第一章、计算机网络概述

1.1.1、概念、功能、组成和分类

计算机网络的概念
- 计算机网路：是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
- 计算机网络是互连的、自治的计算机集合。
- 互连-互联互通通信链路
- 自治-无主从关系
计算机网络的功能

1、数据通信（连通性）
2、资源共享 硬件、软件、数据
3、分布式处理 多台计算机各自承担同一任务的不同部分 eg：Hadoop平台
4、提高可靠性 eg：如果说其中一台计算机宕机了，会有另外一台计算机替代他的位置继续进行通信
5、负载均衡 使得各计算机之间更亲密
计算机网络的组成
1、组成部分 硬件、软件、协议
2、工作方式 分为边缘部分和核心部分
- 边缘部分：用户直接使用（两种方式 C/S方式 P2P方式）
- 核心部分：为边缘部分提供服务
3、功能组成 通信子网和资源子网
- 通信子网：实现数据通信
- 资源子网：实现资源共享和数据加工处理
计算机网络的分类
1、按分布范围分为四种
- 广域网WAN（交换技术）
- 城域网MAN
- 局域网WAN（广播技术）
- 个人区域网PAN
2、按使用者分为两种
- 公用网（中国电信、移动、联通）
- 专用网（军队、政府）
3、按交换技术分类
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
4、按拓扑结构分类
- 总线型、星型、环型、网状型(我们使用的因特网就是网状拓扑结构，常用于广域网)
5、按传输技术分类
- 广播式网络——共享公共通信信道
- 点对点网络——使用分组转发和路由选择机制

1.1.2、标准化工作及相关知识

标准化工作
1、标准的分类
- 法定标准：由权威机构定制的正式的、合法的标准 OSI
- 事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这写产品中的协议和技术就成了标准 TCP/IP
2、RFC（Request For Comments）——因特网标准的形式
- RFC要上升的因特网正式标准的四个阶段:
  1)、因特网草案（Internet Draft）这个阶段还不是RFC文档(rfc-editor@rfc-editor.org)
  2)、建议标准（Proposed Standard）从这个阶段开始称为RFC文档
  3)、草案标准（Draft Standard）
  4)、因特网标准（Internet Standard）
3、标准化工作的相关组织
- 国际标准化组织ISO——OSI参考模型、HDLC协议
- 国际电信联盟ITU ——制定通信规则
- 国际电气电子工程师协会IEEE(I Triple E)——学术机构、IEEE802系列标准、5G
- Internet工程任务组IETF——负责因特网相关标准的制定 RFC XXXX

1.1.3、速率相关的性能指标

性能指标-速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率
比特 1/0 位
连接在计算机网络上的主机在数字信道上传输数据位数的速率
单位是 b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s

注意：速率和存储容量的单位
性能指标-带宽

1、“带宽”原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率之差，单位是赫兹（Hz）
2、计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一个点到另一个点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”，b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s。
现在可以指网络设备所支持的最高速率。
性能指标-吞吐量

表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位是b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s等
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
如下图：

1.1.4、时延、时延带宽率、RTT和利用率

时延
指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另外一端所需的时间，也叫作延迟或迟延，单位是s。
- 发送时延：就是将数据从主机或网络的终端将数据发送到信道上所需要的时间。
- 传播时延：就是数据从端口发送到路由器中间所消耗的时间。
- 排队时延：就是信道或数据链路上同时到达路由器端口的数据有很多，要按顺序进入路由器，这就相当于人排队一样，需要一定的时间。
- 处理时延：就是在路由器中对数据进行检错或处理所需要的时间，并不是所有的数据都能够成功进入路由器并进行转发。另外从路由器转发出去的时候也会有排队时延，同理也要按顺序排队转发出去。
时延带宽积
- 时延带宽积(bit) = 传播时延(s) x 带宽(b/s)
- 时延带宽积又称为以“比特为单位的链路长度”
- 即某段信道或链路经过传播时延，现在有多少比特位数据
- 容量
往返时延（RTT）
- 从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认信号（接收方接收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。
利用率
- 利用率包括信道利用率和网络利用率
- 利用率和所需时延的关系图
- 信道利用率越大说明信道或数据链路上比特位与比特位之间的距离越短，所以移动的速度也会越慢，从而增加了时延。
- 关于网络利用率，我们知道我们电脑桌面上回显示一个上网速率，当我们下载东西的时候，这个速率会提高，当没有下载东西的时候，这个速率会下降到几K/s，且省略了b，这样就控制了网络利用率，避免网络资源浪费。

1.2.1、分层结构、协议、接口、服务

为什么要分层
分层原则

1、各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
2、每层之间界面自然清晰，易于理解，相互之间交流尽可能少。
3、结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
4、保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
5、整个分层结构应该能促进标准化工作。
分层结构
- 两个终端（主机）之间进行数据传输的分层结构
  主机A向主机B发送数据
- SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能为应传送的数据。
- PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。
- PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。
实体：

第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。
协议：

为进行网路中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平方向】
接口（访问服务点SAP）：

上层使用下层服务的入口。
服务：

下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直方向】