计算机网络的概念

计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

简而言之，计算机网络就是一些互联的、自治的计算机系统的集合。

计算机网络的组成

组成部分上看：硬件、软件、协议三大部分组成

硬件：主机【端系统】、通信链路【双绞线、光纤】、交换设备【路由器、交换机】、通信处理剂

软件【多属于应用层】：各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件

协议【核心】：规定了网络传输数据所遵循的规范

工作方式上看：边缘部分和核心部分

边缘部分：所有连接到因特网上、供用户直接使用的主机组成，用来进行通信和资源共享

核心部分：大量的网络和链接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供连通性和交换服务

功能组成上看：通信子网和资源子网

通信子网：各种传输介质、通信设备和相应的网络协议

资源子网：实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供共享其他计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源的服务

计算机网络的功能

【1】数据通信【最基本最重要的功能】

【2】资源共享

【3】分布式处理

【4】提高可靠性

【5】负载均衡

计算机网络的分类

按分布范围分类：广域网，城域网，局域网，个人区域网

按传输技术分类：广播式网络、点对点网络

按拓扑结构分类：由网中结点与通信线路之间的几何关系，总线形网络，星形网络，环形，网状

按使用者分类：公用网、专用网

按交换技术分类：电路交换网络、报文交换网络、分组交换网络

按传输介质分类：有线网络和无线网络

计算机网络的性能指标

常用性能指标：带宽、时延、时延带宽积、往返时延、吞吐量、速率、信道利用率

计算机网络分层结构

计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构

计算机网络的体系结构通常具有可分层的特性，它将复杂的大系统分成若干较容易实现的层次

【1】各层都实现一种相对独立的功能，降低大系统的复杂度

【2】各层之间界面自然清晰，易于理解，交流尽可能少

【3】各层功能的精确定义独立于具体的实现方法

【4】保持下层对上层的独立性，上层单向适用下层提供的服务

【5】整个分层结构应能促进标准化工作

由于分层后各层之间相对独立、灵活性号，因而分层的体系结构易于更新【替换单个模块】，易于调试，易于交流、易于抽象、易于标准化

在分层时应考虑层次的清晰程度与运行效率间的这种、层次数量的折中

在计算机网络的分层结构中，第N蹭中的活动元素通常称为第N层实体。

实体指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程，通常是一个特定的软件模块

不同机器上的同一层称为对等层，同一层的实体称为对等实体

第N层实体实现的服务为第N+1层所利用

在这种情况下，第N层称为服务提供者，第N+1层则服务于用户

在计算机网络体系结构的各个层次中，每个报文都分为两部分

数据部分【SDU】和控制信息部分【PCI】，共同组成【PDU】

服务数据单元【SDU】：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。第N层的服务数据单元记为n-SDU

协议控制信息【PCI】：控制协议操作的信息。第N层的协议控制信息记为n-PCI

协议数据单元【PDU】：对等层次之间传送的数据单位称为该层的PDU。第N层的协议数据单元记为n-PDU

在实际的网络中，每层的协议数据单元都有一个通俗的名称

在各层建传输数据时，把从第n+1层收到的PDU作为第n层的SDU，加上第n层的PCI，就变成了第n层的PDU

交给第n-1层后作为SDU发送，接收方接收时做相反的处理，因此可知三者的关系为n-SDU+n-PCI=n-PDU=(n-1)-SDU

具体地，层次结构的含义包括以下几方面：

【1】第n层的实体不仅要使用第n-1层的服务来实现自身定义的功能，还要向第n+1层提供本层的服务，该服务是第n层及其下面各层提供的服务总和。

【2】最底层只提供服务，是整个层次结构的基础；中间各层既是下一层的服务使用者，又是上一层的服务

【3】上一层只能通过相邻层间的接口使用下一层的服务，而不能调用其他层的服务；所提供服务的实现细节对上一层透明

【4】两台主机通信时，对等层

计算机网络协议、接口、服务的概念

【1】协议【网络协议的简称】，就是规则的集合

【2】网络协议：为进行网络中的数据交换而简历的规则、标准或约定

【3】网络协议控制两个或多个对等实体进行通信的规则的集合【水平的】

【4】不对等实体间没有协议

【5】协议由语法、语义和同步三部分组成

1. 语法规定了传输数据的格式
2. 语义规定了所要完成的功能，即需要发出何种控制信息、完成何种动作及做出何种应答
3. 同步规定了执行各种操作的条件、时序关系等、即事件实现顺序的详细说明

