21-01-05前言：為了考試開始計算機網(wǎng)絡的復習，剛好系統(tǒng)的梳理一遍計算機網(wǎng)絡的重點。目前先根據(jù)老師的考點進行總結(jié)，過了期末周再全面地進行梳理。參考博客阮一峰老師yyds

一.協(xié)議的概念

協(xié)議規(guī)定了通信實體之間所交換的消息的格式、意義、順序以及針對收到信息或發(fā)生的事件所采取的“動作”。
它的三要素是：

• 語法 即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構或格式
• 語義 需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應
• 時序 即事件實現(xiàn)順序的詳細說明

二.因特網(wǎng)的構成

從因特網(wǎng)的工作方式上來看，可以劃分為:

• 邊緣部分
  由所有連接在因特網(wǎng)的主機組成，這部分用戶可以直接使用，主要是供用戶主機之間進行通信和資源共享 (傳送數(shù)據(jù)、音頻等)
• 核心部分
  由大量網(wǎng)絡與連接網(wǎng)絡的路由器組成。作用是供邊緣系統(tǒng)提供服務（提供連通性和交換）
  
  

1.邊緣部分

將與因特網(wǎng)相連的計算機與其他設備稱為端系統(tǒng)，也叫做主機。
在端系統(tǒng)之間的通信方式有兩種：

• 客戶端/服務器（c/s方式）
  所描述的是進程之間服務和被服務的關系，客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方，客戶發(fā)送請求，接收服務器響應。

• P2P
  兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務請求方還是服務提供方，通信在對等實體之間直接進行（如QQ)

2.核心部分

網(wǎng)絡核心部分是互聯(lián)網(wǎng)中最復雜的部分，因為網(wǎng)絡中的核心部分要向網(wǎng)絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一臺主機都能向其他主機通信。
核心部分最重要的是路由器，路由器是實現(xiàn)分組交換的關鍵構建，其任務是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組。

三.數(shù)據(jù)交換的方式

分為電路交換、分組交換與報文交換，其中計算機采用的方式是分組交換。本次詳細介紹電路交換與分組交換 因為要考這兩個（老實人）

電路交換

電路交換技術是應用于傳統(tǒng)的電話通訊網(wǎng)，在互聯(lián)網(wǎng)中被丟棄。該網(wǎng)絡必須在發(fā)送方和接收方之間建立一條鏈接（電路），并且一旦連接建立了后，兩個用戶會一直占用端到端的通信資源，導致線路利用率很低。
電路交換的三個階段：

• 1.建立連接（呼叫/電路建立）
• 2.通信
• 3.釋放連接（拆除電路）
  電路交換適合于數(shù)據(jù)量很大的實時性傳輸，核心路由器之間可以使用電路交換

分組交換

分組交換技術是采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術，按需分配傳輸線路資源。

通常端系統(tǒng)筆記交換報文，報文可以執(zhí)行一種控制功能，也可以包含數(shù)據(jù)。為了從源端系統(tǒng)向目的端系統(tǒng)發(fā)送一個報文，源將報分分成一個個較小的等長數(shù)據(jù)段，并在美個數(shù)據(jù)段前面加上必要的控制信息組成的首部（包含源地址和目的地址），稱之為分組。

分組交換網(wǎng)中路由器收到一個分組，先暫時存儲，根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息找到合適的接口轉(zhuǎn)發(fā)出去，再把分組交給下一個路由器。交換過程中每一個分組單獨地選擇路徑，這些路徑可以同時被多個計算機來使用，不占線，不需要建立連接。

四.網(wǎng)絡性能指標

速率

速率即數(shù)據(jù)率(data rate)，或稱數(shù)據(jù)傳輸速率、比特率(bit rate)，是網(wǎng)絡中最重要的性能指標
單位時間（秒）,傳輸信息（比特）量 (b/s（或bps）、kb/s、Mb/s、Gb/s)
當提到網(wǎng)絡的速率時，速率往往是指額定速率或標稱速率，而并非網(wǎng)絡實際上運行的速率。

帶寬

原本指信號具有的頻帶寬度， 即最高頻率與最低頻率之差，單位是赫茲（Hz）。網(wǎng)絡的“帶寬”通常是數(shù)字信道（鏈路）所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”，單位：b/s (bps)

