第一章：概述
1.1 计算机网络在信息时代中的作用
（1）21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代；
（2）三网：电信网络、有线电视网络和计算机网络；
（2）计算机网络向用户提供的最重要的功能有两个：连通性、共享（资源共享-信息、软件、硬件）；
1.2 因特网概述
（1）网络（network）由若干结点（node）和连接这些节点的链路（link）组成；
（2）网络和网络还可以通过路由器互联起来，即互联网（或互连网），因此互联网是“网络的网络”（network of networks）；
（3）因特网（Internet）是世界上最大的互连网络，习惯上，大家把连接在因特网上的计算机都称为主机；
（4）网络把许多计算机连接在一起，而因特网则把许多网络连接在一起；
（5）因特网发展的三个阶段：第一阶段是从单个网络APPANET（1969-1990）向互联网发展的过程（1983TCP/IP成标准协议-因特网诞生）；第二阶段是建成了三级结构的因特网（主干网、地区网和校园网（或企业网））；第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP（因特网服务提供者Internet Service Provider）结构的因特网；
（6）internet：互联网或互连网，是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络，这些网络之间的通信协议可以是任意的；
（7）Internet：因特网，是一个专有名词，指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议族作为通信的规则，前身是美国的APPANET；
（8）NAP：Network Access Point，网络接入点，等级最高，主要向各ISP提供交换设施，使他们能够互相通信。又称对等点。表示接入到NAP的设备不存在从属关系而都是平等的；
（9）RFC：Request For Comments，由因特网协会下的一个叫做因特网体系结构委员会（IAB-负责管理因特网有关协议的开发，分为工程部和研究部）编写；
（10）制定因特网的正式标准的四个阶段：1.因特网草案（有效期六个月）、建议标准（该阶段开始成为RFC文档）、草案标准、因特网标准；
1.3 因特网的组成
（1）因特网从工作方式上划分：边缘部分（由所有连接在因特网上的主机（又称端系统）组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享）；核心部分（由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换））；
（2）计算机之间的通信：“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”；
（3）端系统中运行的程序之间的通信方式通常分为两大类：客户端服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）；
（4）C/S方式：客户和服务器本来都指的是计算机进程（软件），客户是服务请求方，服务器是服务提供方（有时还可以看到另外一种B/S方式，其实这仍然是C/S方式的一种特例）；
（5）P2P方式：指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方，只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），他们就可以进行平等的、对等连接通信；
（6）路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能；
（7）电路交换：每一部电话连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。这种必须经过建立连接-通话（一直占用通信资源）-释放连接（归还通信资源）三个步骤的交换方式称为电路交换，特点是比特流在管道中直达；
（8）报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
（9）分组交换：分组交换采用存储转发技术。即把一个报文划分为几个分组的概念，再在每一个数据段前面加上一些必要的控制信息组成的首部（header）后，就构成了一个分组。分组又被称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”。分组是在因特网中传送的数据单元。单个分组（整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点；
1.4 计算机网络在我国的发展
（1）最早建设专用网的是铁道部，1980年联网实验，1989年建成（CNPAC）；
（2）1994年接入因特网，同年中科院设立第一个万维网服务器，共用计算机互联网CHINANET正式启动，到目前陆续建造了基于因特网技术的并可以和因特网互连的9个全国范围的公用计算机网络；
1.5 计算机网络的类别
（1）计算机网络的最简单的定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合；
（2）不同作用范围的网络：广域网WAN，几十至几千公里，属于因特网核心部分，链路一般是高速链路，通信量大；城域网MAN，5-50km，以太网技术；局域网LAN，微型计算机或工作站，1km左右；个人局域网PAN，无线网，又称无线个人区域网WPAN，10m左右；
（3）若中央处理机之间距离非常近，则一般称之为多处理机系统，而不是称它为计算机网络；
（4）不同使用者的网络：公用网，国有或私有建造的大型网络，就是所有人可以缴费使用的网络，也称公众网；专用网，部门单位因特殊业务工作需要而建造的网络，不向本单位以外
的人提供服务；
（5）接入网AN：这种网络是用来把用户接入到因特网的网络，又称本地接入网或居民接入网。既不属于因特网核心部分，也不属于边缘部分。适用于多种宽带接入技术；
1.6 计算机网络的性能
（1）速率：比特是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量单位，意思是一个“二进制数字”,一个比特就是二进制数字中的一个1或0。网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送的速率，也称数据率或比特率。单位b/s（比特每秒，有时也写成bps，bit per second），现在所说的100M以太网，其实就是省略了单位中的b/s，且所说的速率往往是指额定速率或标称速率；（注意通信领域和计算机领域对于数量单位“千”、“兆”等英文缩写所代表的值，他们是不同的）
（2）带宽：（bandwidth）本来是指某个信号具有的频带宽度。在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在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”，这种意义的带宽单位是“比特每秒”，b/s；
（3）吞吐量：（throughput），表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。受带宽或网络的额定速率限制；
（4）时延：指数据从网络或链路的一端传送到另一端所需的时间，主要包含发送时延、传播时延、处理时延、排队时延等；
（5）发送时延（主机或路由发送数据帧所需要的时间-即该发送的数据帧第一个bit到最后一个bit发送完毕所需时间，因此发送时延也叫做传输时延，发送时延=数据帧长度（b）/信道宽度（b/s））；
（6）传播时延：指电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上传播速率（即真空光速，其他看介质，单位m/s）；
（7）处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理，如分析首部、从分组提取数据等，这段耗费时间就是处理时延；
（8）排队时延：分组在经过网络传输时，要进过很多的路由器，但分组进入路由器后要先在输入队列中排队，等待处理。排队时延取决于网络当时的通信量，通信量大会发生溢出，导致分组丢失。
