第一章 计算机网络和因特网

1.1什么是英特网

其一，我们能够描述因特网的具体构成，即构成因特网的基本硬件和软件组成；其二，我们能够根据为分布式应用提供服务的联网设施来描述因特网。
具体构成描述方法：

1.1.1 具体硬件描述构成：基本构成为端系统，通信链路和分组交换机。

端系统：
定义：即为主机设备，功能是运行网络应用程序。
功能：发送端系统对数据进行打包发送，接收端系统根据必要信息和协议来抽取用户数据。
接入网：端系统通过因特网服务提供商（Internet Service Provider，简称ISP）接入因特网。
分组：
定义：发送端系统将其数据分成一段一段，然后加上必要的信息后形成一个个的数据包，这个数据包用术语来说叫做分组。分组==用户数据+必要信息
通信链路：
定义：即为信息路径，内容是链接端系统和分组交换机，
功能：传输分组。
不同类型的通信链路：
传输速率：带宽。
分组交换机：定义：即为链路层交换机/路由器（两者的的不同之处–链路层交换机主要用在接入网中，路由器主要用在网络核心），功能：转发分组数据块。

1.1.2具体软件描述构成：协议Protocol，协议控制互联网中信息的接收和发送。

协议三要素：语法（定义消息格式）、语义（定义网络实体之间发送和接收消息的次序）、同步（定义消息传输和接收过程中的相应事件）。
TCP-Transmission Control Protocol传输控制协议和IP-Internet Protocol网际协议，是因特网中最重要的两个协议。因特网的主要协议族统称为TCP/IP。

服务视角描述方法：
因特网向应用程序提供服务的基础设施，并提供提供编程接口API（允许应用程序连接到互联网的端口）。
分布式应用程序：类似电子邮件、社交网络，他们涉及多台互相交换数据的端系统。
API：规定运行在一个端系统上的软件请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的地软件交付数据的方式。

1.2 网络的边缘

端系统：与因特网相连的计算机和其它设备
端系统分类：客户和服务器

1.2.1 接入网

接入网：是指将端系统连入到边缘路由器的物理链路
边缘路由器：指端系统到任何其他远程端系统路径上的第一台路由器

DSL(Digital Subscribe Line)数字用户线：宽带住宅接入的方法，ISP：本地电话公司。通信链路的物理材质：电话线，是一种双绞线。接入方式：用户使用DSL调制解调器通过电话线与ISP中的数字用户线接入复用器（DSLAM）来交换数据。

CIC(Cable Internet Access)电缆因特网接入：宽带住宅接入方法，ISP：有线电视公司。通信链路的物理材质：光纤和同轴电缆，也被称为混合光纤同轴（Hybrid Fiber Coax HFC）；
接入方法：用户使用电缆调制解调器通过同轴电缆与光纤结点相连，光纤结点通过光缆与电缆头端相连，而电缆头端接入了因特网。在电缆头端，电缆调制解调器端接系统（Cable Modem Termination System）起到DSLAM的作用，即实现模拟信号和数字信号的转换。
FTTH(Fiber TO The Home)光纤到户：指使用光纤作为通信链路的材质。两种竞争性的光纤分布方案：主动光纤网络（Active Optical Network），被动光纤网络(Passive Optical Network).主要区别在于，是否在传输数据时共享光纤。
以太网和WIFI：接入方式：用户使用双绞线与以太网交换机相连，从而接入因特网；在无线局域网中，无线用户从一个接入点发送和接收数据，而该接入点与企业网相连，企业网最终接入因特网；在无线LAN中，用户需要在一个接入点的几十米范围之内。
广域无线接入：移动设备通过蜂窝网提供商运营的基站来发送和接收分组，与WIFI不同的是，用户仅需要位于基站的数万米范围之内即可。

1.2.2 物理媒体

传输媒体是构成通信链路的主要部分，物理媒体通常可以分为导引性媒体和非导引性媒体。导引性媒体：信号沿着固体前行；非导引性媒体：信号沿着固体媒体前行。

双绞线：最便宜的引导性传输媒体，由两条相互螺旋缠绕的铜线组成。目前局域网中的双绞线数据传输速率在10Mbps到10Gbps之间，所能达到的数据传输速率取决于线的粗细以及传输距离；双绞线实际上为高速局域网联网的主要方式。
同轴电缆：由两个铜导体构成，但是它们是同心的，而非并行的；借助特殊的结构和绝缘层，同轴电缆可得到较高的数据传输速率；在电视系统中应用广泛；同轴电缆可被用作引导性的共享媒体。
光纤：一种可以引导光脉冲的媒体。