【1】接口是同一结点内相邻两层间交换信息的连接点，是一个系统内部的规定

【2】每层只能为紧邻的层次之间定义接口，不能跨层定义接口

【3】在典型的接口上，同一结点相邻两层之间的实体通过服务访问点进行交互

【4】服务是通过SAP提供给上层使用的，第n层的SAP就是第n+1层可以访问第n层服务的地方

服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，它是垂直的

对等实体在协议的控制下，使得本层能为上一层提供服务，但要实现本层协议还需要适用下一层所提供的的服务

服务：上层使用下层所提供的的服务时必须与下层交换一些命令

【1】请求：由服务用户发往提供服务者，请求完成某项工作

【2】指示：由服务提供者发往服务用户，指示用户做某件事情

【3】响应：由服务用户发往服务提供者，作为对指示的响应

【4】证实：由服务提供者发往服务用户，作为对请求的证实

计算机网络提供的服务的分类

【1】面向连接服务与无连接服务

面向连接服务：必须先建立连接，分配相应的资源，传输结束后释放连接和所占用的资源

分为连接建立，连接传输和连接释放三个阶段

无连接服务：不需要先建立连接，需要发送数据时可直接发送，把每个带有目的地址的包传送到线路上，由系统选定路线进行传输

尽最大努力交付，并不保证通信的可靠性【IP、UDP】

【2】可靠服务与不可靠服务

可靠服务是指网络具有纠错、检错、应答机制，能保证数据正确、可靠地传送到目的地。

不可靠服务是指网络只是尽量正确、可靠地传送，而不能保证数据正确、可靠地传送到目的地，是一种尽力而为的服务。

对于提供不可靠服务的网络、其网络的正确性、可靠性要由应用或用户来保障。

【3】有应答服务和无应答服务

有应答服务是指接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答，该应答由传输系统内部自动实现，而不由用户实现。所发送的应答既可以是肯定应答，也可以是否定应答，通常在接收到的数据有错误时发送否定应答。

无应答服务是指接收方收到数据后不自动给出应答。若需要应答，则由高层实现。

OSI参考模型

开放系统互连参考模型【OSI/RM】

物理层【物理层接口标准】

【1】传输单位：比特

【2】任务：传输比特流

【3】功能：物理媒体上为数据设备透明地传输原始比特流

【4】主要定义数据终端设备和数据通信设备的物理与逻辑连接方法

【5】通信规则称为规程，物理层协议也称为物理层规程

图1.9表示的是两个通信结点及它们间的一段通信链路，物理层主要研究以下内容

①通信链路与通信结点的连接需要一些电路接口，物理层规定了这些接口的一些参数

②物理层也规定了通信链路上传输的信号的意义和电气特征

传输信息所利用的一些物理媒体，并不在物理层协议之内而在物理层协议下面

数据链路层

【1】传输单位：帧

【2】任务：将网络层传来的IP数据报组装成帧

【3】功能：

成帧

差错控制：两个结点之间规定了数据链路层协议，可以检测出差错，然后把收到的错误信息丢弃

流量控制：协调两个结点的速率，使结点A发送数据的速率刚好是结点B可以接收的速率，避免丢弃来不及接受的正确数据

传输管理

【4】广播式网络在数据链路层还要处理新的问题，即如何控制对共享信道的访问

【5】数据链路层的一个特殊的子层——介质访问层，控制对共享信道的访问

【6】典型的数据链路层协议有SDLC、HDLC、PPP、STP和帧中继等

TCP/IP模型

TCP/IP模型与OSI参考模型的比较

数据、信号与码元

信源、信道与信宿

速率、波特与带宽

奈奎斯特定理

香农定理

数字报数据编码为数字信号

数字数据调制为模拟信号

模拟数据编码为数字信号

模拟数据调制为模拟信号

电路交换

报文交换

分组交换

数据报

虚电路

双绞线

同轴电缆

光纤

无线传输介质

物理层接口的特性

中继器

集线器

为网络层提供服务

链路管理

帧定界、帧同步与透明传输

流量控制

差错控制

字符计数

字符填充的首尾定界符法

零比特填充的首尾标志法

违规编码法

检错编码

纠错编码

流量控制、可靠传输与滑动窗口机制

单帧滑动窗口与停止-等待协议

多帧滑动窗口与后退N帧协议【GBN】

多帧滑动窗口与选择重传协议【SR】

频分多路复用

时分多路复用

波分多路复用

码分多路复用

ALOHA协议

CSMA协议

CSMA/CD协议

CSMA/CA协议

轮询访问介质访问控制：令牌传递协议

以太网与IEEE 802.3

IEEE 802.11

令牌环网的基本原理

广域网的基本概念

PPP协议

HDLC协议

网桥的概念及其基本原理

局域网交换机及其工作原理

异构网络互联

路由与转发

拥塞控制

静态路由与动态路由

距离-向量路由算法

链路状态路由算法

层次路由

IPV4分组的格式

IP数据报分片

IPV4地址

网络地址转换

子网划分

子网掩码

无分类域间路由选择【CIDR】

IP地址与硬件地址

地址解析协议【ARP】

动态逐级配置协议【DHCP】

网际控制报文协议【ICMP】

IPV6的主要特点

IPV6地址

自治系统

域内路由与域间路由

路由信息协议【RIP】

开放最短路径优先【OSPF】协议

边界网关协议【BGP】

组播的概念

IP组播地址

IGMP与组播路由算法

移动IP的概念

移动IP的概念

移动IP通信过程

路由器的组成和功能

路由表与路由转发

传输层的功能

传输层的寻址与端口

无连接服务与面向连接服务

UDP概述

UDP的首部格式

UDP校验

TCP协议的特点

TCP报文段

TCP连接管理

TCP可靠传输

TCP流量控制

TCP拥塞控制

客户/服务器模型

P2P模型

层次域名空间

域名服务器

域名解析过程

FTP的工作原理

控制连接与数据连接

电子邮件系统的组成结构

电子邮件格式

多用途网际邮件扩充【MIME】

SMTP

POP3和IMAP

www的概念与组成结构

超文本传输协议