文章目錄

• • 1.計算機網絡的分類
  • • 1.1按照傳輸介質分類
    • 1.2按照網絡的使用者進行分類
    • 1.3按照網絡的規模和作用范圍進行分類。
  • 2.計算機網絡的性能指標
  • • 2.1 帶寬
    • 2.2 時延
    • • 2.2.1網絡時延
      • 2.2.2發送時延（傳輸時延）
      • 2.2.3傳播時延
      • 2.2.4處理時延
      • 2.2.5排隊時延
      • 2.2.6總時延
      • 2.2.7時延帶寬積
      • 2.2.8 往返時延
    • 2.3吞吐量
    • 2.4 利用率
  • 3.兩種通信方式
  • • 3.1客戶服務器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式
    • • 3.1.1客戶軟件的特點
      • 3.1.2服務器軟件的特點
    • 3.2 對等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式
    • • 3.2.1對等連接方式的特點
  • 4.因特網的核心部分
  • • 4.1電路交換的特點
    • • 4.1.1電路交換的三個階段：
    • 4.2分組交換
    • • 4.2.1分組交換的特點
      • 4.2.2每一個數據段前面添加上首部構成分組。
      • 4.2.3分組首部重要性
      • 4.2.4分組交換的優點
      • 4.2.5分組交換帶來的問題
    • 4.3路由器
  • 5.劃分層次的必要性
  • • 5.1網絡協議的組成要素
    • 5.2劃分層次的好處
  • 6.計算機網絡的體系結構
  • • 6.1具有五層協議 的體系結構
    • 6.2實體、協議、服務 和服務訪問點
    • • 6.2.1協議是復雜的
  • 7面向連接服務和無連接服務
  • • 7.1 面向連接服務
    • 7.2無連接服務
    • 7.3確認和重傳機制
  • 8 OSI參考模型層次劃分的原則：
  • • 8.1 OSI參考模型各層的主要功能
    • • 8.1.1 物理層
      • 8.1.2數據鏈路層
      • 8.1.3網絡層
      • 8.1.4傳輸層
      • 8.1.5會話層
      • 8.1.6表示層
      • 8.1.7應用層
  • 9. TCP/IP參考模型
  • • 9.1 TCP/IP協議的特點
    • 9.2 主機—網絡層
    • 9.3 互聯網絡層
    • 9.4傳輸層
    • 9.5 應用層
    • 9.6 OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較
    • • 9.6.1對OSI參考模型的評價
      • 9.6.2對TCP/IP參考模型的評價
    • 9.7簡化的參考模型
    • • 9.6.2對TCP/IP參考模型的評價
    • 9.7簡化的參考模型

最容易理解的計算機網絡 基礎知識（上）

你理解的越多，不理解的就越多，學習就是這樣一個過程，讓我們一同進步

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網絡建立的主要目的是實現主機通信和資源 的共享。

1.計算機網絡的分類

1.1按照傳輸介質分類

有線網絡和無線網絡

1.2按照網絡的使用者進行分類

公用網 (public network) 指電信公司出資建造 的面向大眾提供服務的大型網絡，也稱為公眾網。

專用網 (private network) 某個部門為滿足本單 位的特殊業務工作所建造的網絡，這種網絡不向 本單位以外的人提供服務。如電力、軍隊、鐵路、 銀行等均有本系統的專用網。

1.3按照網絡的規模和作用范圍進行分類。

最小的計算機網絡是Personal Area Network，簡稱PAN

是在個人工作的地方把屬于個人的電子設備（如便攜式電 腦等）用無線技術連接起來的自組網絡，因此也常稱為無 線個人局域網WPAN（Wireless PAN）。

PAN核心思想是

用無線電或紅外線代替傳統的有 線電纜，實現個人信息終端的智能化互聯，組建個人化的信息網絡。從計算機網絡的角度來看，PAN 是一個局域網，其作用范圍通常在10m左右。

