【计算机网络 | 第一篇】计算机网络概述
本文介绍了计算机网络基础，包括网络、互联网、因特网的区别（因特网最大，用TCP/IP），OSI七层模型功能，电路交换与分组交换的比较（分组交换资源利用率高但有延迟），以及性能指标如速率、带宽等，系统梳理了协议、服务和分层体系结构。
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系列下期内容：【计算机网络 | 第二篇】计算机组网模型
目录
一、计算机网络的组成
我们先来看看什么是网络，什么是互联网，什么是因特网。
1.1、网络的组成
● 网络是由节点、链路互连形成的
1.2、互联网和因特网
● 若干网络通过路由器互连形成互联网
● 因特网是当今世界上最大的互联网
1.3 互联网和因特网的关系
● internet
○ 通用名词，表示互联网（互连网），任意通信协议
● Internet
○ 专有名词，因特网，专指TCP/IP协议族
○ 因特网服务提供者（Internet Service Provider，ISP）
1.4 因特网的标准化工作
● 因特网的标准化工作是面向公众的，其任何一个建议标准在成为因特网标准之前都以RFC技术文档的形式在因特网上发表。
● RFC（Request For Comments）的意思是“请求评论”。任何人都可以从因特网上免费下载RFC文档（http://www.ietf.org/rfc.html），并随时对某个RFC文档发表意见和建议。
二、计算机网络端系统体系结构分层
2.1、互联网协议
● 协议这个名词不仅局限于互联网范畴，也体现在日常⽣活中，比如情侣双方约定好在哪个地点吃饭，这个约定也是一种协议，比如你应聘成功了，企业会和你签订劳动合同，这种双方的雇佣关系也是一种协议。注意自己对自己的约定不能成为协议，协议的前提条件必须是多人约定。
● 而网络络协议就是网络中(包括互联网)传递、管理信息的⼀些规范。如同人与人之间相互交流是需要遵循一定的规矩一样，计算机之间的相互通信需要共同遵守一定的规则，这些规则就称为网络协议。
● 我们一般都了解过HTTP协议，HTTP是一个在计算机世界里专门在两点之间传输文字、图片、⾳音频、视频等超文本数据的约定和规范。但互联网又并不只有HTTP协议，它还有很多其他的比如IP、TCP、UDP、DNS协议等。下面是一些协议的汇总和介绍。
| 网络体系结构 | 协议 | 主要用途 |
| TCP/IP | HTTP、SMTP、TELNET、IP、ICMP、TCP、UDP等 | 主要用于互联网和局域网 |
| IPX/SPX | IPX、NPC、SPX | 主要用于个人电脑局域网 |
| AppleTalk | AEP、ADP、DDP | 苹果公司现有产品互联 |
● “分层”可将庞大复杂的问题转化为若干较小的局部问题
ISO在制定标准化OSI模型之前，对网络体系结构相关的问题进行了充分的讨论，最终提出了作为通信协议设计指标的OSI参考模型。这一模型将通信协议中必要的功能分为了7层。通过这7层分层， 使那些比较复杂的协议简单化。
● 虽然OSI协议的功能非常的全面且细节，但在当年的缺点其实很多
○ 缺乏实际经验，没有商业驱动力
○ 协议实现过分复杂，运行效率很低
○ 标准的制定周期太长，产品无法及时进入市场
○ 层次划分不太合理，有些功能在多个层次中重复出现
● 所以在ISO创建OSI协议以后，我们TCP/IP协议的地位仍未被撼动。
2.2、物理层
物理层是OSI标准模型中最低的一层，物理层是整个OSI协议的基础，就如同房屋的地基一样，物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
考虑的问题：
● 采用什么传输媒介（介质）
● 采用什么物理接口
● 采用什么信号表示比特0和比特1
2.3、链路层
数据链路层位于物理层和网络层中间，数据链路层定义了在单个链路上如何传输数据。
考虑的问题：
● 标识网络中各主机的身份（例如MAC地址）
● 从比特流中区分出地址和数据（数据封装格式）
● 协调各主机争用总线（媒体接入控制）
● 以太网交换机的实现（自学习和转发帧）
● 检测数据是否误码（差错检测）
● 出现传输差错如何处理（可靠传输和不可靠传输）
● 接收方控制发送方注入网络的数据量（流量控制）
2.4、网络层
网络层位于OSI标准模型的第三层，它位于传输层和数据链路层的中间，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到另一端，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。
考虑的问题：
● 标识网络和网络中的各主机（网络和主机共同编制，例如IP地址）
● 路由器转发分组（路由选择协议、路由表和转发表）
2.5、传输层
传输层位于OSI标准模型的第四层，它在整个OSI标准模型中起到了至关重要的作用。传输层涉及到 两个节点之间的数据传输，向上层提供可靠的数据传输服务。传输层的服务一般要经历传输连接建立阶段，数据传输阶段，传输连接释放阶段 3 个阶段才算完成一个完整的服务过程。
考虑的问题：
