【计算机网络】概述
🎯 导读：本文档详细介绍了计算机网络的基本概念及其在中国的发展状况，涵盖了网络类型、互联网与因特网的区别、ISP的作用、网络通信中的三种主要交换方式及其优缺点，并深入解析了计算机网络的层次结构与数据传输流程，包括从应用层到物理层的数据封装与解封装过程。此外，文档还对比了交换机与路由器的功能差异，为读者提供了全面的网络基础知识。
图示说明
1.1、计算机网络在信息时代的作用
计算机网络已由一种通信基础设施发展成为一种重要的信息服务基础设施。就像水，电，煤气这些基础设施一样，成为我们生活中不可或缺的一部分
我国互联网发展状况
1.2、因特网概述
网络、互连网（互联网）和因特网※
网络：网络（Network）由若干**结点（Node）（电脑、手机、交换机这些都是结点）和连接这些结点的链路（Link）**组成。链路可以是有线链路，也可以是无线链路
互连网（互联网）：多个网络通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互连网（互联网）。因此，互联网又称为“网络的网络（Network of Networks）”。
因特网：因特网（Internet）是世界上最大的互连网络（用户数以亿计，互连的网络数以百万计）。
internet与Internet的区别
- internet（互连网）是一个通用名词，它泛指多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议可以是任意的。任意把几个计算机网络互连起来（不管采用什么协议），并能够相互通信，这样构成的是一个互连网(internet) ，而不是互联网(Internet)。
- Internet（互联网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络互连而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。
因特网发展的三个阶段（了解即可）
因特网服务提供者ISP(Internet Service Provider)
普通用户是如何接入到因特网的呢？
答：通过ISP接入因特网。ISP可以从因特网管理机构申请到成块的IP地址，同时拥有通信线路以及路由器等联网设备。任何机构和个人只需缴纳费用，就可从ISP的得到所需要的IP地址。
因为因特网上的主机都必须有IP地址才能进行通信，这样就可以通过该ISP接入到因特网
三大**ISP****：中国电信，中国联通和中国移动**
基于ISP的三层结构的因特网
- 第一层ISP之间可以直接互联
- 第二层ISP一般是一些大公司（如中国联通），与少数第一层ISP相连接
- 第三层ISP是第二层ISP的用户，只拥有本地范围的网络，第三层ISP的用户有一般的校园网、企业网、住宅用户、无线移动用户
两台主机的通讯可能通过多层的ISP
- 一旦某个用户能够接入到因特网，那么他也可以成为一个ISP，所需要做的就是购买一些如调制解调器或路由器这样的设备，让其他用户可以和他相连。
- 一个ISP可以很方便地在因特网拓扑上增添新的层次和分支
因特网的标准化工作（了解即可）
- 因特网的标准化工作对因特网的发展起到了非常重要的作用。
- 因特网在指定其标准上的一个很大的特点是面向公众。
- 因特网所有的RFC(Request For Comments)技术文档都可从因特网上免费下载；
- 任何人都可以随时用电子邮件发表对某个文档的意见或建议。
- 因特网协会ISOC是一个国际性组织，它负责对因特网进行全面管理，以及在世界范围内促进其发展和使用。
- 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；
- 因特网工程部IETF，负责研究中短期工程问题，主要针对协议的开发和标准化；
- 因特网研究部IRTF，从事理论方面的研究和开发一些需要长期考虑的问题。
制订因特网的正式标准要经过一下4个阶段：
1、因特网草案（在这个阶段还不是RFC文档）
2、建议标准（从这个阶段开始就成为RFC文档）
3、草案标准
4、因特网标准
只有小部分RFC文档会变成因特网标准
因特网的组成（理解）
边缘部分和核心部分
- 边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成（台式电脑，大型服务器，笔记本电脑，平板，智能手机、手表等）。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）。
路由器
路由器是一种专用计算机，但我们不称它为主机，路由器是实现分组交换的关键构建，其任务是转发收到的分组，是网络核心最重要的部分。
端系统
处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统 (end system)。端系统在功能上可能有很大的差别：
- 小的端系统：个人电脑、智能手机、网络摄像头
- 大的端系统：非常昂贵的大型计算机
- 端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企业、政府机关等），当然也可以是某个ISP。
端系统之间通信的含义