2.計算機網絡的性能指標

1）帶寬

2）時延（發送時延、傳播時延、時延帶寬積、往返時延）

3）吞吐量

4）利用率

2.1 帶寬

1）“帶寬”(bandwidth) 本來是指信號具有的頻帶寬度， 即最高頻率和最低頻率之 差，

2）單位是赫茲（戒千赫、兆赫、 吉赫等）。

3）線路的帶寬表示通信線路允許通過的信號頻帶范圍。

4） 如傳統的通信線路上傳送的電話信號的標準帶寬是 3.1kHz(即話音的頻率范圍是從300Hz到3400Hz）。

5）在計算機網絡中，帶寬表示在單位時間內從網絡中的某一點到另一 點所能通過的“最高數據率”，單位是“比特每秒”，戒 b/s (bit/s)。

2.2 時延

1）時延是計算機網絡最重要的兩個性能指標之一。

2） 時延是指數據（一個報文或分組，比特）從網絡（或 鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。

2.2.1網絡時延

包 含以下幾種時延： ?發送時延 ?傳播時延 ?處理時延 ?排隊時延

2.2.2發送時延（傳輸時延）

發送數據時，數據塊從結點進入 到傳輸媒體所需要的時間。也就是從發送數據幀的第一個 比特算起，到該幀的最后一個比特發送完畢所需的時間。

發送時延發生在發送器中，不傳輸信道長度無關。

2.2.3傳播時延

電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。

傳播時延發生在傳輸信道媒體上，不信道的帶寬無關。

2.2.4處理時延

主機戒路由器在收到分組進行一些必要的 處理所花費的時間。

2.2.5排隊時延

路由器中分組排隊所經歷的時延是處理時 延中的重要組成部分。排隊時延的長短往往取決于網 絡中當時的通信量。有時可用排隊時延作為處理時延

2.2.6總時延

2.2.7時延帶寬積

鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。
管道中的比特數表示從發送端已經發出但尚未到達接收端的比特

2.2.8 往返時延

往返時延 RTT (Round-Trip Time) 表示從發送端發送 數據開始，

到發送端收到來自接收端的確認（接收端收 到數據后立即發送確認），總共經歷的時延。

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

2.3吞吐量

吞吐量(throughput)表示在單位時間內通過某 個網絡（戒信道、接口）的數據量。

吞吐量常用于對現實世界中的網絡的一種測量， 以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網絡。

吞吐量受網絡的帶寬戒網絡的速率的限制。

2.4 利用率

信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利 用的（有數據通過）。

完全空閑的信道的利用率是 零。

網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均 值。

信道利用率并非越高越好。

信道或網絡的利用率過高會產生非常大的時延

3.兩種通信方式

3.1客戶服務器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式

1）客戶(client)和服務器(server)都是指通信中所涉及的兩個應用進程。

2）客戶服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。

3）客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方。

3.1.1客戶軟件的特點

1）被用戶調用后運行，在打算通信時主動向遠地服務器發起通信（請求服務）。因此，客戶程序必須知道服務器程序的地址。

2）不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統

3.1.2服務器軟件的特點

一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。

系統啟動后即自動調用并一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此，服務器程序不需要知道客戶程序的地址。

一般需要強大的硬件和高級的操作系統支持。

3.2 對等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式

• 對等連接(peer-to-peer，簡寫為 P2P)是指兩個主機在通信時并不區分哪一個是服務請求方還是服務提供方。
• 只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。
• 雙方都可以下載對方已經存儲在硬盤中的共享文檔。

3.2.1對等連接方式的特點

• 對等連接方式從本質上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務器。

• 例如主機 C 請求 D 的服務時，C 是客戶，D 是服務器。但如果 C 又同時向 F提供服務，那么 C 又同時起著服務器的作用。

4.因特網的核心部分

• 網絡核心部分是因特網中最復雜的部分。

• 網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信（即傳送或接收各種形式的數據）。

• 在網絡核心部分起特殊作用的是路由器(router)。

• 因特網的核心部分是由許多網絡和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在因特網的邊緣部分。

• 在因特網核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接，而在網絡邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。

