計算機網路知識點總結（一）計算機網路概述
（b站 湖科大教書匠 計算機網路微課堂 筆記）
1.1計算機網路在資訊時代的作用
計算機網路從一種通訊基礎設施發展成為一種重要的資訊服務基礎設施。生活中不可或缺。
1。2因特網概述
1。網路、網際網路和因特網
（1）網路（network）由若干
結點（node）
和連線這些結點的
鏈路（link）
組成。
（2）多個網路可透過路由器互聯起來，構成一個覆蓋範圍更大的網路，即網際網路。
（3）因特網（Internet）世界上最大的網際網路。
Tips： internet（網際網路）通用名詞，泛指多個計算機網路互連而成的網路。在這些網路之間的
通訊協議是可以任意的
。
Internet（因特網）專有名詞，當前全球最大的、開放的、由眾多網路相互連線而成的特定計算機網路，採用
TCP/IP協議族作為通訊的規則。
2。因特網發展的三個階段
三個階段
（1）因特網服務者ISP（Internet Service Provider）
普通使用者透過從ISP接入因特網，ISP可以從因特網管理機構申請到成塊的IP地址，同時擁有通訊線路已經路由器等連網裝置。個人or機構交費可獲得ISP提供的地址。因特網上的主機必須有IP地址才能進行通訊。
（我國的主要ISP：移動、電信、聯通）
（2）基於ISP的三層結構的因特網（根據提供服務的覆蓋面積大小和所擁有的IP地址數量不同）
第一層ISP：因特網主幹網，服務面積最大。一般覆蓋國際區域範圍，擁有告訴鏈路和交換裝置。第一層ISP直接互聯。
第二層ISP：通常具有區域性或國家性覆蓋規模。與少數第一層ISP連線。
第三層ISP：本地ISP，是第二層ISP的使用者，只擁有本地範圍的網路。一般：校園網、企業網、住宅使用者、無線移動使用者…
相隔較遠的兩臺主機間通訊可能需要經過多個ISP。
tips：一旦某個使用者能夠接入因特網，那麼他也可能成為一個ISP，需要購買調變解調器或路由器等裝置讓其他使用者能夠和他相連。
3。因特網的標準化工作
（1）因特網的標準化工作對因特網的發展起到了非常重要的作用。
（2）因特網在制定其標準上的一個很大的特點是面向公眾。
1）因特網所有的RFC（Request For Comments）技術文件都可從因特網上免費下；
（
http：//www。
ietf。org/rfc。html
）
2）任何人都可以隨時用電子郵件發表對某個文件的意見或建議。
（3）因特網協會ISOC是一個國際性組織，它負責對因特網進行全面管理，以及在世界範圍內促進其發展和使用。
1）因特網體系結構委員會IAB，負責管理因特網有關協議的開發；
2）因特網工程部IETF，負責研究中短期工程問題，主要針對協議的開發和標準化；
3）因特網研究部IRTF，從事理論方面的研究和開發一些需要長期考慮的問題。
（4）制訂因特網的正式標準要經過以下4個階段：
1）因特網草案（在這個階段還不是RFC文件）
2）建議標準（從這個階段開始就成為RFC文件）
3）草案標準
4）因特網標準
4.因特網的組成
■邊緣部分：由所有連線在因特網上的主機組成。這部分是使用者直接使用的，用來進行通訊（傳送資料、音訊或影片）和資源共享。（主機：臺式電腦、大型伺服器、筆記本、平板、手機、智慧手錶、物聯網智慧硬體）
■核心部分：由大量網路和連線這些網路的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。
路由器：實現分組交換的關鍵構件，任務是轉發收到的分組。
1。3三種交換方式：電路交換、分組交換、報文交換
1.電路交換（Circuit Switching）
n個電話之間互聯，需要
個電話線。因此需要選擇一箇中間裝置將電話連線起來。
電話交換機接通電話線的方式稱為電路交換；
從通訊資源的分配角度來看，交換（Switching） 就是按照某種方式
動態地分配傳輸線路的資源
；
使用者線歸電話使用者專用；電話交換機之間擁有的大量話路的中繼線則是許多使用者共享的。
電路交換的步驟：1.建立連線（分配通訊資源，一條專用的物理通路）
2.通話（一直佔用通訊資源）
3.釋放連線（歸還通訊資源）
當使用電路交換來傳送計算機資料時，線路的傳輸效率往往很低。
2.分組交換（Packet Switching）
H6給H2發訊息：
該訊息的整塊資料為一個報文，傳送訊息前把較長的報文劃分成等長的資料段。加上首部後成為一個分組（包）。分組交換機收到分組後先將分組儲存下來，再檢查首部，按照首部中的目的地址進行查錶轉發，找到合適的轉發介面，透過該介面將分組轉發給下一個分組交換機。H2收到分組後去掉首部，將各資料段組合還原出原始報文。
