计算机网络复习提纲（第一章概述）

计算机网络 (精确定义没有统一)：是指将分布在不同地理位置的计算机设备通过通信链路互连起来，以实现数据和信息的交换、资源共享和协作工作的系统。计算机网络可以是局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）等不同范围和规模的网络。
互联网（因特网）的定义：互联网是一种特定的计算机网络，它是由各种不同类型的计算机网络连接而成的全球性网络。
计算机网络的功能：数据通信、资源共享、远程访问、分布式处理、负载均衡、提高可靠性等。
互联网的组成：
- 边缘部分：连接在因特网上的所有主机
- 核心部分：由网络与路由器组成
ISP：互联网服务提供者（移动、电信...）
万维网（World Wide Web）：是互联网上的一种服务，是互联网最重要和最广泛应用的一部分。它是一个基于超文本的信息系统，通过使用特定的标准和协议来组织、链接和呈现信息。万维网由一系列相互链接的文档组成，这些文档可以是网页（Web Page）、图片、音频、视频等多媒体内容。这些文档以超文本标记语言（HTML）编写，通过超链接将它们互相连接起来。用户可以通过网络浏览器（Web Browser）访问网页，浏览器会解析网页的HTML代码并将其呈现给用户。
主机之间的通信模式：（计算机网络第八版是这两种模式，其他地方也有说三种的）
- 客户端/服务器模式（C/S）Client/Server
- 对等模式（P2P）Peer-to-Peer

路由器处理分组的过程：（下面是较为详细的过程）

把收到的分组先放入缓存（暂时存储）
查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发
把分组送到适当的端口转发出去

1、接收分组：路由器首先接收来自网络的数据分组。分组可以通过物理接口、无线接口或虚拟接口等方式进入路由器。

2、解析目标地址：路由器从接收到的分组中提取目标地址，通常是分组的目标IP地址。

3、查找路由表：路由器使用路由表来确定下一跳的路径。路由表是路由器内部存储的一张表格，其中包含了网络地址和与之相关联的下一跳路径。路由器会将目标地址与路由表进行匹配，找到与目标地址最匹配的路由项。

4、选择下一跳路径：根据路由表的匹配结果，路由器确定下一跳的路径。下一跳路径通常是路由器的输出接口或下一个路由器的地址。

5、转发分组：路由器将分组发送到确定的下一跳路径上，将分组从输入接口转发到输出接口或下一个路由器。

（6）、更新数据帧：如果需要将分组从一个物理网络传输到另一个物理网络，路由器会根据目标接口的要求，将分组封装在适当的数据帧中，例如以太网帧。

（7）、发送分组：路由器通过输出接口将数据分组发送到下一跳路径或目标网络。

三种交换方式：电路交换、报文交换、分组交换

电路交换：先建立源点到终点的链路，然后整个报文的比特流连续地从源点直达终点。（建立连接（占用通信资源）-->通话（一直占用通信资源）-->释放连接（归还通信资源））
报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。需要各结点存储转发。
分组交换：单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，-转发到下一个结点。需要各结点存储转发。

！！电路交换：
优点：
实现端到端的专用通信路径，保证了传输的稳定性和实时性。
不会出现拥塞或丢包的问题，因为在通话期间，资源会被独占。
适用于需要连续、实时传输的应用，如电话通信、视频会议等。
缺点：
占用大量的资源，包括带宽和连接线路，资源利用率低。
建立和释放连接的开销较大，对于短暂的通信不够高效。
难以适应数据通信需求的快速变化。

！！报文交换：
优点：
允许灵活的路由选择，可以通过中间节点自由选择转发路径。
可以适应网络拓扑的动态变化，容错性较强。
适用于长时间延迟、不需要即时响应的通信需求。
缺点：
建立和确认连接的开销较大，传输效率低。
报文交换中的中间节点需要缓存整个报文，占用大量的存储资源。
不适用于实时性要求高的应用，因为报文传输的延迟较大。

！！分组交换：
优点：
分组交换将数据划分为较小的分组进行传输，提高了带宽利用率。
具有较好的灵活性和容错性，可以适应网络拓扑和数据需求的变化。
支持多路复用和并行传输，提供更高的数据传输效率。
缺点：
分组交换引入了传输延迟，因为数据需要在目的地重新组装。
分组交换可能会出现拥塞问题，导致分组丢失或延迟增加。
分组交换不适用于实时通信，因为传输延迟不可预测。

