計算機網絡 第一章 緒論

1.1 計算機網絡的做用

理論上，應該三網融合的；可是涉及到個領域的利益和管轄權問題，未能實現。

1.2 互聯網概述

網絡的網絡

網絡把計算機鏈接起來，互聯網把網絡經過路由器鏈接起來，互聯網是網絡的網絡。與網絡相連的計算機叫主機。

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發展的三個階段

1. 單網走向互連網：美國國防部，爲了解決通信問題，發展互連網絡。internet(小寫)，互連網，不必定採用TCP/IP；Internet（大寫），是互聯網，全球最大的互連網，使用TCP/IP；

2. 三級結構互聯網：校園/企業網互連構成區域網，區域網經過主幹網互連。

3. 多層次ISP：ISP就是網絡運營商（移動、聯通）。若是百度的機房放在電信，那麼移動用戶使用百度的網速就會慢。因此大的公司都會有不一樣的運營商機房，或是雙機房。遊戲裏分電信區和移動區，也是這個原理。IXP（互聯網交換點），如圖，能夠減小傳輸路徑長度。若是，網站的服務對象是中國，那麼把機房設置在地區ISP上。若是，網站是面向國際的，要把機房設置在主幹ISP，若是放在地區，外國人訪問，是先去主幹ISP，再去地區ISP，速度慢。可是中國人訪問，就是直接去地區ISP，速度就很快。

1.3 互聯網組成

資源子網是在主機內部進行處理，處理完後放到通訊子網傳輸，傳輸層是資源子網和通訊子網的接口

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邊緣

1. 客戶-服務器(C-S)：邊緣的端主機，多是私人電腦，也但是企業主機。

2. 對等鏈接方式(p2p,peer-peer)：不分誰是服務端、客戶端，既能夠是服務端，也能夠是客戶端。例如當年的快播，BT種子。一部高清影片，在線看，須要佔用優酷大量的帶寬，用戶看會很卡。可是使用P2P技術，A看片，邊看會邊緩存視頻。B看這個片的時候，先去官網緩存視頻，等到緩存到必定程度，就會搜索附近。軟件發現B的周圍A也在看這個視頻，就讓B從A處下載緩存文件，周圍若是還有C、D、E，那麼就把視頻分組，從C、D、E處同時下載不一樣的分組，因此用戶越多速度越快。因此視頻剛開始很卡，顯示正在緩存，以後就快了，爲了減小初始的緩存時間，廠商還會在各個地區提供專門的緩存服務器。BT種子也是同理，把一個視頻識別成ID種子文件，經過這個ID來去搜索視頻，把視頻分組後，從各個主機處下載分組文件，最後拼起來。

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核心

網絡核心，起到特殊做用的是路由器。路由器是實現分組交換的關鍵構件。其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。核心部分的路由器，一般是高速鏈路相鏈接，邊緣的主機接入核心部分一般是低速的鏈路。分組交換是什麼？下面介紹三種交換方式。

1. 電路交換：創建鏈接--通話--釋放鏈接。通信中，會一直佔用資源。若是正在通話，那就佔線，請稍後再撥。

2. 分組交換：發送的整塊數據叫報文，把一個報文劃分紅幾個小塊再傳送。每一個小塊加上必要的信息「首部」(順序編號、目的地址、源地址)，就構成了一個分組，也叫包。分組的首部，也叫包頭。路由器負責分組交換，收到一個分組，會查看首部，根據目標地址，查找轉發表，選擇合適的下一站。這樣一步步的存儲轉發(數據暫存內存)，最終到目的地。路由器間會常常交換信息，來更新轉發表。這樣，就沒有專用的線路了，也就不用創建鏈接、釋放鏈接了，也沒有佔線的問題，數據傳送效率變高了。

3. 報文交換，就是不分組，直接整個報文傳送。

分組交換，不用像電路交換那樣，創建、釋放資源。也不用像報文交換那樣，所有一塊兒走，傳送時間長，能夠各自選擇最佳路徑。

1.4 網絡的類別

1.5 網絡的性能指標

速率

• 速率：數據以01010的形式傳輸，速率的單位是b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s.也叫比特率,b/s也寫成bps(bit per second)。注意：這是小b，不是平時百度網盤下載的KB/s,這是大B。B--Byte,b--bit。平時說的速率，每每是額定速率(理想下的最合適的速率)。

