電腦網路基礎-1-概述
概述
一、電腦網路概述
電腦網路基礎的學習目的：掌握電腦網路通訊的基礎知識，包括數據通訊技術、網路體系結構、網路協議和服務、Internet協議集以及應用。
電腦網路基礎的學習框架：
電腦網路概述：21世紀的一些重要特徵是數字化、網路化和資訊化，它是一個以網路為核心的資訊時代。
三網融合：電信網路：提供電話、電報及傳真等服務；
有線電視網路：向用戶傳送各種電視節目；
電腦網路：使用戶能在電腦之間傳送數據文件(發展最快並起到核心作用)
網路的兩個重要基本特點：連通性：使上網用戶之間都可以交換資訊，好像這些用戶的電腦都可以彼此直接連通一樣
共享：指資源共享。資源共享的含義是多方面的，可以是資訊共享、軟體共享，也可以是硬體共享。
網路把許多電腦連接在一起，與網路相連的電腦常稱為主機。互連網則把許多網路通過路由器連接在一起。
互連網(internet)，以小寫字母『 i 』開頭，是一個通用名詞，它泛指由多個電腦網路互連而成的網路。
互聯網(Internet,網際網路)，以大寫字母『 I 』開頭，是一個專有名詞，指當前全球最大的、開放的、由眾多網路相互連接而成的特定電腦網路
電腦網路發展階段：第一階段：從單個網路ARPANENT向互聯網發展的過程。
第二階段：建成了三級結構的互聯網
第三階段：逐漸形成多層次ISP結構的互聯網
二、互聯網組成及分組交換
概述：
互聯網組成：邊緣部分和核心部分。
邊緣部分中：端到端的兩種通訊方式。邊緣部分由所有連接在網際網路上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來通訊和資源共享。
核心部分中：路由器的分組交換。核心部分由大量網路和連接這些網路的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的。
邊緣部分：
端系統：處於互聯網邊緣的部分就是連接在互聯網上的所有的主機。這些主機又稱端系統。
端系統的兩種通訊方式：客戶伺服器方式(C/S方式)，即Client/Server方式
客戶和伺服器都是只通訊中所涉及的兩個應用進程，描述的是進程之間服務與被服務的關係。客戶
服務是請求方，伺服器是服務提供方。服務請求方和提供方都要使用網路核心部分所提供的服務。
對等方式(P2P方式)，即Peer-to-Peer方式
對等連接是指兩個主機在通訊時並不區分哪一個是服務的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體，它們就可以進行平等的、對等的連接通訊。對等連接方式從本質上看仍然是
使用客服伺服器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又是伺服器。
核心部分：
網路核心部分是互聯網中最複雜的的部分。網路中的核心部分要向網路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
都能向其他主機通訊。
主機與路由器的區別：主機：為用戶進行資訊處理，並向網路發送分組，或者從網路接收分組。
路由器：是實現分組交換的關鍵構件，其任務是對分組進行存儲轉發，最後把分組交付給目的主機。
數據的三種交換方式：從通訊資源的分配角度來看，「交換」就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。
電路交換： 電路交換以電路連接為目的的交換方式，是早期電話通訊最常用的一種方式，在通訊過程中，兩個用戶始終佔用端到端的通訊資源，
線路傳輸效率低。
電路交換必定是面向連接的，電路交換的三個階段：建立連接，通訊，釋放連接。
電路連接不適用於電腦通訊，因為電腦數據具有突發性。
分組交換：分組交換是以分組為單位進行傳輸和交換的，它是一種存儲-轉發交換方式。每一個分組的首部都含有地址等控制資訊。
儲存-轉發：路由器收到一個分組，先暫時存儲下來，再檢查其首部，檢查轉發表，按照首部中的目的地址，找到合適的介面轉發
出去。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資訊，把分組轉發到下一個結點交換機。用這樣的儲存
轉發方式，最後分組就能到達最終目的地。
分組交換是電腦通訊所採用的方式，具有以下優點：