需要根据具体的应用场景和需求选择合适的交换方式。电路交换适用于实时通信，报文交换适用于容错性要求较高的通信，而分组交换则是当前互联网中最常用的交换方式，适用于多样化的数据通信需求。

网络的划分
- 按照作用范围：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）、个人区域网（PAN）
- 使用者：公用网、专用网
- 功能组成：资源子网、通信子网
计算机网络的性能指标：
- 速率（数据率、比特率）bit / s 。这里需要注意的是，往常我们说的100M的速率一般指的是100Mbit / s，一张图片大小100M指的是100MByte，1 Byte（字节）等于8 bit（比特）。
- 带宽：可以从两个方面理解
  - 频域：指某个信号具有的频带宽度，单位是 Hz 赫
  - 时域：在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传输数据的能力，通常表示单位时间内某信道能通过的“最高数据率”，单位一般是 bit / s 。
- 吞吐量：单位时间内通过某个网络的实际数据量（带宽是网络或通信链路的理论上限，表示能够传输的最大速率。而吞吐量是实际传输过程中在某个时间段内通过网络传输的实际数据量，受到网络条件和限制的影响。）
- 时延（发送时延、传播时延、处理时延、排队时延）
- 时延带宽积：时延带宽积 = 网络链路的传输时延 × 网络链路的带宽，时延带宽积反映了数据在网络中传输时所需的缓冲区大小。它表示在一个链路上，以当前带宽发送的数据所需的最大存储量。较大的时延带宽积意味着需要更大的缓冲区来存储数据，以确保数据的顺序和完整性。
- 往返时间RTT，数据传输往往是双向奔赴的过程，两头握手需要时间。比如说：A向B发送100MB数据，发送速率为100Mbit/s，所需发送时间为8.39s，假如RTT为2s，有效的数据率为80.7Mbit/s。
- 利用率（信道利用率、网络利用率）
网络协议：为进行网络中心的数据交换而建立的规则、标准或约定。主要由语法、语义、同步三个要素组成。
- 语法：数据与控制信息的结构或格式
- 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
- 同步：事件实现顺序的详细说明
协议：对等实体间进行通信的规则，协议必须能应付各种可能的情况。协议是水平的
服务：下层为上层提供服务。服务访问点SAP(表示不同层级之间进行通信和交互的接口点)。服务是垂直的

可以理解为协议是在每个网络层级上水平地定义了数据传输和处理的规则，而服务是垂直地提供在各个层级上为用户和应用程序提供特定功能的能力。协议和服务之间相互配合，通过协议的交互和服务的提供，实现了整个网络的功能和服务。

五层体系结构
- 物理层（Physical Layer）：物理层是网络体系结构的最底层，负责传输介质和物理信号的传输。它处理与传输介质、数据传输速率、电压等相关的物理细节。物理层的功能包括传输数据比特流、编码、调制、信号传输、电气和机械特性等。
- 数据链路层（Data Link Layer）：数据链路层建立在物理层之上，负责提供可靠的数据传输，将原始的物理传输转化为逻辑上的数据帧。它负责检测和纠正错误、数据帧的传输控制、访问控制和链路管理等。
- 网络层（Network Layer）：网络层位于数据链路层之上，主要负责将数据从源节点传输到目标节点。它处理网络中的路由选择、数据包分组、寻址和转发等任务。网络层的一个重要协议是IP（Internet Protocol），它实现了在互联网中的数据包路由和交换。
- 传输层（Transport Layer）：传输层位于网络层之上，提供端到端的可靠数据传输和错误检测。它为应用程序提供了通信服务，负责将数据分割成适当的大小，并确保数据的可靠交付。传输层的主要协议是TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）。
- 应用层（Application Layer）：应用层是网络体系结构的最高层，提供用户与网络之间的接口。它包含了各种应用程序和服务，如电子邮件、文件传输、Web浏览等。应用层协议有HTTP（Hypertext Transfer Protocol）、FTP（File Transfer Protocol）、SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）等。