计算机网络 第一章 绪论

1.1 计算机网络的做用

理论上，应该三网融合的；可是涉及到个领域的利益和管辖权问题，未能实现。

1.2 互联网概述

网络的网络

网络把计算机链接起来，互联网把网络经过路由器链接起来，互联网是网络的网络。与网络相连的计算机叫主机。

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发展的三个阶段

1. 单网走向互连网：美国国防部，为了解决通信问题，发展互连网络。internet(小写)，互连网，不必定采用TCP/IP；Internet（大写），是互联网，全球最大的互连网，使用TCP/IP；

2. 三级结构互联网：校园/企业网互连构成区域网，区域网经过主干网互连。

3. 多层次ISP：ISP就是网络运营商（移动、联通）。若是百度的机房放在电信，那么移动用户使用百度的网速就会慢。因此大的公司都会有不一样的运营商机房，或是双机房。游戏里分电信区和移动区，也是这个原理。IXP（互联网交换点），如图，能够减小传输路径长度。若是，网站的服务对象是中国，那么把机房设置在地区ISP上。若是，网站是面向国际的，要把机房设置在主干ISP，若是放在地区，外国人访问，是先去主干ISP，再去地区ISP，速度慢。可是中国人访问，就是直接去地区ISP，速度就很快。

1.3 互联网组成

资源子网是在主机内部进行处理，处理完后放到通讯子网传输，传输层是资源子网和通讯子网的接口

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边缘

1. 客户-服务器(C-S)：边缘的端主机，多是私人电脑，也但是企业主机。

2. 对等链接方式(p2p,peer-peer)：不分谁是服务端、客户端，既能够是服务端，也能够是客户端。例如当年的快播，BT种子。一部高清影片，在线看，须要占用优酷大量的带宽，用户看会很卡。可是使用P2P技术，A看片，边看会边缓存视频。B看这个片的时候，先去官网缓存视频，等到缓存到必定程度，就会搜索附近。软件发现B的周围A也在看这个视频，就让B从A处下载缓存文件，周围若是还有C、D、E，那么就把视频分组，从C、D、E处同时下载不一样的分组，因此用户越多速度越快。因此视频刚开始很卡，显示正在缓存，以后就快了，为了减小初始的缓存时间，厂商还会在各个地区提供专门的缓存服务器。BT种子也是同理，把一个视频识别成ID种子文件，经过这个ID来去搜索视频，把视频分组后，从各个主机处下载分组文件，最后拼起来。

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核心

网络核心，起到特殊做用的是路由器。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，这是网络核心部分最重要的功能。核心部分的路由器，一般是高速链路相链接，边缘的主机接入核心部分一般是低速的链路。分组交换是什么？下面介绍三种交换方式。

1. 电路交换：创建链接--通话--释放链接。通信中，会一直占用资源。若是正在通话，那就占线，请稍后再拨。

2. 分组交换：发送的整块数据叫报文，把一个报文划分红几个小块再传送。每一个小块加上必要的信息“首部”(顺序编号、目的地址、源地址)，就构成了一个分组，也叫包。分组的首部，也叫包头。路由器负责分组交换，收到一个分组，会查看首部，根据目标地址，查找转发表，选择合适的下一站。这样一步步的存储转发(数据暂存内存)，最终到目的地。路由器间会常常交换信息，来更新转发表。这样，就没有专用的线路了，也就不用创建链接、释放链接了，也没有占线的问题，数据传送效率变高了。

3. 报文交换，就是不分组，直接整个报文传送。

分组交换，不用像电路交换那样，创建、释放资源。也不用像报文交换那样，所有一块儿走，传送时间长，能够各自选择最佳路径。

1.4 网络的类别

1.5 网络的性能指标

速率

• 速率：数据以01010的形式传输，速率的单位是b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s.也叫比特率,b/s也写成bps(bit per second)。注意：这是小b，不是平时百度网盘下载的KB/s,这是大B。B--Byte,b--bit。平时说的速率，每每是额定速率(理想下的最合适的速率)。

