计算机网络

计算机网络 谢希仁出版的教科书的一部分笔记导图下图包括计算机网络引论、数据通信的基础知识、计算机网络的体系结构、因特网及其应用、网络互连与因特网基础等内容，适合同学们期末复习时使用。

计算机网络

• 数据链路层
  • 协议共同特点
    • 由双方共同商定、得到双方的认可
    • 共同遵守协议，按协议规定办事，有章可循，不混乱，不盲目
    • 有针对性，有一定的法律效力和权威
  • 网络协议
    • 为网络数据交换而制定的规则、约定与标准
    • 三要素
      • 语义
      • 语法
      • 时序
    • 层次
      • 网络相当复杂，处理的事情相当之多，不容易有条例。
      • 分层次是人们对复杂问题处理的基本手段。
      • 优点
        • 大化小，复杂化简单，容易理解，容易解决
        • 某层变化时，其他层次不需要变化
        • （检票方式改变，不影响其他各层次）流程简单清楚，便于管理
      • 好处
        • 各层之间是独立的
        • 灵活性好
        • 结构上可分割开
        • 易于实现和维护
        • 能促进标准化工作
  • OS I 七层参考模型
    • 应用层
    • 表示层
    • 会话层
    • 传输层
    • 网络层
    • 数据链路层
    • 物理层
  • TC P / IP参考模型分为四个层次
    • 应用层
    • 传输层
    • 网际层
    • 网络接口层
  • 一种五层协议模型
    • 应用层（application layer）
    • 传输层（transport layer）
    • 网络层（network layer）
    • 数据链路层（data-link layer）
    • 物理层（physical layer）
  • 概念解释
    • 实体（ en e i t y ）
      • 任意可发送或接受信息的硬件或软件多数情况下，实体就是一个特定的软件模块
    • 接口（interface）
      • 接口是同一结点内相邻层之间交换信息的连接点;同一个结点的相邻层之间存在着明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务
      • 只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术的变化不会影响整个系统的工作
    • 协议（protocol）
      • 协议时控制两个对等实体进行通信规则的集合
      • 在协议的控制下，两个对等实体间的通讯使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务
    • 服务（service）
      • 服务是垂直的，由下层向上层通过层间接口提供
      • 上层使用下层所提供服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OS I中称为服务原语。
    • 服务访问点SPA（Service Access Point）
      • 一个抽象的概念，实际上是一个逻辑接口。类比：邮政信箱
    • 服务数据单元SDU
      • 任意可发送或接受信息的硬件或软件。多数情况下，实体就是一个特定的软件模块
• 计算机网络概述
  • 因特网(Internet)的发展
    • 进入 20 世纪 90 年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展
    • 已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络
    • 已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络
  • 因特网的意义
    • 因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革
    • 现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网
  • 计算机网络向用户提供的最重要的功能
    • 连通性——计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样
    • 共享——即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享
  • 计算机网络形成与发展
    • 是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物
    • 60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络
    • 传统的电路交换(circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断
    • 如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间
  • 计算机网络的分类
    • 根据网络所使用的传输技术分类
      • 通信信道的类型有两类
      • 广播通信信道点
      • 点通信信道
    • 相应的计算机网络分类
      • 广播式网络 （broadcast networks）
      • 点-点式网络（point-to-point networks）
    • 根据网络所覆盖地理范围进行分类
      • 局域网（ local area network ， LAN）
        • 技术特点
          • 覆盖范围小，适用一个单位内的计算机与各类信息处理设备连网
          • 高数据传输速率10Mb/s ~10Gb/s，低误码率
          • 易建立、维护与扩展
          • 从介质访问控制方法角度，可分为共享介质式局域网与交换式局域网
        • 应用领域：
          • 个人计算机局域网
          • 发行计算设备群的后端网络
          • 存储区域网络
          • 办公室与实验室的网络
          • 企业与学校的主干网
      • 城域网（ metropolitan area network ， MAN）
        • 技术特点
          • 广域网也称为远程网
          • 覆盖的地理范围从几十公里到几千公里
          • 覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络
          • 通信子网主要使用分组交换技术
          • 它将分布在不同地区的计算机系统互连起 来，达到资源共享的目的
      • 广域网（wide area network ， WAN ）
        • 技术特点
          • 城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络
          • 城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的企业、机关、公司的多个局域网互连的需求
          • 实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能
          • 城域网在技术上与局域网相似
    • 根据网络采用的拓扑结构进行分类
      • 总线型
      • 星型
      • 环型
      • 星型总线
      • 树型
    • 根据网络使用者进行分类
      • 公用网
      • 专用网
  • 资源子网的组成
    • 主机
    • 终端
    • 终端控制器
    • 外设
    • 软件资源
    • 信息资源
  • 通信子网的概念
    • 通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务
  • 计算机网络两个主要的性能指标
    • 速率
      • 比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位
      • Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0
      • 速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等
      • 速率往往是指额定速率或标称速率
    • 带宽
      • 带宽(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，用来描述模拟信号，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）
      • 现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，网络或链路的带宽单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)
      • 带宽代表数字信号的发送速率，因此带宽有时也称为吞吐量（Throughput）
    • 吞吐量
      • 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量
      • 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络
      • 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制
    • 时延
      • 时延(Delay)是指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所用的时间
      • 组成部分
        • 发送时延
          • 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间
        • 传播时延
          • 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间
        • 处理时延和排队时延
          • 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间
          • 结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分
          • 处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。有时可用排队时延作为处理时延
• 物理层
  • 从因特网的工作方式上分
    • 边缘部分
      • 由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，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。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）
  • 电路交换
    • 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来
    • 特点
      • 电路交换必定是面向连接的
    • 三个阶段
      • 建立连接通信释放连接
  • 分组交换
    • 过程
      • 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
      • 每一个数据段前面添加上首部构成分组
      • 分组交换网以“分组”作为数据传输单元
      • 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）
    • 优点
      • 高效
        • 动态分配传输带宽，逐段占用
      • 灵活
      • 迅速
      • 可靠
        • 可靠的网络协议、分布式多路由，网络健壮性。
  • 路由器
    • 在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线
    • 路由器处理分组的过程是
      • 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）
      • 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发
      • 把分组送到适当的端口转发出去
  • 信号
    • 信号是数据在传递过程中电信号的表示
    • 分类
      • 模拟信号（analog signal）
        • 信号电平 是连续变化的
      • 数据信号（digital signal）
        • 用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示
    • 基带信号
      • 将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输
    • 宽带信号
      • 是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号
    • 数据传输类型
      • 模拟通信
      • 数字通信
    • 数据通信方式
      • 串行通信
      • 并行通信单工通信、半双工或全双工通信
    • 同步方式
      • 同步通信
      • 异步通信