计算机网络学习first day

In the first day.
?首先，我们要先有清晰地学习思路，然后介绍计算机网络的发展及在信息时代的各类应用及带来的一些负面问题。然后是对因特网进行概述，包括网络，互联网和因特网的相关概念，因特网发展的三个历史阶段，因特网的标准化和管理机构，因特网的组成（边缘部分和核心部分）；介绍因特网核心部分采用的基于储存转发技术的分组交换方式，计算机网络的定义和分类以及八个主要性能指标后再详细讨论计算机网络的体系结构。
1,1信息时代的计算机网络

?伴随着信息技术的发展，计算机技术和通信技术的密切结合，计算机网络已经成了21世纪信息时代的核心，对我们的生活和工作产生了重大的影响，但是在享受着计算机网络带给我们的五彩缤纷的生活的同时，计算机网络还带来了一定的不和谐因素。

计算机的各类应用

• 网上办公
• 信息浏览和发布
• 通信和交流
• 休闲和娱乐
• 资源共享
• 电子商务
• 远程协作

计算机网络带来的负面影响

• 获取国家机密，传播病毒，攻击网站
• 售卖假冒伪造商品
• 传播谣言
• 诈骗，色情，赌博等网站

因特网概述
?对于普通的计算机网络用户而言，接触最多的计算机网络就是因特网，他是当今世界上最大的计算机网络。
网络，互联网和因特网之间的区别和联系
1，网络
?网络是由若干节点和链接这些节点的链路组成。

?网络中的节点可以使计算机，网络互联设备（集线器，交换机，路由器等），其他具有网络功能的设备（网络打印机，网络摄像头，物联网设备等）。网络中的链路既可以是有线链路，也可以是无线链路，取决于他们之间信息交流的媒介。
互联网
?我们可以以一朵云来表示一个网络，而网络内部的细节不用给出，就像上边第二个图所示。互联网就是由若干个网络和连接他们的路由器组成，如果我们忽略内部细节，可以将互联网看做一个覆盖范围更大的网络，因此也可以称作网络的网络。
因特网
?因特网是当今世界上最大的互联网，我们通常所说的网络一般也指的是因特网，因特网也可以用一朵云来表示，忽略其内部各种路由器和异构型网络的互联细节。

?连接在因特网上的各种通信设备成为主机，路由器是用于网络互联的专用设备，一般不将其称为主机。
小结：
网络，互联网和因特网之间的关系总结：
?若干个节点和链路互联形成网络，若干个网络通过路由器形成互联网，因特网是当今世界最大的互联网。
几点注意：
?上边已经说过了，许多人口中的互联网一般都指的是因特网。
?internet和Internet的区别：前一个的奕斯伟互联网，是一个通用的名词，至多个计算机网络互联而成的网络。
?而Internet的意思是因特网，是一个专有名词，就是指全球最大的，开放的，有众多网络和路由器互联而成的特定计算机网络。
互联网的发展历程
?互联网是冷战的产物之一，1962年美国国防部为了防止遭受核打击人具有一定的生存和反击能力，决定设计出一种基于分组交换技术的通信指挥技术。1969年创建出第一个分组交换网络ARPANET，该网络就是因特网的雏形。

因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进，从军事到教育科研再到商业化。
1，从单个分组交换网向互联网发展
?ARPANET最初是一个单独的网络，人们意识到单独的网络很难解决所有的通信问题，于是开始研究网络互联问题，1983年TCP/IP协议族成为ARPANET上的标准协议，任何使用该协议的计算机都可以通过网络互联而通信，因此，1983称为因特网的诞生时间。
2，逐步形成三级结构的因特网
?1985年开始，美国国家科学基金会围绕6个大型计算机中心建设国家科学基金网NSFNET，他由主干网，地区网和校园网构成。此时，全球许多公司接入因特网，美国决定将主干网交由私人公司经营，对接入单位进行收费。
3，逐步形成多层次ISP结构的因特网
?NSFNET逐渐被多个商用的因特网猪肝网替代，政府不再管理任何互联网的运营，转而被各种因特网服务提供者（ISP）来运营。
?我国的ISP主要有中国电信，中国移动和中国联通，他们想用户提供因特网接入服务，信息服务和增值服务。