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帶寬

• 帶寬：數據信道傳輸的理想狀況下的最高速率

鏈路也就是信道

傳播速率是看電磁波在某個材料中的傳播速度，而帶寬（傳輸速率）是機器發送數據到鏈路上的速度

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吞吐量

• 吞吐量：單位時間經過網絡的數據量，例如我電腦看片2M，同時玩遊戲4M，那麼我電腦的吞吐量是6M。

帶寬每每是理想狀態，電腦、服務器自己有收發能力上限。雖然帶寬是100，可是兩個服務器提供的數據只有30。

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時延

• 時延：總時延=發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延。

1. 發送時延：主機或路由器發送數據幀的時間，由機器配置決定，發生在機器內部；
2. 傳播時延：由傳播距離決定，走的網線越長，時間越長，發生在信道上；
3. 排隊時延：分組要通過許多路由器，你走路由器也是要排隊的，等別的分組走了，你才能使用路由器轉發你，在路由器門口排隊。
4. 處理時延：主機或路由器收到分組時，解析數據要花時間，發生在機器內部；

平時說，光纖信道傳輸速率高，不是傳播時延低，實際上，光在光纖中的傳播速度比電磁波在銅線中的傳播速度低一點。可是，光纖有很高的發送速度。

高速鏈路：只會提升發送速率，提升帶寬，減小了發送時延，但不會提升電磁波的傳送速度

作題時，無特殊要求，忽略排隊、處理時延。

發送時延=分組長度/信道寬度：發送分組的第一個bit算起，到該分組的最後一個bit發送完畢所要的時間。

傳播時延=信道長度/電磁波在信道上的速度：一個bit從一端到另外一端要的時間。

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時延帶寬積

• 時延帶寬積：傳播時延 X 帶寬，也就是以bit爲單位的鏈路長度

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往返時延

指從發送端發送數據開始，到發送端收到來自接收端的確認(接收端收到數據後當即發送確認)，總共經歷的時延。ping命令能夠看延遲多少ms

在互聯網中，往返時延還包括各中間結點的處理時延、排隊時延及轉發數據時的發送時延。

• 往返時間：RTT（Round-Trip Time），不包括髮送端的發送時延

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利用率

• 利用率：利用率高，排隊延遲高。利用率低，就浪費了

1. 信道利用率：信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據經過）
2. 網絡利用率：全網絡的信道利用率的加權平均值

1.6 網絡體系結構

計算機間若是要通訊，首先，A和B間要有一條路來傳輸數據。可是還有其餘問題：

1. 發起通訊的計算機，要確保數據能正確發送、接收。
2. 如何識別接收方計算機？
3. 發送方必需要確保接收方開機、網絡通暢。
4. 發送方確保接收方的程序能夠接收文件、存儲文件
5. 若是文件格式不兼容，要有一方負責格式轉換
6. 數據傳錯、重複、丟失、某節點故障，如何處理？

由於要解決的問題不少，因此採用「分層」的辦法，把各個問題解耦。

專家、學者提出了ISO七層模型，做爲國家標準。然而，TCP/IP四層模型已經佔領了市場。因此，實際上，TCP/IP纔是真·國際標準。

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網絡要作到有條不紊的交換數據，必須先約定好規則。這個規則叫網絡協議。由三要素組成：

1. 語法：數據和控制信息的結構或格式
2. 語義：發出的是何種控制信息、完成何種動做、作出何種響應
3. 同步：事件實現的順序，要作詳細說明

學習時，把網絡接口層拆分紅兩層學習，即教學版是五層協議。

技術的發展，不是徹底遵照標準的，現實中有的應用程序，能夠直接調用下層協議。

課堂練習

屬性-->配置-->高級

網絡地址：每臺計算機的MAC地址是全球惟一的，烙在網卡芯片上，不可更改。這裏能夠本身修改MAC地址，使用一個假的MAC地址進行通訊。例如，公司收集了員工的網卡MAC地址，規定了指定人員上網。你的電腦壞了去修，借了朋友的電腦，如何上網？修改這裏的MAC地址就可。若是有兩個相同的MAC地址，那麼兩我的都沒法上網。有時候克隆出的機器也會有相同的MAC，結果網都不通。

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雙工：指二臺通信設備之間，容許有雙向的資料傳輸。半雙工，例如對講機，只有一方能說話。使用自動協商，兩臺機器就自動偵測出合適的帶寬。要是兩臺機器設置的速率不同，就沒法進行通訊。

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這裏選擇特定虛擬網絡，每個虛擬網絡至關於一個交換機。幾個虛擬系統，至關於不一樣的主機。只有連接到同一個交換機上，才能通訊。