计算机网络第一章 概述（王道考研笔记）
第一章 概述
目录
第一章 概述
1.1 计算机网络的概念
1.2 计算机网络的功能
1.3 计算机网络的组成
1.4 计算机网络的分类
1.5 标准化工作
1.5.1 标准的分类
1.5.2 标准化工作的相关组织
1.6 计算机网络的性能指标
1.6.1 速率
1.6.2 带宽
1.6.3 吞吐量
1.6.4 时延
1.6.5 时延带宽积
1.6.6 往返时延RTT
1.6.7 利用率
1.7 分层结构、协议、接口、服务
1.8 OSI参考模型
1.8.1 ISO/OSI参考模型
1.8.2 ISO/OSI参考模型解释通信过程
1.8.3 应用层
1.8.4 表示层
1.8.5 会话层
1.8.6 传输层
1.8.7 网络层
1.8.8 数据链路层
1.8.9 物理层
1.9 TCP/IP参考模型
1.9.1 OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点和不同点
1.10 5层参考模型
5层参考模型的数据封装与解封装
第一章 概述
1.1 计算机网络的概念
计算机网络：是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
计算机网络是互连的、自治的计算机集合。
互连--互联互通 通信链路
自治--无主从关系
1.2 计算机网络的功能
- 数据通信：互联网使上网用户之间，不管相距多远，都可以非常便捷、非常经济地交换各种信息（数据、以及各种音频视频）。
- 资源共享：可以是信息共享、软件共享、硬件共享。
- 分布式处理：多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分，如Hadoop平台。
- 提高可靠性
- 负载均衡：各计算机之间更亲密。
1.3 计算机网络的组成
- 组成部分：硬件、软件、协议
- 工作方式
- 边缘部分：用户直接使用，用来进行通信，有两种通信方式：C/S方式、P2P方式。
- 核心部分：为边缘部分服务（提供连通性和交换），由大量网络和连接这些网络的路由器组成。
3. 功能组成
1.通信子网：实现数据通信
2.资源子网：实现资源共享 / 数据处理
1.4 计算机网络的分类
- 按分布范围分
- 广域网WAN，使用交换技术
- 城域网MAN
- 局域网LAN（如校园网和企业网），使用广播技术
- 个人区域网PAN，个人使用的电子设备，如便携式电脑
- 按使用者分
- 公用网，如中国电信
- 专用网，例如军队、银行等
- 按交换技术分
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
- 按拓扑结构分，因特网也是采用网状型
- 按传输技术分
- 广播式网络 共享公共通信信道
- 点对点网络 使用分组存储转发和路由选择机制
1.5 标准化工作
要实现不同厂商的硬、软件之间相互连通，必须遵从统一的标准。
1.5.1 标准的分类
- 法定标准 由权威机构制定的正式的、合法的标准，如OSI
- 事实标准 某些公司的某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准，如TCP/IP
RFC(Request For Comments)-----因特网标准的形式,但并非所有的RFC稳当都是互联网标准
RFC文档按发表时间先后编上序号（即RFC xxxx，这里的xxxx是阿拉伯数字）。
RFC要上升为因特网正式标准的三个阶段：
- 互联网草案(Internet Draft)-----有效期只有6个月，这个阶段还不是RFC文档。
- 建议标准(Proposed Standard)-----从这个阶段开始成为RFC文档。
- 因特网标准(Internet Standard)-----达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号STD xx。
1.5.2 标准化工作的相关组织
国际标准化组织ISO OSI参考模型、HDLC协议
国际电信联盟ITU 制定通信规则
国际电气电子工程师协会IEEE 学术机构、IEEE802系列标准、5G
Internet工程任务组IETF 负责因特网相关标准的制定RFC xxxx
1.6 计算机网络的性能指标
1.6.1 速率
速率即数据率或称数据传输率或比特率。
比特 1/0 位
连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。
单位是b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s
速率 存储容量 1Byte(字节)=8bit(比特)
千1kb/s=10³b/s 1KB=210B=1024B=1024*8b
兆1Mb/s=103kb/s=106b/s 1MB=210KB=1024KB
吉1Gb/s=10Mb/s=106kb/s=10°b/s 1GB=210MB=1024MB
太1Tb/s=10³Gb/s=10Mb/s=10°kb/s=1012b/s 1TB=210GB=1024GB
1.6.2 带宽
“带宽” 原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹(Hz)。
计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。
网络设备所支持的最高速度
举例：讲解视频（6分25秒开始）
1.6.3 吞吐量
表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。单位b/s，kb/s，Mb/s等。
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
1.6.4 时延
指数据(报文/分组/比特流)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位是s。举例：视频讲解
对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率不是比特在链路上的传播速率。荷载信息的电磁波在通信线路上的传播速率(这是光速的类量级)取决于通信线路的介质材料，而与数据的发送速率并无关系。提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延。还有一点也应当注意，就是数据的发送速率的单位是每秒发送多少个比特，这是指在某个点或某个接口上的发送速率。而传播速率的单位是每秒传播多少公里，是指在某一段传输线路上比特的传播速率。因此，通常所说的“光纤信道的传输速率高”是指可以用很高的速率向光纤信道发送数据，而光纤信道的传播速率实际上还要比铜线的传播速率略低一点。
1.6.5 时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 x 带宽
bit s b/s
例如，设某段链路的传播时延为20ms，带宽为10Mbit/s，则
时延带宽积=20 x 10^-3 x 10 x 10^6 = 2 x 10^5 bit
这就表明，若发送端连续发送数据，则在发送的第一个比特即将达到终点时，发送端就已经发送了20 万个比特，而这 20万个比特都正在链路上向前移动。因此，链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
1.6.6 往返时延RTT
1.6.7 利用率
信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延。
1.7 分层结构、协议、接口、服务
发送文件前要完成的工作：
