電腦網路基礎知識

互連網的概述

1、三網融合：電信網路、有線電視網路、電腦網路。
2、互連網的兩個基本特點：連通性和共用。 連通性(connectivity)：就是互連網使上網使用者之間，不管相距多遠，都可以非常便捷、非常經濟地交換各種資訊(資料，以及各種音頻視頻)，好像這些使用者終端都彼此直接連通一樣。 共用即資源共用：資源共用的含義是多方面的。可以是資訊共用、軟體共用，也可以是硬體共用。例如，從伺服器上下載資源。

3、電腦網路由若干結點(node)和串連這些結點的鏈路(link)組成。網路中的結點可以是電腦、集線器、交換器或路由器等。
4、網路之間還可以通過路由器互連起來，這就構成了一個覆蓋範圍更大的電腦網路。 這樣的網路稱為互連網(internetwork或Internet)。因此互連網是“網路的網路”(network of networks) 。

5、網路把許多電腦串連在一起，而互連網則把許多網路通過路由器串連在一起。與網路相連的電腦常稱為主機。

還有一點也必須注意，就是網路互連並不是把電腦僅僅簡單地在物理上串連起來，因為這樣做並不能達到電腦之間能夠相互交換資訊的目的。我們還必須在電腦上安裝許多使電腦能夠交換資訊的軟體才行。因此當我們談到網路互連時，就隱含地表示在這些電腦上己經安裝了適當的軟體，因而在電腦之間可以通過網路交換資訊。

6、兩個不同意義的internet和Internet internet 互連網，是一個通用名詞。泛指由多個電腦網路互連而成的電腦網路。通訊協定可以是任意的 Internet 互連網或者網際網路，是一個專用名詞。全球最大的、開放的、由眾多網路互相串連而成的特定互連網。採取TCP/IP協議簇作為通訊規則。 互連網的組成

(1)、邊緣部分：由所有串連在互連網上的主機群組成。這部分是使用者直接使用的，用來進行通訊(傳送資料、音頻或視頻)和資源共用。
(2)、核心部分：由大量網路和串連這些網路的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的(提供連通性和交換)。
互連網的邊緣部分

在網路邊緣的端系統之間的通訊方式通常可劃分為兩大類：客戶一伺服器方式(C/S方式)和對等方式(P2P方式)。 1、客戶一伺服器方式(C/S方式)

客戶是服務要求方，伺服器是服務提供者。

2、對等方式(P2P方式)

指兩台主機在通訊時並不區分哪一個是服務要求方哪一個是服務提供者。

只要兩台主機都運行了對等串連軟體(P2P軟體)，它們就可以進行平等的、對等串連通訊。

互連網的核心部分

網路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台主機都能夠向其他主機通訊。
在網路核心部分起特殊作用的是路由器(router)，路由器是實現封包交換(packet switching)的關鍵構件，其任務是轉寄收到的分組。 1、電路交換

(1)、流程為建立串連(佔用通訊資源) > 通話(一直佔用通道資源) > 釋放(釋放通道資源)。
(2)、電路交換的一個重要特點就是在通話的全部時間內，通話的兩個使用者始終佔用端到端的通訊資源。
(3)、電路交換的傳輸效率很低，因為往往通訊都是突發的，時間也很短，也可能造成一種佔用資源的浪費行為。 2、封包交換

(1)、封包交換則採用儲存轉寄技術。
(2)、我們把要發送的整塊資料稱為一個報文(message)。在發送報文之前，先把較長的報文劃分成為一個個更小的等長資料區段，在每一個資料區段前面，加上一些由必要的控制資訊組成的首部(header)後，就構成了一個分組(packet)。分組又稱為“包”，而分組的首部也可稱為“包頭”。分組是在互連網中傳送的資料單元。分組中的“首部”是非常重要的，正是由於分組的首部包含了諸如目的地址和源地址等重要控制資訊，每一個分組才能在互連網中獨立地選擇傳輸路徑，並被正確地交付到分組傳輸的終點。

(3)、核心層是由許多網路和路由器串連的，而主機主要在邊緣部分，核心層路由器和路由器之間是用高速鏈路相串連的，而邊緣路由器串連到核心層之間是用相對較低的速率串連的。
(4)、 主機是為使用者進行資訊處理。路由器是轉寄分組，即進行封包交換的。

路由器收到一個分組，先暫時儲存一下，檢查其首部，尋找轉寄表，按照首部中的目的地址，找到合適的介面轉寄出去，把分組交給下一個路由器。這樣一步一步地(有時會經過幾十個不同的路由器)以儲存轉寄的方式，把分組交付最終的目的主機。
各路由器之間必須經常交換彼此掌握的路由資訊，以便建立和動態維護路由器中的轉寄表，使得轉寄表能夠在整個網路拓撲發生變化時及時更新。

