计算机网络之王道考研读书笔记-1

第 1 章计算机网络体系结构

1.1 计算机网络概述

1.1.1 计算机网络概念

internet(互连网)：泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。这些网络之间可使用任意通信协议。
Internet(互联网或因特网)：指当前全球最大的、开放的、由众多网络和路由器互连而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信规则。
从定义来看，internet 包括 Internet

1.1.2 计算机网络的组成

三种组成方式:

组成部分（硬件、软件、协议）
工作方式（边缘部分、核心部分）
功能组成（通信子网、资源子网）
- 通信子网主要负责全网的数据通信,为网络用户提供数据传输、转接、加工和转换等通信处理工作。它主要包括通信线路(即传输介质)、网络连接设备(如网络接口设备、通信控制处理机、网桥、路由器、交换机、网关、调制解调器和卫星地面接收站等)、网络通信协议和通信控制软件等。
- 资源子网主要负责全网的信息处理,为网络用户提供网络服务和资源共享等功能。它主要包括网络中所有的计算机、I/O设备和终端、各种网络协议、网络软件和数据库等。

1.1.4 电路交换、报文交换与分组交换

1. 电路交换（必须先占有一条专用物理通信路径）

电路交换三部曲：建立连接、数据传输、释放连接
电路交换技术优点：

通信时延小
有序传输
没有冲突
使用范围广
实时性强
控制简单

电路交换技术缺点：

建立连接时间长
线路利用率低
灵活性差
难以规格化
难以实现差错控制

2.报文交换（站式传输：报文接收完整才向下一站传数据）

数据交换单位是报文，用户数据加上源地址、目的地址等信息后，封装成报文（message）。
报文交换技术的优点：

无需建立连接
动态分配线路
线路可靠性高
线路利用率高
提供多目标服务

报文交换技术缺点：

转化时延高。报文接收完整才能转发到下一个结点。
缓存开销大。报文没有大小限制，要求交换结点拥有较大的缓存空间。
错误处理低效。长报文发生错误概率大，重传报文代价也大。

3.分组交换（将报文进行裁剪成数据包(Packet)，每个数据包最大长度不超过 64 KB）

分组交换技术优点：

无建立时延
线路利用率高
简化了存储管理
加速传输
减小了出错概率和重发数据量

分组交换技术缺点：

存在存储转化时延
需要传输额外的信息量
当分组交换网采用数据包服务时，可能会出现失序、丢失或重复分组的情况，分组到达目的结点，还要排序。若采用虚电路服务，则虽然没有失序问题，但有呼叫建立、数据传输、虚电路释放三个过程。

4.技术对比

当要传输的数据量很大且传送时间远大于呼叫时间时，采用电路交换较为合适。
当端到端的通路由多段链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适。
从提高整个网络的信道利用率来看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换时延小，适合计算机之间的突发式数据通信。

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1.按分布范围分类

广域网（WAN）
城域网（MAN）
局域网（LAN）
个人区域网（PAN）

2.按传输技术分类

广播式网络。所有联网计算机共享一个公共通信信道。根据分组的目的地址是否为自己来决定是否接收该分组。局域网基本上都采用广播式通信技术，广域网中的无线、卫星通信网络也采用广播式通信技术。
点对点网络。通过中间结点转发，直至目的结点。

3.按拓扑结构分类

总线形网络。
- 优点：建网容易、增删结点方便、节省线路
- 缺点：重负载时通信效率不高、总线任意一处对故障敏感
星形网络。
- 优点：便于集中控制和管理
- 缺点：成本高、中央设备对故障敏感
环形网络。可以是单环或双环，环中信号是单向传输的
网状网络。多用在广域网中。分为规则型与非规则型。
- 优点：可靠性高
- 缺点：控制复杂、线路成本高。

以上 4 种基本的网络拓扑结构可以互连为更复杂的网络。

4.按使用者分类

公用网（Public Network）
专用网（Private Network）

5.按传输介质分类

传输介质可分为有线和无线两大类，因此网络可分为有线网络和无线网络。

有线网络（双绞线网络、同轴电缆网络等）
无线网络（蓝牙、微波、无线电等）

1.1.6 计算机网络的性能指标

速率
带宽
吞吐量
时延（发送时延、传播时延、处理时延、排队时延）
- 发送时延，也称传输时延。发送时延 = 分组长度 / 发送速率
- 传播时延。传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速率
时延带宽积。指发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已发出了多少比特，又称以比特为单位的链路长度，即时延带宽积 = 传播时延 x 信道带宽。
往返时延。指从发送端发出一个短分组，到发送端收到来自接收端的确认的确认总共经历的时延。
信道利用率。信道利用率 = 有数据通过时间 / 总时间

1.2 计算机网络体系结构与参考模型

1.2.1 计算机网络分层结构

分层的基本原则:

每层都实现相对独立的功能，降低大系统的复杂度。
各层之间的接口自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
各层功能的精确定义独立于具体的实现方法，可以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。
整个分层结构应能促进标准化工作。

基本概念:

对等层: 不同机器上的同一层
对等实体: 同一层的实体
协议数据单元(PDU): 对等层之间传送的数据单位。分为数据和控制两部分。
服务数据单元(SDU): 为完成用户要求的功能而传送的数据。
协议控制信息(PCI): 控制协议操作的信息。
三者关系: 发送方: n-SDU + n-PCI = n-PDU = (n-1)-SDU

1.2.2 计算机网络协议、接口、服务的概念

协议: 由语法、语义、同步(或时序) 三部分组成
接口: 同一结点内相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为服务访问点（Service Access Point, SAP）。服务是通过 SAP 提供给上层使用的。
服务: 下层为紧邻的上层提供的功能调用，是垂直的。
服务原语: 上层使用下层提供的服务时使用的命令
OSI参考模型将原语划分为四类: 请求、指示、响应、证实。
协议、接口、服务三者之间的关系:
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计算机网络提供的服务可按以下三种方式分类:
(1) 面向连接服务与无连接服务
(2) 可靠服务和不可靠服务
(3) 有应答服务和无应答服务

1.2.3 ISO/OSI 参考模型和 TCP/IP 模型

(1) OSI参考模型

七层: 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
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通信子网: 物理层、数据链路层、网络层
资源子网: 会话层、表示层、应用层

物理层: 传输单位是比特，功能是在物理介质上为数据端设备透明地传输原始比特流。
数据链路层: 传输单位是帧。两台主机之间的数据总是在一段一段的链路上传输的。
网络层: 传输单位是数据包。网络层的协议有 IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、RIP、OSPF等。
传输层: 负责主机中两个进程之间的通信。传输层的协议有 TCP、UDP。
会话层: 允许不同主机上的各个进程之间进行会话。
表示层: 主要处理两个通信系统中交换信息的表示方式。
应用层: 最高层, 用户与网络的接口。

(2) TCP/IP 模型

四层: 网络接口层、网际层、传输层、应用层。
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