“主机 A 和主机 B 进行通信”实际上是指：“运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机 B 上的另一个程序进行通信”。即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。简称为“计算机之间通信”。
端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：
客户-服务器方式
- 客户 (client) 和服务器 (server) 都是指通信中所涉及的两个应用进程。
- 客户 - 服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
- 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。
服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。
对等连接方式：
- 对等连接 (peer-to-peer，简写为 P2P ) 是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) ，它们就可以进行平等的、对等连接通信。
- 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。
1.3 三种交换方式
网络核心部分是互联网中最复杂的部分。网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。
在网络核心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，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。
电路交换（Circuit Switching）
传统两两相连的方式，当电话数量很多时，电话线很多，很不方便。
所以要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信，就应该使用一个中间设备将这些电话连接起来，这个中间设备就是电话交换机
电话交换机接通电话线（物理通路）的方式称为电路交换；从通信资源的分配角度来看，交换（Switching）就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源；
电路交换的三个步骤：
1、建立连接（分配通信资源）
2、通话（一直占用通信资源，不会被其他用户占用）
3、释放连接（归还通信资源）
当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。这是因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的（用户有时候可能在编辑文档，编辑完才发送，编辑期间会占用资源，导致资源白白浪费）。所以计算机通常采用的是分组交换，而不是电路交换
分组交换（Packet Switching）※
在因特网中，最重要的分组交换机是路由器，负责将各种网络互联起来，并对接收到的分组进行转发（即分组交换）
假设H6用户要给H2用户发送数据，把表示该消息的整块数据称为一个报文。
在发送报文之前，先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面。加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成一个分组，也可简称为“包”，相应地，首部也可称为“包头”。首部包含了分组的目的地址，这样交换机才知道把分组转发到哪里（分组交换机收到一个分组后，现将分组暂时存储下来，然后检查首部，按照首部中的目的地址查表转发，找到合适的转发接口，通过该接口将分组转发给下一个分组交换机）**。**H2收到分组之后，将首部去掉，将该数据段组合，还原出原始报文
- 分组从源主机到目的主机，可走不同的路径
- 分组到达目的站的顺序不一定与分组在源站的发送顺序相同
- 传输的过程中可能出现分组丢失、误码、重复
不同部分的工作
发送方
- 构造分组
- 发送分组
路由器（存储转发）
- 缓存分组
- 转发分组
接收方
- 接收分组
- 还原报文
在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。路由器处理分组的过程是：
- 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
- 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；
- 把分组送到适当的端口转发出去。
报文交换（Message Switching）
报文交换中的交换结点也采用存储转发方式，但报文交换对报文的大小没有限制，这就要求交换结点需要较大的缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被较先进的分组交换方式所取代。
三种交换方式的对比
假设A，B，C，D是分组传输路径所要经过的4个结点交换机，纵坐标为时间
【电路交换】
- 通信之前首先要建立连接；连接建立好之后，就可以使用已建立好的连接进行数据传送；数据传送后，需释放连接，以归还之前建立连接所占用的通信线路资源。