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带宽

• 带宽：数据信道传输的理想状况下的最高速率

链路也就是信道

传播速率是看电磁波在某个材料中的传播速度，而带宽（传输速率）是机器发送数据到链路上的速度

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吞吐量

• 吞吐量：单位时间经过网络的数据量，例如我电脑看片2M，同时玩游戏4M，那么我电脑的吞吐量是6M。

带宽每每是理想状态，电脑、服务器自己有收发能力上限。虽然带宽是100，可是两个服务器提供的数据只有30。

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时延

• 时延：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。

1. 发送时延：主机或路由器发送数据帧的时间，由机器配置决定，发生在机器内部；
2. 传播时延：由传播距离决定，走的网线越长，时间越长，发生在信道上；
3. 排队时延：分组要通过许多路由器，你走路由器也是要排队的，等别的分组走了，你才能使用路由器转发你，在路由器门口排队。
4. 处理时延：主机或路由器收到分组时，解析数据要花时间，发生在机器内部；

平时说，光纤信道传输速率高，不是传播时延低，实际上，光在光纤中的传播速度比电磁波在铜线中的传播速度低一点。可是，光纤有很高的发送速度。

高速链路：只会提升发送速率，提升带宽，减小了发送时延，但不会提升电磁波的传送速度

作题时，无特殊要求，忽略排队、处理时延。

发送时延=分组长度/信道宽度：发送分组的第一个bit算起，到该分组的最后一个bit发送完毕所要的时间。

传播时延=信道长度/电磁波在信道上的速度：一个bit从一端到另外一端要的时间。

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时延带宽积

• 时延带宽积：传播时延 X 带宽，也就是以bit为单位的链路长度

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往返时延

指从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认(接收端收到数据后当即发送确认)，总共经历的时延。ping命令能够看延迟多少ms

在互联网中，往返时延还包括各中间结点的处理时延、排队时延及转发数据时的发送时延。

• 往返时间：RTT（Round-Trip Time），不包括发送端的发送时延

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利用率

• 利用率：利用率高，排队延迟高。利用率低，就浪费了

1. 信道利用率：信道有百分之几的时间是被利用的（有数据经过）
2. 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值

1.6 网络体系结构

计算机间若是要通讯，首先，A和B间要有一条路来传输数据。可是还有其余问题：

1. 发起通讯的计算机，要确保数据能正确发送、接收。
2. 如何识别接收方计算机？
3. 发送方必需要确保接收方开机、网络通畅。
4. 发送方确保接收方的程序能够接收文件、存储文件
5. 若是文件格式不兼容，要有一方负责格式转换
6. 数据传错、重复、丢失、某节点故障，如何处理？

由于要解决的问题不少，因此采用“分层”的办法，把各个问题解耦。

专家、学者提出了ISO七层模型，做为国家标准。然而，TCP/IP四层模型已经占领了市场。因此，实际上，TCP/IP才是真·国际标准。

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网络要作到有条不紊的交换数据，必须先约定好规则。这个规则叫网络协议。由三要素组成：

1. 语法：数据和控制信息的结构或格式
2. 语义：发出的是何种控制信息、完成何种动做、作出何种响应
3. 同步：事件实现的顺序，要作详细说明

学习时，把网络接口层拆分红两层学习，即教学版是五层协议。

技术的发展，不是彻底遵照标准的，现实中有的应用程序，能够直接调用下层协议。

课堂练习

属性-->配置-->高级

网络地址：每台计算机的MAC地址是全球惟一的，烙在网卡芯片上，不可更改。这里能够本身修改MAC地址，使用一个假的MAC地址进行通讯。例如，公司收集了员工的网卡MAC地址，规定了指定人员上网。你的电脑坏了去修，借了朋友的电脑，如何上网？修改这里的MAC地址就可。若是有两个相同的MAC地址，那么两我的都没法上网。有时候克隆出的机器也会有相同的MAC，结果网都不通。

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双工：指二台通信设备之间，容许有双向的资料传输。半双工，例如对讲机，只有一方能说话。使用自动协商，两台机器就自动侦测出合适的带宽。要是两台机器设置的速率不同，就没法进行通讯。

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这里选择特定虚拟网络，每个虚拟网络至关于一个交换机。几个虚拟系统，至关于不一样的主机。只有连接到同一个交换机上，才能通讯。