陆地无线电信道：无线电信道承载电磁频谱中的信号，不需要物理线路，提供与移动用户的连接以及长距离承载信号的方式；是一种有吸引力的媒体。
卫星无线电信道：通过卫星连接两个或多个在地球上的微波发射方（也被称为地面站），该卫星在一个频段上接收信号，在另一个频段上发送信号；种类有同步卫星和近地轨道卫星。

1.3 网络核心

网络核心：为由互联端系统的分组交换机和链路构成的网状网络。
通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法：电路交换和分组交换。
数据交换过程：第一步：建立连接；第二步：交换数据；第三步：释放连接。

第一代计算机网络——电路交换网络：
电路交换的特性：数据交换前需建立起一条从发端到收端的物理通路；在数据交换的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输信道；交换双方可实时进行数据交换而不会存在任何延迟。
电路交换中的复用：时分复用（TDM）；频分复用（FDM）。
存在的问题：计算机之间的数据交换往往具有突发性和间歇性特征且不够灵活。结论：电路交换技术不适合于计算机间的数据交换。

第二代计算机网络——分组交换网络
分组交换的工作流程：(1) 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段；(2) 每一个数据段前面添加上首部构成分组；(3) 分组交换网以“分组”作为数据传输单元；(4) 依次把各分组发送到接收端；(5) 接收端收到分组后剥去首部还原成报文；(6) 最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。
备注（1）：分组首部的重要性：每一个分组的首部都含有地址等控制信息；分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机；用此种存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。
备注（2）：这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。

分组交换网络的特征：被传送的数据分成若干分组分别传送；数据传输前不必预先确定分组的传输路径；网络核心中的每个交换结点均为共享结点,并且都具有分组的存储/转发（因为缓存等待一个分组的全部数据而导致的时间开销被称为存储转发时延）以及选择合适路由的能力；在数据通信的过程中，网络核心断续(动态)分配传输带宽，使得通信线路的利用率得以大大提高；为了提高分组交换网的可靠性，网络核心常采用网状拓扑结构，使得当发生网络拥塞或少数中间交换结点、链路出现故障时，可灵活地改变路由而不致引起通信的中断或全网的瘫痪；通信网络的主干线路往往由一些高速链路构成。

转发
目标: 通过路由器将分组从源主机移动到到目的主机
数据报网络：分组内的目的地址决定下一跳；在会话过程中路由可能改变（eg:问路、驾驶）
虚电路网络：每个分组携带一个标识（虚电路号），该标识决定下一跳；在呼叫建立时决定固定的路径，并在整个呼叫过程中保持不变；路由器保持每个呼叫连接的状态。

分组交换 VS 电路交换：
分组交换的优点：在相同条件下，分组交换能够比电路交换支持更多的用户；当用户数较少时，分组交换能够获得比电路交换更好的性能
分组交换存在的问题：分组在各结点存储转发时因要排队总会造成一定的时延。当网络通信量过大时，这种时延可能会很大；各分组必须携带一定的控制信息（说明信息），额外开销；整个分组交换网的管理和控制比较复杂。
结论：若要连续传送大量数据，且其传送时间远大于呼叫建立时间，则采用在数据通信之前预先分配传输带宽的电路交换较为合适；分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。

1.4分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量：

时延：
dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop
dproc：节点处理：检查比特错误；确定输出链路；通常<毫秒。
dqueue：排队时延：输出链路等待传输的时间；取决于路由器的拥塞程度。
dtrans： 传输时延:L–分组长度 (bits)；R–链路带宽 (bps)；dtrans = L/R。
dprop：传播时延:d–物理链路的长度；s–媒体中的传播速度 (~2x108 米/秒)；dprop = d/s。

排队时延（讨论）：
假定：R=链路带宽 (bps)；L=分组长度 (bits)；a=平均分组到达速率。
流量强度：La/R：La/R ~ 0: 平均排队时延很小，甚至为0；La/R < 1: 时延较小，且会随时间推延而变小；La/R = 1: 时延不会变化，具体数值取决于当时队列长度；La/R > 1: 平均时延较大，且随时间推延而趋于无穷。