- 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
- 要告诉网络如何识别目的主机。
- 发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
- 发通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。
- 确保差错和意外可以解决。
分层的基本原则：
- 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
- 每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
- 结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
- 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
- 整个分层结构应该能促进标准化工作。
分层结构：
- 实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。
- 协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】实际上，只要我们想让连接在网络上的另一台计算机做点什么事情(例如，从网络上的某台主机下载文件)，我们都需要有协议。但是当我们经常在自己的个人电脑上进行文件存盘操作时，就不需要任何网络协议，除非这个用来存储文件的磁盘是网络上的的某个文件服务器的磁盘。网络协议主要由以下三个要素组成：
- 语法：规定传输数据的格式
- 语义：规定所要完成的功能
- 同步：规定各种操作的顺序
- 接口(访问服务点SAP):上层使用下层服务的入口。
- 服务:下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】
SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。
PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。
PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。
概念总结：
网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。
计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。
每层遵循某个 / 些网络协议以完成本层功能。
计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。
第n层在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能
仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。
体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。
1.8 OSI参考模型
1.8.1 ISO/OSI参考模型
1.8.2 ISO/OSI参考模型解释通信过程
视频链接 （8分10秒开始）
到了第2层(数据链路层)后，控制信息被分成两部分，分别加到本层数据单元的首部(H2)和尾部(T2)；而第1层(物理层)由于是比特流的传送，所以不再加上控制信息。请注意，传送比特流时应从首部开始传送。
1.8.3 应用层
所有能和用户交互网络流量的程序。
典型的应用层服务：文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）、万维网（HTTP）等。
应用层交互的数据单元称为报文。
1.8.4 表示层
用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）
功能一：数据格式交换
功能二：数据加密解密
功能三：数据压缩和恢复
1.8.5 会话层
向表示层实体 / 用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。这是会话，也是建立同步(SYN)。
功能一：建立、管理、终止会话
功能二：使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。
适用于传输大文件。
1.8.6 传输层
负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。主要协议:TCP、UDP
功能一：可靠传输、不可靠传输
功能二：差错控制
功能三：流量控制
功能四：复用分用
复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
分用:运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。
1.8.7 网络层
主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。主要协议：IP、IPX、ICMP. GMP、ARP、RARP、OSPF
功能一：路由选择 最佳路径
功能二：流量控制
功能三：差错控制
功能四：拥塞控制
若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。
1.8.8 数据链路层
主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层/链路层的传输单位是帧。主要协议：SDLC、HDLC、PPP、STP
功能一：成帧(定义帧的开始和结束) .....1000011101010101.....
功能二：差错控制 帧错+位错
功能三：流量控制
功能四：访问(接入)控制 控制对信道的访问
数据链路层不仅要检错，还要纠错，因此要采用可靠传输协议来纠正出现的错误。
1.8.9 物理层
主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。物理层传输单位是比特。
透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能够在链路上传送。
功能一：定义接口特性
功能二：定义传输模式 单工、半双工、双工
功能三：定义传输速率
功能四：比特同步
功能五：比特编码
1.9 TCP/IP参考模型
1.9.1 OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点和不同点
相同点：
1.都分层
2.基于独立的协议栈的概念
3.可以实现异构网络互联
不同点：
1.OSI定义三点：服务、协议、接口
2.OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
3.TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次 无连接
4.
| ISO/OSI参考模型 | TCP/IP模型 | |
| 网络层 | 无连接+面向连接 | 无连接 |
| 传输层 | 面向连接 | 无连接+面向连接 |
面向连接分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。接着，当数据传输完毕，必须释放连接。而面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输。
1.10 5层参考模型
5层参考模型的数据封装与解封装