• 主機的用途是為用戶進行信息處理的，并且可以和其他主機通過網絡交換信息。路由器的用途則是用來轉發分組的，即進行分組交換的。

• 路由器是實現分組交換(packet switching)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。

4.1電路交換的特點

• 兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。
• N 部電話機兩兩相連，需 N(N – 1)/2 對電線。
• 當電話機的數量很大時，這種連接方法需要的電線對的數量與電話機數的平方成正比。
• 電路交換必定是面向連接的。

4.1.1電路交換的三個階段：

• 建立連接

• 通信

• 釋放連接

計算機數據具有突發性。這導致通信線路的利用率很低。

4.2分組交換

4.2.1分組交換的特點

在發送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數據段。

4.2.2每一個數據段前面添加上首部構成分組。

• 分組交換網以“分組”作為數據傳輸單元。

• 依次把各分組發送到接收端（假定接收端在左邊）。

4.2.3分組首部重要性

每一個分組的首部都含有地址等控制信息。

分組交換網中的結點交換機根據收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉發到下一個結點交換機。

用這樣的存儲轉發方式，最后分組就能到達最終目的地。

4.2.4分組交換的優點

• 高效 動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。
• 靈活 以分組為傳送單位和查找路由。
• 迅速 不必先建立連接就能向其他主機發送分組。
• 可靠 保證可靠性的網絡協議；分布式的路由選擇協議使網絡有很好的生存性。

4.2.5分組交換帶來的問題

• 分組在各結點存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延。
• 分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。

4.3路由器

• 在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。

• 路由器處理分組的過程是：

  • 把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；
  • 查找轉發表，找出到某個目的地址應從哪個端口轉發；
  • 把分組送到適當的端口轉發出去。

4.4主機和路由器的功能不同

• 主機是為用戶進行信息處理的，并向網絡發送分組，從網絡接收分組。

• 路由器對分組進行存儲轉發，最后把分組交付目的主機。

5.劃分層次的必要性

• 計算機網絡中的數據交換必須遵守事先約定好的規則。
• 這些規則明確規定了所交換的數據的格式以及有關的同步問題（同步含有時序的意思）。
• 網絡協議(network protocol)，簡稱為協議，是為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定。

5.1網絡協議的組成要素

• 語法 數據與控制信息的結構或格式 。
• 語義 需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。
• 同步 事件實現順序的詳細說明。

5.2劃分層次的好處

• 各層之間是獨立的。
• 靈活性好。
• 結構上可分割開。
• 易于實現和維護。
• 能促進標準化工作。

當然層數的多少要適當，

• 若層數太少，就會使每一層的協議太復雜。
• 層數太多又會在描述和綜合各層功能的系統工程任務時遇到較多的困難。

6.計算機網絡的體系結構

• 計算機網絡的體系結構(architecture)是計算機網絡的各層及其協議的集合。
• 體系結構就是這個計算機網絡及其部件所應完成的功能的精確定義。
• 實現(implementation)是遵循這種體系結構的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。
• 體系結構是抽象的，而實現則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。

6.1具有五層協議 的體系結構

• TCP/IP 是四層的體系結構：應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。
• 但最下面的網絡接口層并沒有具體內容。
• 因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優點，采用一種只有五層協議的體系結構 。

