计算机网络笔记

第一章概述

计算机网络在信息时代中的作用

21世纪具有数字化、网络化、信息化特征

Internet（互联网）：全球最大、最重要的计算机网络

互联网的2个重要基本特点

连通性
资源共享

是Internet提供许多服务的基础

互联网概述

计算机网络

由若干节点(node)和连接这些节点的链路(link)组成。
节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。

互联网基础结构发展的三个阶段

互联网的标准化过程

互联网的组成

边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成，由用户直接使用，用来进行通信（传送数据、音频或视频）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，为边缘部分提供服务（提供连通性和交换）。

处在互联网边缘部分的就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统 (end system)。

“计算机之间通信”的含义

实际上是指：主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。

端系统之间的两种通信方式

客户/服务器方式（Client/Server方式）

描述的是进程之间服务和被服务的关系。
对等方式（Peer to Peer方式）

两台主机在通信时不区分服务请求方和服务提供方。只要都运行了 P2P 软件，就可以进行平等的、对等连接通信。

互联网的核心部分

在网络核心部分起特殊作用的是路由器 (router)。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。

分组转发是网络核心部分最重要的功能。

电路交换⭐

电线对的数量与数量的平方成正比。当电话机的数量增多时，使用电话交换机将这些电话连接起来。

每一部电话都直接连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信。
这种交换方式就是电路交换 (circuit switching)。

转接：把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。

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。

电路交换的三个阶段：

建立连接：建立一条专用的物理通路（占用通信资源）。
通话：主叫和被叫双方互相通电话（一直占用通信资源）。
释放连接：释放刚才使用的专用的物理通路（归还通信资源）。

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）、释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换方式称为电路交换

电路交换特点：通话的两个用户始终占用端到端的通信资源

分组交换⭐

采用存储转发技术。在发送端，先把较长的报文划分成更小的等长数据段。数据段前面添加首部就构成了分组(packet)。分组又称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”。

分组交换以“分组”作为数据传输单元

互联网采用分组交换技术。分组是在互联网中传送的数据单元。发送端依次把各分组发送到接收端。接收端收到分组后剥去首部，还原成原来的报文。

根据首部中包含的目的地址、源地址等重要控制信息进行转发。每一个分组在互联网中独立选择传输路径。位于网路核心部分的路由器负责转发分组，即进行分组交换。路由器要创建和动态维护转发表。

分组交换带来的问题：

排队延迟：分组在各路由器存储转发时需要排队
不保证带宽：动态分配
增加开销：各分组必须携带控制信息；路由器要暂存分组，维护转发表等

报文交换⭐

在 20 世纪 40 年代，电报通信就采用了基于存储转发原理的报文交换 (message switching)。但报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。

三种交换方式的比价⭐

若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传送速率较快。
报文交换和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。
由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

计算机网络的类别

计算机网络的定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。 “可编程的硬件”表明：这种硬件一定包含有中央处理器 CPU。

计算机网络的分类⭐

按照网络的作用范围进行分类
按照网络的使用者进行分类
用来把用户接入到互联网的网络

计算机网络的性能⭐

性能指标：从不同方面来度量计算机网络的性能。

速率
带宽
吞吐量
时延

指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。
有时也称为延迟或迟延。
组成：
1. 发送时延
2. 传播时延
3. 处理时延
4. 排队时延
时延带宽积
往返时间RTT
利用率

计算机网络体系结构⭐

协议的两种形式

文字描述：便于人来阅读和理解。
程序代码：让计算机能够理解

不论什么形式，都必须能够对网络上信息交换过程做出精确的解释。

层次式协议结构

ARPANET 的研制经验表明：对于非常复杂的计算机网络协议，其结构应该是层次式的。

计算机网络的体系结构

五层协议的体系结构

第二章物理层

物理层的基本概念

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

作用：尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。

用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。

传输媒体接口的特性⭐

机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。
过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

数据通信系统的模型

常用术语

消息(message)：如话音、文字、图像、视频等。
数据 (data)：运送消息的实体。有意义的符号序列。
信号 (signal)：数据的电气的或电磁的表现。
- 模拟信号 (analogous signal)：代表消息的参数的取值是连续的。
- 数字信号 (digital signal)：代表消息的参数的取值是离散的。
码元：在使用时间域（简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
- 使用二进制编码时，只有两种不同的码元：
```
0 状态，1 状态。
```