計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)）由若干結(jié)點(diǎn)(node）和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路（link）組成。網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)可以是計(jì)算機(jī)、集線(xiàn)器凿叠、交換機(jī)或路由器等（在后續(xù)的兩章我們將會(huì)介紹集線(xiàn)器卵迂、交換機(jī)和路由器等設(shè)備的作用）
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成（邊緣部分和核心部分）和功能
從不同的角度，可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成分為如下幾類(lèi):
- 從組成部分上看儒拂，一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要由硬件昂灵、軟件、協(xié)議三大組成部分炒刁，缺一指不可恩沽。硬件主要由主機(jī)（也叫端系統(tǒng)）、通信鏈路（如雙絞線(xiàn)翔始、光纖）罗心、交換設(shè)備（如路由器、交復(fù)導(dǎo)換機(jī)等）和通信處理機(jī)（如網(wǎng)卡）等組成绽昏。
- 從工作方式上看协屡，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（這里主要指 Internet）可分為邊緣部分和核心部分。邊緣部分由所有連接在因特網(wǎng)上全谤、供用戶(hù)直接使用的主機(jī)組成肤晓，用來(lái)進(jìn)行通信（如傳輸數(shù)據(jù)、音頻或）為1視頻）和資源共享认然；核心部分由大量的網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成补憾，它為邊緣部分提供連通性和交換服務(wù)。
- 從功能組成上看卷员，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)組成盈匾。通信子網(wǎng)由各種傳輸介質(zhì)、通信設(shè)備和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能很多毕骡，現(xiàn)今的很多應(yīng)用都與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)削饵。主要有以下五大功能:
- 數(shù)據(jù)通信
它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最基本和最重要的功能，用來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)之間的各種信息的傳輸未巫，并實(shí)現(xiàn)將分散在不同地理位置的計(jì)算機(jī)聯(lián)系起來(lái)窿撬，進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)配、控制和管理叙凡。比如劈伴，文件傳輸、電子郵件等應(yīng)用握爷，離開(kāi)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)跛璧。 - 資源共享
可以是軟件共享、數(shù)據(jù)共享新啼，也可以是硬件共享追城。使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的資源互通有無(wú)、分工協(xié)作师抄，從而極大地提高硬件資源漓柑、軟件資源和數(shù)據(jù)資源的利用率。 - 分布式處理
當(dāng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)重時(shí)，可以將其處理的某個(gè)復(fù)雜任務(wù)分配給網(wǎng)絡(luò)中的其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)辆布，從而利用空閑計(jì)算機(jī)資源以提高整個(gè)系統(tǒng)的利用率瞬矩。 - 提高可靠性
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互為替代機(jī)。 - 負(fù)載均衡
將工作任務(wù)均衡地分配給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)锋玲。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)
- 按分布范圍分類(lèi)
1）廣域網(wǎng)（WAN）景用。
2）城域網(wǎng)（MAN）。
3）局域網(wǎng)（LAN）惭蹂。
4）個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（PAN）伞插。 - 按傳輸技術(shù)分類(lèi)
1）廣播式網(wǎng)絡(luò)。
2）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)盾碗。
是否采用分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)與路由選擇機(jī)制是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)與廣播式網(wǎng)絡(luò)的重要區(qū)別媚污，廣域網(wǎng)基本都屬于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。 - 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi)
1）星形網(wǎng)絡(luò)廷雅。
2）總線(xiàn)形網(wǎng)絡(luò)耗美。
3）環(huán)形網(wǎng)絡(luò)
4）網(wǎng)狀形網(wǎng)絡(luò)。 - 按交換技術(shù)分類(lèi)
計(jì)算機(jī)絡(luò)數(shù)據(jù)交換方式及其優(yōu)缺點(diǎn)
- 電路交換網(wǎng)絡(luò)航缀。在源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間建立一條專(zhuān)用的通路用于傳送數(shù)據(jù)商架，包括建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和斷開(kāi)連接三個(gè)階段芥玉。最典型的電路交換網(wǎng)是傳統(tǒng)電話(huà)網(wǎng)絡(luò)蛇摸。