?目前，因特网已经发展为基于ISP的多层次结构的互联网络。

?第一层ISP是国际级的，其覆盖面积最大并且拥有高速链路和交换设备。第一层ISP之间相互连接构成因特网主干网(Internet Backbone)
?第二层ISP是区域级或国家级的，与少数第一层ISP相连接，作为第一层ISP的用户。一些大公司也是第一层ISP的用户。
?第三层ISP是本地级的，与第二层ISP相连接，作为第二层ISP的用户。普通的校园网、企业网、住宅用户以及移动用户等，都是第三层ISP的用户。相同层次的ISP也可选择直接相连。
?要注意的是，接入因特网的用户也可以成为一个ISP，他只需要购买一些相关的设备，如（调制解调器，路由器等），让其他用户能够通过他接入因特网。因此，因特网的结构实际上是基于ISP的多层次结构，各ISP可以在因特网拓扑上添加新的层次和分支。
因特网的标准化工作和管理机构
?1，因特网的标准化，如果没有国际标准的存在就会导致很多技术体质并存且互相不兼容，会给用户带来极大地不方便，就像充电器接口，安卓和苹果的不同，那如果是每个手机品牌设置自己的充电器接口类型，那么在日常生活中外出手机没电还要找相同品牌的充电器，就会产生很多麻烦。
?因特网的标准化工作时面向公众的，任何一个建议标准在成为正式标准之前，都会以RFC技术文档的形式在因特网上发表。RFC的含义是（Request For Comments）请求批评。任何人都可以从因特网上免费下载RFC文档随时对某个RFC文档发表意见。
?指定因特网标准需要经过因特网草案，建议标准，草案标准，因特网标准这四个阶段。

现在已经取消了草案标准这一阶段，现在制定因特网标准的过程简化为：
?因特网草案->建议标准->因特网标准。
因特网的管理机构
因特网管理机构的组织架构如图

?由国际组织因特网协会全面管理。ISOC下设因特网体系结构委员会（IAB），负责制定因特网相关协议的研发。IAB下设因特网工程部（IETF）和因特网研究部（IRTF），工程部负责研究中短期的工程问题，相关协议的研发和标准化；IRTF负责研究理论方面的需要长期考虑的问题。
因特网的组成
?因特网是全球覆盖最广的互联网，其网络拓扑十分复杂，但我们可以从功能上将其划分为边缘部分和核心部分两大类。

?因特网的边缘部分：由连接在因特网上的台式电脑、笔记本电脑、平板虫脑 服务器、智能手机、智能手表、网络摄像头和网络打印机等用户设备构成这些用户设备常称为主机，由用户直接使用，为用户直接提供各式各样的网络应用
?因特网的核心部分：由大量异构型网络和连接这些网络的路由器构成。因特网的整心部分为其边缘部分提供连通性和数据交换等服务。
电路交换，分组交换和报文交换

?路由器在因特网的核心部分发挥着重要的作用，他对接收到的信息进行储存转发从而实现分组交换。
电路交换

?早期是专门为电话通信服务的电信网络中，需要很多互相连接起来的电话交换机来完成全网络的交换功能。电话交换机接通电话线的方式就是电路交换。
?从通信资源分配的角度来看，交换实际上是以某种方式动态的分配传输线路的资源。
实现电路交换进行通信的三个条件
?1，建立链接：当被叫方听到点化铃声之后并拿起电话时，从主叫方到被叫方就建立了一条专用的物理通路，简称为连接。
?2，通话：利用已经建立起的资源进行通话，在整个通话期间，双方始终建立着连接，通信资源不会被其他用户占用，就像你打电话时偶尔会听到你拨打的电话正在通话中，无法建立连接一样。
?3，释放连接：挂电话后，从主叫方到被叫方之间这条专用的物理通路就被交换机释放，将双方占用的通信资源还给电信网。
?思考一下，对与我们所使用的即使通信工具（QQ，微信等），尽管我们不是连续通过该工具发送消息，但为了即使收到别人的来信，通常会将其保持为在线状态，如果采用电路交换的方式就会白白浪费大量通信线路资源，也就是说，计算机之间的数据传送是突发式的，当使用电路交换来传送计算机数据时，传输效率一般都会很低，线路上真正用来传输的时间微乎其微。
分组交换
?解释：在研制ARPANET时，就采用了基于储存妆发技术的分组交换，发送方将发送的整块数据构造成若干个分组发送出去，分组传送途中各个交换节点（路由器）对分组进行存储转发，接收方收到这些分组后将他们组合还原成原来的文件。
?待发送的整块数据通常称为报文，报文一般都较长不适合直接运输，将较长的报文分割为若干个等长的部分，在每个数据段前边加上一些必要的控制信息（源地址和目标地址等）组成的首部。这样就构造出一个个分组。分组是在分组交换网上传送的数据单元。

