正在学习计算机网络课程，以下是学习的一些笔记，知识点分类摘录自mooc网哈尔滨工业大学计算机网络课程：https://www.icourse163.org/course/HIT-154005，部分定义摘录自《计算机网络-自顶向下方法》

1.计算机网络基本概念

1.1计算机网络

• 计算机网络是通信技术与计算机技术紧密结合的产物，计算机网络就是一种通信技术。
• 定义：计算机网络就是互连的、自治的计算机的集合。
  • 互连：互联互通
  • 自治：无主从关系
• 远距离怎么通信？
  • 主机可以通过交换网络实现通信，交换网络中含有交换节点（路由器、交换机）

1.2什么是Internet

从组成细节上看

数以百万计的互连的计算设备集合（PC、服务器、无线笔记本、智能手机

• 将以上设备统称为主机（host）或端系统（end systems），它们都运行着各种网络应用。
• 它们通过通信链路相连（光纤、铜缆、无线电、卫星）
• 也不可能通过通信链路直连所有主机，因此，有了交换网络，实现数据的分组转发（路由器routers和交换机switches）

从服务的角度

• 为网络应用提供通信服务的通信基础设施
• 为网络应用提供应用编程接口（API）

1.3网络协议

网络协议（network protocol），简称协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

• 规定了通信实体之间所交换的消息的格式、意义、顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的动作（actions）。
• 基本要素：语法（Syntax，规定结构或格式）、语义（Semantics）、时许（Timing，事件顺序和速度匹配）
• 协议规范了网络中所有信息发送和接受过程

2.计算机网络结构

2.1计算机网络结构

1. 网络边缘
   • 主机（端系统）
   • 网络应用（客户/服务器模型、对等（peer-peer、P2P）应用模型）
2. 接入网络
   • 有线或无线通信链路，要把网络边缘接入核心网（边缘路由器）
3. 网络核心
   • 互联的路由器或分组转发设备
   • 核心功能：路由（routing） + 转发（forwarding）
   • 路由：确定分组从源到目的的传输路径，路由算法得出转发表、路由表
   • 转发：将分组从路由器的输入端口换至正确的输出端口

2.2Internet结构

端系统通过接入ISP（互联网服务提供商，Internet Service Provider）连接到Internet。具体结构很难表述（复杂性、动态性）。

3.网络核心

网络核心就是要实现数据交换，数据交换的类型：电路交换、报文交换、分组交换

3.1电路交换

• 典型的电路交换网络：电话网络
• 电路交换的 三个阶段：
  1. 建立连接
  2. 通信（独占资源）
  3. 释放连接
• 电路交换网络中如何实现链路共享？——多路复用（Multiplexing）

3.2多路复用

• 典型多路复用方法：
  1. 频分多路复用（frequency division multiplexing——FDM）
     • 各用户占用不同的宽带资源（频率带宽）
     • 用户在分配到一定的频带后，在通信的过程中始终占用这个频带
  2. 时分多路复用（time division multiplexing——TDM）
     • 将事件划分为一段段等长的时分复用帧，每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙
     • 时隙周期出现，周期就是TDM帧的长度
     • 所有用户在不同时间占用相同的频带宽度
  3. 波分多路复用（Wavelength division multiplexing——WDM）
     • 利用光的频分复用
  4. 码分多路复用（Code division multiplexing——CDM）
     • 广泛应用于无线链路共享

3.3报文与分组交换

• 报文：源（应用）发送信息整体，如一个文件
• 分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包
  • 分组交换需要报文的拆分与重组，产生额外开销
• 报文交换与分组交换的联系：
  • 均采用存储-转发的交换方式
  • 报文交换以完整报文进行存储-转发
  • 分组交换以较小的分组进行存储-转发

4.计算机网络性能

• 速率：数据率（data rate）、数据传输速率、比特率（bit rate）
  • 指单位时间传输信息（比特）量
  • 单位：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s
• 带宽：bandwidth
  • 网络中的带宽通常指数字信道所能传送的最高数据率
  • 单位：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s
• 延时（delay）/时延（latency）
  • 分组到达路由器后要在缓存中排队，当分组到达速率超出输出链路容量时会发生丢包（loss）；分组排队，等待输出链路可用时，会发生时延。
  • 四种分组延迟：
    1. 结点处理延迟，nodal processing delay
    2. 排队延迟，queuing delay
    3. 传输延迟，transmission delay
    4. 传播延迟，propagation delay
       

• 时延宽带积
  • 时延宽带积 = 传播时延 * 带宽
  • 又称为以比特为单位的链路长度
• 分组丢包
  • 队列缓存已满时到达的分组将被丢弃，丢弃分组可能由前序结点或源节点重发，也可能不重发
  • 丢包率 = 丢包数 / 已发分组总数
• 吞吐量（Throughput）
  • 表示在发送端与接收端之间传送数据速度（b/s）
  • 即时吞吐量
  • 平均吞吐量

5.计算机网络体系结构

5.1体系结构概述

• 分层结构，从功能上描述计算机网络结构，是抽象的
• 每层遵循某些网络协议完成本层功能
• 分层结构结构清晰，有利于识别复杂系统的部件及其关系，模块化的分层易于系统更新维护，有利于标准化
  

5.2OSI参考模型

• 开放系统互连（Open System Interconnection），7层结构。每层都要进行数据封装，增加控制信息，构造协议数据单元PDU，传递给下一层。控制信息主要包括：地址、差错检测编码、协议控制
• 应用层，Application
  • 支持用户通过用户代理（浏览器）或网络接口使用网络服务
  • Web：HTTP协议
  • 文件传输：FTP协议
  • 电子邮件：SMTP协议
• 表示层，Presentation
  • 处理两个系统间交换信息的语法与语义问题，数据的表示转化
  • 实际中不单独存在
• 会话层，Session
  • 不会对表示层的数据单元分割，只是加入一些控制信息
  • 对话的建立与维护、同步
  • 实际中不单独存在，或者说根本没有这一层
• 传输层，Transport
  • 负责端到端、进程间完整报文传输
  • 源主机传输层把完整报文分段，在目的主机重组
  • 端到端的连接控制
  • 流量控制
  • 差错控制
• 网络层，Network
  • 负责源主机到目的主机数据分组（packet）交付
  • 逻辑寻址（Logical addressing）全局唯一逻辑地址，如IP地址
  • 路由与分组转发
• 数据链路层，Data link
  • 负责结点 – 结点（node to node）的数据传输
  • 构建组帧（Framing），在帧头增加发送端和接收端的物理地址用以标识
  • 流量控制（Flow control），避免淹没接收端
  • 差错控制（Error control），检测并重传损坏或丢失帧，并避免重复帧
  • 访问控制/接入控制（Access control），在任一时刻决定哪儿设备拥有链路（物理介质）控制使用权
• 物理层，Physical
  • 规定接口特性：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
  • 比特编码
  • 数据率
  • 比特同步
  • 传输模式：单工、半双工、全双工

5.3TCP/IP参考模型

4层，IP over Everything

5.4 5层参考模型

5层参考模型是现在网络中应用最多，非常好的参考。综合了以上两者的优点

• TCP/IP：实用，真实的网络结构，实实在在的协议
• OSI：从理论上把网络概念结构讲述得非常清晰

5层：

• 应用层：支持各种网络应用，HTTP、SMTP、FTP
• 传输层：进程-进程的数据传输，TCP、UDP
• 网络层：源主机到目的主机的数据分组路由与转发，IP协议、路由协议
• 链路层：相邻的网络元素（主机、交换机、路由器）的数据传输
• 物理层：比特传输