傳送方
路由器
接收方
構造分組、傳送分組
快取分組、轉發分組
接收分組、還原報文
3.報文交換（Message Switching）：
交換結點也採用儲存轉發方式，但對報文的大小沒有限制，因此交換結點需要較大的快取空間。
對比：
電路交換：
通訊之前首先要建立連線，連線建立好後，可以使用已建立好的連線進行資料傳送。資料傳送後需要釋放連線，以歸還之前連線所佔用的通訊線路資源。一
旦建立連線，中間的各結點交換機就是直通形式的，位元流可以直達終點。
（優點：1。通訊時延小，因為通訊線路為通訊雙方使用者專用，資料直達
2。有序傳輸，因為通訊雙方之間只有一條專用的線路，資料只在一條線路上傳輸，不存在失序問題
3。沒有衝突，不同的通訊雙方擁有不同的通道，不會出現爭用物理通道的問題。
4。使用範圍廣，電路交換既適用於傳輸模擬訊號，也適用於傳輸數字訊號
5。實時性強，得益於通訊時延小。控制簡單
缺點：1。建立連線時間長
2。線路獨佔，通道利用率低
3。靈活性差，連線所建立的物理通路中的任何一點出現了故障，就必須重新撥號建立新的連線
4。難以規格化
）
報文交換：
隨時傳送報文，不需要事先建立連線。整個報文先傳送到相鄰結點交換機，全部儲存下來後進行查錶轉發，轉發到下一個結點交換機。不限制報文的大小，各結點需要較大的快取空間。
（優點：1。無需建立連線，不存在建立連線的時延，使用者可隨時傳送報文
2。動態分配線路，結點先儲存報文，然後選擇一條空閒的線路將報文傳送出去
3。提高線路可靠性，線路出現故障換一條線
4。提高線路利用率
5提供多目標服務，一個報文可以同時傳送給多個目的地址
缺點：1。引起的轉發時延，因為報文在結點轉發機上要經歷儲存轉發的過程
2。需要較大的儲存快取空間
3。需要傳輸額外的資訊量，因為報文需要攜帶源地址、目的地址等資訊
）
分組交換：
隨時傳送分組，不需要事先建立連線。構成原始報文的一個個分組，依次在各結點交換機上儲存轉發。各結點交換機在傳送分組的同時，還快取接收到的分組。相比報文交換，減少了轉發時延，避免過長的報文長時間佔用鏈路，同時也有利於進行差錯控制。
（優點：1。無需建立連線
2。線路利用率高
3。簡化了儲存管理，因為分組的長度固定，因而相應的快取區的大小也固定
4。加速傳輸，後一個分組的儲存操作和前一個分組的轉發操作可以同時進行
5。減少出錯機率和重發資料量，即便分組出錯也只需要重傳出錯的部分
缺點：1。引起的轉發時延
2。需要傳輸額外的資訊量，將原始報文分割成等長的資料塊，每個資料塊上都要加上源地址、目的地址等控制資訊，從而構成分組
3。對於資料報服務，存在失序、丟失或重複分組的問題。若採用虛電路服務，無失序問題，但有呼叫建立、資料傳輸和虛電路釋放三個過程。
）
1。4計算機網路的定義和分類
1.計算機網路的定義：
一些相互連線的、自治的計算機的集合
互連：是指計算機之間可以透過有線或無線的方式進行資料通訊；
自治：是指獨立的計算機，它有自己的硬體和軟體，可以單獨執行使用；
集合：是指至少需要兩臺計算機；
計算機網路的較好的定義是：計算機網路主要是由一些
通用的、可程式設計的硬體
互連而成的，而這些硬體並非專門用來實現某一特定目的（例如，傳送資料或影片訊號）。這些可程式設計的硬體能夠用來傳送多種不同型別的資料，並能
支援廣泛的和日益增長的應用
。
計算機網路所連線的硬體，並不限於一般的計算機，而是包括了智慧手機等智慧硬體。
計算機網路並非專門用來傳送資料，而是能夠支援很多種的應用（包括今後可能出現的各種應用）。
2.計算機網路的分類
（1）按交換技術分類：電路交換網路、報文交換網路、分組交換網路
（2）按使用者分類：公用網、專用網
（3）按傳輸介質分類：有線網路（雙絞線網路、光纖網路）、無線網路（WiFi）
（4）按網路的覆蓋範圍分類：廣域網WAN（幾十公里到幾千公里，任務是為核心路由器提供遠距離高速連線，互聯分佈在不同區域的都會網路和區域網）、
都會網路MAN（5-50km，作為城市骨幹網，互聯機構、企業和校園區域網）、
區域網LAN（1km左右，一般用微型計算機或工作站透過高速通訊線路相連，速率通常在10Mbit/s以上）、
個域網PAN（10m，不是用於連線普通計算機的，而是在個人工作的地方把屬於個人使用的電子裝置用無線技術連線起來的網路）
（5）按拓撲結構分類：匯流排型網路、星形網路、環形網路、網狀型網路
1。5計算機網路的效能指標
效能指標：速率，頻寬，吞吐量，時延，時延頻寬積，往返時間，利用率，丟包率
1.速率
