計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)-lecture 1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

復(fù)習(xí)：Chapter1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述121.1什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？定義：由自主計(jì)算機(jī)遵循一定的協(xié)議互連起來以實(shí)現(xiàn)資源共享與信息傳遞的集合體。解釋–自主的計(jì)算機(jī)-遵循協(xié)議–互連-資源共享與信息傳遞31.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)=通信子網(wǎng)+資源子網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)=硬件+軟件通信子網(wǎng)完成信息分組的傳遞工作，每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的功能。資源子網(wǎng)包含所有由通信子網(wǎng)連接的主機(jī)，向網(wǎng)絡(luò)提供各種類型的資源。41.3.1.按照地理覆蓋范圍進(jìn)行分類局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)

城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)internet（互聯(lián)網(wǎng)）---網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍是網(wǎng)絡(luò)分類的一個(gè)極其重要的度量參數(shù)，因?yàn)椴煌木W(wǎng)絡(luò)所采用的技術(shù)是不同的。注：只有這種劃分標(biāo)準(zhǔn)能夠反映網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本質(zhì)，其它分類標(biāo)準(zhǔn)只是反映了網(wǎng)絡(luò)某一方面的特征LAN具有如下幾個(gè)方面的主要特點(diǎn)：私有服務(wù)、分布范圍較小、結(jié)構(gòu)簡單，布線容易、網(wǎng)絡(luò)速度較快和誤碼率低。2.MAN主要是用來在一個(gè)較大的地理區(qū)域（通常是10~100公里之間）內(nèi)提供數(shù)據(jù)、聲音和圖像的傳輸，覆蓋到整個(gè)城市，一般是用于提供公共服務(wù)的。3.WAN具有以下幾方面基本特點(diǎn)：覆蓋范圍廣、構(gòu)建成本高、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和類型復(fù)雜、傳輸速率低和誤碼率高。5internet--互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(networkofnetworks)。

2.按傳輸方式劃分

按網(wǎng)絡(luò)傳輸方式劃分為“點(diǎn)對點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)”和“廣播式傳輸網(wǎng)絡(luò)”兩種。671.4網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所謂的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是網(wǎng)絡(luò)中通信線路和站點(diǎn)（計(jì)算機(jī)或設(shè)備）的幾何排列形式。

星型樹型總線型環(huán)型網(wǎng)狀1.星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所有節(jié)點(diǎn)通過傳輸介質(zhì)與中心節(jié)點(diǎn)連接，采用集中控制，即任何兩點(diǎn)之間的通信都要通過中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)?？煞譃椋?.基本星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)單元2.多級星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)8星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展、移動(dòng)方便由于所有節(jié)點(diǎn)直接連接到中心節(jié)點(diǎn)，某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，不會(huì)影響到其他的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)快維護(hù)容易2.星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)：核心交換機(jī)工作負(fù)荷重網(wǎng)絡(luò)布線較復(fù)雜廣播傳輸影響網(wǎng)絡(luò)性能9102、總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將若干個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備平等地連接到一條高速公用總線上，其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，有它提供網(wǎng)絡(luò)通信及資源共享服務(wù)，其他節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)工作站。11總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單靈活、非常便于擴(kuò)充、可靠性高、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間響應(yīng)速度快、易于布線、成本低。缺點(diǎn)：由于共用一條傳輸信道，任一時(shí)刻只能有一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，而且介質(zhì)訪問控制也比較復(fù)雜。實(shí)時(shí)性較差、故障診斷困難。123.環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都與兩個(gè)相鄰的節(jié)點(diǎn)相連，節(jié)點(diǎn)之間采用點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)閉合的環(huán)，信息沿著一個(gè)方向繞環(huán)逐站單向傳輸。13環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)確定時(shí)，傳輸延遲確定。網(wǎng)絡(luò)中信息沿單方向流動(dòng)，節(jié)點(diǎn)之間通路唯一，無信道選擇問題，簡化了路徑選擇的控制。缺點(diǎn)：由于環(huán)路封閉，因而擴(kuò)充不方便，增加和刪除節(jié)點(diǎn)較困難。單環(huán)網(wǎng)中如果某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，會(huì)引其全網(wǎng)故障，同時(shí)確定故障節(jié)點(diǎn)也較困難。144.樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型結(jié)構(gòu)：將多級星型網(wǎng)絡(luò)按層次方式排列，即形成樹型網(wǎng)絡(luò)?？梢钥闯墒切切屯?fù)涞臄U(kuò)展。15樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：易于擴(kuò)展，可以延伸出許多分支和子分支。故障隔離容易。缺點(diǎn)：愈靠近頂部的節(jié)點(diǎn)，處理能力愈強(qiáng)，對其可靠性的要求較高。如果頂部節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。16

5.

