教材：《计算机网络（第8版）》谢希仁 编著
三大类网络：电信、有线电视、计算机网络（三网融合）
互联网2个重要基本特点：连通性（connectivity）和资源共享（sharing）
互联网+：指“互联网+各个传统行业”，把互联网的创新成果深度融合与经济社会的各领域。
计算机网络 由若干节点（node）和连接这些节点的链路（link）组成。节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。
网络 —— 把计算机连在一起。
互连网（internet，小写i） —— 网络的网络，把网络通过路由器连在一起。与网络相连的计算机叫主机。（局部，不一定采用TCP/IP）
互联网（Internet，大写I）—— 特指覆盖全球的、具有连通性和资源共享性的计算机网络。（全网最大、最重要）
互联网发展的三个阶段
第一阶段： 单个网络ARPANET → 互联网 (1969~1990)
ARPANET：单个分组交换网，非互连网，1983年TCP/IP协议，标志互联网诞生。
第二阶段： 三级结构的互联网 (1985~1993)
国家科学基金网NSFNET，三级结构：主干网、地区网和校园网（或企业网），覆盖全美主要的大学和研究生。
第三阶段：全球范围的多层次ISP结构的互联网 （1993~现在）★
出现互联网服务提供者ISP（Internet Service Provider)，提供接入互联网的服务，收费出租IP（如移动、联通）。
ISP通过多种接入网络技术把用户的端系统连接到互联网，接入网起到与互联网连接的桥梁作用。
多层次ISP结构：按覆盖面积大小和所拥有的IP地址数目的不同分为主干ISP、地区ISP和本地ISP。
互联网交换点IXP（Internet eXchange Point） —— 允许两个网络直接相连并快速交换分组。常采用工作在数据链路层的网络交换机（硬件资源）
内容提供者（Content Provider）：如在互联网上向用户提供视频等内容的公司，不向用户提供互联网转接服务（软件）
万维网WWW（World Wide Web）：欧洲原子核研究组织CERN开发，互联网指数级增长的主要驱动力。
1.3 互联网的组成
(1) 边缘部分
由所有连接在互联网上的主机（host）组成，由用户直接使用（可以是个人、单位或者某个ISP），资源提供、不负责数据转发。这些主机又称为端系统（end system），如桌面计算机、移动计算机、服务器和其他智能终端设备。
主机和主机的通信实际上是进程与进程的通信。
通信方式有：
1. 客户/服务器方式 Client/Server方式（C/S）
进程之间 服务 和 被服务 的关系。
- 对等方式 Peer-to-Peer方式（P2P）
通信时不区分请求方和服务方（身份不固定），平等地、对等连接通信。
(2) 核心部分
互联网中最复杂的部分，为边缘部分提供连通性，使任何一台主机都能向其他主机通信。
在该部分起特殊作用的是路由器（router），路由器是实现分组交换（packet switching）的关键构件，负责转发收到的分组。分组转发是网络核心部分中最重要的功能。
Q：什么是交换（switching）？
A：按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
★ 三种交换方式
- 电路交换：一对一，N部电话 对线 → 交换机
建立连接（占用通信资源）→ 通话（始终占用端到端的通信资源）→ 释放连接（归还通信资源）
计算机数据具有突发性，通信线路传输效率低。
- 报文交换：基于存储转发技术
要发送的整块数据为一个报文(message)。
- 分组交换
采用存储转发技术，在发送端把报文划分成更小的等长数据段，数据段前面添加首部（head）构成分组（packet，又称为“包”或“包头”）,首部中包含目的地址、源地址等重要控制信息。
互联网采用分组交换，以分组作为数据传输单元。发送端依次把各分组发送到接收端，接收端接到分组后去掉首部还原成原来的报文。
边缘部分的主机和核心部分的路由器都是计算机，主机为用户进行信息处理，路由器用来进行分组交换。
路由器处理分组的过程：
暂存分组 → 检查首部 → 查找转发表 → 按照首部中的目的地址找合适的接口转发出去
每一个分组在互联网中独立选择传输路径（只要最后能送到就行，从哪段链路传送由路由器判定，不需要事先独占某条线路，宏观上共享）
分组交换的优点：
| 高 效 | 动态分配传输带宽，对通信链路逐段占用 |
| 灵 活 | 灵活：为每一个分组独立地选择最合适的传输路径 |
| 迅 速 | 以分组为传送单位，不需要建立连接（建立连接也要花费时间）就能向其他主机发送分组 |
| 可 靠 | 保证可靠性的网络协议；多路由的分组交换网，使网络具有很好的生存性 |
缺点：
存储可能出现排队延迟
不能保证带宽：动态分配
开销up↑：首部；路由器要暂存分组，维护转发表
……
1.4 计算机网络在我国的发展
（略）
1.5 计算机网络的类别
按作用范围（所覆盖的范围不同功能，不同协议也可能不同）
几十到几千公里 —— 广域网WAN（Wide Area Network，也叫远程网）：互联网核心部分，长距离运送主机所发送的数据
5~50公里 —— 城域网MAN（Metropolitan…）：作用范围一般是一个城市，很多采用以太技术