該類(lèi)網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是整個(gè)報(bào)文的比特流連續(xù)地從源點(diǎn)直達(dá)終點(diǎn)，好像在一個(gè)管道中傳送灿巧。優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)直接傳送赶袄、延遲小。缺點(diǎn)是線(xiàn)路利用率低抠藕、不能充分利用線(xiàn)路容量弃鸦、不便于進(jìn)行差錯(cuò)控制。 - 報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)幢痘。將用戶(hù)數(shù)據(jù)加上源地址、目的地址校驗(yàn)碼等輔助信息家破，然后封裝成報(bào)文颜说。整個(gè)報(bào)文傳送到相鄰結(jié)點(diǎn)，全部存儲(chǔ)下來(lái)后汰聋，再轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)結(jié)點(diǎn)门粪，重復(fù)這一過(guò)程直到到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。每個(gè)報(bào)文可以單獨(dú)選擇到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的路徑烹困。
報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)也稱(chēng)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)玄妈，主要特點(diǎn)是整個(gè)報(bào)文先傳送到相鄰結(jié)點(diǎn)，全部存儲(chǔ)下來(lái)后查找轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)拟蜻。優(yōu)點(diǎn)是可以較為充分利用線(xiàn)路容量绎签；可以實(shí)現(xiàn)不同鏈路之間不同數(shù)據(jù)率的轉(zhuǎn)換；可以實(shí)現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換酝锅；可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)多诡必、多對(duì)一的訪問(wèn)；可以實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制搔扁。其缺點(diǎn)是增加了資源開(kāi)銷(xiāo)（如輔助信息導(dǎo)致處理時(shí)間和存儲(chǔ)資源的開(kāi)銷(xiāo)）爸舒；增加緩沖延遲；額外的控制機(jī)制來(lái)保證多個(gè)報(bào)文的順序不會(huì)亂序稿蹲；緩沖區(qū)難以管理扭勉，因?yàn)閳?bào)文的大小不確定，接收方在接收到報(bào)文之前不能預(yù)知報(bào)文的大小苛聘。 - 分組交換網(wǎng)絡(luò)涂炎，也稱(chēng)為包交換網(wǎng)絡(luò)。其原理是將數(shù)據(jù)分成較短的固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊焰盗，在每個(gè)數(shù)據(jù)塊中加上目的地址璧尸、源地址等輔助信息組成分（包），以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式傳輸熬拒。
其主要特點(diǎn)是單個(gè)分組（這只是整個(gè)報(bào)文的一部分）傳送到相鄰結(jié)點(diǎn)爷光，存儲(chǔ)下來(lái)后查找轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)澎粟。除了具備報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)外蛀序，分組交換網(wǎng)絡(luò)還具有自身的優(yōu)點(diǎn):緩沖易于管理；包的平均延遲更小活烙，網(wǎng)絡(luò)中占用的平均緩沖區(qū)更少徐裸；更易于標(biāo)準(zhǔn)化；更適合應(yīng)用現(xiàn)在的主流網(wǎng)絡(luò)基本上都可以看成是分組交換網(wǎng)絡(luò)啸盏。
傳輸時(shí)延和傳播時(shí)延
- 傳輸時(shí)延（Transmission Delay）又叫發(fā)送時(shí)延重贺，是主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間，也就是從數(shù)據(jù)幀的第1個(gè)比特算起回懦，到該數(shù)據(jù)幀的最后1個(gè)比特發(fā)送完畢所需要的時(shí)間气笙。計(jì)算公式是
發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度/信道帶寬 - 傳播時(shí)延是電磁波在信道中傳播一定的距離所花費(fèi)的時(shí)間。計(jì)算公式是
傳播時(shí)延＝信道長(zhǎng)度/電磁波在信道上的傳播速率
衡量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)
- 帶寬（Bandwidth）本來(lái)表示通信線(xiàn)路允許通過(guò)的信號(hào)頻帶范圍怯晕，單位是赫茲（Hz）而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中潜圃，帶寬表示網(wǎng)絡(luò)的通信線(xiàn)路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語(yǔ)舟茶，單位是“比特每秒”（b/s）谭期。
- 時(shí)延（Delay）是指數(shù)據(jù)（一個(gè)報(bào)文或分組）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需要的總的時(shí)間堵第，它由四個(gè)部分構(gòu)成:發(fā)送時(shí)延傳播時(shí)延、處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延隧出。
- 發(fā)送時(shí)延:結(jié)點(diǎn)將分組的所有比特推向傳輸）鏈路所需的時(shí)間踏志，也就是從發(fā)送分組的第一個(gè)比特算起，到該分組的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間鸳劳，因此也稱(chēng)為傳輸時(shí)延狰贯。
計(jì)算公式如下
發(fā)送時(shí)延＝分組長(zhǎng)度/信道寬度 - 傳播時(shí)延:電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費(fèi)的時(shí)間，也就是一個(gè)比特從鏈路一端到另一端傳播所需的時(shí)間赏廓。計(jì)算公式如下:
傳播時(shí)延＝信道長(zhǎng)度/電磁波在信道上的傳播速率 - 處理時(shí)延:數(shù)據(jù)在交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行的一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間涵紊。例如，分析分組的首部幔摸、從分組中提取數(shù)據(jù)部分摸柄、進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)或查找適當(dāng)?shù)穆酚傻取?/li>
- 排隊(duì)時(shí)延:分組在進(jìn)入路由器后要先在輸入隊(duì)列中排隊(duì)等待處理。在路由器確定了轉(zhuǎn)發(fā)端口后既忆，還要在輸出隊(duì)列中排隊(duì)等待轉(zhuǎn)發(fā)驱负。這就產(chǎn)生了排隊(duì)時(shí)延。
因此患雇，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的總時(shí)延就是以上四種時(shí)延之和:
