计算机网络的概念
计算机网络
由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。结点可以是计算机、集线器、交换机、路由器等
主要功能：数据通信、资源共享
互连网
多个计算机网络通过路由器相互连接而成
可以使用任意通信协议
互联网
亦称因特网，特指世界上最大的计算机网络，由各大互联网服务提供商（ISP）和国际机构组建
使用TCP/IP协议族作为通信规则
计算机网络的组成和功能
计算机网络的组成
从组成部分看
分为硬件、软件、协议
从工作方式看
分为边缘部分、核心部分
从逻辑功能看
分为资源子网、通信子网
计算机网络的功能
数据通信
实现计算机之间的数据传输。是最基本、最重要的功能
资源共享
共享硬件（云服务器）、软件（应用商店）、数据资源（分享好看的视频）
分布式处理
将某个复杂任务分配给网络中的多台计算机处理
提高可靠性
网络中的各台计算机互为替代机（某网盘服务器集群网络，数据冗余备份）
负载均衡
网络中各台计算机共同分担繁重工作（某游戏用多台服务器均衡处理玩家请求）
其他
满足社会需求、生活需求（远程办公、远程教育、娱乐）
数据交换技术
电路交换
通过物理线路的连接，动态地分配传输线路资源
电路交换的过程
建立连接（尝试占用通信资源）
通信（一直占用通信资源）
释放连接（归还通信资源）
优点
通信前从主叫端到被叫端建立一条专用的数据通路，在通信的全部时间内，两个用户始终占用端到端的线路资源。数据直送，传输效率高（适用于低频次、大量地传输数据）
缺点
建立/释放连接，需要额外的时间开销
线路被通信双方独占，利用率低；线路分配的灵活性差
交换节点不支持“差错控制”
报文交换
报文：由控制信息和用户数据组成
存储转发的思想：把传送的数据单元先存储进中间节点，在根据目的地址转发至下一节点
优点
通信前无需建立连接
数据以“报文”为单位被交换节点间“存储转发”，通信线路可以灵活分配
在通信时间内，两个用户无需独占整条物理线路。线路利用率高
交换节点支持“差错控制”
缺点
报文不定长，不方便存储转发管理
长报文的存储转发时间开销大、缓存开销大
长报文容易出错，重传代价高
分组交换
不定长的报文：由控制信息以及一个个定长的分组组成
分组：由首部的控制信息（源地址、目的地址、分组号）和数据组成
优点
通信前无需建立连接
数据以“分组”为单位被交换节点间“存储转发”，通信线路可以灵活分配
在通信时间内，两个用户无需独占整条物理线路。线路利用率高
交换节点支持“差错控制”
相比于报文交换，分组交换改进了：
分组定长，方便存储转发管理
分组的存储转发时间开销小、缓存开销小
分组不易出错，重传代价低
缺点
相比于报文交换，控制信息占比增加
相比于电路交换，依然存在存储转发时延
报文被拆分为多个分组，传输过程中可能出现失序、丢失等问题，增加处理的复杂度
虚电路交换技术
建立连接
通信（分组按序、按已建立好的既定线路发送，通信双方不独占线路）
释放连接
三种数据交换技术的性能
计算机网络的分类
按分布范围分类
广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）、个域网（PAN）
按传输技术分类
广播式网络：当一台计算机发送数据分组时，广播范围内所有计算机都会收到该分组，并通过检查分组的目的地址决定是否接收该分组
点对点网络：数据只会从发送方“点对点”发到接收方
按拓扑结构分类
总线形：数据以“广播式”传输，存在“总线争用”问题；典型代表：集线器连接的设备
环形：数据以“广播式”传输，通过“令牌”解决总线争用问题，令牌顺环形依次传递，拿到令牌者可以使用总线；典型代表：令牌环网
星形：由中央设备实现数据的“点对点”传输，不存在“总线争用”问题；典型代表：以太网交换机连接的设备
网状：数据通过各中间节点逐一存储转发，属于“点到点”传输；典型代表：有众多路由器构建的广域网
按使用者分类
公用网：向公众开放的网络
专用网：仅供某个组织内部使用的网络
按传输介质分类
有线网络、无线网络
计算机网络的性能指标
速率
指连接到网络上的节点在信道上传输数据的速率，也称数据率或比特率
单位：bit/s，或b/s，或bps
在计算机网络中，K、M、G、T的进制是103，而不是210
信道：表示向某个方向传输信息的通道，一条通信线路在逻辑上往往对应一条发送信道和一条接收信道
带宽
在计算机网络中：指某信道所等传送的最高数据率（单位：bps）
在通信原理中：指某信道允许通过的信号频带范围（单位：Hz）
吞吐量
指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量（单位：bps）
时延
指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一段所需的时间
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
发送时延：又名传输时延，是指节点将数据推向信道所花的时间
传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离所花的时间
处理时延：被路由器处理所花的时间
排队时延：数据排队进入、排队发出路由器所花的时间
发送时延 = 数据量/数据传输速率
传播时延 = 传播距离/电磁波传播的速度
时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 x 带宽（单位：bit）
含义：在一条链路中，已从发送端发出但尚未到达接收端的最大比特数
往返时延（RTT）
表示从发送方发送完数据，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间
信道利用率
某个信道有百分之多少的时间是有数据通过的
信道利用率 = 有数据通过的时间/(有数据通过的时间 + 没有数据通过的时间)
计算机网络分层结构
网络的体系结构
“体系结构”精确定义了网络的层次划分、各层功能、各层协议等，不涉及具体实现
常见的三种网络体系结构有：OSI参考模型、TCP/IP模型、五层模型
概念
实体：第n层中的活动元素（硬件 + 软件）称为第n层的实体
协议：是控制对等实体之间进行通信的规则的集合，是水平的
服务：是指下层向紧邻的上层提供的功能调用，是垂直的
接口：又称为服务访问点（SAP），上一层实体通过“接口”请求下一层实体的服务
PDU：协议数据单元
SDU：服务数据单元
PCI：协议控制信息
n-SDU + n-PCI = n-PDU = (n - 1)-SDU
协议的三要素
语法：数据与控制信息的格式
语义：需要发出何种控制信息、完成何种动作及做出何种应答
同步（时序）：执行各种操作的条件、时序关系等