吞吐量

吞吐量表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡的實際數(shù)據(jù)量。

時延

• 處理時延
  主機或路由器在收到分組時需要花費一定時間進行處理，例如分析分組的首部，從分組中提取數(shù)據(jù)部分、進行差錯檢驗或查找合適的輸出鏈路等。
• 排隊時延
  指分組等待在鏈路傳輸中輸入輸出列隊里的排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)的時間。排隊時延的長短取決于網(wǎng)絡當時的通信量，當網(wǎng)絡的通信量很大時會發(fā)生隊列溢出，使分組丟失。
• 傳輸時延（發(fā)送時延）
  指將分組的所有比特推（傳）向鏈路所需要的時間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。
  計算公式：傳輸時延= L / R【R = 鏈路的傳輸速率 (bps)， L = 分組長度 (比特)】
• 傳播時延
  一個比特從鏈路的起點到下一節(jié)點（路由器）傳播所需要的時間。其速度以鏈路的傳播速率傳播。
  傳播時延發(fā)生在機器外部的傳輸信道媒體上，而與信道的發(fā)送速率無關。信號傳送的距離越遠，傳播時延就越大。

時延帶寬積

鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。
計算公式： 時延帶寬積=傳播時延*帶寬 = dprop * R （bits）

丟包率

由于隊列緩存容量有限，因此分組到達已滿隊列將被丟棄 (即丟包)。丟棄分組可能由前序結(jié)點或源重發(fā)（也可能不重發(fā)）
計算公式：丟包率=丟包數(shù)/已發(fā)分組總數(shù)

五.網(wǎng)絡體系結(jié)構

網(wǎng)絡體系結(jié)構是從功能上描述計算機網(wǎng)絡結(jié)構,是分層結(jié)構,每層遵循某個/些網(wǎng)絡協(xié)議完成本層功能。計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構是計算機網(wǎng)絡的各層及其協(xié)議的集合，是一個計算機網(wǎng)絡的功能層次及其關系的定義，是抽象的。

TCP/IP模型、OSI/RM模型、五層原理模型之間的關系：

• 層與協(xié)議：每一層都是為了完成一種功能，為了完成這些功能，需要遵循一些規(guī)則，這些規(guī)則就是協(xié)議，每一層都定義了一些協(xié)議。
• 對等層：在網(wǎng)絡體系結(jié)構中，將數(shù)據(jù)（即數(shù)據(jù)單元加上控制信息）直接傳遞給對方的任何兩個同樣的層次。（如OSI運輸層與TCP/IP運輸層）
• 服務訪問點SAP：在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實體進行交互（即交換信息）的地方，實際上就是一個邏輯接口

由于OSI體系結(jié)構太復雜，在實際應用中TCP/IP的四層體系結(jié)構得到廣泛應用，且在1225日的春招計劃中也介紹過了TCP/IP四層結(jié)構，作為折中此次介紹五層協(xié)議體系結(jié)構。

應用層

應用層的作用就是規(guī)定應用程序的數(shù)據(jù)格式。

它是網(wǎng)絡應用程序以及他們的應用層協(xié)議存留的地方。應用層包括了許多協(xié)議（HTTP、SMTP、FTP等），應用層協(xié)議分布在多個端系統(tǒng)上，而一個端系統(tǒng)中的應用程序使用協(xié)議與另一個端系統(tǒng)中的應用程序交換信息分組，并把這種信息分組稱為報文。

這一層是計算機網(wǎng)絡中的最高層，也是我們作為一般用戶經(jīng)常直接接觸的一層。

傳輸層

由于一個主機可同時運行多個進程，因此傳輸層有復用和分用的功能。復用就是多個應用進程可同時使用運輸層的服務，分用是運輸層把收到的信息分別交付給上面的應用層的相應進程。

而所謂端口,則代表每一個使用網(wǎng)卡的程序的編號。每個數(shù)據(jù)包都發(fā)到主機的特定端口，因此不同的程序就能取到自己所需要的數(shù)據(jù)。
端口一般是0到65535之間的一個整數(shù)，正好16個二進制位。0到1023的端口被系統(tǒng)占用，用戶只能選用大于1023的端口。實際應用中應用程序會隨機選用一個端口，并與服務器的相應端口聯(lián)系。

