完成计网绪论笔记

计算机网络/绪论.md

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+# 绪论
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+## 概述
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+### 计算机网络概念
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+* 计算机网络就是一些互联的，自治的计算机系统集合（最简洁定义）
+* 能够实现远程信息处理的系统或进一步达到资源共享的系统（广义观点）
+* 以能够相互共享资源的方式互联起来的，自治的计算机系统的集合（资源共享观点）
+  * 目的：资源共享
+  * 组成单元：分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”
+  * 网络中计算机统一遵循的规则：网络协议
+* 能够为用户自动管理资源的网络操作系统，它能调用用户所需要的资源，整个网络像一个大的计算机系统一样对用户透明（用户透明性观点）
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+### 计算机网络组成
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+#### 物理组成
+
+* 硬件：
+  * 主机
+  * 通信处理机（前端处理器，如网卡）
+  * 通信线路（有线线路和无线线路等，如双绞线，光纤等）
+  * 交换设备（交换机等连接设备）
+* 软件：实现资源共享和方便用户使用的各种工具软件（如FTP等）
+* 协议：通信规则
+
+#### 工作方式组成
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+* 边缘部分：用户直接使用的主机（用于通信和资源共享）
+* 核心部分：网络及连接这些网络的路由器
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+#### 功能组成
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+* 通信子网（包括物理层，数据链路层，网络层）：
+  * 传输介质
+  * 通信设备
+  * 网络协议
+* 资源子网：实现资源共享的设备及软件的集合
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+### 计算机网络功能
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+* 数据通信
+  * 连接控制
+  * 传输控制
+  * 差错控制
+  * 流量控制
+  * 路由选择
+  * 多路复用
+* 资源共享
+  * 数据资源
+  * 软件资源
+  * 硬件资源
+* 分布式处理
+* 信息综合处理
+* 负载均衡
+* 提高可靠性
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+### 计算机网络分类
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+#### 分布范围
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+* 广域网（因特网的核心）
+* 城域网
+* 局域网
+* 个人区域网
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+#### 传输技术
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+* 广播式网络
+* 点对点网络
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+#### 拓扑结构
+
+* 星型网络
+* 总线型网络
+* 环形网络
+* 网状型网络
+
+![img](./img/绪论/网络拓扑图.jpg)
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+#### 使用者
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+* 公用网（公众网）
+* 专用网
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+#### 交换技术
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+* 电路交换网络
+* 报文交换网络（存储-转发网络）
+* 分组交换网络（包交换网络，目前主流网络）
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+#### 传输介质
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+* 无线
+  * 蓝牙
+  * 微波
+  * 无线电
+* 有线
+  * 双绞线网络
+  * 同轴电缆网络
+  * 光纤网络
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+### 计算机网络标准化工作及相关组织
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+#### RFC上升为因特网标准步骤
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+1. 因特网草案
+2. 建议标准（此时成为RFC文档）
+3. 草案标准
+4. 因特网标准
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+#### 标准化组织
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+* 国际标准化联盟（ISO）
+  * OSI参考模型
+  * HDLC
+* 国际电信联盟(ITU)，前身为国际电话电报咨询委员会（CCITT）
+* 国际电气电子工程师协会（IEEE）
+
+### 计算机性能指标
+
+#### 时延
+
+* 发送时延（传输时延）：主机或路由器发送数据帧所需要的时间
+  $$
+  发送时延=数据帧长度/发送速率
+  $$
+
+* 传播时延：电磁波在信道中传输花费的时间
+  $$
+  传播时延=信道长度/电磁波传播速度
+  $$
+
+* 处理时延（一般忽略）：主机或路由器接到分组时处理所花费的时间
+
+* 排队时延（一般忽略）：分组在路由器中排队等待的时间
+
+**计算公式**
+$$
+总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
+$$
+特别的，对于分组传输，在计算其在各个交换机上的发送时延时，只需计算单个分组
+
+如，连续发送**n**个长度为**l**的分组，途径**k**个交换机（即存在**k+1**条链路)，每条链路传播时延为**d**，每台主机或交换机发送速率为**m**，那么在不考虑处理时延和排队时延的情况下，总时延为：