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)主要指各節(jié)點(diǎn)通過傳輸線互聯(lián)連接起來,并且每一個(gè)節(jié)點(diǎn)至少與其他兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連.優(yōu)缺點(diǎn)：網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有較高的可靠性,但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)起來費(fèi)用較高,不易管理和維護(hù).廣域網(wǎng)基本上采用網(wǎng)狀型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又有“全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”和“半網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”兩種。所謂“全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”就是指網(wǎng)絡(luò)中任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間都是相互連接的。而所謂的“半網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”是指網(wǎng)絡(luò)中并不是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都與網(wǎng)絡(luò)的其他所有節(jié)點(diǎn)有連接，可能只是一部分節(jié)點(diǎn)間有互連。17182.按傳輸介質(zhì)分類——有線網(wǎng)有線網(wǎng)是指采用雙絞線、同軸電纜、光纖連接的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。有線網(wǎng)的傳輸介質(zhì)包括：雙絞線、同軸電纜、光纖1.5因特網(wǎng)的組成從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1)邊緣部分由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。(2)核心部分由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通和數(shù)據(jù)交換）。20

網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)劃分為兩大部分：

網(wǎng)絡(luò)邊緣（資源子網(wǎng)）

外圍部件、主機(jī)

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)核心（通信子網(wǎng)）

路由器通信鏈路網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心1.3.1因特網(wǎng)的邊緣部分處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機(jī)（host)。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(endsystem)?！爸鳈C(jī)A和主機(jī)B進(jìn)行通信”，實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī)A上的某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī)B上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。即“主機(jī)A的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī)B上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”?；蚝喎Q為“計(jì)算機(jī)之間通信”兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻舴?wù)器方式（C/S方式）即Client/Server方式對等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式1.客戶服務(wù)器方式客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程?？蛻舴?wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。2.對等連接方式對等連接(peer-to-peer，簡寫為P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方。只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進(jìn)行平等的、對等連接通信。雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲(chǔ)在硬盤中的共享文檔。1.3.2因特網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器（router)的重要任務(wù)路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packetswitching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。（補(bǔ)充：數(shù)據(jù)交換技術(shù)有三種）：

電路交換(Circuitswitching)報(bào)文交換(Messageswitching)分組交換(Packetswitching)（1）電路交換的特點(diǎn)電路交換必定是面向連接的。電路交換的三個(gè)階段：建立連接數(shù)據(jù)傳輸釋放連接29(1)電路交換的特性

在數(shù)據(jù)傳輸前，必須建立一條端到端的通路，稱為連接，其中可能穿越多個(gè)交換機(jī)，每個(gè)交換機(jī)都必須提供連接一旦建立連接，整個(gè)通路將被獨(dú)占，數(shù)據(jù)傳輸無額外延時(shí)，數(shù)據(jù)中不需要包含目的地址線路的利用率較低建立連接時(shí)間長，因連接建立時(shí)沖突概率高30(2)報(bào)文交換(messageswitching)的特性

不論數(shù)據(jù)傳輸過程要跨越多少個(gè)交換局（通常是路由器），只要下一站不忙，該數(shù)據(jù)即送至下一站數(shù)據(jù)的傳輸不需要建立連接，數(shù)據(jù)的傳輸是一站一站往下送，所以數(shù)據(jù)中必須包含目的地址，采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)（store-forward）機(jī)制線路的利用率較高數(shù)據(jù)傳輸過程中，可能延時(shí)較大，且不可估計(jì)由于報(bào)文大小不定，所以每個(gè)中間站點(diǎn)都必須有足夠的緩存，通常采用硬盤作緩存31(3)分組交換(packetswitching)的特性與報(bào)文交換相似，只是將報(bào)文分為若干個(gè)定長的分組，每個(gè)分組為一個(gè)子報(bào)文數(shù)據(jù)中必須包含目的地址采用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)(store-and-forward)機(jī)制線路的利用率較高數(shù)據(jù)傳輸過程中，可能延時(shí)較大，且不可估計(jì)接收分組和發(fā)送分組的順序可能不一致，并且可能還需要重組

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的?！胺謱印笨蓪嫶蠖鴱?fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。

分層的好處

通過每一層實(shí)現(xiàn)一種相對獨(dú)立的功能來簡化問題。每一層的設(shè)計(jì)都是獨(dú)立的，它不必關(guān)心下一層是如何實(shí)現(xiàn)的，只需知道下一層為我提供的服務(wù)，和我必須為上一層提供哪些服務(wù)。當(dāng)由于技術(shù)的變化使某層的實(shí)現(xiàn)需要變化時(shí)，不影響其他的層次。什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議？

定義–計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是指連接在網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)進(jìn)行相互通信的規(guī)則約定。協(xié)議在生活中的實(shí)例:36網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素語法——數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。語義——需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。同步——事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實(shí)現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。兩種主要的網(wǎng)絡(luò)模型ISO—OSI/RM

(OpenSystemInterconnect/ReferenceModel)

開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型

ISO—InternationalStandardsOrganization國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)TCP/IP----Internet的引擎1.OSI/RM體系結(jié)構(gòu)2012年12月39OSI/RM是第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。它是針對廣域網(wǎng)通信（也就是不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信）進(jìn)行設(shè)計(jì)的，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的功能劃分為七個(gè)層次，由低到高分別是物理層（PhysicalLayer）、數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）、網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）、傳輸層（TransportLayer）、會(huì)話層（SessionLayer）、表示層（PresentationLayer）、應(yīng)用層（ApplicationLayer）。2023/2/140