丢包：
分组丢失的原因和后果：缓存中队列的容量是有限的；当分组到达时队列已满，则分组被丢弃 (丢失)；丢失的分组可能会被前一个节点、源端系统重新传输，或者根本不重传。

吞吐量：
在发送方与接收方之间传输比特的速率（bps）
瞬时吞吐量：任何时间的瞬时吞吐量是主机B接受到该文件的速率。
平均吞吐量：如果该文件由F比特组成，主机B接受到所有比特用去Ts，则文件的平均吞吐量为F/Tbps。

1.5 协议层次和服务模型

因特网的协议栈：
应用层: 支持网络应用
FTP, SMTP, HTTP
运输层: 主机间的数据传输
TCP, UDP
网络层:将数据报从源端传送到目的端
IP, 路由协议
链路层: 数据在网络相邻结点之间传输
PPP, 以太网
物理层: 在线路上传输比特流

基本概念：
实体(Entity)：是任何可以发送和接收信息的硬件和软件进程。通常是一个特定的软件模块。
对等体(Peer)：不同机器上包含对应层的实体称为对等体。
协议(Protocol)：语法，即数据与控制信息的结构或格式；语义，即需发现何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答；同步，即事件实现顺序的详细说明。
服务(Service)：为保证上层对等体之间能互相通信，下层向上层提供的功能。
服务原语：服务原语是指网络相邻层间进行交互时所要交换的一些必要命令。
服务访问点(SAP)：服务访问点是同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方。
协议数据单元(PDU)：对等层次上传送数据的单位。
服务数据单元(SDU)：层与层之间交换数据的单位。
网络体系结构(Network Architecture)：层和协议的集合。
协议栈(Protocol Stack)：一个特定的系统所使用的一组协议（每层一个协议）称为协议栈。

第二章应用层

本章总结只包括博主考试需求的应用层协议原理及WEB和HTTP。

2.1 应用层协议原理

网络应用所需采用的体系结构：客户机/服务器体系结构（C/S）；P2P体系结构（自扩展性）；混合体系结构。
应用层协议定义：交换的报文类型；各种报文类型的语法；字段的语义；进程何时、如何发送报文及对报文进行响应。

进程通信：在操作系统中，实际进行通信的是进程而不是应用程序。
通信方式：当进程运行在同一个端系统上时，它们使用进程间通信机制相互通信；而进程间通信的规则是由端系统上的操作系统确定的。当进程运行在不同的端系统上时，它们通过跨越计算机网络的报文相互通信。

套接字定义：套接字是同一台主机内应用层和运输层之间的接口。由于该套接字是建立网络应用程序的可编程接口，因此套接字也被称为应用程序和网络之间的应用编程接口（Application Programming Interface）.
套接字的长度为48位
套接字功能：进程通过套接字来接收和发送报文，套接字相当于一个通道：发送进程将报文交给套接字，套接字将这些报文传输到接收进程的套接字。

因特网运输层将所提供的服务整合成两类：（传输层协议的特点大致可以从以下这四个方面考量：可靠数据传输、吞吐量、定时和安全性）
TCP服务：
TCP服务模型包括了面向连接的服务和可靠数据传输服务。
面向连接: 在客户端和服务器进程之间需要建立连接
可靠传输 : 在发送和接受进程之间
流量控制: 发送数据的速度决不超过接收的速度
拥塞控制: 当网络超负荷时，束紧发送端口，减缓发送速度
不提供: 实时性, 最小带宽承诺
UDP服务
UDP服务模型提供了面向无连接和不可靠的数据传输服务。有些应用场景下，UDP协议将带来更多的便利和效率。
不可靠传输：在客户端和服务器进程之间实现“不可靠的”数据传输
不提供:连接建立, 可靠性保证,流量控制,拥塞控制,实时性, 最小带宽承诺