（1）位元：計算機中資料量的單位，也是資訊理論中資訊量的單位。一個位元就是進位制數字中的一 個1或0。
（2）速率：連線在計算機網路上的主機在數字通道上傳送位元的速率，也稱為
位元率或資料率
。
2.頻寬
（1）頻寬在模擬訊號系統中的意義：訊號所包含的各種不同頻率成分所佔據的頻率範圍。
單位：Hz（kHz，MHz，GHz）
（2）頻寬在計算機網路中的意義：用來表示網路的
通訊線路
所能傳送資料的能力，因此網路頻寬表示在單位時間內從網路中的某一點到另一點所能透過的
“最高資料率”
單位：b/s（kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s）
一條通訊線路的“頻頻寬度”越寬，其所傳輸資料的“最高資料率”也越高。
3.吞吐量
吞吐量表示在
單位時間內透過某個網路（或通道、介面）的資料量
。
吞吐量被經常用於對現實世界中的網路的一種測量，以便知道實際上到底有多少資料量能夠透過網路。
吞吐量受網路的
頻寬或額定速率的限制
。
4.時延
源主機到目的主機：傳送時延（源主機將分組傳送到傳輸線路，需要花費一定的時間）
傳播時延（代表分組的電訊號在鏈路上傳輸，需花費一定時間）
處理時延（路由器收到分組後，對其進行儲存轉發）
計算：
傳輸介質速率匹配才可發揮出應具有的傳輸效能。
5.時延頻寬積
時延頻寬積=傳播時延*頻寬
若傳送端連續傳送資料，則在所傳送的第一 個位元即將到達終點時，
傳送端就已經發送了時延頻寬積個位元；
鏈路的時延頻寬積又稱為以位元為單位的鏈路長度。
6.往返時間
往返時間RTT（Round-Trip Time）
7.利用率
通道利用率：表示某通道有百分之幾的時間是被利用的（有資料透過）
網路利用率：全網路的通道利用率加權平均
根據排隊論，當某通道的利用率增大時，該通道引起的時延也會迅速增加；
因此，通道利用率並非越高越好。
如果令D0表示網路空閒時的時延，D表示網路當前的時延，那麼在適當的假定條件下，可以用下面的簡單公式來表示D、D0和利用率U之間的關係：
D=D0/1-U
當網路的利用率達到50%時，時延就要加倍；當網路的利用率超過50%時，時延急劇增大；當網路的利用率接近100%時，時延就趨於無窮大；因此，一些擁有較大主幹網的ISP通常會
控制它們的通道利用率不超過50%。
如果超過了，就要準備擴容，增大線路的頻寬。
也不能使通道利用率太低，這會使寶貴的通訊資源被白白浪費。應該使用一些機制，可以根據情況動態調整輸入到網路中的通訊量，使網路利用率保持在一個合理的範圍內。
8.丟包率
丟包率即分組丟失率，是指在一定的時間範圍內， 傳輸過程中丟失的分組數量與總分組數量的比率。
丟包率具體可分為
介面丟包率、結點丟包率、鏈路丟包率、路徑丟包率、網路丟包率
等。
分組丟失的兩種情況：
1）分組在傳輸過程中出現誤碼，被結點丟棄。
2）分組到達一臺佇列已滿的分組交換機時被丟棄；在通訊量較大的時候就可能造成網路擁塞。
1。6計算機網路體系結構
1.常見的計算機網路體系結構
開放系統互連參考模型OSI（實現複雜，執行效率低）
TCP/IP體系結構
IP協議可將不同的網路介面進行互連，並向其上的TCP或者UDP提供網路互連服務。TCP協議在享受IP協議提供的網路互連服務的基礎上，可向應用層的協議提供
可靠傳輸
的服務。UCP協議在享受IP協議提供的網路互連服務的基礎上，可向應用層的協議提供
不可靠傳輸
的服務。
2.計算機網路體系結構分層的必要性
“分層”可將龐大而複雜的問題，轉化為若干較小的區域性問題，而這些較小的區域性問題就比較易於研究和處理。
3.專用術語
（1）實體：
任何可傳送或接收資訊的硬體或軟體程序
對等實體：收發雙方相同層次中的實體
（2）協議：
控制兩個對等實體進行邏輯通訊的規則的集合
協議三要素：語法、語義、同步
語法：定義所交換資訊的格式
語義：定義通訊雙方所要完成的操作
同步：定義收發雙發的時序關係
在協議的控制下，兩個對等實體間的邏輯通訊使得本層能夠
向上一層
提供服務。
服務訪問點：
在同一系統中相鄰兩層的實體交換資訊的邏輯介面，用於區分不同的服務型別。
資料鏈路層的服務訪問點為幀的“型別”欄位。網路層的服務訪問點為IP資料報首部中的“協議欄位”。運輸層的服務訪問點為“埠號“。
服務原語：
上層使用下層所提供的服務必須透過與下層
交換一些命令
，這些命令稱為服務原語。
協議資料單元PDU：
對等層次之間
傳送的資料包稱為該層的協議資料單元。
服務資料單元SDU：
同一系統內，
層與層之間交換的資料包
稱為服務資料單元。
多個SDU可以合成為一個PDU； 一個SDU也可劃分為幾個PDU。
