⛵ 计算机网络相关概念
一、思维导图
二、 计算机网络的概念
计算机网络是以共享资源（硬件、软件和信息等） 为目的而连接起来的、在协议控制下，由一台或多台计算机、终端设备、数据传输设备等组成的系统之集合。
这些计算机系统应当具有独立自治的能力，是可以独立运行的系统。
计算机网络是自治的、互连的计算机集合
自治：无主从关系互连：互连互通
三、计算机网络的功能
计算机联网的主要目的 —— 跨越时空：
- 数据通信
- 资源共享
- 分布式处理
- 提高可靠性
- 负载均衡
- 。。。
四、计算机网络的组成
1. 组成部分
- 硬件
- 软件
- 协议
2. 工作方式
- 边缘部分（用户直接接触使用）
- 核心部分（为边缘部分服务）
3. 功能组成
- 通信子网：实现数据通信（由各种传输介质，通信设备，相应的网络协议组成）
- 资源子网：实现资源共享/数据处理（实现资源共享功能的设备和软件的集合）
五、计算机网络的分类
1. 按分布范围分
广域网 WAN
支持用户使用计算机进行远距离的信息交换； 覆盖范围广，结点间距离远，考虑因素增多；
电信部门或公司负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务，流量统计和计费问题
域域网 MAN
局域网 LAN
局域网是将分散在有限地理范围内（如一栋大楼，一个部门）的 多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络，通过功能完善的 网络软件，实现计算机之间的相互通信和共享资源。
个人局域网 PAN
2. 按使用者分
公用网：资源可供任何人使用
专用网：资源仅供有限对象使用
利用公用网组建专用网 — 虚拟专用网（VPN） 比如金融网，教育网，政府网等
3. 按交换技术分
- 电路交换网：类电话交换系统
- 报文交换网：基于存储转发，报文体积不限
- 分组交换网：基于存储转发，分组体积限制
目前所有的计算机网络均采用分组交换技术，但因环境不同，分组体积不同。
4. 按拓扑结构分
什么是拓扑：网络拓扑结构就是指用传输媒体把计算机等各种设备互相连接起来的物理布局，是指互连过程中构成的几何形状，它能表示出网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接。总线型
- 星型
- 网状型
- 环型
5. 按传输技术分
- 广播式网络：共享公共通信信道
- 点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制
六、性能指标
1. 速率
速率 即 数据率 或称 数据传输率 或者 比特率
单位：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s
各单位之间倍数10^3
对于存储容量
KB，MB，GB，TB
各单位之间倍数 2^10
2. 带宽（理想速率）
带宽原本指最高频率和最低频率之差，单位是赫兹，HZ
在计算机网络中，带宽是指单位时间内网络中某一点到另一点能通过的 最高/理想 数据率
单位 比特/s （b/s）
3. 吞吐量（实际速率）
单位时间内网络中某一点到另一点通过的 实际 数据率 ，单位 b/s
4. 时延
数据从网络中某一点传达到另一点所需的时间，也叫 延迟 或 迟延，单位 s
具有以下几种时延：
排队时延
分组在路由器的输入队列和输出队列中排队等待的时间，取决于网络当前的通信量。处理时延
主机或路由器收到分组时进行处理所需要的时间，例如分析首部、从分组中提取数据、进行差错检验或查找适当的路由等。传输/发送 时延
主机或路由器传输数据帧所需要的时间。传播时延
电磁波在信道中传播所需要花费的时间，电磁波传播的速度接近光速。取决于电磁波传播速度和链路长度
5. 时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 X 带宽
时延带宽积表示 某段链路现在有多少比特
6. 往返时间 RTT
从发送方发送数据 到 发送方街道接收方的确认，总共经历的时间
RTT 越大，在收到确认之前可以发送的数据越多
7. 利用率
信道利用率
有数据通过的时间 / （有+无）数据通过时间网络利用率
信道利用率加权平均值
七、计算机网络体系结构
1. OSI 七层参考模型
OSI ：开放系统互联参考模式 Open System Interconnection
① 应用层
