第一章 计算机网络概述 【期末复习|考研复习】

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第一章 计算机网络概述
第二章 物理层
第三章 数据链路层
第四章 网络层
第五章 传输层
第六章 应用层
第七章 网络安全
计算机网络整理-简称&缩写

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前言

给大家整理了一下计算机网络中的重点概念，以供大家期末复习和考研复习的时候使用。
参考资料是王道的计算机操作系统和西电的计算机操作系统。

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一、计算机网络概述

1.1 计算机网络的定义：

计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路链接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。简而言之，计算机网络就是互联的、自治的计算机系统的组合。

1.2 计算机网络的组成：

按组成部分分为软件（操作系统）、硬件（客户机、服务器）和协议。
按功能组成分为资源子网和通信子网。
终端系统/资源子网：提供共享的软件资源和硬件资源（包括应用层、表示层、会话层）。 计算机网络的资源主要是指计算机硬件、软件与数据。
通信子网：提供信息交换的网络结点和通信线路（包括网络层、数据链路层、物理层）。

1.3 计算机网络的类型：

按照拓朴分类： 星型结构 树形结构 总线型结构 环形结构 网状结构
按照范围分类：局域网LAN 城域网MAN 广域网 WAN 个人区域网PAN 互联网Internet
按照传输方式分类：有线网络（IEEE802.3） 无线网络：（IEEE802.11 WLAN无线局域网（wireless）WPAN无线个域网）。
按照传输技术分类：广播式网络：共享公共通信信道（局域网） 点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制（广域网）

1.4 计算机网络的性能指标

1.4.1 速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率。比特 1/0位，连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。单位是b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s。存储容量 1Byte（字节）= 8bit（比特）

1.4.2 带宽

带宽原本是指某个信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率之差，单位是赫兹。计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”，b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s。
简而言之，带宽就是网络设备所支持的最高速度。

1.4.3 时延

时延是指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端发送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位是S。
时延的种类：总时延是四部分时延之和。
（1）发送时延（传输时延）：发送时延 = 数据长度/信道带宽（在主机内部）
（2）传播时延：传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率（在信道上）
（3）排队时延：等待输出/入链路可用（3、4都是在路由器中）
（4）处理时延：检错、找出口

1.4.4 时延带宽积

指发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发出了多少比特，因此又称以比特为单位的链路长度。时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

1.4.5 往返时延RTT

从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据化立即发送确认），总共经历的时延。往返时延RTT不包括发送时延，为往返时延（传播时延 * 2）+末端处理时延。RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。
TTL是IP协议包中的一个值，它告诉网络路由器包在网络中的时间是否太长而应被丢弃。TTL的作用是限制IP数据包在计算机网络中的存在的时间。TTL的最大值是255，TTL的一个推荐值是64。

1.4.6吞吐量

吞吐量是指在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位是b/s、kb/s、Mb/s等。受到网络带宽或网络额定速率的限制。带宽是一种理想的状态。带宽100Mb/s指的是发送的速率（也是传输速率），而接收的速率一般看缓存的大小。

1.4.7 利用率

信道利用率 = 有数据通过时间/（有+无）数据通过时间
网络利用率 = 信道利用率加权平均值

1.5 分层的原因

我们把计算机网络的各层以及其协议的集合称为网络的体系结构。
为了降低协议设计和调试过程的复杂性，也方便对网络进行研究、实现和维护，促进标准化工作。

1.6 报文的组成

每个报文都分为两个部分：一是数据部分，即服务数据单元SDU（Service Data Unit），二是控制信息部分，即协议控制信息PCI（Protocol Control Information），两者共同组成协议数据单源PDU（Protocol Data Unit）。PDU为对等层次之间传送的数据单元称为该层的PDU。
物理层的PDU称为比特，数据链路层的PDU称为帧，网络层的PDU称为分组，传输层的PDU称为报文段。
三者之间的关系：n-SDU+n-PCI=n-PDU=(n-1)SDU

1.7 协议、接口、服务的概念

协议就是规则的集合。协议由语法、语义和同步三部分组成。语法规定格式，语义规定功能，同步规定各个事件实现顺序。一个完整的协议应当具有线路管理（建立、释放连接）、差错控制、数据转换等功能。
接口是同一结点在相邻两层交换信息的连接点。同一节点相邻两层实体通过服务访问点SAP（Service Access Point）进行交互。
服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用。是垂直方向的。上层使用下层所提供的服务必须与下层交换一些命令，这些命令在OSI参考模型中称为服务原语。OSI参考模型将原语划分为四种：请求（Request）、指示（Indication）、响应（Response）、证实（Confirmation）。