(5)、封包交換的優點

(6)、封包交換的缺點 分組在各路由器儲存轉寄時需要排隊，這就會造成一定的時延。因此，必須盡量設法減少這種時延。 由於封包交換不像電路交換那樣通過建立串連來保證通訊時所需的各種資源，因而無法確保通訊時端到端所需的頻寬。 各分組必須攜帶的控制資訊也造成了一定的開銷(overhead)。整個封包交換網還需要專門的管理和控制機制。 3、報文交換

不要求在兩個通訊結點之間建立專用通路。結點把要發送的資訊組織成一個資料包——報文，該報文中含有目標結點的地址，完整的報文在網路中一站一站地向前傳送。 三種交換方式在資料傳送階段的主要特點:

電路交換—整個報文的位元流連續地從源點直達終點，好像在一個管道傳送。

報文交換—整個報文先傳送到相鄰結點，全部儲存下來後尋找轉寄表，轉寄到下一個結點。

封包交換—單個分組(這隻是整個報文的一部分)傳送到相鄰結點，儲存下來後尋找轉寄表，轉寄到下一個結點。

從圖可看出，若要連續傳送大量的資料，且其傳送時間遠大於串連建立時間，則電路交換的傳輸速率較快。報文交換和封包交換不需要預先分配傳輸頻寬，在傳送突發資料時可提高整個網路的通道利用率。由於一個分組的長度往往遠小於整個報文的長度，因此封包交換比報文交換的時延小，同時也具有更好的靈活性。 電腦網路的分類 按照網路的作用範圍

1、廣域網路WAN（Wide Area Network）：作用範圍為幾十到幾千公裡的網路，廣域網路是互連網的核心部分，其任務是通過長距離(例如，跨越不同的國家)運送主機所發送的資料。串連廣域網路各結點交換器的鏈路一般都是高速鏈路，具有較大的通訊容量。
2、城域網MAN（Metropolitan Area Network）： 一般一個城市 5-50km。城域網可以為一個或幾個單位所擁有，但也可以是一種公用設施，用來將多個區域網路進行互連。
3、區域網路LAN（Local Area Network）：一個地區如學校 1km左右
4、個人地區PAN（Personal Area Network）：把屬於個人的電子裝置用無線技術串連起來的網路。其範圍很小，大約在10m左右。 按照網路的使用者

1、公用網(public network)：指電信公司(國有或私人)出資建造的大型網路。“公用”的意思就是所有願意按電信公司的規定交納費用的人都可以使用這種網路。
2、專用網(private network)：某個部門為滿足本單位的特殊業務工作的需要而建造的網路。這種網路不向本單位以外的人提供服務。例如，軍隊、鐵路、銀行、電力等系統均有本系統的專用網。 電腦網路的效能指標 速率

速率指的是資料的傳送速率，它也稱為資料率(data rate)或位元速率(bit rate)。
速率的單位是bit/s(位元每秒)(或b/s，有時也寫為bps，即bit per second)。

電腦發送出的訊號都是數字形式的。位元(bit)來源於binary digit，意思是一個“位元字”，因此一個位元就是位元字中的一個1或0。

當提到網路的速率時，往往指的是額定速率或標稱速率，而並非網路實際上啟動並執行速率。 頻寬

頻寬有兩種解釋
(1)、某個訊號具有的頻頻寬度 單位 Hz
(2)、電腦網路中的頻寬表示網路中某通道傳輸資料的能力，單位b/s。 因此網路頻寬表示在單位時間內網路中的某通道所能通過的“最高資料率”。 輸送量

單位時間內通過某個網路的實際資料量 單位b/s

輸送量受網路的頻寬或網路的額定速率的限制。例如，對於一個1Gbids的乙太網路，就是說其額定速率是1 Gbit/s，那麼這個數值也是該乙太網路的輸送量的絕對上限值。因此，對1 Gbit/s的乙太網路，其實際的輸送量可能也只有100 Mbit/s，或甚至更低，並沒有達到其額定速率。
請注意，有時輸送量還可用每秒傳送的位元組數或幀數來表示。 時延

(1)、時延(delay或latency)是指資料從網路的一端傳送到另一端所需的時間。
(2)、資料在網路中經曆的總時延就是以下四種時延之和:
總時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延

發送時延(transmission delay) 是主機或路由器發送資料幀所需要的時間，也就是從發送資料幀的第一個位元算起，到該幀的最後一個位元發送完畢所需的時間。

發送時延也叫做傳輸時延(我們盡量不採用傳輸時延這個名詞，因為它很容易和下面要講到的傳播時延弄混)。

發送時延的計算公式是:

傳播時延(propagation delay) 是電磁波在通道中傳播一定的距離需要花費的時間。
傳播時延的計算公式是:

以上兩種時延發生的地方不同。
發送時延發生在機器內部的發送器中(一般就是發生在網路介面卡中，與傳輸通道的長度(或訊號傳送的距離)沒有任何關係。
但傳播時延則發生在機器外部的傳輸通道媒體上，而與訊號的發送速率無關。訊號傳送的距離越遠，傳播時延就越大。

處理時延：主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理，例如分析分組的首部、從分組中提取資料部分、進行差錯檢驗或尋找適當的路由等，這就產生了處理時延。

排隊時延：分組在經過網路傳輸時，要經過許多路由器。但分組在進入路由器後要先在輸入隊列中排隊等待處理。在路由器確定了轉寄介面後，還要在輸出隊列中排隊等待轉寄。這就產生了排隊時延。排隊時延的長短往往取決於網路當時的通訊量。當網路的通訊量很大時會發生隊列溢出，使分組丟失，這相當於排隊時延為無窮大。
時延頻寬積

如下圖，這是一個代錶鏈路的圓柱形管道，管道的長度是鏈路的傳播時延(請注意，現在以時間作為單位來表示鏈路長度)，而管道的截面積是鏈路的頻寬。因此時延頻寬積就表示這個管道的體積，表示這樣的鏈路可容納多少個位元。

例如，設某段鏈路的傳播時延為20 ms，頻寬為10 Mbit/s。算出

這就表明，若發送端連續發送資料，則在發送的第一個位元即將達到終點時，發送端就己經發送了20萬個位元，而這20萬個位元都正在鏈路上向前移動。因此，鏈路的時延頻寬積又稱為以位元為單位的鏈路長度。 往返時間RTT

利用率

電腦網路體繫結構

注:五層協議的體繫結構只是為介紹網路原理而設計的，實際應用還是TCP/IP四層體繫結構。 五層協議

1、應用程式層(application layer)
(1)、應用程式層的任務是通過應用進程間的互動來完成特定網路應用。
(2)、應用程式層協議定義的是應用處理序間通訊和互動的規則。

這裡的進程就是指主機中正在啟動並執行程式。對於不同的網路應用需要有不同的應用程式層協議。如網域名稱系統DNS，支援全球資訊網應用的HTTP協議，支援電子郵件的SMTP協議，等

(3)、應用程式層互動的資料單元稱為報文(message)。

2、運輸層(transport layer)
(1)、運輸層的任務是負責向兩台主機中進程之間的通訊提供通用的Data Transmission Service。應用進程利用該服務傳送應用程式層報文。

所謂“通用的”，是指並不針對某個特定網路應用，而是多種應用可以使用同一個運輸層服務。

由於一台主機可同時運行多個進程，因此運輸層有複用和分用的功能。
複用就是多個應用程式層進程可同時使用下面運輸層的服務，
分用和複用相反，是運輸層把收到的資訊分別交付上面應用程式層中的相應進程。

(2)、運輸層主要使用以下兩種協議: 傳輸控制通訊協定TCP (Transmission Control Protocol)—提供連線導向的、可靠的Data Transmission Service，其資料轉送的單位是報文段(segment) 。 使用者資料包通訊協定UDP(User Datagram Protocol)—提供不需連線的、盡最大努力(best-effort)的Data Transmission Service(不保證資料轉送的可靠性)，其資料轉送的單位是使用者資料報。

3、網路層(network layer)
(1)、網路層負責為封包交換網上的不同主機提供通訊服務。在發送資料時，網路層把運輸層產生的報文段或使用者資料報封裝成分組或包進行傳送。

在TCP/IP體系中，由於網路層使用IP協議，因此分組也叫做IP資料報，或簡稱為資料報。

請注意：不要將運輸層的”使用者資料報UDP“和網路層的”IP資料報“弄混。此外，無論在哪一層傳送的資料單元，都可籠統地用”分組“來表示。

(2)、網路層的另一個任務就是要選擇合適的路由，使源主機運輸層所傳下來的分組，能夠通過網路中的路由器找到目的主機。

互連網是由大量的異構(heterogeneous)網路通過路由器(router)相互串連起來的。互連網使用的網路層協議是不需連線的網際協議IP (Internet Protocol)和許多種路由選擇協議，因此互連網的網路層也叫做網際層或IP層。

4、資料連結層(data link layer)
(1)、在兩個相鄰結點之間傳送資料時，資料連結層將網路層交下來的IP資料報組裝成幀(framing)，在兩個相鄰結點間的鏈路上傳送幀(frame)。

