。
• 报文交换：
• 没有建立连接的时延，用户可以随时发送报文。
• 交换机先存储报文，再找一条合适的线路转发出去。
• 某条线路出现故障，可以找另一条线路转发出去。
• 不是一直占用线路，而是在不同的时间段占用。
• 一个报文可转发给多个地址，在电路交换中很难实现。
• 交换机要先存储再转发，有时延。
• 对报文的大小没有控制。
• 报文需要携带目的地址和源地址等信息。
• 分组交换：
• 没有建立连接的时延，用户可以随时发送报文。
• 不是一直占用线路，而是在不同的时间段占用。
• 分组大小固定，缓冲区固定，管理容易。
• 交换机的存储和转发可以同时进行。
• 分组小，出错概率小，即使出错，也只用重传出错的部分。
• 交换机要先存储再转发，有时延。
• 报文需要携带目的地址和源地址等信息。
• 会先问题，重新还原成原始报文比较麻烦。

1.4计算机网络的定义和分类

（1）计算机网络的定义

（2）计算机网络的分类

公用网：电信公司出资建造的大型网络。所有愿意按电信公司的规定缴纳费用就可以使用网络。
专用网：某个部门为本单位工作需要尽力的网络。不想本单位外的人提供服务。

1.5计算机网络的性能指标

包括：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率、丢包率。

（1）速率

（2）带宽

（3）吞吐量

（4）时延

发送时延：源主机将分组发给传输线路。
传输时延：分组的电信号在链路上传输。
处理时延：路由器对分组进行存储转发。（合并了排队时延）

（5）时延带框积

（6）往返时间RTT

从源主机发送分组开始，直到源主机收到来自目的主机的确认分组为止。

（7）利用率

（8）丢包率

1.6计算机网络体系结构

（1）常见的计算机网络体系结构

OSI：各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，开放系统互连参考模型。


网络接口层没规定什么具体的内容，互连世界上各种不同的网络接口，比如：有线的以太网接口和wifi接口。
IP协议是网际层的核心协议，将不同的网络接口进行互连，并向上面的TCP和UDP提供网络互连服务。
TCP在网络互连服务的基础上，向应用层的相应协议提供可靠传输的服务。
UDP在网络互连服务的基础上，向应用层的相应协议提供不可靠传输的服务。

（2）分层的必要性

（3）分层思想举例

运输层给HTTP请求添加一个TCP首部，变成TCP报文段。区分应用进程和实现可靠传输。
网络层给TCP报文段添加一个IP首部，变成IP数据包。使IP数据包可以在互联网上传输，被路由器传递。
数据链路层添加一个首部和一个尾部，变成帧。首部让帧能在一段链路上或一个网络上传输，能被相应的目的主机接收。尾部让目的主机检查所接受到的帧是都由误码。
物理层将帧看成比特流，添加前导码。让目的主机做好接受帧的准备。
变成传输信号发送给媒体。

（4）专用术语

实体、协议、服务。


逻辑通信，是假设出来的通信，方便单独研究体系结构某一层，不用考虑其他层。
协议的三要素：语法、语义、同步
语法：定义交换信息的格式。定义了哪些字段和先后顺序。
小格子称为字段或域；数字表示字段的长度，单位是位（也就是比特）。

语义：定义 收发双方 所要完成的操作。
比如：主机访问远程Web服务器，主机构建一个HTTP的GET请求报文，发送给Web服务器；服务器收到并解析，在自身内部查找所请求的内容，将内容封装在一个HTTP响应报文中并发送回主机；主机收到后解析，取出请求的内容并由浏览器解析显示。
同步：定义收发双方的时序关系。不是指始终频率同步。

三报文握手体现时序关系和状态。

最后

以上就是犹豫诺言为你收集整理的计算机网络学习笔记——第一章的全部内容，希望文章能够帮你解决计算机网络学习笔记——第一章所遇到的程序开发问题。

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