B站視頻：計算機網絡微課堂（有字幕無背景音樂版）
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目錄

• 圖示說明
• 1.1、計算機網絡在信息時代的作用
• • 我國互聯網發展狀況
• 1.2、因特網概述
• • 1、網絡、互連網（互聯網）和因特網
  • 2、因特網發展的三個階段
  • 3、因特網的標準化工作
  • 4、因特網的組成
  • • 補充：
• 1.3 三種交換方式
• • 1、電路交換（Circuit Switching）
  • 2、分組交換（Packet Switching）
  • 3、報文交換（Message Switching）
  • 三種交換方式的對比
• 1.4 計算機網絡的定義和分類
• • 定義
  • 分類
• 1.5 計算機網絡的性能指標
• • 速率
  • 帶寬
  • 吞吐量
  • 時延
  • 時延帶寬積
  • 往返時間
  • 利用率
  • 丟包率
• 1.6 計算機網絡體系結構
• • 1、常見的計算機網絡體系結構
  • 2、計算機網絡體系結構分層的必要性
  • 3、計算機網絡體系結構分層思想舉例
  • 4、計算機網絡體系結構中的專用術語

圖示說明

代表著主機

代表服務器

代表著路由器

代表著網絡

1.1、計算機網絡在信息時代的作用

• 計算機網絡已由一種通信基礎設施發展成為一種重要的信息服務基礎設施
• 計算機網絡已經像水，電，煤氣這些基礎設施一樣，成為我們生活中不可或缺的一部分

我國互聯網發展狀況

中國互聯網絡信息中心CNNIC

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1.2、因特網概述

1、網絡、互連網（互聯網）和因特網

網絡：網絡（Network）由若干**結點（Node）和連接這些結點的鏈路（Link）**組成。

互連網（互聯網）：多個網絡通過路由器互連起來，這樣就構成了一個覆蓋范圍更大的網絡，即互連網（互聯網）。因此，互聯網又稱為“網絡的網絡（Network of Networks）”。

因特網：因特網（Internet）是世界上最大的互連網絡（用戶數以億計，互連的網絡數以百萬計）。

internet與Internet的區別

• internet(互聯網或互連網)是一個通用名詞，它泛指多個計算機網絡互連而成的網絡。在這些網絡之間的通信協議可以是任意的。
• Internet（因特網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡互連而成的特定計算機網絡，它采用TCP/IP協議族作為通信的規則，其前身是美國的ARPANET。

任意把幾個計算機網絡互連起來（不管采用什么協議），并能夠相互通信，這樣構成的是一個互連網(internet) ，而不是互聯網(Internet)。

2、因特網發展的三個階段

因特網服務提供者ISP(Internet Service Provider)

普通用戶是如何接入到因特網的呢？

答：通過ISP接入因特網

ISP可以從因特網管理機構申請到成塊的IP地址，同時擁有通信線路以及路由器等聯網設備。任何機構和個人只需繳納費用，就可從ISP的得到所需要的IP地址。

因為因特網上的主機都必須有IP地址才能進行通信，這樣就可以通過該ISP接入到因特網

中國的三大ISP：中國電信，中國聯通和中國移動

基于ISP的三層結構的因特網

一旦某個用戶能夠接入到因特網，那么他也可以成為一個ISP，所需要做的就是購買一些如調制解調器或路由器這樣的設備，讓其他用戶可以和他相連。

3、因特網的標準化工作

• 因特網的標準化工作對因特網的發展起到了非常重要的作用。
• 因特網在指定其標準上的一個很大的特點是面向公眾。
  • 因特網所有的RFC(Request For Comments)技術文檔都可從因特網上免費下載；
  • 任何人都可以隨時用電子郵件發表對某個文檔的意見或建議。
• 因特網協會ISOC是一個國際性組織，它負責對因特網進行全面管理，以及在世界范圍內促進其發展和使用。
  • 因特網體系結構委員會IAB，負責管理因特網有關協議的開發；
  • 因特網工程部IETF，負責研究中短期工程問題，主要針對協議的開發和標準化；
  • 因特網研究部IRTF，從事理論方面的研究和開發一些需要長期考慮的問題。

• 制訂因特網的正式標準要經過一下4個階段：

  1、因特網草案（在這個階段還不是RFC文檔）

  2、建議標準（從這個階段開始就成為RFC文檔）

  3、草案標準

  4、因特網標準

4、因特網的組成

• 邊緣部分

  由所有連接在因特網上的主機組成（臺式電腦，大型服務器，筆記本電腦，平板，智能手機等）。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數據、音頻或視頻）和資源共享。