应用层是网络可向最终用户提供应用服务的唯一窗口，其目的是支持用户联网的应用要求
② 表示层
设备固有数据格式和网络标准数据格式的转换
③ 会话层
通信管理。负责建立和断开通信连接，管理传输层以下的分层。
何时建立连接，何时断开连接以及保持多久的连接
④ 运输层
负责不同主机两个进程之间的可靠传输，即端到端的通信
功能：（TCP/UDP）
可靠传输、不可靠传输
可靠传输需要建立TCP连接，一般用于传输大数据
不可靠传输不需要建立连接，可能发生丢失，一般用于传输小数据差错控制流量控制(限制发送方的速率)拥塞控制（若所有结点都来不及接收分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态，因此需要采取拥塞控制）复用分用
以上功能在运输层再详细解释
⑤ 网络层
将运输层传下来的用户数据报切割成分组，分组转发把分组从源端传递到目的端，为分组交换上的不同主机提供通信服务
功能：
路由选择流量控制差错控制拥塞控制
以上功能在网络层再详细解释
⑥ 数据链路层
把网络层传下来的数据报组装成帧，将物理层有差错的物理链路转换为逻辑上无差错的数据链路
功能：
成帧差错控制流量控制访问控制（控制对信道的访问）
⑦ 物理层
在物理媒介上实现比特流的透明传输（即不管什么样的比特组合，都应当能在链路上传送）
功能：
定义接口特性定义传输模式（单双工/半双工/双工）定义传输速率比特同步比特编码
2. TCP/IP 四层参考模型
应用层运输层网际层网络接口层
相当于五层协议中数据链路层和物理层合并为网络接口层
3. 五层协议
一般我们用五层协议模型来进行计算机网络的学习
应用层运输层网络层数据链路层物理层
五层参考模型的数据封装和解析过程：
4. 为什么要分层
- 各层之间相互独立：高层不需要知道底层的功能是如何实现的，它只需要通过底层提供的接口获取服务即可
- 灵活性好：各层都可以采用最适当的技术来实现，如果某一层的实现技术发生了变化，但只要实现接口不变，该层的变化就不会对其他各层以及整个系统的工作产生影响
- 易于实现和标准化：由于采用了规范的层次结构取组织网络功能和协议，因此可以将计算机网络复杂的通信过程，划分为有序的连续动作与交互过程，有利于将网络复杂的通信过程化简为一系列可以控制和实现的功能模块，使得复杂的计算机网络系统变得易于实现和标准化
5. 分层的原则
- 独立性：减少模块之间交互的信息，降低依赖性
- 单向性：即高层可使用低层的服务，低层无法使用高层的。降低实现难度
- 增值性：各模块在使用下层服务的基础上，提供增值服务
- 同构性：互连的计算机系统应当具有相同的层次结构
- 适用性：同构系统的相同层次间才能进行有意义的通信（对等层间通信）
6. 层间通信
相邻层之间通信： 相邻的上下层之间的通信；属于局部问题，标准中只定义了通 信的内容（服务原语），未规定这些内容的具体表现形式和层间 通信实现的具体方法。
对等层之间通信： 不同开放系统中的相同层次之间的通信，对等层实体之间的信息交换；
OSI标准为每一层的通信都严格定义了 *协议数据单元 PDU *的格式。
- 对等层之间的通信是目的，（对等层实体的协作保证该层功能和 服务的实现）；
- 相邻层之间的通信是手段，（保证对等层实体之间的通信得以实 施）
八、计算机通信
计算机通信的实质：进程间通信，各进程间相互制约的等待或互通消息
1. 同一计算机系统
在同一计算机系统中，进程与进程之间的通信通过设置共享区来实现，比如共享内存、缓冲区、文件等
2. 不同计算机系统
不同计算机系统之间通过网络进行通信，利用线路和中继设备的传输、存储、处理能力
不同计算机系统通信所需要的通信软件：
- 通信接口：设备和各个部件之间的衔接
- 网络控制程序：调度网络资源的使用情况
- 网络应用程序
遵循协议实际上一组规则或约定，是计算机之间得以正确通信的保障！ 是计算机网络研究的重点
九、Internet 和 WWW 的关系
Internet：因特网。泛指全世界各国计算机网络用各种传输介质相互连接起来的的集合，也称为网络的网络。Internet 提供的主要服务有
- 万维网 WWW
- 文件传输 FTP
- 电子邮件 E-Mail
- 远程登录 Telnet
WWW：World Wide Web 万维网。是无数个网页和站点的集合，万维网是全世界最大的资料空间，空间中的资源通过唯一的 URL 统一资源标识符来表示。这些资源通过 HTTP 协议传输给用户，用户通过点击超链接获取资源。