下图ABCDE就为5个交换节点，主机H123456就可以通过分组交换的方式进行通信。

?可以发现的是，在出具传输时会占用其中某一个回路的链路，而分组交换网中其他链路并没有被占用。
?路由器对收到的分组进行储存穿法，A路由器根据分组首部的目的地址来查找自己的转发表，查找结果为B，就会转发分组到B路由器，分组在A和B之间进行传输时，仅仅占用这两个路由器之间的资源，而不会占用其他链路的资源。
?如上图所示，如果主机H1和H5之间要进行大量的通信，就可以将分组沿着另一条路径进行转发，两种链路分别是ACE和ABE。
总结：
?分组交换和电路交换有着很大的区别，分组交换与电路交换有着很大的不同。分组交换没有建立连接和释放连接带来的开销，分组在哪段链路上传送才占用这段链路的通信资源，因而数据的传输效率更高，这对于突发式的计算机数据的传送是非常适宜的。相比于采用电路交换传送突发式的计算机数据，分组交换的通信线路利用率大大提高。
?为了提高分组交换网的可靠性，常采用网状拓扑结构。当少数交换节点或链路出现故障时，又或是网络发生拥塞时，交换节点都可以相应地改变转发路由，而不会引起通信中断或全网瘫痪。另外，网络中的主干线路也常由一些高速链路组成。
分组交换的优点如下：

• 没有建立连接和释放连接的过程，分组传输过程中逐段占用通信链路，有较高的通信线路利用率。
• 交换节点可以为每一个分组独立转发路由，使网络有很好的生存性。
  分组交换也带来了很多问题
• 分组首部带来了额外的传输开销。
• 路由器春初转发分组会造成一定的时延。
• 无法确保通信室端到端的通信资源全部可用，在通信量较大时可能造成网络阻塞。
• 分组可能会造成失序（未按序到达）和丢失等问题。
  报文交换
  ?报文交换时分组交换的前身，报文交换相较于分组交换不同的是**报文交换不会分组而是整个进行发送。**交换节点也就是路由器要整体接手后才能查找转发表，将整个报文转发到下一个节点。所以说，报文交换闭分组交换带来的转发时延（后边说到）要多的多，需要交换节点具有的缓存空间也大得多。
  
  如上图所示
  再复习一下
  ?在使用电路交换时，必须首先建立连接，也就是从主叫方到被叫方建立二条专用的 1物理通路。然后主叫方和被叫万就可以基于已建立的连接进行数据传送了。在整个数据传送期间，通信双方始终占用着连接，通信资源不会被其他用户占用。数据传送结束后还需要释放连接，双方挂机后，从主叫方到被叫方的这条专用的物理通路被交换机释放，将双方所占用的通信资源归还给电信网。
  ?在使用报文交换时，无须首先建立连接，通信结束后也无须释放连接。数据传送单元为整个报文，传送路径中的交换节点只有在完整接收整个报文后，才能对其进行查表转发，将整个报文发送到下一个节点。
  ?在使用分组交换时，也无须建立连接和释放连接。数据传送单元是由整个报文划分并构造出的若干个分组，传送路径中的交换节点每完整接收一个分组后，就对其查表转发，将其发送到下一个节点。
  总结每种交换的优缺点
  ?若要连续得这关量的数据，并且数据传送时间远长于建立连接的时间，则使用电路交换可以有较高的传输效率。然而计算机的数据传送往往是突发式的，采用电路交换时通信线路的利用率会很低。报文交换和分组交换都不需要建立连接(即预先分配通信资源)，在传送计算机的突发数据时可以提高通信线路的利用率。将报文构造成若干个更小的分组进行分组交换，比将整个报文进行报文交换的时延要小，并且还可以避免太长的报文长时间占用链路，有利于差错控制，同时具有更好的灵活性。
  ?本文是哔站高军老师深入浅出计算机网络课程的学习总结，如果对你有用的话动动小手点一个赞吧，您的支持就是我创作的动力。