+$$
+总时延=\frac{n*l}{m}+\frac{l}{m}*k+(k+1)*d
+$$
+
+#### 时延带宽积
+
+* 发送端发送的第一个比特到达终点时发送端发送的比特数
+  $$
+  时延带宽积=传播时延*通信带宽
+  $$
+
+#### 往返时间（RTT）
+
+* 发送方发送数据开始到收到接收方确认消息时，共经历的时间
+
+#### 利用率
+
+* 信道利用率
+  $$
+  信道利用率=有数据通过的时间/总时间
+  $$
+
+* 网络利用率：全网络信道利用率的加权平均值
+
+**注**：
+
+* 利用率越高不代表网络运行状态越好，利用率高时转发时延也会增加
+
+#### 吞吐量
+
+* 单位时间内通过某信道/网络/接口的数据量
+
+#### 速率
+
+* 主机在数字信道上传送数据的速率
+* **最高速率**也称为**带宽**
+
+## 计算机体系结构与参考模型
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+### 术语
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+* 实体：任何课发送或接受信息的硬件或软件进程
+* 对等层：不同机器上的同一层
+* 对等实体：同一层上的实体
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+### 协议
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+* 控制两个对等实体进行通信的规则
+* 协议是水平的
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+#### 组成
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+* 语义：构成协议元素的的含义的解释
+* 语法：数据和控制信息的格式
+* 同步：规定事件执行顺序
+
+### 接口（服务访问点）
+
+向上一层提供服务访问点
+
+* 服务数据单元（SDU）
+
+* 协议控制信息（PCI）
+
+* 接口控制信息（ICI）
+
+* 协议数据单元（PDU）（对等实体间传输的数据单元）
+  $$
+  PDU_n=PCI_n+SDU_n=SBU_{n-1}
+  $$
+  
+* 接口数据单元（IDU）(相邻层传输的数据单元)
+  $$
+  IDU_n=ICI_n+SDU_n
+  $$
+
+### 服务
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+* 下层为相邻上层提供的功能调用
+
+* 服务是垂直的
+
+#### 服务类型
+
+* 以是否连接区分
+
+  | 服务       | 优点                     | 缺点                           | 实例    |
+  | ---------- | ------------------------ | ------------------------------ | ------- |
+  | 面向连接   | 可靠信息流，信息回复确认 | 占有通信信道                   | TCP     |
+  | 面向无连接 | 不占用通信信道           | 信息流可能丢失，信息无回复确认 | IP，UDP |
+
+* 按是否应答区分
+
+  * 有应答服务
+  * 无应答服务
+
+* 按是否可靠区分
+
+  * 可靠服务：具有检错、纠错、应答机制，保证数据正确可靠地送达
+  * 不可靠服务：尽量正确可靠地送达数据，不保证数据正确可靠
+
+#### 服务原语
+
+* 请求：服务用户->服务提供者（请求完成某项工作）
+* 指示：服务提供者->服务用户（指示用户做某事）
+* 响应：服务用户->服务提供者（作为指示的响应）
+* 证实：服务提供者->服务用户（作为对请求的证实）
+
+### ISO/OSI参考模型
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+* 共七层
+
+  0. 物理媒体（传输信息使用的通信介质）
+
+  1. 物理层
+     * 基本单位：比特（bit）
+     * 硬件：集线器，中继器
+     * 功能：规定了通信接口的参数（如尺寸，形状等），规定了传输信号的意义和电气特征（如低电平代表0，高电平代表1等）
+     * 接口标准：EIA-232C，EIA/TIA RS 449，CCITT的X.21等
+  2. 数据链路层
+     * 基本单位：帧
+     * 硬件：交换机，网桥
+     * 功能：链路连接的建立、拆除、分离， 帧定界和帧同步， 差错检测
+     * 协议：PPP，HDLC
+  3. 网络层
+     * 基本单位：数据报
+     * 硬件：路由器
+     * 功能：组包和拆包，路由选择，拥塞控制
+     * 协议：ICMP（传输出错报告控制信息，IP的子协议），ARP（IP转MAC），RARP（MAC转IP），IP，IGMP（组播）
+  4. 传输层
+     * 基本单位：报文段（TCP），用户数据报（UDP）
+     * 硬件：路由器
+     * 功能：端到端的可靠传输服务，流量控制，差错控制，服务质量管理
+     * 协议：TCP，UDP，ARQ
+  5. 会话层
+     * 任务：在两节点间建立连接
+  6. 表示层
+     * 任务：处理通信数据表示格式
+  7. 应用层
+     * 协议：FTP，SMTP，POP3，HTTP等
+
+### TCP/IP模型
+
+只包含四层
+
+1. 网络接口层
+2. 网络层
+3. 传输层
+4. 应用层
+
+### TCP/IP模型与ISO/OSI参考模型对比
+
+![img](./img/绪论/模型对比.jpg)
+
+
+
+| OSI参考模型                                                  | TCP/IP模型                                                   |
+| ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------ |
+| 1. 区分服务，接口，协议<br />2. 产生于协议发明前<br />3. 协议具有良好的隐蔽性<br />4. 共有7层<br />5. 网络层：有连接和无连接<br />6. 传输层：仅面向连接 | 1. 没有明确区分服务，接口，协议<br />2. 产生在协议发明后<br />3. 共有4层<br />4. 网络层：仅有无连接<br />5. 传输层：面向连接和无连接 |
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+## 其他零散知识
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+* 第一个计算机网络是：ARPAnet
+
+* OSI模型中，第一个提供端到端通信的是传输层