- 一旦建立连接，中间的各结点交换机就是直通形式的，比特流可以直达终点；
【报文交换】
- 可以随时发送报文，不需要事先建立连接；整个报文先传送到相邻结点交换机，全部存储下来后进行查表转发，转发到下一个结点交换机。
- 整个报文需要在各结点交换机上进行存储转发，由于不限制报文大小，因此需要各结点交换机都具有较大的缓存空间。
【分组交换】
- 可以随时发送分组，不需要事先建立连接。构成原始报文的一个个分组，依次在各结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时，还缓存接收到的分组。
- 构成原始报文的一个个分组，在各结点交换机上进行存储转发，相比报文交换，减少了转发时延，还可以避免过长的报文长时间占用链路，同时也有利于进行差错控制。
优缺点分析
电路交换
【优点】
- 通信时延小：因为通信线路为通信双方用户专用，数据直达，因此通信时延非常小。当连续传输大量数据时，这一优点非常明显
- 有序传输：因为通信双方之间只有一条专用的通信线路，数据只在这条线路上传输，因此不存在失序问题
- 没有冲突：不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道的问题
- 适用范围广：电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号
- 实时性强：时延小，所以实时性强
【缺点】
- 灵活性差：只要连接所建立的物理通路中的任何一点出现了故障，就必须重新拨号建立新的连接，这对十分紧急和重要的通信是很不利的
- 难以规格化：电路交换时。数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制
报文交换
【优点】
- 无需建立连接：不存在建立连接的时延，用户可以随时发送报文
- 动态分配线路：当发送方把报文传送给结点交换机时，结点交换机先存储整个报文，然局选择—条合适的空闲线路，将报文发送出去
- 提高线路可靠性：如果某条传输路径发生故障，会重新选择另—条路径传输数据，提高了可靠性
- 提高线路利用率：通信双方不是固定占用—条通信线路，通信双方不是固定占用一条通信线路，而是在不同的时间分段部分占用物理线路，因而大大提高了通信线路的利用率
- 提供多目标服务：一个报文可以同时发送给多个目的地址，在电路交换中很难实现的
【缺点】
- 转发时延：报文在结点交换机上要经历存储转发的过程
- 需要较大存储缓存空间：报文的大小没有限制
- 需要传输额外的信息量：报文需要携带目标地址、源地址等信息
分组交换
【优点】（相对于报文交换。报文交换的优点，分组交换也有）
- 简化了存储管理：因分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，管理容易
- 加速传输：分组是逐个传输的，使得后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作可以同时进行
- 减少出错概率和重发数据量：因为分组比报文小，出错概率也减小。即使分组出错，只需要重传出错的分组
【缺点】
- 需要传输额外的信息量：将原始报文分割成成等长的数据块，每个数据块都要加上源地址，目的地址等控制信息
- 分组交换采用数据报服务时，可能会出现失序、丢失，或重复分组，分组到达目的结点时，需要重新还原成原始报文，比较麻烦；若分组交换采用虚电路服务，虽然没有分组失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程
1.4 计算机网络的定义和分类
定义
- 计算机网络的精确定义并未统一
- 计算机网络的最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。
- 互连：是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信；
- 自治：是指独立的计算机，他有自己的硬件和软件，可以单独运行使用；
- 集合：至少需要两台计算机；
下图描述的不是计算机网络，因为图中所示的各终端机只是具有显示和输入设备的终端机，并不是自治的计算机，即这只是运行分时系统的大型机系统
计算机网络的较好的定义：计算机网络主要是由一些通用的，可编程的硬件（一定包含有中央处理机CPU）互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。
- 计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机等智能硬件。
- 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用（包括今后可能出现的各种应用）。
注意：若中央处理机之间的距离非常近，例如，仅1米的数量级甚至更小，一般就称之为多处理机系统，而不称为计算机网网络。
分类※
按交换技术分类
- 电路交换网络
- 报文交换网络
- 分组交换网络
按使用者分类
- 公用网：指电信公司出资建造的大型网络，“公用”的意思就是所有愿意按电信公司的规定交纳费用的人都可以使用这种网络
- 专用网：指某个部门为本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络，这种网络不向本单位以外的人提供服务，例如军队、铁路、电力等系统均有本系统的专用网。