傳輸層的功能，就是建立"端口到端口"的通信，進行“進程-進程”的數(shù)據(jù)傳輸。
在這一層主要使用兩種運輸協(xié)議，即 TCP-面向連接的 和 UDP-無連接的，將在第三章進行詳細講解。

網(wǎng)絡層

"網(wǎng)絡層"的功能是建立"主機到主機"的通信。只要確定主機和端口，我們就能實現(xiàn)程序之間的交流。
網(wǎng)絡層的作用是引進一套新的地址，使得我們能夠區(qū)分不同的計算機是否屬于同一個子網(wǎng)絡。這套地址就叫做 "網(wǎng)絡地址" ，簡稱"網(wǎng)址"。它負責源主機到目的主機的數(shù)據(jù)分組路由與轉(zhuǎn)發(fā)。

網(wǎng)絡層協(xié)議通常包括： Internet協(xié)議（IP協(xié)議）、Internet控制信息協(xié)議（ICMP）、地址解析協(xié)議（ARP）、反向地址解析協(xié)議（RARP）。
規(guī)定網(wǎng)絡地址的協(xié)議叫IP協(xié)議，所定義的地址叫IP地址，由32個二進制位組成，從0.0.0.0一直到255.255.255.255。IP地址分為兩個部分，前面一部分代表網(wǎng)絡，后一部分代表主機。處于同一個子網(wǎng)的IP地址，其網(wǎng)絡部分與子網(wǎng)掩碼必定是相同的。
同一個子網(wǎng)絡，就采用廣播方式發(fā)送，否則就采用”路由”方式發(fā)送。IP協(xié)議作用主要是為分配IP地址和判斷那些IP在同一個網(wǎng)絡。
后面我們將單獨介紹可變長度掩碼的ip子網(wǎng)劃分方法。

數(shù)據(jù)鏈路層

網(wǎng)絡層必須依靠鏈路層的服務，在鏈路層中，將網(wǎng)絡層傳下來的IP數(shù)據(jù)報組轉(zhuǎn)成幀，在連個相鄰節(jié)點透明的傳送幀中的數(shù)據(jù)。每幀中包含必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制等）。其作用是 規(guī)定了相鄰節(jié)點（主機和路由器之間或兩個路由器之間）數(shù)據(jù)傳輸

• 以太網(wǎng)協(xié)議：
  規(guī)定一組電信號組成幀，幀由 標頭（Head）和 數(shù)據(jù)（Data）組成。"標頭"包含數(shù)據(jù)包的一些說明項，如發(fā)送者與接受者的地址（MAC地址）、數(shù)據(jù)類型等等；"數(shù)據(jù)"則是數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容。
• MAC地址：
  每塊網(wǎng)卡出廠的時候，都有一個全世界獨一無二的MAC地址，長度是48個二進制位，通常用12個十六進制數(shù)表示。前6個十六進制數(shù)是廠商編號，后6個是該廠商的網(wǎng)卡流水號。
• 廣播：
  通過ARP協(xié)議可以知道本網(wǎng)絡內(nèi)的所有機器的MAC地址，以太網(wǎng)通過廣播的方式把數(shù)據(jù)發(fā)送到本網(wǎng)絡內(nèi)的所有機器上，讓其根據(jù)MAC地址自己判斷是否接受數(shù)據(jù)。
  而不在同一個子網(wǎng)絡，便把數(shù)據(jù)包傳送到兩個子網(wǎng)絡連接處的網(wǎng)關（gateway），讓網(wǎng)關去處理。

物理層

物理層的主要任務就是規(guī)定各種傳輸介質(zhì)和接口與傳輸信號相關的一些特性（網(wǎng)絡的一些電氣特性），將幀的一個個比特從一個節(jié)點移動到下一個節(jié)點（負責傳送0和1的電信號）。

在這一層，數(shù)據(jù)還沒有組織，僅作為原始的比特流提交給上層——數(shù)據(jù)鏈路層。這一層的協(xié)議仍然是鏈路相關的，并且進一步地與該鏈路（雙絞銅線、光纖）的實際傳輸媒體相關。