高效：在分組傳輸過程中動態分配傳輸頻寬，對通訊鏈路逐段佔用的
靈活：為每一個分組獨立地選擇最合適的轉發路由
迅速：以分組作為傳送單位，可以先不建立連接就能向其他主機發送分組
可靠：保證可靠性的網路協議
分組交換也會有缺點：分組在各個結點存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延；分組必學攜帶首部，也造成了一定開銷。
報文交換：電報通訊也採用了基於存儲-轉發(人工進行)原理的報文交換，報文交換時延很長，從幾分鐘到幾小時不等
三種交換方式的比較：
三、電腦網路性能指標
1.速率
速率是電腦網路中最重要的的一個性能指標，指的是數據的傳送速率，也稱數據率或比特率。單位bit/s、Kbit/s、Mbit/s等
2.頻寬
「頻寬」本來是指訊號具有的頻率寬度，其單位是赫。在電腦網路中，頻寬用來表示網路中某通道傳送數據的能力。表示
在單位時間內網路中的某信道所能通過的”最高數據率”，單位是bit/s。
3.吞吐量
吞吐量表示在單位時間內通過某個網路或信道的數據量。更經常用於對現實世界中的網路的一種測量，以便知道實際上到
底有多少數據量能夠通過網路。吞吐量受網路頻寬或網路的額定速率的限制。
4.時延
時延，也稱延遲或遲延，是指數據從網路的一端傳送到另一端所需的時間。網路中的時延有四個部分組成：
發送時延：也稱傳輸時延，發送數據時，數據幀從結點進入到傳輸媒體所需要的時間，從發送數據幀的第一個比特開始算，
到該數據幀的最後一個比特發送完畢所需要的時間。
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
處理時延：主機或路由器在收到分組時，為處理分組(解析首部、提取數據、差錯檢驗或查找路由等)所花費的時間。
排隊時延：分組在路由器輸入輸出隊列中排隊等待處理所經過的的時延。排隊時延往往取決於網路中當時的通訊量
總時延 = 發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延
5.時延頻寬積
時延頻寬積 = 傳播時延 x 頻寬
鏈路的時延頻寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。
6.往返時間RRT
互聯網上的資訊不僅僅是單方向傳輸，而是雙向交互的，因此，有時很需要知道雙向交互一次所需要的時間。往返時間表
示從發送方發送數據開始，到發送方收到來自接收方的確認總共經歷的時間。往返時間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。
ping命令可以測試往返時間。
7.利用率
利用率分為信道利用率和網路利用率。
信道利用率：指出某信道有百分之幾的時間是被利用的。完全空閑的信道的利用率是0。
網路利用率：則是全網路的信道利用率的加權平均值
信道利用率並非越高越好。當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延就迅速增加。
四、電腦網路體系結構
電腦網路系統在設計之初，通過分層的方式讓電腦網路系統結構清晰、簡化設計與實現、便於更新與維護和較強的獨立性和適應性。
協議數據單元(PDU)：網路體系結構中，對等層之間交換的資訊報文統稱為協議數據單元。PDU由協議控制單元(協議頭或者首部)和數據組成
封裝與拆封：下層把上層的PDU作為本層的數據，然後加入本層的協議首部(和尾部)加以封裝，形成本層的PDU。(拆封同理)
網路協議：電腦網路中的數據交換必須遵守事先約定好的的規則，為進行網路中的數據交換而建立的規則、標準或約定即網路協議
兩種標準：電腦網路的體系結構是電腦網路各層及其協議的集合，有兩種國際標準：OSI/RM模型、TCP/IP模型
五、電腦網路的類別
電腦網路的定義：電腦網路主要是由一些通用的、可編程的硬體互連而成的，而這些硬體並非專門用來實現某一特定目的。
這些可編程的硬體能夠用來傳送多種不同類型的數據，並能支援廣泛的和日益增長的應用。它以資源共享為目的
而連接起來的主機的集合。
電腦網路的類別：按照網路的作用範圍分類：1.廣域網 WAN (Wide Area Network)：作用範圍通常為幾十到幾千公里。
2.城域網 MAN (Metropolitan Area Network)：作用距離約為 5 ~ 50 公里。
