计算机网络个人学习笔记_第一章：基本概念

• 一、计算机网络的概念，组成，功能与分类
• • 1.1计算机网络的概念
  • 1.2计算机网络的功能
  • 1.3计算机网络的组成
  • 1.4计算机网络的工作方式（重点）
  • 1.5计算机网络的功能组成（重点）
  • 1.6计算机网络的分类
• 二、标准化工作及组织
• 三、速率相关的性能指标
• • 3.1 速率
  • 3.2 带宽
  • 3.3 吞吐量
• 四、时延相关指标
• • 4.1 时延
  • 4.2 时延带宽积
  • 4.3 往返时延RTT
  • 4.4 利用率
• 五、分层结构
• • 5.1 分层结构基本概念
  • 5.2 7层OSI参考模型（重点）
  • 5.3 TCP/IP模型& 5 层参考模型
• 六、总结

一、计算机网络的概念，组成，功能与分类

1.1计算机网络的概念

通常大家都认可的，计算机网络的概念是：计算机网络是互联的自治的计算机体系。

互连：互联互通，通信链路
自治：无主次关系

1.2计算机网络的功能

计算机网络的功能 数据通信 资源共享 分布式处理 提高可靠性 负载均衡 等等......

其中，数据通信和资源共享是其最主要的功能。

1.3计算机网络的组成

计算机网络的组成 硬件 软件 协议

1.4计算机网络的工作方式（重点）

我们可以把计算机网络分为边缘部分与核心部分。其中边缘部分是主机，是客户端可以直接使用的（个人pc，移动设备，网站服务器之类），核心部分是大量路由器，网络（网络应该是指物理信道和路由器交换机什么的一堆）组成，其作用就是使边缘部分的计算机可以互相通信。
边缘部分的通信方式大体有两种：
一种是C/S方式，Client-Server就是客户端服务器方式，多个客户端与同一个大型服务器产生交互。
一种是p2p方式，Peer-to-peer 对等计算机网络，没有客户端与服务器之分。网络的参与者共享他们所拥有的一部分资源，在此网络中的参与者既是资源、服务和内容的提供者（Server），又是资源、服务和内容的获取者（Client）。

计算机网络各部分工作方式 边缘部分 核心部分 C/S方式 p2p方式 为边缘部分服务

1.5计算机网络的功能组成（重点）

计算机网络按照两个主要功能：数据通信和资源共享，可以划分为通信子网和资源子网。（个人感觉，也就是底层物理架构和协议，使上层能通信。上层在能通信的前提下，使单纯的通信变得复杂，使交换信息变成交换资源。就好比底层传递的01比特串，我们在pc上看到的是传递的电影，或者远程操控其他机器）

计算机网络的功能组成 通信子网 资源子网 实现数据通信 实现资源共享/数据处理

对应到网络的七层结构模型可以大致认为如下图：

1.6计算机网络的分类

(个人感觉，后三种分类重要，因为后面都有展开讲解，前两种无聊胜有聊了)
点对点网络以分组存储转发和路由选择机制，显著区别于广播式网络。

按分布范围 广域网 城域网 局域网 个人区域网 按使用者分 专用网 公用网 按交换技术 电路交换 报文交换 分组交换 按拓扑结构 总线型 星型 环形 网状形 按传输技术 广播式网络 共享公共通信信道 点对点式网络 使用分组存储转发和路由选择机制

二、标准化工作及组织

和ppt的图差不多，因为这一节感觉没啥好讲的,就当成故事听听就好了。

标准化工作及组织 标准 法定标准 事实标准 RFC及其发展为因特网标准的四个阶段 相关组织 ISO,ITU,IEEE,IETF

三、速率相关的性能指标

第三节之后很重要，帮助理解基本的一些知识。

3.1 速率

定义：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率即每秒传输的比特数（bit）b/s。
1 T b / s = 1 ∗ 1 0 3 M b / s = 1 ∗ 1 0 6 K b / s = 1 ∗ 1 0 9 b / s 1 Tb/s = 1*10^3 Mb/s = 1*10^6 Kb/s = 1*10^9 b/s 1Tb/s=1∗103Mb/s=1∗106Kb/s=1∗109b/s
一般存储大小用字节（Byte）表示，1Byte=8bit 1 T B = 2 10 M B = 2 20 K B = 2 30 B = 2 33 b 1 TB = 2^{10} MB = 2^{20} KB = 2^{30} B = 2^{33} b 1TB=210MB=220KB=230B=233b