傳輸信息時涉及到的基本 概念

6.2實體、協議、服務 和服務訪問點

實體(entity) 表示任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程。

協議是控制兩個對等實體進行通信的規則的集合。

在協議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。

要實現本層協議，還需要使用下層所提供的服務。

本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面的協議。

下面的協議對上面的服務用戶是透明的。

協議是“水平的”，即協議是控制對等實體之間通信的規則。

服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間接口提供的。

同一系統相鄰兩層的實體進行交互的地方，稱為服務訪問點 SAP (Service Access Point)。

6.2.1協議是復雜的

• 協議必須把所有不利的條件事先都估計到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。

• 看一個計算機網絡協議是否正確，不能光看在正常情況下是否正確，而且還必須非常仔細地檢查這個協議能否應付各種異常情況。

7面向連接服務和無連接服務

7.1 面向連接服務

• 面向連接服務數據傳輸過程必須經過連接建立、連接維護與釋放連接的三個階段。
• 面向連接服務的在數據傳輸過程中，各個分組不需要攜帶目的結點的地址。

7.2無連接服務

• 在無連接服務中，每個分組都攜帶完整的目的結點地址，各個分組在系統中是獨立傳送的。
• 無連接服務數據傳輸過程不需要經過連接建立、連接維護與釋放連接等三個階段。
• 由于無連接服務發送的分組可能經歷不同路徑發送到目的主機，先發送的分組不一定先到達目的主機，因此在無連接服務的數據分組傳輸過程中，目的主機接收的分組可能出現亂序、重復與丟失現象。
• 無連接服務的可靠性不是很好，但是由于省去了很多保證機制，它的通信協議相對簡單，通信效率比較高。

7.3確認和重傳機制

• 面向連接服務與無連接服務對數據傳輸的可靠性有影響，但是數據傳輸的可靠性一般通過確認和重傳機制保證。
• 確認是指目的主機在接收到每個分組后，要求向源主機發送正確接收分組的確認信息。
• 如果發送主機在規定的時間內沒有接收到確認信息，就會認為該數據分組發送失敗，這時源主機會重新發送該數據分組。
• 確認和重傳機制可以提高數據傳輸的可靠性，但是需要制定較為復雜的確認和重傳協議，并且要增加網絡通信負荷與占用網絡帶寬。

8 OSI參考模型層次劃分的原則：

• 網中各主機都具有相同的層次。
• 不同主機的同等層具有相同的功能。
• 同一主機內相鄰層之間通過接口通信。
• 每層可以使用下層提供的服務，并向其上層提供服務。
• 不同主機的同等層通過協議來實現同等層之間的通信。

8.1 OSI參考模型各層的主要功能

8.1.1 物理層

• 物理層是OSI參考模型的最低層。
• 物理層利用傳輸介質為通信的網絡主機之間建立、管理和釋放物理連接，實現比特流的透明傳輸，為數據鏈路層提供數據傳輸服務。
• 物理層的數據傳輸單元是比特（bit）。

8.1.2數據鏈路層

• 數據鏈路層的低層是物理層，相鄰高層是網絡層。
• 數據鏈路層在物理層基礎上，通過建立數據鏈路連接，采用差錯控制與流量控制方法，使有差錯的物理線路變成無差錯的數據鏈路。
• 數據鏈路層的數據傳輸單元是幀。

8.1.3網絡層

• 網絡層相鄰的低層是數據鏈路層，高層是傳輸層。
• 網絡層通過路由選擇算法為分組通過通信子網選擇最適當的傳輸路徑，實現流量控制、擁塞控制與網絡互聯的功能。
• 網絡層的數據傳輸單元是分組。

8.1.4傳輸層

• 傳輸層相鄰的低層是網絡層，高層是會話層。
• 傳輸層為分布在不同地理位置計算機的進程通信提供可靠的端—端連接與數據傳輸服務。
• 傳輸層向高層屏蔽了低層數據通信的細節。
• 傳輸層的數據傳輸單元是報文。

8.1.5會話層

• 會話層相鄰的低層是傳輸層，高層是表示層。
• 會話層負責維護兩個會話主機之間連接的建立、管理和終止，以及數據的交換。

8.1.6表示層

• 表示層相鄰的低層是會話層，高層是應用層
• 表示層負責通信系統之間的數據格式變換、數據加密與解密、數據壓縮與恢復。

8.1.7應用層

• 應用層是參考模型的最高層。
• 應用層實現協同工作的應用程序之間的通信過程控制。

9. TCP/IP參考模型

9.1 TCP/IP協議的特點

• 開放的協議標準。
• 獨立于特定的計算機硬件與操作系統。
• 獨立于特定的網絡硬件，可以運行在局域網、廣域網，更適用于Internet。
• 統一的網絡地址分配方案，所有網絡設備在Internet中都有唯一的IP地址。
• 標準化的應用層協議，可以提供多種擁有大量用戶的網絡服務。