OSI/RM中不僅包括了廣域網(wǎng)中不同局域網(wǎng)間通信的功能層次（上面五層），也給出了局域網(wǎng)內(nèi)部通信所必需的兩個(gè)層次（最下面兩層）。另外，OSI/RM低四層定義了如何進(jìn)行端到端的數(shù)據(jù)傳輸，也就是定義了如何通過網(wǎng)卡、物理電纜、交換機(jī)和路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；而高三層定義了終端系統(tǒng)的應(yīng)用程序和用戶如何彼此通信，也即定義了如何重建從發(fā)送方到目的方的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流。2TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)是專門針對使用TCP/IP協(xié)議簇的廣域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)的，是OSI/RM的改進(jìn)版本。它起源于20世紀(jì)60年代末，首先由美國國防部高級研究規(guī)劃署（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency，DARPA）作為研究的一部分，所以也稱之為“DARPA（或DoD)參考模型”。TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)共劃分為四層，從高到低分別是：應(yīng)用層（ApplicationLayer）、傳輸層（TransportLayer）、網(wǎng)際互連層（InternetLayer，也有稱“互聯(lián)網(wǎng)層，”網(wǎng)際層“）和網(wǎng)絡(luò)訪問層（NetworkAccessLayer，也有稱“網(wǎng)絡(luò)接入層”，也有稱“網(wǎng)絡(luò)接口”層，或者“主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)層”的）。2023/2/141TCP/IP與ISO/OSI模型對比

TCP/IP協(xié)議只是一個(gè)用于解決網(wǎng)際互聯(lián)問題的協(xié)議族。1.物理層（physicallayer）

與傳輸媒體的接口，完成傳輸媒體的信號與二進(jìn)制數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換。傳輸單位為比特(bit)

物理接口上發(fā)送或接收的是一串以某種規(guī)則表示的二進(jìn)制的數(shù)據(jù)物理層定義是接口的機(jī)械特性、電氣特性、功能和過程特性等例如：插頭、插座的幾何尺寸，每根引腳的功能定義，邏輯[0]和[1]的電平定義等。2數(shù)據(jù)鏈路層（datalinklayer)數(shù)據(jù)鏈路層的功能:1）為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)2）保證直接相連的兩臺(tái)機(jī)器（鏈路）的可靠傳輸

將傳輸?shù)男畔⒔M合成幀差錯(cuò)控制：校驗(yàn)和重發(fā)流量控制物理層和數(shù)據(jù)鏈路層考慮節(jié)點(diǎn)間直接相連的情形（LAN內(nèi)），而網(wǎng)絡(luò)層則考慮源和目的節(jié)點(diǎn)存在許多中間節(jié)點(diǎn)的情形（WAN內(nèi)），如下圖所示。網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)的最高層，主要任務(wù)是提供路由，以及數(shù)據(jù)的交換方式、擁塞控制和網(wǎng)際互聯(lián)等問題。網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)單元稱為分組或者叫包（Packet）。

3.網(wǎng)絡(luò)層（networklayer）?網(wǎng)絡(luò)層主要解決的問題

路由選擇網(wǎng)絡(luò)互連擁塞控制在TCP/IP模型中，網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議，因此分組或包也叫作IP包。4.傳輸層的主要功能傳輸層為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的邏輯通信（但網(wǎng)絡(luò)層是為主機(jī)之間提供邏輯通信）。傳輸層還要對收到的報(bào)文進(jìn)行差錯(cuò)檢測。傳輸層需要有兩種不同的傳輸協(xié)議，即面向連接的TCP和無連接的UDP。

兩種不同的傳輸協(xié)議傳輸層向高層用戶屏蔽了下面網(wǎng)絡(luò)核心的細(xì)節(jié)（如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、所采用的路由選擇協(xié)議等），它使應(yīng)用進(jìn)程看見的就是好像在兩個(gè)傳輸層實(shí)體之間有一條端到端的邏輯通信信道。當(dāng)傳輸層采用面向連接的TCP協(xié)議時(shí)，盡管下面的網(wǎng)絡(luò)是不可靠的（只提供盡最大努力服務(wù)），但這種邏輯通信信道就相當(dāng)于一條可靠信道。當(dāng)傳輸層采用無連接的UDP協(xié)議時(shí)，這種邏輯通信信道是一條不可靠信道。5.應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI/RM的最高層，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與最終用戶間的接口，直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。它包含系統(tǒng)管理員管理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所涉及的所有問題和基本功能。它在下幾層所提供的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)表示等各種服務(wù)的基礎(chǔ)上，為網(wǎng)絡(luò)用戶或應(yīng)用程序提供完成特定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能所需的各種應(yīng)用協(xié)議。四、數(shù)據(jù)封裝