• 核心部分

  由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。

路由器是一種專用計算機，但我們不稱它為主機，路由器是實現分組交換的關鍵構建，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心最重要的部分。

處在互聯網邊緣的部分就是連接在互聯網上的所有的主機。這些主機又稱為端系統 (end system)。

端系統在功能上可能有很大的差別：

小的端系統可以是一臺普通個人電腦，具有上網功能的智能手機，甚至是一個很小的網絡攝像頭。

大的端系統則可以是一臺非常昂貴的大型計算機。

端系統的擁有者可以是個人，也可以是單位（如學校、企業、政府機關等），當然也可以是某個ISP。

補充：

端系統之間通信的含義

“主機 A 和主機 B 進行通信”實際上是指：“運行在主機 A 上的某個程序和運行在主機 B 上的另一個程序進行通信”。即“主機 A 的某個進程和主機 B 上的另一個進程進行通信”。簡稱為“計算機之間通信”。

端系統之間的通信方式通常可劃分為兩大類：

客戶-服務器方式：

• 客戶 (client) 和服務器 (server) 都是指通信中所涉及的兩個應用進程。
• 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。
• 客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方。

服務請求方和服務提供方都要使用網絡核心部分所提供的服務。

對等連接方式：

• 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。

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1.3 三種交換方式

網絡核心部分是互聯網中最復雜的部分。

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)。

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。

1、電路交換（Circuit Switching）

傳統兩兩相連的方式，當電話數量很多時，電話線也很多，就很不方便

所以要使得每一部電話能夠很方便地和另一部電話進行通信，就應該使用一個中間設備將這些電話連接起來，這個中間設備就是電話交換機

• 電話交換機接通電話線的方式稱為電路交換；

• 從通信資源的分配角度來看，交換（Switching）就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源；

• 電路交換的三個步驟：

  1、建立連接（分配通信資源）

  2、通話（一直占用通信資源）

  3、釋放連接（歸還通信資源）

當使用電路交換來傳送計算機數據時，其線路的傳輸效率往往很低。

這是因為計算機數據是突發式地出現在傳輸線路上的。

所以計算機通常采用的是分組交換，而不是線路交換

2、分組交換（Packet Switching）

通常我們把表示該消息的整塊數據成為一個報文。

在發送報文之前，先把較長的報文劃分成一個個更小的等長數據段，在每一個數據段前面。加上一些由必要的控制信息組成的首部后，就構成一個分組，也可簡稱為“包”，相應地，首部也可稱為“包頭”。

首部包含了分組的目的地址

分組從源主機到目的主機，可走不同的路徑。

發送方

• 構造分組
• 發送分組

路由器

• 緩存分組
• 轉發分組
• 簡稱為“分組轉發”

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。

接收方

• 接收分組
• 還原報文

3、報文交換（Message Switching）

報文交換中的交換結點也采用存儲轉發方式，但報文交換對報文的大小沒有限制，這就要求交換結點需要較大的緩存空間。報文交換主要用于早期的電報通信網，現在較少使用，通常被較先進的分組交換方式所取代。

三種交換方式的對比

假設A，B，C，D是分組傳輸路徑所要經過的4個結點交換機，縱坐標為時間

分析：

電路交換：

• 通信之前首先要建立連接；連接建立好之后，就可以使用已建立好的連接進行數據傳送；數據傳送后，需釋放連接，以歸還之前建立連接所占用的通信線路資源。

• 一旦建立連接，中間的各結點交換機就是直通形式的，比特流可以直達終點；

報文交換：

• 可以隨時發送報文，而不需要事先建立連接；整個報文先傳送到相鄰結點交換機，全部存儲下來后進行查表轉發，轉發到下一個結點交換機。
• 整個報文需要在各結點交換機上進行存儲轉發，由于不限制報文大小，因此需要各結點交換機都具有較大的緩存空間。

分組交換：

• 可以隨時發送分組，而不需要事先建立連接。構成原始報文的一個個分組，依次在各結點交換機上存儲轉發。各結點交換機在發送分組的同時，還緩存接收到的分組。
• 構成原始報文的一個個分組，在各結點交換機上進行存儲轉發，相比報文交換，減少了轉發時延，還可以避免過長的報文長時間占用鏈路，同時也有利于進行差錯控制。