按传输介质分类
- 有线网络：有线网络包括双绞线网络、光纤网络等
- 无线网络：无线局域网所使用的WiIFi技术应用比较普遍
按覆盖范围分类
- 广域网WAN（Wide Area Network）：作用范围通常为几十到几千公里，因而有时也称为远程网（long haul network）。广域网是互联网的核心部分，其任务是通过长距离（例如，跨越不同的国家）运送主机所发送的数据。
- 城域网MAN：作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，距离五到五十公里。城域网通常作为城市骨干网，互连大量企业。机构和校园局域网。近几年，城域网已开始成现代城市的信息服务基础没施，为大量用户提供接入和各种信息服务，并有趋势将传统的电信服务、有线电视服务和互联网服务融为一体
- 局域网LAN：一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连（速率通常在 10 Mbit/s 以上），但地理上范围较小（1 km 左右），如一个实验室，一幢楼或一个校园内，局域网通常由某个单位单独拥有、使用和维护。一个学校或企业大都拥有许多个互连的局域网，这样的网络常称为校园网或企业网。
- 个域网PAN：不是用来连接普通计算机的，就是在个人工作的地方把个人使用的电子设备（例如便携式计算机、打印机、鼠标，键盘、耳机等）用无线技术连接起来的网络，其覆盖范围大约为10米。
按拓扑结构分类
-
总线型网络：总线型网络使用单根传输线把计算机连接起来，它的优点是建网容易、增减结点方便，节省线路；缺点是重负载时，通信效率不高，总线任意一处出现故障，则全网瘫痪
-
星型网络：是将每个计算机都以单独的线路与中央设备相连，中央设备早期是计算机，后来是集线器，现在一般是交换机或路由器。这种网络拓扑便于网络的集中控制和管理，因为端用户之间的通信必须经过中央设备。缺点是成本高，中央设备对故障敏感，
-
环形网络：环型网络是将所有计算机的网络接口连接成个环，最典型的例子是令牌环局域网。环可以是单环，也可以是双环，环中信号是单向传输的。
-
网状型网络：每个结点至少有两条路径与其他结点相连，多用在广域网中，其优点是可靠性高，缺点是控制复杂，线路成本高
以上四种拓扑可以通过互联，连接为更复杂的网络
1.5 计算机网络的性能指标
速率
注意：速率的单位中，kb/s=10^3b/s
估算和精确计算的结果差别不大
注意：b/s指的是bit/s
带宽
吞吐量
带宽1 Gb/s的以太网，代表其额定速率是1 Gb/s，这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。因此，对于带宽1 Gb/s的以太网，可能实际吞吐量只有 700 Mb/s，甚至更低。
注意：吞吐量还可以用每秒传送的字节数或帧数表示
时延※
时延 指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。
网络时延由几部分组成：
- 发送时延（源主机将分组发往传输线路产生的时间）：主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
- 传播时延（代表分组的电信号在链路上传输花费的时间）：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
- 处理时延（路由器存储转发分组的时间）：主机或路由器在收到分组时要花费一定时间进行处理
- 排队时延（有时会把排队时延看成处理时延 一部分）
分组在经过网络传输时，要经过许多路由器，分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 （处理时延 + 排队时延）
理论最大发送速率应该从网卡速率、信道带宽、接口速率中取小者。
- 计算传播时延，需要先确定采用的是什么传输媒体，才能确定电磁波在传输媒体中的传播速率。
- 处理时延不方便计算，因为网络中的数据流量是动态变化的，因此路由器的繁忙程度也是动态变化的，另外，各种路由器的软硬件性能也可能不同。
注意：当处理时延忽略不计时，发送时延 和 传播时延 谁占主导，要具体情况具体分析
时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
时延带宽积可以理解为管道的体积
往返时间
- 卫星链路耗时较多：因为距离较远，带来的传播时延大。地球同步卫星距离地球36000公里，可以计算出通过同步卫星转发分组带来的传播时延大约为0.24s
利用率※
利用率有信道利用率和网络利用率两种。
丢包率
网络丢包率较高时，无法使网络应用正常工作
1.6 计算机网络体系结构※
1、常见的计算机网络体系结构
OSI体系结构
OSI体系结构是专家制定的，TCP/IP体系结构是企业喜欢用的，TCP/IP体系结构成为了主流。
- OSI的专家们缺乏实际经验，他们在完成商业标准的没有商业驱动力
- OSI的协议实现起来复杂，且运行效率很低
- OSI的制定周期大长，使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场
- OSI的层次划分也不太合理，部门功能在多个层次中重复出现
TCP/IP体系结构
