正在学习计算机网络课程，以下是学习《计算机网络-自顶向下方法》的一些笔记，部分图片来自mooc网哈尔滨工业大学计算机网络课程：https://www.icourse163.org/course/HIT-154005。

文章目录

1.计算机网络基本概念
- 1.1计算机网络
- 1.2什么是Internet
- - 从组成细节上看
  - 从服务的角度
- 1.3网络协议
2.计算机网络结构
- 2.1计算机网络结构
- 2.2Internet结构
3.网络核心
- - 3.1电路交换
  - 3.2多路复用
  - 3.3报文与分组交换
4.计算机网络性能
5.计算机网络体系结构
- - 5.1体系结构概述
  - 5.2OSI参考模型
  - 5.3TCP/IP参考模型
  - 5.4 5层参考模型

1.计算机网络基本概念

1.1计算机网络

计算机网络是通信技术与计算机技术紧密结合的产物，计算机网络就是一种通信技术。
定义：计算机网络就是互连的、自治的计算机的集合。
- 互连：互联互通
- 自治：无主从关系
远距离怎么通信？
- 主机可以通过交换网络实现通信，交换网络中含有交换节点（路由器、交换机）

1.2什么是Internet

从组成细节上看

数以百万计的互连的计算设备集合（PC、服务器、无线笔记本、智能手机

将以上设备统称为主机（host）或端系统（end systems），它们都运行着各种网络应用。
它们通过通信链路相连（光纤、铜缆、无线电、卫星）
也不可能通过通信链路直连所有主机，因此，有了交换网络，实现数据的分组转发（路由器routers和交换机switches）

从服务的角度

为网络应用提供通信服务的通信基础设施
为网络应用提供应用编程接口（API）

1.3网络协议

网络协议（network protocol），简称协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

规定了通信实体之间所交换的消息的格式、意义、顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的动作（actions）。
基本要素：语法（Syntax，规定结构或格式）、语义（Semantics）、时许（Timing，事件顺序和速度匹配）
协议规范了网络中所有信息发送和接受过程

2.计算机网络结构

2.1计算机网络结构

网络边缘
- 主机（端系统）
- 网络应用（客户/服务器模型、对等（peer-peer、P2P）应用模型）
接入网络
- 有线或无线通信链路，要把网络边缘接入核心网（边缘路由器）
网络核心
- 互联的路由器或分组转发设备
- 核心功能：路由（routing） + 转发（forwarding）
- 路由：确定分组从源到目的的传输路径，路由算法得出转发表、路由表
- 转发：将分组从路由器的输入端口换至正确的输出端口

2.2Internet结构

端系统通过接入ISP（互联网服务提供商，Internet Service Provider）连接到Internet。具体结构很难表述（复杂性、动态性）。
在这里插入图片描述

3.网络核心

网络核心就是要实现数据交换，数据交换的类型：电路交换、报文交换、分组交换

3.1电路交换

典型的电路交换网络：电话网络
电路交换的三个阶段：
1. 建立连接
2. 通信（独占资源）
3. 释放连接
电路交换网络中如何实现链路共享？——多路复用（Multiplexing）

3.2多路复用

典型多路复用方法：
1. 频分多路复用（frequency division multiplexing——FDM）
  - 各用户占用不同的宽带资源（频率带宽）
  - 用户在分配到一定的频带后，在通信的过程中始终占用这个频带
2. 时分多路复用（time division multiplexing——TDM）
  - 将事件划分为一段段等长的时分复用帧，每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙
  - 时隙周期出现，周期就是TDM帧的长度
  - 所有用户在不同时间占用相同的频带宽度
3. 波分多路复用（Wavelength division multiplexing——WDM）
  - 利用光的频分复用
4. 码分多路复用（Code division multiplexing——CDM）
  - 广泛应用于无线链路共享

3.3报文与分组交换

报文：源（应用）发送信息整体，如一个文件
分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包
- 分组交换需要报文的拆分与重组，产生额外开销
报文交换与分组交换的联系：
- 均采用存储-转发的交换方式
- 报文交换以完整报文进行存储-转发
- 分组交换以较小的分组进行存储-转发

4.计算机网络性能

速率：数据率（data rate）、数据传输速率、比特率（bit rate）
- 指单位时间传输信息（比特）量
- 单位：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s
带宽：bandwidth
- 网络中的带宽通常指数字信道所能传送的最高数据率
- 单位：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s
延时（delay）/时延（latency）
- 分组到达路由器后要在缓存中排队，当分组到达速率超出输出链路容量时会发生丢包（loss）；分组排队，等待输出链路可用时，会发生时延。
- 四种分组延迟：
  1. 结点处理延迟，nodal processing delay
  2. 排队延迟，queuing delay
  3. 传输延迟，transmission delay
  4. 传播延迟，propagation delay

时延宽带积
- 时延宽带积 = 传播时延 * 带宽
- 又称为以比特为单位的链路长度
分组丢包
- 队列缓存已满时到达的分组将被丢弃，丢弃分组可能由前序结点或源节点重发，也可能不重发
- 丢包率 = 丢包数 / 已发分组总数
吞吐量（Throughput）
- 表示在发送端与接收端之间传送数据速度（b/s）
- 即时吞吐量
- 平均吞吐量

5.计算机网络体系结构

5.1体系结构概述

分层结构，从功能上描述计算机网络结构，是抽象的
每层遵循某些网络协议完成本层功能
分层结构结构清晰，有利于识别复杂系统的部件及其关系，模块化的分层易于系统更新维护，有利于标准化

5.2OSI参考模型

开放系统互连（Open System Interconnection），7层结构。每层都要进行数据封装，增加控制信息，构造协议数据单元PDU，传递给下一层。控制信息主要包括：地址、差错检测编码、协议控制
应用层，Application
- 支持用户通过用户代理（浏览器）或网络接口使用网络服务
- Web：HTTP协议
- 文件传输：FTP协议
- 电子邮件：SMTP协议
表示层，Presentation
- 处理两个系统间交换信息的语法与语义问题，数据的表示转化
- 实际中不单独存在
会话层，Session
- 不会对表示层的数据单元分割，只是加入一些控制信息
- 对话的建立与维护、同步
- 实际中不单独存在，或者说根本没有这一层
传输层，Transport
- 负责端到端、进程间完整报文传输
- 源主机传输层把完整报文分段，在目的主机重组
- 端到端的连接控制
- 流量控制
- 差错控制
网络层，Network
- 负责源主机到目的主机数据分组（packet）交付
- 逻辑寻址（Logical addressing）全局唯一逻辑地址，如IP地址
- 路由与分组转发
数据链路层，Data link
- 负责结点 - 结点（node to node）的数据传输
- 构建组帧（Framing），在帧头增加发送端和接收端的物理地址用以标识
- 流量控制（Flow control），避免淹没接收端
- 差错控制（Error control），检测并重传损坏或丢失帧，并避免重复帧
- 访问控制/接入控制（Access control），在任一时刻决定哪儿设备拥有链路（物理介质）控制使用权
物理层，Physical
- 规定接口特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
- 比特编码
- 数据率
- 比特同步
- 传输模式：单工、半双工、全双工