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1.4 計算機網絡的定義和分類

定義

• 計算機網絡的精確定義并未統一
• 計算機網絡的最簡單的定義是：一些互相連接的、自治的計算機的集合。
  • 互連：是指計算機之間可以通過有線或無線的方式進行數據通信；
  • 自治：是指獨立的計算機，他有自己的硬件和軟件，可以單獨運行使用；
  • 集合：是指至少需要兩臺計算機；
• 計算機網絡的較好的定義是：計算機網絡主要是由一些通用的，可編程的硬件（一定包含有中央處理機CPU）互連而成的，而這些硬件并非專門用來實現某一特定目的（例如，傳送數據或視頻信號）。這些可編程的硬件能夠用來傳送多種不同類型的數據，并能支持廣泛的和日益增長的應用。
  • 計算機網絡所連接的硬件，并不限于一般的計算機，而是包括了智能手機等智能硬件。
  • 計算機網絡并非專門用來傳送數據，而是能夠支持很多種的應用（包括今后可能出現的各種應用）。

分類

按交換技術分類：

• 電路交換網絡
• 報文交換網絡
• 分組交換網絡

按使用者分類：

• 公用網
• 專用網

按傳輸介質分類：

• 有線網絡
• 無線網絡

按覆蓋范圍分類：

• 廣域網WAN（Wide Area Network）

作用范圍通常為幾十到幾千公里，因而有時也稱為遠程網（long haul network）。廣域網是互聯網的核心部分，其任務是通過長距離（例如，跨越不同的國家）運送主機所發送的數據。

• 城域網MAN

作用范圍一般是一個城市，可跨越幾個街區甚至整個城市

• 局域網LAN

一般用微型計算機或工作站通過高速通信線路相連（速率通常在 10 Mbit/s 以上），但地理上范圍較小（1 km 左右）

• 個域網PAN

就是在個人工作的地方把個人使用的電子設備用無線技術連接起來的網絡。

按拓撲結構分類：

• 總線型網絡

• 星型網絡

• 環形網絡

• 網狀型網絡

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1.5 計算機網絡的性能指標

速率

帶寬

吞吐量

帶寬1 Gb/s的以太網，代表其額定速率是1 Gb/s，這個數值也是該以太網的吞吐量的絕對上限值。因此，對于帶寬1 Gb/s的以太網，可能實際吞吐量只有 700 Mb/s，甚至更低。

注意：吞吐量還可以用每秒傳送的字節數或幀數表示

時延

時延時指數據（一個報文或分組，甚至比特）從網絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。

網絡時延由幾部分組成：

• 發送時延

主機或路由器發送數據幀所需要的時間，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。

• 傳播時延

電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。

• 處理時延

主機或路由器在收到分組時要花費一定時間進行處理

• 排隊時延

分組在進過網絡傳輸時，要經過許多路由器。但分組在進入路由器后要先在輸入隊列中排隊等待處理。

有時會把排隊時延看成處理時延 一部分

總時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 （處理時延 + 排隊時延）

當處理時延忽略不計時，發送時延 和 傳播時延誰占主導，要具體情況具體分析

時延帶寬積

時延帶寬積 = 傳播時延 * 帶寬

往返時間

互聯網上的信息不僅僅單方向傳輸而是雙向交互的。因此，我們有時很需要知道雙向交互一次所需的時間。

利用率

利用率有信道利用率和網絡利用率兩種。

丟包率

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1.6 計算機網絡體系結構

1、常見的計算機網絡體系結構

如今用的最多的是TCP/IP體系結構，現今規模最大的、覆蓋全球的、基于TCP/IP的互聯網并未使用OSI標準(部分商業原因)。

TCP/IP體系結構相當于將OSI體系結構的物理層和數據鏈路層合并為了網絡接口層，并去掉了會話層和表示層。

TCP/IP在網絡層使用的協議是IP協議，IP協議的意思是網際協議，因此TCP/IP體系結構的網絡層稱為網際層

在用戶主機的操作系統中，通常都帶有符合TCP/IP體系結構標準的TCP/IP協議族。

而用于網絡互連的路由器中，也帶有符合TCP/IP體系結構標準的TCP/IP協議族。

只不過路由器一般只包含網絡接口層和網際層(網絡接口層并沒有規定具體內容，這樣可以互連不同的網絡接口，例如：有線的以太網接口，無線局域網的WIFI接口等)