- 1 km左右 —— 局域网LAN（Local…）：校园网、企业网等
- 10 m左右 —— 个人局域网PAN（Personal…）：无线
注：如果中央处理机之间的距离过近比如1米，一般称之为多处理机系统而非计算机网络。
- **按使用者**
- 公用网（public network）：交费使用（常见）
- 专用网（private network）：为特殊业务工作的需要而建造
用来把用户接入互联网的网络——接入网AN（Access Network）
又称为本地接入网或居民接入网，既不属于互联网的核心部分也不属于边缘部分，是某个用户端系统和本地ISP的第一个路由器（边缘路由器）之间的一种网络。
1.6 计算机网络的性能
性能指标：
速率（bit/s、kbit/s、Mbit/s、Gbit/s）
比特是信息量的基本单位（香农提出）
数据的传送速度，也称数据率（data rate）或比特率（bit rate），是理想状态下一定t内网络信道能通过的最大数据量（额定速率或标称速率，而非实际速率）
单位换算：1G M k （$2^{10}= 1024$）
⚠️注：带上s后，以$10^3$为换算关系，1 Gb/s Mb/s kb/s；写的B是字节，小写的b是比特
带宽（bandwidth）
两种表述：
频域 —— 指该信号包含的频率成分的频率范围（单位HZ）。某信道允许通过的信号频带范围为该信道的带宽
时域 —— 网络中某通道传输数据的能力，表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的最高数据率（bit/s）
吞吐量（throughput）
单位t内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。受带宽和速率的限制，可能远小于额定速率，速率是其上限值。
时延（delay / latency）
数据从网络（或链路）的一端传到另一端所需要的时间。
总时延 = 以下4个之和
发送时延（主机/路由器吐完数据需要的时间） —— 提高带宽
传播时延 —— 路程长短无法改变
处理时延（主机/路由器在收到分组时，处理分组如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由所花费的时间）——改进路由器的工作效率
排队时延（分组在输入输出队列中排队等待处理和转发所经历的时延，取决于网络当时的通信量，通信量很大时队列溢出，分组丢失）——改进路由器的工作效率
⚠️注：高速网络链路的“高速”，是指高带宽，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。
</br>
例题
解：
发送时延 （注意单位的转换）
传播时延略
- **时延带宽积**
管道中的比特数表示从发送端发出但尚未到达接收端的比特数，只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到充分的利用。
往返时间RTT
RTT = A→B的传播时延 + B的处理时延和排队时延 + B的发送时延 + B→A的传播时延
有效数据率
利用率
- 信道利用率（信道有x%的时间是被利用的）
- 网络利用率（全网络的信道利用率的加权平均值）
A：是不是利用率越大越好？ Q：错，当利用率增大时，时延会迅速增加。
$$D =\frac{D_0}{1-U}$$：空闲时的时延
：当前时延
：当前利用率
非性能指标：
费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护……
1.7 计算机网络体系结构
采用分层的方法把复杂的通信问题划分为若干较小的、比较易于研究和处理的局部问题。
ISO提出的OSI/RM是使计算机在世界范围内互连成网的标准框架。
ISO 7498国际标准，七层协议的体系结构（1983年）
网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合，即计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义（不涉及具体实现）。
网络协议（protocol）是为网络中数据交换而建立的规则、标准或约定。由以下三个要素组成：
语法：数据与控制信息的结构或格式 —— 规定传输数据的格式，解决交换信息的格式问题
语义：需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种响应 —— 规定要完成的功能，解决做什么的问题
同步：事件实现顺序的详细说明 —— 规定各种操作的顺序，解决什么时间什么条件下做什么特定操作的问题
协议两种形式：文字描述和程序代码，不论什么形式都必须对网络上信息交换过程做出精确地解释。
★ 五层协议的体系结构（略，反正后续章节都有）
实体（entity）：对等的层次之间，任意可发送或接收信息的硬件或软件进程
协议：控制两个对等实体（或多个）进行通信的规则的集合（水平、对上层透明）
服务访问点（SAP）：在同一系统中相邻两层的实体进行交互（交换信息）的地方，实际是逻辑接口，交换服务原语（命令）。
服务：在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能向上一层提供服务，要实现本层协议还需要使用下层所提供的服务（垂直）。