计算机网络第七版（谢希仁)
第一章 概述
1.1 计算机网络在信息时代的应用
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21世纪的一些重要的特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
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互联网具有两个重要的特点：连通性（交换各种信息）和共享（资源共享）。
1.2 互联网概述
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计算机网络（简称网络）由若干结点和连接这些结点的链路组成。结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。（网络之间可以由路由器互联起来，这样就构成覆盖范围更大的计算机网络，这样的网络称为互联网，因此互联网是网络的网络）
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网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过路由器连接在一起，与网络相连的计算机常称为主机（host）。
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互联网基础结构发展的三个阶段：
①第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。（1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，把1983年作为互联网的诞生时间，该网的使用者和介入范围较小）；
②第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网。（主干网、地区网、校园网（或者企业网））；
③第三阶段的特点是逐渐形成多层次ISP结构的互联网。ISP为互联网服务提供者（商）。
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互联网交换点IXP的主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组。IXP常采用工作在数据链路层的网络交换机，这些网络交换机都用局域网互连起来。
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世界上最大的IXP于1995年建造在德国的法兰克福，名字是DE-CIX.
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中国大陆接入Internet.
①1987年9月,CANET在北京计算机应用技术研究所内正式建成中国第一个国际互联网电子邮件结点,并与9月14日发出了中国第一封电子邮件;
②1994年4月20日,NCFC工程通过美国Sprint公司连入Internet的64K国际专线开通,实现了与Internet的全功能连接;
③1994年5月21日,在钱天白教授和德国卡尔斯鲁厄大学的协助下,中国科学院计算机网络信息中心完成了中国国家顶级域名(CN)服务器的设置。
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互联网的标准化工作：建议标准->互联网标准;
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RFC（Request for comments）----请求评论,互联网草案（Internet Draft）;
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互联网的组成：边缘部分和核心部分；
（1）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；
（2）核心部分：由大量网络和连接这些而网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。
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在网络边缘的端系统的通信方式
（1）客户-服务器方式（C/S方式）；
（2）对等方式（P2P方式）
（客户和服务器都是指通信中所涉及的应用进程。客户是
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在网络核心部分起特殊作用的是路由器，它是一种专用计算机（但不叫做主机）。路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组。（互联网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分通常以相对较低速率的链路相连接）服务请求方，服务器是服务提供方）
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从通信资源的分配角度来看，交换就是按照某种方式动态的分配传输线路的资源。
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电路交换：建立连接->通话->释放连接。
电路交换的主要特点：①在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源；②线路的传输效率往往很低。
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分组交换：分组交换的主要特点：分组交换采用存储转发技术。通常把要发送的整块数据称为一个报文。
①在发送报文之前，先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段；
②在每一个数据段前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组。（分组又称为包，分组的头部也称为包头）
③路由器收到一个分组，先暂时存储起来，在检查首部，查找路由表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器。
④这样一步步地以存储转发的方式，把分组交付最终的目的主机。（为了提高分组交换网的可靠性，互联网的核心部分常采用网状拓扑模型）（分组交换的优点：高效、灵活、迅速、可靠）。
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三种交换方式在数据传送阶段的主要特点：
① 电路交换–整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像在一个管道中传送；
②报文交换–整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点；
③分组交换–单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
- 计算机网络按照网络的作用范围进行分类：
①广域网（WAN），范围为几十到几千公里，最大覆盖全球；