1.8 计算机网络提供的服务分类

分为面向连接服务与无连接服务、可靠服务和不可靠服务、有应答服务和无应答服务。

1.8.1面向连接服务与无连接服务

在面向连接服务中，通信前双方必须先建立连接，分配相应资源（如缓冲区），以确保通信能正常进行，传输结束后释放连接所占用资源。因此这种服务可以分为连接建立、数据传输和连接释放三个阶段。TCP就是一种面向连接服务的协议。
在无连接服务中，通信双方不需要先建立连接，需要发送数据时直接发送，把每个带有目的地址的包（报文分组）传送到线路上，由系统选定路线进行传输。这是一种不可靠的服务，也称为尽最大努力交付，它并不保证通信的可靠性。如IP、UDP就是一种无连接的服务。

1.8.2 可靠服务和不可靠服务

可靠服务是指网络具有纠错、检错、应答机制，保证数据正确可靠的传送到目的地。
不可靠服务是尽量正确、可靠的传送，不能保证数据的正确、可靠，是一种尽力而为的服务。如IP、UDP
对于不可靠服务的网络，其网络的正确性、可靠性要由应用或用户来保障。

1.8.3 有应答服务和无应答服务

有应答服务是指接收方收到数据后向发送方给出相应的应答，该应答由传输系统内部自动实现，而不由用户实现。应答可以是肯定也可以是否定。如文件传输服务就是一种有应答服务。
无应答服务是指接受方收到数据后不自动给出应答，若需应答，则由高层实现。例如WWW服务，客户端收到服务器发送的页面文件后不给出应答。

1.9 参考模型

1.9.1 OSI参考模型：

应用层：使用应用程序通过网络服务（典型协议：文件传送FTP、电子邮件SMTP、万维网HTTP、边际网关协议BGP（外部网关）、路由信息协议RIP（内部网关）、动态主机配置协议DHCP）
表示层：表示层用于处理交互数据的表示方式，例如格式转换，数据的加密和解密，数据压缩和回复等功能
会话层：允许不同主机上的各个进程之间会话，提供会话管理和同步。负责维护通信中两个结点之间的会话建立维护和断开，以及数据的交换（SQL）
传输层：提供端到端之间的数据传输服务，实现对数据进行控制和操作的功能。（典型协议传输控制协议TCP、用户数据报协议UDP）（报文段（TCP）、用户数据报（UDP））
传输控制协议TCP：Transmission Control Protocol 用户数据报协议：User Datagram Protocol
网络层：单位 分组，在数据链路层的基础之上，提供点到点之间的通信，提供路由功能，实现拥塞控制，网络互联等功能。（典型协议：网际互连协议IP、互联网分组交换协议IPX、开放最短路径协议OSPF、地址解析协议ARP（RARP)、网际控制报文协议ICMP、互联网组管理协议IGMP（组播））
网际互连协议IP：Internet Protocol 、开放最短路径协议OSPF：Open Shortest Path First 、地址解析协议ARP：Address Resolution Protocol 、互联网控制报文协议ICMP：Internet Control Message Protocol 、互特网组管理协议IGMP：Internet Group Management Ptotocol
数据链路层：单位 帧，在物理层的基础之上，提供结点到结点之间的服务，采取差错控制和流量控制的方法实现网路互联，即物理寻址（典型协议：同步数据链路控制SDLC、高级数据链路控制HDLC、点对点协议PPP、生成树协议STP、载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD）
同步数据链路控制SDLC：Synchronous Data Link Control、高级数据链路控制HDLC：High-level Data Link Control、点对点协议PPP：Point to Point Protocol、生成树协议STP：Spanning Tree Protocol、载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD/CA：Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection/Collision Avoid
物理层：单位 比特bit，利用传输介质为通信的网络节点之间的建立

1.9.2 TCP/IP参考模型：

应用层：会话层，表示层，应用层（单位 报文）支持各种网络应用
传输层：（单位 报文段）支持进程与进程之间的数据传输
网际层：网络层（单位 数据报）分组路由与转发
网络接口层：物理层和数据链路层：数据链路层（单位 帧）将数据报封装称帧，物理层（单位 比特）进行比特传输

1.9.3 OSI传输层与网络层与TCP/IP对比

应用层——消息（message）、传输层——报文段(segment)/数据报(datagram) (注：TCP叫TCP报文段，UDP叫UDP数据报,也有人叫UDP段)、网络层——分组、数据包（packet）、链路层——帧（frame）、物理层——P-PDU（bit）

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第二章 物理层