網絡接口層：并沒有規定具體內容，這樣做的目的是可以互連全世界各種不同的網絡接口，例如：有線的以太網接口，無線局域網的WIFI接口等。

網際層：它的核心協議是IP協議。

運輸層：TCP和UDP是這層的兩個重要協議。

應用層：這層包含了大量的應用層協議，如 HTTP , DNS 等。

**IP協議（網際層）可以將不同的網絡接口（網絡接口層）進行互連，并向其上的TCP協議和UDP協議（運輸層）**提供網絡互連服務

而TCP協議在享受IP協議提供的網絡互連服務的基礎上，可向應用層的相應協議提供可靠的傳輸服務。

UDP協議在享受IP協議提供的網絡互連服務的基礎上，可向應用層的相應協議提供不可靠的傳輸服務。

TCP/IP體系結構中最重要的是IP協議和TCP協議，因此用TCP和IP來表示整個協議大家族。

教學時把TCP/IP體系結構的網絡接口層分成了物理層和數據鏈路層

2、計算機網絡體系結構分層的必要性

物理層問題

這圖說明

• 第一，嚴格來說，傳輸媒體并不屬于物理層
• 計算機傳輸的信號，并不是圖示的方波信號

這樣舉例只是讓初學者容易理解

數據鏈路層問題

網絡層問題

運輸層問題

如何標識與網絡通信相關的應用進程：一個分組到來，我們應該交給哪個進程處理呢？瀏覽器進程還是QQ進程

應用層問題

應用層該用什么方法（應用層協議）去解析數據

總結

3、計算機網絡體系結構分層思想舉例

例子：主機的瀏覽器如何與Web服務器進行通信

解析：

主機和Web服務器之間基于網絡的通信，實際上是主機中的瀏覽器應用進程與Web服務器中的Web服務器應用進程之間基于網絡的通信

體系結構的各層在整個過程中起到怎樣的作用？

1、發送方發送

第一步：

• 應用層按照HTTP協議的規定構建一個HTTP請求報文
• 應用層將HTTP請求報文交付給運輸層處理

第二步：

• 運輸層給HTTP請求報文添加一個TCP首部，使之成為TCP報文段
• TCP報文段的首部格式作用是區分應用進程以及實現可靠傳輸
• 運輸層將TCP報文段交付給網絡層處理

第三步：

• 網絡層給TCP報文段添加一個IP首部，使之成為IP數據報
• IP數據報的首部格式作用是使IP數據報可以在互聯網傳輸，也就是被路由器轉發
• 網絡層將IP數據報交付給數據鏈路層處理

第四步：

• 數據鏈路層給IP數據報添加一個首部和一個尾部，使之成為幀 （圖示右邊為首部，左邊為尾部）
• 該首部的作用主要是為了讓幀能夠在一段鏈路上或一個網絡上傳輸，能夠被相應的目的主機接收
• 該尾部的作用是讓目的主機檢查所接收到的幀是否有誤碼
• 數據鏈路層將幀交付給物理層

第五步：

• 物理層先將幀看做是比特流，這里的網絡N1假設是以太網，所以物理層還會給該比特流前面添加前導碼
• 前導碼的作用是為了讓目的主機做好接收幀的準備
• 物理層將裝有前導碼的比特流變換成相應的信號發送給傳輸媒體

第六步：

• 信號通過傳輸媒體到達路由器

2、路由器轉發

在路由器中

• 物理層將信號變為比特流，然后去掉前導碼后，將其交付給數據鏈路層
• 數據鏈路層將幀的首部和尾部去掉后，將其交付給網絡層，這實際交付的是IP數據報
• 網絡層解析IP數據報的首部，從中提取目的網絡地址

在路由器中

• 提取目的網絡地址后查找自身路由表。確定轉發端口， 以便進行轉發
• 網絡層將IP數據報交付給數據鏈路層
• 數據鏈路層給IP數據報添加一個首部和一個尾部，使之成為幀
• 數據鏈路層將幀交付給物理層
• 物理層先將幀看成比特流，這里的網絡N2假設是以太網，所以物理層還會給該比特流前面添加前導碼
• 物理層將裝有前導碼的比特流變換成相應的信號發送給傳輸媒體，信號通過傳輸媒體到達Web服務器

3、接收方接收

和發送方（主機）發送過程的封裝正好是反著來

在Web 服務器上

• 物理層將信號變換為比特流，然后去掉前導碼后成為幀，交付給數據鏈路層
• 數據鏈路層將幀的首部和尾部去掉后成為IP數據報，將其交付給網絡層
• 網絡層將IP數據報的首部去掉后成為TCP報文段，將其交付給運輸層
• 運輸層將TCP報文段的首部去掉后成為HTTP請求報文，將其交付給應用層
• 應用層對HTTP請求報文進行解析，然后給主機發回響應報文

發回響應報文的步驟和之前過程類似

4、計算機網絡體系結構中的專用術語

以下介紹的專用術語來源于OSI的七層協議體系結構，但也適用于TCP/IP的四層體系結構和五層協議體系結構

實體

協議

協議：控制兩個對等實體進行邏輯通信的規則的集合

協議三要素：

• 語法：定義所交換信息的格式
• 語義：定義收發雙方所要完成的操作
• 同步：定義收發雙發的時序關系

服務

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络第1章（概述）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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