②城域网（MAN），百公里以内，覆盖一个城市范围，近些年新出现的分类；
③局域网（LAN），若干公里以内，覆盖一个房间、一栋建筑物、一个园区；
④个人区域网（PAN），若干米范围内，覆盖一个人使用的各台设备。大约10米左右。（若中央处理机之间的距离非常近，则一般称为多处理机系统）
- 计算机网络按照网络的使用者进行分类：
①公用网：为公众服务的网络；
②专用网：企业网络，单位机构的内部网络；
- 按照网络的作用分类：
①骨干网/核心网 提供网络各部分的互联（对于Internet而言，ISP及其之间的网络就是Internet的核心网）
②接入网AN（又称为本地接入网或居民接入网） 连接分散的用户，接入网起到用户与骨干网之间的“桥梁”作用（对于Internet，接入网就是把用户接入因特网）
- 计算机网络的性能指标
（1）速率。此处指数据的传送速率，它也称为数据率或者比特率。单位是bit/s(比特每秒)(或者b/s,有时也写为bps)，k=103=千，M=106=兆，G=109=吉，T=1012=太，P=1015=拍，E=1018=艾，Z=1021=泽，Y=1024=尧。当提到网络的速率时，通常指的是额定速率或标称速率。（K=1024，G=220，T=230）
（2）带宽。①（频域称谓）本来指的是某个信号具有的频带宽度。带宽的单位是赫兹、兆兹、吉兹等；②（时域称谓）在计算机网络中，用来表示网络中某通道传送数据的能力，因此带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”，单位是bit/s。
（3）吞吐量。表示叜单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际的数据量。
（4）时延。指数据从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。有时也称延迟或迟延。总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。
发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）
传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）；
（5）时延带宽积。时延带宽积=传播时延×带宽；（6）往返时间RTT。互联网上的数据传播不仅仅是单方向传播而是双向交互的。
发送时间=数据长度/发送速率
有效数据率=数据长度/(发送时间+RTT)
（7）信道（或网络）利用率。①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）。完全空闲的信道利用率为零；②网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。
D0表示网络空闲时的时延
D表示网络当前的时延
U为利用率
D=D0/(1-U)
- 计算机网络的非性能特征：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；
- **网络协议即协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则。**计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。
- 网络协议主要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，事件实现顺序的详细说明.
- 具有五层协议的体系结构。
（1）应用层。体系结构中的最高层。任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。进程指正在运行的程序。把应用层交互的数据单元称为报文。（例如域名DNS,支持万维网应用的HTTP协议，电子邮件SMTP协议）
（2）运输层。任务是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。（通用是指多种应用可以使用同一个运输层服务由于一个主机可以同时运行多个进程，因此运输层有复用和分用的功能）
复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务；
分用：运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程；
运输层主要使用下面两种协议：
①传输控制协议TCP－提供面向连接的、可靠地数据传输服务，其数据传输的单位是报文段。
②用户数据协议UDP－提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据报。
（3）网络层。负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称为数据报。（无论在哪一层传输的数据单元，都可笼统的用“分组”来表示）
（4）数据链路层。简称为链路层。两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻结点上传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻的结点间传输帧。每一帧包括数据和必要的控制信息（同步信息、地址信息、差错控制等）。
（5）物理层。物理层上所传输数据的单元是比特。发送方发送“1”时，接收方应当收到“1”。物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及接收方如何识别出发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各引脚应如何连接。传输信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等。物理媒体不在物理层协议而在物理层协议之下。
- 五层协议体系由物理层、数据链路层、网络层（网际层）、运输层、应用层组成。运输层最重要的协议是TCP协议和UDP协议，而网络层最重要的协议是IP协议。
- OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位成为该层的协议数据单元PDU。
- 实体：表示任何可发送或接收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；
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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。
- TCP/IP的体系结构：
- 协议数据单元和封装：
- 根据TCP/IP协议簇的协议来命名PDU
数据－一般术语，泛指应用层使用的PDU；
数据段－传输层PDU；
数据包－网络层PDU；
帧－网络接入层PDU；
比特(位)－通过介质实际传输数据时使用的PDU。
- 协议数据单元PDU（protocol data Unit）：数据在由主机传输封装，加第一个头部称为报文，加第二个头部称为报文段，依次类推称为分组包、帧、比特流。(由用户端到服务器端称封装，由服务器端到用户端称解封)
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