● 进程之间基于网络的通信（进程的标识，例如端口号）
● 出现传输差错如何处理（可靠传输和不可靠传输）
2.6、会话层
会话层位于OSI标准模型的第五层，它是建立在传输层之上，利⽤传输层提供的服务建立和维持会 话。
2.7、表示层
表示层向上对应用进程服务，向下接收会话层提供的服务，表示层位于OSI标准模型的第六层，表示层的主要作用就是将设备的固有数据格式转换为网络标准传输格式。
2.8、应用层
应用层是OSI标准模型的最顶层，是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务。包括文件传输、电子邮件远程登录和远端接口调用等协议。
考虑的问题：
● 不同的数据格式、数据解析、数据处理
三、计算机网络的数据传输
3.1、电机交换
● 建立连接，分配通信资源
● 通话，一直占用通信资源
● 释放连接，归还通信资源
3.2、分组交换
● 存储转发
● 优点
○ 没有建立连接和释放连接的过程
○ 分组传输过程中逐段占用通信链路，有较高的通信线路利用率
○ 交换节点可以为每一个分组独立选择转发路由，使得网络有很好的生存性
● 优点
○ 分组首部带来了额外的传输开销
○ 交换节点存储转发分组会造成一定的时延
○ 无法确保通信时端到端通信资源全部可用，在通信量较大时可能造成网络阻塞
○ 分组可能会出现失序和丢失等问题
3.3、对比
四、计算机网络的性能指标
4.1、速率
● 数据量的常用单位有字节（byte，记为大写B）
● 速率是指数据的传送速率（即每秒传送多少个比特），也称为数据率（Data Rate）或比特率（Bit Rate）
● 速率的基本单位是比特/秒（bit/s，可简记为b/s，有时也记为bps，即bit per second）
● 数据量单位中的K、M、G、T的数值分别为2 、2 、2 、2
● 速率单位中的k、M、G、T的数值分别为10 、10 、10 、10
4.2、带宽
● 带宽在模拟信号系统中的意义，某个信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。单位：Hz
● 带宽在计算机网络中的意义，用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，即在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。单位：b/s。
● 数据传送速率 = min [ 主机接口速率，线路带宽，交换机或路由器的接口速率 ]
4.3、吞吐量
● 吞吐量是指在单位时间内通过某个网络或接口的实际数据量。吞吐量常被用于对实际网络的测量， 以便获知到底有多少数据量通过了网络。
● 吞吐量受网络带宽的限制。
4.4、时延
● 时延是指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也称为延迟或迟延。数据可由一个或多个分组、甚至是⼀个比特构成。
● 分为：发送时延、传播时延、排队时延、处理时延
● 一个分组：
● 多个分组：
4.5、时延带宽积
● 正如字面写的那样：时延带宽积是传播时延和带宽的乘积。
● 链路的时延带宽积也称为以比特为单位的链路长度，这对我们以后理解以太网的最短帧长是非常有帮助的。
4.6、往返时间
● 往返时间（Round-Trip Time，RTT）是指从发送端发送数据分组开始，到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止，总共耗费的时间
● 不妨ping自己的网关 百度 kernel.org 试一下ping两个网站的时间
4.7、利用率
● 链路利用率，链路利用率是指某条链路有百分之几的时间是被利用的（即有数据通过）。完全空闲的链路的利用率为零。
● 网络利用率，网络利用率是指网络中所有链路的链路利用率的加权平均
五、网络体系的术语
实体、协议、服务
● 实体
○ 实体是指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
○ 对等实体是指通信双方相同层次中的实体。
● 协议
○ 协议是控制两个对等实体在“水平方向” 进行“逻辑通信”的规则的集合。
○ 协议的三要素
语法，定义所交换信息的格式
语义，定义通信双方所要完成的操作
同步，定义通信双方的时序关系
● 服务
○ 协议是“水平”的，而服务是“垂直”的。
○ 实体看得见下层提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议
○ 下层的协议对上层的实体 是“透明”的
○ 对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）
○ 同一系统内层与层之间交换的数据包称为服务数据单元（Service Data Unit，SDU）
六、结语
那么关于计网基础的讲解就到这里了。
我是YYYing，后面还有更精彩的内容，希望各位能多多关注支持一下主包。
无限进步，我们下次再见。
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