安全性：TCP/UDP天生不具备安全性。
安全套接字层SSL：提供加密的TCP连接、数据的完整性检查、端点身份鉴别。SSL位于应用层与TCP之间。

2.2 WEB和HTTP

WEB的构成：
WEB服务器：IIS、Apache、TomCat……；浏览器：IE、Maxthon、Firefox；协议：信息表达的协议——HTML、信息传输的协议——HTTP。
特别说明：WEB属于C/S模式。
WEB内容的表达：
Web 页面由一些对象组成；HTML文件是Web页面的基础，它可以包括各种各样的对象，是一个容器对象；任何一个对象都可以用 URL来定位。URL地址由两部分组成：存放对象的服务器主机名和对象的路径名。
WEB内容的传输——HTTP协议：
HTTP（HyperText Transfer Protocol）是WEB的应用层协议，它是Web的核心；HTTP有两部分实现，一个客户端程序一个服务器程序；HTTP定义了客户和服务器进行报文交换的方法。
客户端/服务器模式
客户端: 浏览器请求、接收、展示 Web对象（ objects）
服务器: Web 服务器发送对象对请求进行响应

http: TCP 传输服务:
客户端启动TCP连接(创建套接字) 到服务器, 端口；服务器接受来自客户端的 TCP 连接；http 报文(应用层协议报文) 在浏览器 (http client) 和Web服务器(http server)之间进行交换；关闭TCP 连接。
HTTP1.0的传输模式——非持久性连接
非持久性连接工作机制
RTT(Round-Trip Time)。RTT指的是，一个短分组从客户端到服务器，然后再返回客户端所用的时间。RTT包括分组的传播时延、排队时延、处理时延（因为是短分组，所以其传输时延可不计）。
HTTP1.1引入的新传输模式——持久连接
持久连接又可以分为：非流水线方式：一个对象传输完成方能传输下一个；流水线方式：可以一次性发送所有请求，慢慢接收。

HTTP报文类型：HTTP请求报文、HTTP响应报文。
HTTP请求报文
一段典型的HTTP请求报文（ASCII）
GET /index.html HTTP/1.1rn
Host: www-net.cs.umass.edurn
User-Agent: Firefox/3.6.10rn
Accept: text/html,application/xhtml+xmlrn
Accept-Language: en-us,en;q=0.5rn
Accept-Encoding: gzip,deflatern
Accept-Charset: ISO-8859-1,utf-8;q=0.7rn
Keep-Alive: 115rn
Connection: keep-alivern
rn
HTTP请求报文的一般格式

HTTP1.0 定义的方法
GET：向服务器请求指定URL的对象。
POST：用于向服务器提交表单数据，也可以同时请求一个WEB页面。
特别注意：可以不使用POST方法，而使用GET方法发送表单数据以获取新的WEB页面。
HEAD：请求服务器返回一个响应报文，但是该报文中并不包含请求的对象。该方法常常用来进行故障跟踪。
HTTP1.1新定义的方法
PUT：上传的文件放在实体主体字段中，目标路径由URL字段标明。
DELETE：删除URL字段中指定的文件。
另一种上传数据的方式：使用GET方法，将需要上传的数据放到URL中。

HTTP响应报文
HTTP/1.1 200 OKrn
Date: Sun, 26 Sep 2010 20:09:20 GMTrn
Server: Apache/2.0.52 (CentOS)rn
Last-Modified: Tue, 30 Oct 2007 17:00:02 GMTrn
ETag: “17dc6-a5c-bf716880”rn
Accept-Ranges: bytesrn
Content-Length: 2652rn
Keep-Alive: timeout=10, max=100rn
Connection: Keep-Alivern
Content-Type: text/html; charset=ISO-8859-1rn
rn
data data data data data …
HTTP响应报文的一般格式

HTTP是无状态协议，但是Web站点为了识别用户身份或者限制用户访问的时间或者将用户访问的内容同用户身份相关联，
Web站点可以使用Cookie技术：
Cookie技术包含4个组件：HTTP响应报文里增加一个关于Cookie的首部行；HTTP请求报文里增加一个关于Cookie的首部行；用户端系统保留一个Cookie文件，由浏览器保存维护；Web站点建立Cookie和用户身份的关联。

Web缓存器也被称为代理服务器，它代表初始web服务器来满足HTTP请求。它有自己的存储空间，并在存储空间里保持有最近请求过的对象的副本；可以通过配置浏览器，将所有指向初始服务器的请求首先指向代理服务器。

目前常用的邮件访问协议有POP3（Post Office Protocol-Version 3）、因特网邮件访问协议（IMAP，Internet Mail Access protocol）和HTTP。

最后

以上就是震动大树为你收集整理的计算机网络-自顶向下方法---第一二章学习笔记总结第一章 计算机网络和因特网第二章应用层的全部内容，希望文章能够帮你解决计算机网络-自顶向下方法---第一二章学习笔记总结第一章 计算机网络和因特网第二章应用层所遇到的程序开发问题。

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