9.2 主機—網絡層

• TCP/IP參考模型的最低層，它負責通過網絡發送和接收IP分組。
• 主機—網絡層并沒有規定具體的協議，它采取開放的策略，允許使用廣域網、局域網與城域網的各種協議。
• 任何一種流行的低層傳輸協議都可以與TCP/IP協議互聯網絡層接口。這正體現了TCP/IP協議體系的開放性、兼容性的特點，也是TCP/IP協議成功應用的基礎。

9.3 互聯網絡層

• TCP/IP參考模型互聯網絡層的協議是IP協議。
• IP協議是一種不可靠、無連接的數據報傳送服務協議，它提供的是一種“盡力而為”（best-effort）的服務。
• 互聯網絡層的協議數據單元是IP分組。

9.4傳輸層

• 負責在會話進程之間建立和維護端—端連接，實現網絡環境中分布式進程通信。
• 定義了兩種不同的協議：TCP與UDP。
  • TCP是一種可靠的、面向連接、面向字節流（byte stream）的傳輸層協議。TCP協議提供比較完善的流量控制與擁塞控制功能。
  • UDP是一種不可靠的、無連接的傳輸層協議。

9.5 應用層

TCP/IP應用層基本的協議主要是：

• 遠程登錄協議（TELNET）
• 文件傳輸協議（FTP）
• 簡單郵件傳輸協議（SMTP）
• 超文本傳輸協議（HTTP）
• 域名服務（DNS）協議
• 簡單網絡管理協議（SNMP）
• 動態主機配置協議（DHCP）

9.6 OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較

9.6.1對OSI參考模型的評價

• 會話層很少使用，表示層幾乎是空的。數據鏈路層與網絡層有很多子層插入，每個子層都有不同的功能。
• 將“服務”與“協議”的定義相結合，這就使參考模型結構變得相當復雜，實現起來很困難。
• 尋址、流量與差錯控制在多個層次中重復出現，系統運行效率低。
• 參考模型的設計不適應于計算機與軟件的工作方式。
• 參考模型與協議結構復雜，實現周期長，運行效率低，缺乏市場與商業推動力，這是它沒有能夠達到預期目標的主要原因。

9.6.2對TCP/IP參考模型的評價

TCP/IP參考模型在服務、接口與協議的區別上不很清楚。按照軟件工程的思想，一個好的軟件系統設計應該將功能與實現方法區分開，TCP/IP參考模型恰恰沒有做到這點。

TCP/IP參考模型的主機—網絡層本身并不是實際的一層，它定義了網絡層與數據鏈路層的接口。物理層與數據鏈路層的劃分是必要和合理的，一個好的參考模型應該將它們區分開，而TCP/IP參考模型恰恰也沒有做到這點。

9.7簡化的參考模型

應用層

傳輸層

網絡層

數據鏈路層

物理層

將“服務”與“協議”的定義相結合，這就使參考模型結構變得相當復雜，實現起來很困難。

• 尋址、流量與差錯控制在多個層次中重復出現，系統運行效率低。
• 參考模型的設計不適應于計算機與軟件的工作方式。
• 參考模型與協議結構復雜，實現周期長，運行效率低，缺乏市場與商業推動力，這是它沒有能夠達到預期目標的主要原因。

9.6.2對TCP/IP參考模型的評價

TCP/IP參考模型在服務、接口與協議的區別上不很清楚。按照軟件工程的思想，一個好的軟件系統設計應該將功能與實現方法區分開，TCP/IP參考模型恰恰沒有做到這點。

TCP/IP參考模型的主機—網絡層本身并不是實際的一層，它定義了網絡層與數據鏈路層的接口。物理層與數據鏈路層的劃分是必要和合理的，一個好的參考模型應該將它們區分開，而TCP/IP參考模型恰恰也沒有做到這點。

9.7簡化的參考模型

應用層

傳輸層

網絡層

數據鏈路層

物理層

明天開始我將在一個月左右帶大家熟悉計算機網絡的五個簡化模型

總結

以上是生活随笔為你收集整理的最容易理解的计算机网络 基础知识概论（下）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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