總時(shí)延＝發(fā)送時(shí)延＋傳播時(shí)延＋處理時(shí)延＋排隊(duì)時(shí)延
注意:一般在做題時(shí)跃脊，排隊(duì)時(shí)延和處理時(shí)延都忽略不計(jì)（除非題目另有說(shuō)明）另外，對(duì)于高速鏈路苛吱，提高的僅是數(shù)據(jù)發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速度酪术。提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速率只是為了減少數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。
- 時(shí)延帶寬積:若發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)翠储，在發(fā)送的第一個(gè)比特即將到達(dá)終點(diǎn)時(shí)绘雁，表示發(fā)送端已經(jīng)發(fā)出的比特?cái)?shù)。即援所，時(shí)延帶寬積＝傳播時(shí)延×信道帶寬庐舟。
- 往返時(shí)延（Round-Trip Time，RTT）:表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開(kāi)始住拭，到發(fā)送端收到來(lái)自接收端的確認(rèn)（接收端收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認(rèn)）挪略，總共經(jīng)歷的時(shí)延。在互聯(lián)網(wǎng)中滔岳，往返時(shí)延還包括各中間結(jié)點(diǎn)的處理時(shí)延瘟檩、排隊(duì)時(shí)延以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)的發(fā)送時(shí)延。
- 吞吐量（Throughput）:表示在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道澈蟆、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制卓研。
- 速率（Speed）:網(wǎng)絡(luò)中的速率是指連接在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率趴俘，也稱(chēng)為數(shù)據(jù)率或比特率睹簇，單位是b/s（比特每秒）（或bits，有時(shí)也寫(xiě)為bps）寥闪。當(dāng)數(shù)據(jù)率較高時(shí)太惠，就可以用Kb/s（K＝103），Mb/s（M＝10）或gb/s（＝10）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中疲憋，通常把最高數(shù)據(jù)率稱(chēng)為“帶寬”凿渊。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（OSI和TCP/IP）
協(xié)議（基本概念和各層協(xié)議）各層協(xié)議有哪些？（自下而上第一個(gè)提供端到端服務(wù)的層次）
在OSI參考模型中缚柳，自下而上第一個(gè)提供端到端服務(wù)的層次是：傳輸層
在OSI參考模型中埃脏，提供流量控制服務(wù)的層次是：數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層秋忙、傳輸層
ISO/OSI參考模型在網(wǎng)絡(luò)層支持無(wú)連接和面向連接的通信彩掐，但在傳輸層僅支持面向連接的通信；TCP/IP模型在網(wǎng)絡(luò)層僅有無(wú)連接的通信灰追，而在傳輸層支持無(wú)連接和面向連接的通信堵幽。兩類(lèi)協(xié)議棧的區(qū)別是統(tǒng)考的考點(diǎn)，而這個(gè)區(qū)別是车欤考點(diǎn)朴下。
每層的數(shù)據(jù)傳輸單元是什么
在OSI參考模型中，在對(duì)等層之間傳送的數(shù)據(jù)苦蒿，其單位都稱(chēng),為協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU殴胧；具體地講，在傳輸層叫報(bào)文段（TCP）或用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)（UDP）刽肠，在網(wǎng)絡(luò)層叫分組或數(shù)據(jù)報(bào)溃肪，在數(shù)據(jù)鏈路層叫幀，在物理層叫比特音五。
協(xié)議三要素
標(biāo)準(zhǔn)或約定稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 network protocol）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也可簡(jiǎn)稱(chēng)為協(xié)議惫撰。更進(jìn)一步講，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三系組成:
（1）語(yǔ)法躺涝，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式:
（2）語(yǔ)義厨钻，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)
（3）同步坚嗜，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明夯膀。
協(xié)議和服務(wù)
其次，協(xié)議是水平的”即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則苍蔬。但服務(wù)是“垂直的”即服務(wù)是由下層向上層通過(guò)層間接口提供的诱建。另外，并非在一個(gè)層內(nèi)完成的全部功能都稱(chēng)為服務(wù)碟绑。只有那些能夠被高一層實(shí)體“看得見(jiàn)”的功能才能稱(chēng)之為“服務(wù)”俺猿。上層使用下層所提供的服務(wù)必須通過(guò)與下層交換一些命令茎匠，這些命令在OSI中稱(chēng)為服務(wù)原語(yǔ)。
RFC
所有的互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都是以RFC的形式在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表的押袍。RFC（Request For Comments）的意思就是“請(qǐng)求評(píng)論”诵冒。所有的RFC文檔都可從互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)下載。但應(yīng)注意谊惭，并非所有的RFC文檔都是互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)汽馋。互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定往往要花費(fèi)漫長(zhǎng)的時(shí)間圈盔，并且是一件非常慎重的工作豹芯。只有很少部分的RFC文檔最后能變成互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