如今用的最多的是TCP/IP体系结构，现今规模最大的、覆盖全球的、基于TCP/IP的互联网并未使用OSI标准。
- TCP/IP体系结构相当于将OSI体系结构的物理层和数据链路层合并为了网络接口层，并去掉了会话层和表示层。
- TCP/IP在网络层使用的协议是IP协议，IP协议的意思是网际协议，因此TCP/IP体系结构的网络层称为网际层
- 用户要接入因特网，用户的主机必须使用TCP/IP协议。即使用户不使用因特网，也可以使用TCP/IP协议
- 在用户主机的操作系统中，通常都带有符合TCP/IP体系结构标准的TCP/IP协议族。
- 而用于网络互连的路由器中，也带有符合TCP/IP体系结构标准的TCP/IP协议族。
- 只不过路由器一般只包含网络接口层和网际层。
网络接口层：并没有规定具体内容，这样做的目的是可以互连全世界各种不同的网络接口，例如：有线的以太网接口，无线局域网的WIFI接口等。
网际层：IP协议是TCP/IP体系结构网际层的核心协议。
运输层：TCP和UDP是TCP/IP体系结构运输层的两个重要协议。
应用层：这层包含了大量的应用层协议，如 HTTP、SMTP、DNS、RTP 等。
- **IP协议（网际层）可以将不同的网络接口（网络接口层）进行互连，并向其上的TCP协议和UDP协议（运输层）**提供网络互连服务
- 而TCP协议在享受IP协议提供的网络互连服务的基础上，可向应用层的相应协议提供可靠的传输服务。
- UDP协议在享受IP协议提供的网络互连服务的基础上，可向应用层的相应协议提供不可靠的传输服务。
- TCP/IP体系结构中最重要的是IP协议和TCP协议，因此用TCP和IP来表示整个协议大家族。
原理体系结构
教学时把TCP/IP体系结构的网络接口层分成了物理层和数据链路层
2、计算机网络体系结构分层的必要性
物理层问题
- 严格来说，传输媒体并不属于物理层，不包含在体系结构之中
- 计算机传输的信号，并不是图示的方波信号，这样举例只是让初学者容易理解
数据链路层问题
- A如果要给C发送消息，其他机器也可以接收到，C怎么知道是发给自己的呢？在发送数据时，携带目的地址，其他接收到信号之后，匹配自身地址和目的地址，如果一致，则接受数据
- 多台主机同时向总线发送数据，造成信号碰撞，如何协调
- 总线型网络已经淘汰，现在常用的是使用以太网交换机将多台主机互连形成的交换式以太网。
解决了物理层和数据链路层的问题，就可以实现分组在一个网络上传输。因特网是由非常多的网络和路由器互连起来的，仅解决物理层和数据链路层的问题，还是不能正常工作
网络层问题
这是一个由3个路由器、4个网络互连起来的小型互联网，可以把这看作是因特网中很小的一部分。仅有一个网络时，我们不需要对网络进行标识。本例中，有多个网络，面临着如何标识各网络以及网络中各主机的问题。
IP地址:192.168.1.1
- 前三个十进制数用来标识网络192.168.1
- 第四个十进制数：标识自己，各不相同
源主机与目的主机之间的传输路径往往不止一条，分组从源主机到目地主机可走不同的路径，这样就引出了路由器如何转发分组的问题，以及如何进行路由选择的问题。
解决了物理层、数据链路层、网络层的问题，可以实现分组在网络间传输的问题
运输层问题
- 如何标识与网络通信相关的应用进程：一个分组到来，我们应该交给哪个进程处理呢？浏览器进程还是QQ进程
- 传输错误（误码、路由器繁忙丢弃分组）
到这里可以实现进程之间基于网络的通信。在此基础上，只需制定各种应用层协议。并按协议标淮编写相应的应用程序，通过应用进程间的交互来完成特定的网络应用，例如
- 支持万维网应用的HTTP协议
- 支持电子邮件的SMTP协议
- 支持文件传送的FTP协议
应用层问题
应用层该用什么方法（应用层协议）去解析数据
交换机和路由器区别
- 交换机：在一个网路中，连接不同的主机
- 路由器：在互联网中，连通不同的网络
总结
【OSI参考模型】
【原理体系结构】
3、计算机网络体系结构分层思想举例
例子：主机的浏览器如何与Web服务器进行通信。主机属于N1，Web服务器属于N2
解析：
主机和Web服务器之间基于网络的通信，实际上是主机中的浏览器应用进程与Web服务器中的Web服务器应用进程之间基于网络的通信
体系结构的各层在整个过程中起到怎样的作用？
1、发送方发送
第一步：
- 应用层按照HTTP协议的规定构建一个HTTP请求报文
- 应用层将HTTP请求报文交付给运输层处理
第二步：
- 运输层给HTTP请求报文添加一个TCP首部，使之成为TCP报文段
- TCP报文段的首部格式作用是区分应用进程以及实现可靠传输
- 运输层将TCP报文段交付给网络层处理
第三步：
- 网络层给TCP报文段添加一个IP首部，使之成为IP数据报
- IP数据报的首部格式作用是使IP数据报可以在互联网传输，也就是被路由器转发
- 网络层将IP数据报交付给数据链路层处理
第四步：
- 数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧（图示右边为首部，左边为尾部）
- 该首部的作用主要是为了让帧能够在一段链路上或一个网络上传输，能够被相应的目的主机接收
- 该尾部的作用是让目的主机检查所接收到的帧是否有误码
- 数据链路层将帧交付给物理层
第五步：
- 物理层先将帧看做是比特流，这里的网络N1假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码
