《计算机网络（第七版）》读书笔记（一）概述

重点：

• 互联网边缘部分和核心部分的作用，其中包含分组交换的概念
• 计算机网络的性能指标
• 计算机网络分层次的体系结构，包含协议和服务的概念

0、互联网概述

0、互联网的两个基本特点：连通性（数据通信）和共享（资源共享）
1、网络、互连网和主机

• 计算机网路（简称网络）由若干个结点（node）和链接这些结点的链路组成
• 互连网：由于网络之间还可以通过路由器互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，这样的网络称为互连网
• 与网络相连的计算机常称为主机
• 网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起

2、互联网基础结构发展的三个阶段
第一阶段：从单个网络ARPANET向互连网发展的过程
第二阶段：建成了三级结构的互联网，分为：主干网，地区网，校园网（或企业网）
第三阶段：逐渐形成了多层次ISP（Internet Service Provider 互联网服务提供商）结构的互连网

3、互联网(Internet)与互连网(internet)区别（QAQ

• internet（互连网）是一个通用名词，它泛指有多个计算机网络互连而成的计算机网络
• Internet（互联网，因特网）是一个专有名词，它指的是当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET

4、万维网WWW（World Wide Web）由欧洲原子核研究组织CERN开发，被广泛使用在互联网上（莫名有种不务正业的感觉QAQ
5、制定互联网的正式标准要经过四个阶段：互联网草案（还不能算是RFC文档），建议标准（成为RFC文档），互联网标准（达到正式标准）

1、互联网组成

互联网的拓扑结构虽然非常复杂，但从其工作方式上看，可以分为边缘部分（资源子网）和核心部分（通信子网）

  边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。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）

—————————————->互联网的边缘部分<—————————————-

0、计算机之间的通信：主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信
1、计算机的通信方式通常可以划分为两大类：客户-服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）
2、客户-服务器方式(Client/Server)
这种方式在互联网上是最常用的，也是传统的方式：就像我们平时上网发邮件或者找资料的时候。客户和服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。这里说的客户和服务器都是指计算机进程

客户是服务的请求方，服务器是服务提供方

客户程序:

• 被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址
• 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统

服务器程序：

• 是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求
• 系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求，因此，服务器并不需要知道客户程序的地址
• 一般需要有强大的硬件和高级操作系统支持

3、对等连接方式（Peer-to-Peer）
对等连接是指两台主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件（P2P软件），他们就可以进行平等的、对等连接通信。从对等连接的本质上看，它仍然是使用客户-服务器方式，只是对等连接中的每一台主机既是客户又同时是服务器

—————————————->互联网的核心部分<—————————————-

• 网络核心部分是互联网中最复杂的部分
• 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一台主机都能够向其他主机通信
• 网络核心部分起特殊作用的是路由器（router）
• 路由器是实现分组交换（packet switching）的关键构件，其任务转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的内容

0、电路交换的主要特点：

• 电路交换必定是面向连接的
• 电路交换的三个阶段
  
  • 建立连接（占用信道资源）
  • 通话（一直占用通信资源）
  • 释放资源（归还通信资源）
• 在通话时，两用户间占用端到端的资源

若使用电路交换来传送计算机数据时，由于计算机数据具有突发性，所以其线路的传输效率往往很低，除此之外还会浪费信道资源

1、分组交换的主要特点：

• 分组交换采用存储转发技术，也就是：收到分组->存储分组->查找路由表（路由选择协议）->转发分组
• 在发送端，先把较长的报文（要发送的整块数据）划分成较短的、固定长度的数据段
• 每一个数据段前加上首部（由必要的控制信息组成，也可称为“包头”）构成分组（又称为“包”）
• 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

2、主机是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换的

3、分组交换的优点和带来的一些问题：

• 优点：
  
  • 高效：动态分配传输宽带，对通信链路是逐段占用
  • 灵活：为每一个分组独立的选择最适合的转发路由
  • 迅速：不必先建立连接就能向其他主机发送分组
  • 可靠：保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的的生存性
• 问题：
  
  • 分组在各路由存储转发时需要排队，就会造成一定的时延
  • 分组必须携带的控制信息（首部）也造成了一定的开销

4、电路交换、报文交换和分组交换的比较
电路交换————整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送
报文交换————整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点
分组交换————单个分组（整个报文的一部分），传送到相邻节点，存储下来在查表转发至下一节点

2、计算机网络的类别

0、按照网络的作用范围划分

• 广域网 WAN（Wide Area Network）：互联网的核心部分
• 城域网 MAN（Metropolitan Area Network）：目前很多城域网采用的是以太网技术
• 局域网 LAN（Local Area Network）
• 个人区域网 PAN（Personal Area Network）

1、按照网络的使用者划分

• 公用网 （public network）
• 专用网 （private network）

3、计算机网络的性能

0、计算机网络的性能指标

• 数率：网络技术中的数率指的是数据的传送数率，往往指的是额定数率或标称数率，并非实际运行数率
• 带宽：带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，一般表示的是某信道所能通过的“最高数据率”
• 吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际的数据量，其绝对上限值等于带宽
• 时延：数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。时延是个很重要的性能指标
  
  • 发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间
    
    • 发送时延 = 数据帧长度（bit）/发送数率（bit/s）
  • 传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离所需要花的时间
    
    • 传播时延 = 信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）
  • 处理时延：主机或路由器在收到分组需要花费一定的时间进行处理
  • 排队时延：分组在路由器额的输入队列中等待的时间和在输出队列中等待的时间
  • 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
  • 对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送数率而并不是传播数率
    
• 时延带宽积：传播时延*带宽，表示链路的容量
• 往返时间RTT：从数据发送方开始，到发送的数据收到，且收到接收方的确认为止，所花费的时间
• 利用率：
  
  • 信道利用率：某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）
  • 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值
  • 信道或网络利用率越高，则会产生越大的延迟
  • D = D0/(1-U) U是网络利用率
    

1、计算机非性能指标：费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护

4、计算机网络的体系结构

0、两种国际标准：
OSI（开放系统互连基本参考模型）是法律上的国际标准，不过并没有得到市场的认可，而非法律上的国际标准TCP/IP获得了最广泛的应用，故TCP/IP常被称为事实上的国际标准

1、网络协议：
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议（network protocol）,由以下三个要素组成：
（1）语法：数据与控制信息的结构或格式
（2）语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
（3）同步：即事件实现顺序的详细信息（时序）

2、计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
3、OSI七层模型、TCP/IP四层模型和一个只有五层的协议体系结构

OSI体层模型：概念清晰、理论也较为完整、但它既复杂又不实用
TCP/IP四层模型：从实质上讲，最下面的网络接口层并没有什么具体内容
五层模型：为了便与学习，综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层的协议体系结构

4、五层协议的体系结构
（1）应用层（application layer）：通过应用进程间的交互来完成特定网络应用
（2）运输层（transport layer）：向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务，主要使用传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）
（3）网络层（network layer）：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，网络层最重要的协议是IP协议
（4）数据链路层（data link layer）：主要负责在通信的实体间建立数据链路连接
（5）物理层（physical layer）：主要负责在物理线路上传输原始的二进制数据

5、实体与协议
实体表示任何可发送或接受信息的硬件或软件进程
协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合
在协议的控制下，两个对等实体间的通信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的服务

6、协议与服务
协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。
服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。
下面的协议对上面的服务是“透明”的，即本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议

7、同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点SAP(Service Access Point)
8、协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的，还必须非常仔细的检查这个协议能否应付各种异常情况