（9）总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延；
（10）发送时延计算例子：假定有一个长度为100MB的数据块（这里的M显然不是指10^6而是指2^20,即1048756，B是字节，1字节=8bit），在带宽为1Mb/s的信道上（这里的M是10^6）连续发送，其发送时延是100*1048576*8/10000000=838.9s；约14分钟；
（11）不能笼统地认为：“数据的发送速率越高，传送得就越快”。因为他由四项时延累加起来所得。
（12）对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。提高数据的发送速率只是见笑了数据的发送时延。
（13）时延带宽积=传播时延*带宽，类似求管道的体积，这个体积表示链路中可容纳多少个比特。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
（14）时延带宽积计算例子：设某链路的传播时延为20ms，带宽10Mb/s，算出时延带宽积=20*10^（-3）*10*10^6=2*10^5bit，这就表示，若发送端连续发送数据，则在发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了20万个比特，而这个20万个比特都正在链路上向前移动。对于一条正在传送数据的链路，只有其管道充满比特时，链路才得到充分的利用；
（15）往返时间RTT：表示发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认），总共经历的时间。在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延；往返时间与所发送的分组长度有关，数据块长的比短的要花费多些时间。（注意往返时间带宽积的意义）
（16）利用率：分为信道利用率、网络利用率。
（17）信道利用率：信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。信道利用率并非越高越好，因为利用率增大会导致时延的增加（类似堵车）；
（18）网络利用率：网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值。如果令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，可以使用公式D=D0/（1-U），其中U是利用率，数值在0到1之间。
（19）信道或网络利用率过高会产生非常大的时延；一般较大主干网的ISP通常控制他们的信道利用率不超过50%，如果超过了就要准备扩容，增大线路的带宽；
（20）计算机网络的非性能特征：费用、质量、标准化（易于升级换代维修）、可靠性、可扩展性和可升级性、易于维护和管理
1.7 计算机网络体系结构
（1）OSI/RM：开放系统互连基本参考模型，开放指非独家垄断，系统指现实的系统中与互连有关的部分，整体是一个抽象概念，1983年公布正式文件ISO7498国际标准，即七层协议的体系结构；
（2）虽然OSI国际标准已经指定下来，但是由于因特网已贡献在全世界覆盖了相当大的范围，而与此同时却几乎找不到有什么厂家生产处符合OSI标准的商用产品，因此，OSI只是一个理论研究的成果，在市场化方面是失败的，如今的因特网并未使用OSI标准；同时OSI有一些缺点（设定专家缺乏实际经验、实现复杂、指定周期长、层测划分不够合理等）；
（3）TCP/IP：相比于法律上的国际标准OSI，TCP/IP常被称为是事实上的国际标准（从某方面讲能够占领市场就是标准）；
（4）网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。也称协议；
（5）网络协议主要由三个要素组成：语法（即数据与控制信息的结构或格式）、语义（即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应）、同步（即事件实现顺序的详细说明）
（6）分层带来的好处：各层之间是独立的（对外提供接口、内部隐蔽、降低整体复杂度）、灵活性好（独立性、插拔式）、结构上可分割开（每层采用适合自己的技术）、易于实现和维护、能促进标准化工作；
（7）通常各层完成的功能：差错控制、流量控制、分段和重装、复用和分用、连接建立和释放；
（8）网络的体系结构：即计算机网络的各层及其协议的集合；换种说法，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义；
（9）TCP/IP是一个四层的体系结构，包含应用层、运输层、网际层和网络接口层，实质上讲，TCP/IP只有最上面的三层，最下面的网际接口层并没有什么具体内容；
（10）学习计算机网络的原理往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构，五层协议的体系只为介绍网络原理而设计，实际应用的还是TCP/IP四层体系结构；
（11）应用层：体系结构最高层。这里的进程就是指正在运行的程序。应用层协议很多，如支持万维网的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，支持文件传送的FTP协议等；
（12）运输层：任务是负责向两个主机中进程之间的通信提供服务，由于一个主机可同时运行多个进程，因此运输层有复用和分用的功能。
（13）复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务；分用则是运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中的相应的进程；
（14）运输层两种协议：传输控制协议TCP（面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付）；用户数据报协议UDP（无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供“尽最大努力交付”）
（15）网络层：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫IP数据报，或简称为数据报；网络层另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组，能够通过网络中的路由器找到目的主机；
（16）因特网由大量的异构网络通过路由器相互连接起来，其主要的网络层协议是无连接的网际协议IP和许多种路由选择协议，因此因特网的网络层也叫网际层或IP层；
（17）数据链路层：简称链路层，主机和路由之间或两个路由之间，即点对点的数据传输需要专门的链路层的协议，链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧和必要控制信息；
（18）物理层：物理层上所传数据的单位是比特。物理层任务就是透明地传送比特流。
（19）现在人们经常提到TCP/IP并不一定是单指TCP和IP这两个具体的协议，而往往是表示因特网所使用的整个TCP/IP协议族；
（20）协议数据单元PDU：OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元；已被许多非OSI标准采用；
（21）开放系统的信息交换实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程；
（22）协议：是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合（规定了信息的格式）；在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务；使用本层服务的实体只能看到服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的实体是透明的；协议是“水平的”，服务是“垂直的”；
（23）同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方，通常称为服务访问点SAP；
（24）服务数据单元SDU：OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU，他与PDU不一样，例如，可以是多个SDU合成一个PDU，也可以是一个SDU划分为几个PDU；