- 前导码的作用是为了让目的主机做好接收帧的准备
- 物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体
第六步：
- 信号通过传输媒体到达路由器
2、路由器转发
【从下层到上层】
- 物理层将信号变为比特流，然后去掉前导码后，将其交付给数据链路层
- 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后，将其交付给网络层，这实际交付的是IP数据报
- 网络层解析IP数据报的首部，从中提取目的网络地址
【从上层到下层】
- 提取目的网络地址后查找自身路由表。确定转发端口， 以便进行转发
- 网络层将IP数据报交付给数据链路层
- 数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧
- 数据链路层将帧交付给物理层
- 物理层先将帧看成比特流，这里的网络N2假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码
- 物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体，信号通过传输媒体到达Web服务器
3、接收方接收
和发送方（主机）发送过程的封装正好是反着来
在Web 服务器上
- 物理层将信号变换为比特流，然后去掉前导码后成为帧，交付给数据链路层
- 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后成为IP数据报，将其交付给网络层
- 网络层将IP数据报的首部去掉后成为TCP报文段，将其交付给运输层
- 运输层将TCP报文段的首部去掉后成为HTTP请求报文，将其交付给应用层
- 应用层对HTTP请求报文进行解析，然后给主机发回响应报文
发回响应报文的步骤和之前过程类似
4、计算机网络体系结构中的专用术语
以下介绍的专用术语来源于OSI的七层协议体系结构，但也适用于TCP/IP的四层体系结构和五层协议体系结构
实体
协议
协议：控制两个对等实体进行逻辑通信（通信并不存在，只是一种假设出来的通信，目的在于方便我们单独研究体系结构某一层时不用考虑其它层）的规则的集合
协议三要素：
- 语法：定义所交换信息的格式。数字表示字段的长度，语法定义下表小格子的长度和先后顺序，语法定义了交换信息由哪些字段以及何种顺序构成
- 语义：定义收发双方所要完成的操作
- 构建请求报文：主机要访问远程外部服务器，会构建一个http的get请求报文，然后将其发送给web服务器。
- 服务器解析并查找内容：外部服务器收到该报文并进行解析，知道是一个http的get请求报文，于是就在自身内部查找所请求的内容。
- 服务器封装并回发响应报文：服务器将所找到的内容封装在一个http响应报文中发回给主机。
- 主机解析并显示内容：主机收到http响应报文后，对其进行解析，取出所请求的内容，并由浏览器解析显示。
- 同步：定义收发双发的时序关系，不是指时钟频率同步。以tcp采用三报文握手建立连接过程为例说明同步步骤如下：
- 首先必须建立连接，通过三次握手确定客户端和服务器的时序关系以及各自的状态转换。
- 双方建立连接后才能进行tcp数据传输。
服务
总结
习题
计算机网络体系结构
- ICMP（Internet Control Message Protocol）
- 是TCP/IP体系结构网际层中的一个比较重要的协议。
- 使用ICMP协议封装的协议数据单元，还需要使用IP协议封装成IP数据报之后才能发送，即IP协议直接为ICMP协议提供服务。
- PPP（Point-to-Point Protocol）
- 属于TCP/IP体系结构网络接口层。
- 它可以直接为IP协议提供服务，而不是直接为ICMP协议提供服务。
时延
发送时延
- 计算公式：发送时延的计算公式为分组长度除以发送速率。发送速率应该从网卡速率、信道带宽以及对端的接口速率中取小者。
- 案例理解
- 例如主机要发送数据，链路带宽为一兆比特每秒，主机发送一个比特的信号，由于该链路的带宽为一兆比特每秒，所以发送速率为一兆比特每秒，发送完一比特的时间为一比特除以链路带宽（一兆比特每秒），结果为一个微秒。此时表示该比特的信号的前端已经传播出去多远了？1微秒乘以2x10^8m/s=200m
- 当链路带宽提高八倍到八兆比特每秒时，经过 1 微秒时间，主机可将 8 比特信号连续发送出去，这 8 比特也要耗费 1 微秒的发送时间，此时共耗费两个微秒，且主机已累计发送完 16 比特信号，是一兆比特每秒带宽时的八倍。说明链路带宽提高，单位时间内发送的比特数量增加，发送时延会相应变化。
一段时间后，信号的前端到达另一台主机，主机对信号进行接受。直到信号末端到达主机，主机才对这1比特信息接收完毕（耗时一个传播时延）。
将传播距离缩短
发送n比特信息
比特是一个跟着一个同时向前传播的，只计算最后一个比特的传播时延即可
则总时延为所有分组的发送时延加上信号在这一段链路上的传播时延
【分组在分组交换网的传输情况】
横坐标是时间，纵坐标表示两台主机间有两台路由器。由三段链路构成。
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