3.2 带宽

在计算机网络中，指的是网络设备所支持的最高速度，是理想条件下最高速率,单位同速率。理想条件是，网线传输速度远远大于你计算的发送速度，计算机发多少都没问题。

3.3 吞吐量

指的是单位时间内通过某个网络的数据总量。
其实吞吐量就是某个网络设备的单位时间内成功地传送数据的数量。
假设，你3个手机看电影，每个手机的实际速率是10mb/s，连的是同一个网关设备，且此网关设备只有这三台手机连接。那么每台手机的吞吐量都可以说是10mb/s，网关的吞吐量是30mb/s，即三者之和。

四、时延相关指标

4.1 时延

时延包括四大类

使用高速链路(提高网速)，只能减小发送时延，无法减少其他三个时延

名称	描述	计算公式
发送时延	第一个比特从主机到信道上开始，直至最后一个比特到信道，所耗费的时间	发送的数据长度/发送速率
传播时延	数据在信道上传播所花费的时间（数据以电磁波的形式近光速传播）	信道长度/传播速率
排队时延	数据在路由器前等待的时间	无
处理时延	数据在路由器中被处理需求的时间	无

4.2 时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽，单位是bit
表示任何特定时间该网络线路上的最大数据量。

4.3 往返时延RTT

RTT为数据完全发送完（完成最后一个比特推送到数据链路上）到收到确认信号（收到第一个比特）的时间。
RTT=传播时延x2+处理时间(有时可能直接忽略)

4.4 利用率

信道利用率=有数据通过时间/(有+无)数据通过时间

网络利用率=所有信道利用率加权求平均值
即多个信道的综合利用率。

利用率越高，时延指数增大

五、分层结构

5.1 分层结构基本概念

发送文件前的准备工作：
（1）发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
（2）要告诉网络如何识别目的主机。
（3）发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
（4）发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。
（5）确保差错和意外可以解决。
（5）…
因为计算机网络在发送文件前需要准备的事情太多，所以，我们将计算机网络分层细化。
按照协议，接口和服务，我们将计算机网络分成如下分层结构：

其中，
n层实体: 是第n层中的活动元素，同层实体叫对等实体。如：主机A的L5 data和主机B的L5 data，就是对等实体。
协议: 是为进行网络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）
协议有其三个组成要素，语法（规定传输数据的格式），语义（规定所要完成的功能），同步（规定各种操作的顺序）。
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）

在数据打包向下传输过程中，每一层的SDU加上本层协议的PCI就是本层的PDU，也就是下一层的SDU。

还有一些总结的概念，可以看看，不需要死记硬背。

5.2 7层OSI参考模型（重点）

7层OSI的基本架构，看图就很清楚了。

名称	描述
应用层	所有能和用户产生网络流量的程序。例如：电子邮件、文件传输和终端仿真。典型的协议有HTTP、SMTP、FTP、DNS等。
表示层	处理两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义），有数据的格式变化，加密解密，压缩解压功能，但此层功能常被纳入应用层与会话层，因此无固定的单独协议。
会话层	向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序的传输数据。这就是会话，也叫建立同步，会话之间彼此独立不影响。功能：建立，管理，终止会话；使用校验点同步恢复通信。
传输层	负责两个进程的通讯，即端到端通讯（单位是报文段或用户数据报）。功能：可靠传输；不可靠传输 ；流量控制；复用分用。主要协议，TCP，UDP。
网络层	把分组从源端传到目的端，为分组通信网络上不同主机提供通信服务（单位是数据报，数据报过大则化为分组）。功能：路由选择，规划IP地址(ipv4和ipv6变化只会影响网络层)；流量控制；差错控制；拥塞控制。主要协议：IP，IPX等。
数据链路层	把网络层的数据报组装成帧（单位是帧）。功能：成帧（定义帧的开始与结束）；差错控制（帧错，位错）；流量控制；访问接入控制（控制对信道的访问）
物理层	在物理媒体上实现比特流的透明传输（单位比特）。功能：定义接口特性；定义传输模式（单工，半双工，双工）；定义传输速率；比特同步；比特编码

5.3 TCP/IP模型& 5 层参考模型

这两个模型在7层模型的基础上就很简单了，看看结构图就行了。注意一下区别。

六、总结

这一章大多是基本概念，有一个基础认知即可。后面内容学习完毕后再回看，记忆会更加深刻。

参考资料：
2019 王道考研 计算机网络.