每一幀包括資料和必要的控制資訊(如同步資訊、地址資訊、差錯控制等)。 在接收資料時，控制資訊使接收端能夠知道一個幀從哪個位元開始和到哪個位元結束。這樣，資料連結層在收到一個幀後，就可從中提取出資料部分，上交給網路層。 控制資訊還使接收端能夠檢測到所收到的幀中有無差錯。如發現有差錯，資料連結層就簡單地丟棄這個出了差錯的幀，以免繼續在網路中傳送下去白白浪費網路資源。 如果需要改正資料在資料連結層傳輸時出現的差錯(這就是說，資料連結層不僅要檢錯，而且要錯誤修正)，那麼就要採用可靠傳輸協議來糾正出現的差錯。這種方法會使資料連結層的協議複雜些。

5、物理層(physical layer)
在物理層上所傳資料的單位是位元。發送方發送1時，接收方應當收到1而不是0。

因此物理層要考慮用多大的電壓代表“1”或“0”，以及接收方如何識別出發送方所發送的位元。物理層還要確定串連電纜的插頭應當有多少根引腳以及各引腳應如何串連。當然，解釋位元代表的意思，就不是物理層的任務。

請注意，傳遞資訊所利用的一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜、光纜、無線通道等，並不在物理層協議之內而是在物理層協議的下面。因此也有人把物理層下面的物理媒體當作第0層。 資料在各層之間的傳遞過程

假定主機1的應用進程 AP1 AP_1向主機2的應用進程 AP2 AP_2傳送資料。 AP1 AP_1先將其資料交給本主機的第5層(應用程式層)。第5層加上必要的控制資訊 H5 H_5就變成了下一層的資料單元。第4層(運輸層)收到這個資料單元後，加上本層的控制資訊 H4 H_4，再交給第3層(網路層)，成為第3層的資料單元。依此類推。不過到了第2層(資料連結層)後，控制資訊被分成兩部分，分別加到本層資料單元的首部( H2 H_2)和尾部( T2 T_2)；而第1層(物理層)由於是位元流的傳送，所以不再加上控制資訊。

請注意，傳送位元流時應從首部開始傳送。
OSI參考模型把對等層次之間傳送的資料單位稱為該層的協議資料單元PDU (Protocol Data Unit)。

當這一串的位元流離開主機1經網路的物理媒體傳送到路由器時，就從路由器的第1層依次上升到第3層。每一層都根據控制資訊進行必要的操作，然後將控制資訊剝去，將該層剩下的資料單元上交給更高的一層。當分組上升到了第3層時，就根據首部中的目的地址尋找路由器中的轉寄表，找出轉寄分組的介面，然後往下傳送到第2層，加上新的首部和尾部後，再到最下面的第1層，然後在物理媒體上把每一個位元發送出去。
當這一串的位元流離開路由器到達目的站主機2時，就從主機2的第1層按照上面講過的方式，依次上升到第5層。最後，把應用進程 AP1 AP_1發送的資料交給目的站的應用進程 AP2 AP_2。 實體、協議、服務和服務存取點

1、實體(entity)：表示任何可發送或接收資訊的硬體或軟體進程。

在許多情況下，實體就是一個特定的軟體模組。

2、協議是控制兩個對等實體(或多個實體)進行通訊的規則的集合。

協議三要素：
(1)、文法，即資料與控制資訊的結構或格式
(2)、語義，即需要發出何種控制資訊，完成何種動作以及做出何種響應
(3)、同步，即事件實現順序的詳細說明
協議的兩種形式：
(1)、文字描述（對人）
(2)、程式碼（對電腦）

在協議的控制下，兩個對等實體間的通訊使得本層能夠向上一層提供服務。要實現本層協議，還需要使用下面一層所提供的服務。

3、協議與服務有著很大的區別
(1)、協議的實現保證了能夠向上一層提供服務。使用本層服務的實體只能看見服務而無法看見下面的協議。也就是說，下面的協議對上面的實體是透明的。
(2)、協議是“水平的”，即協議是控制對等實體之間通訊的規則。但服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間介面提供的。

另外，並非在一個層內完成的全部功能都稱為服務。只有那些能夠被高一層實體“看得見”的功能才能稱之為“服務”。

上層使用下層所提供的服務必須通過與下層交換一些命令，這些命令在OSI中稱為服務原語。

在同一系統中相鄰兩層的實體進行互動(即交換資訊)的地方，通常稱為服務存取點SAP (Service Access Point)。服務存取點SAP實際上是一個邏輯介面。

OSI把層與層之間交換的資料的單位稱為服務資料單元SDU (Service Data Unit)，它可以與PDU不一樣。
例如，可以是多個SDU合成為一個PDU，也可以是一個SDU劃分為幾個PDU。

4、相鄰兩層之間的關係

http://blog.csdn.net/tremblet/article/details/56282786#t0
http://blog.chinaunix.net/uid-26404201-id-3942661.html
http://www.cnblogs.com/maybe2030/p/4781555.html