概述篇

该篇用于引入计算机网络的一些必备基础，在正式开始学习前我们需要了解。

首先清楚什么是计算机网络，计算机网络（简称网络）由若干结点和连接这些结点的链路组成。结点可以是计算机、路由器、交换机等。网络之间还可以通过路由器互连起来，构成更大网络，即“互连网”。

网络把许多计算机连接在一起，而互连网把网络通过路由器连接在一起，与网络相连的计算机称为主机。

请注意，“互连网”与“互联网”不是相同的名词。互连网（internet)是通用名词，泛指由多个计算机互连而成的计算机网络，在这些网络之间的通信协议可以任意选择，而不一定是TCP/IP协议。而互联网（Internet)，也称为因特网是专有名词，指当前全球最大的，开放的，由众多网络相互连接而成2的特定互连网，采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。

互联网基础结构发展的三个阶段：

第一阶段：从单个网络ARPANET向互连网发展的过程

第二阶段：特点是建成了三级结构互联网，也就是三级的计算机网络，分为主干网，地区网和校园网（企业网），校园网覆盖的网络范围只包括本学校，三级之间的网络是由上至下的管理。

第三阶段：特点是形成了多层次ISP结构的互联网（如下图），互联网服务提供者ISP（Internet Service Provider)在许多情况下是一个进行商业活动的公司，因此由称为互联网服务提供商。例如，中国电信，中国移动，中国联通等都是中国最有名的ISP。

互联网交换点IXP（Internet eXchange Point)，主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组。

 

互联网的组成：

（1）边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成，该部分被用户直接使用，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。这些主机又称为端系统。

端系统之间的通信方式：客户-服务器方式（大部分程序使用），对等连接方式

 

客户是服务请求方，服务器是服务提供方。客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程，所描述的是进程之间服务与被服务的关系。

客户程序，被用户调用后，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务），因此客户程序必须知道服务器程序的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

服务程序，是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的需求。系统启动后即一直自动调用并一直运行着，被动地等待并接受来自各地的客户是通信请求。不需要知道客户程序的地址。需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

当服务器和客户通信关系建立完成，通信可以是双向的，即可同时发送和接收数据。

 

对等连接方式，简写为P2P，两台主机通信时不区分服务请求方和服务提供方，通信中的每一台主机即是客户同时又是服务器，只要两台主机都运行了对等连接软件（P2P软件），就可以进行平等的，对等连接通信。

通信的本质：主机A的某个进程和主机B的另一个进程进行通信

（2）核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，该部分为边缘部分提供服务。

在该部分起特殊作用的是路由器，路由器是一种专用计算机，是实现分组交换的关键部件，路由器的任务是转发分组。

 

那么，分组交换是什么呢？

在介绍分组交换前，我们需要确定这些交换的目的--->实现两个设备之间的通信。

交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源,

起初，在电路交换通话之前，需要从主叫端到被叫端建立一条专用的物理电路，这个电路需要经过三个步骤：建立连接（占用通信资源）-->通话（一直占用通信资源）-->释放连接（归还通信资源）。

电路交换：是把一条电话线转接到另一条电话线的方式，就是动态地分配传输线路的资源，致命缺点：在通话的全部时间内，用户始终占用端到端的通信资源。而这就使得通信线路的利用率很低（用来传送数据的时间往往不到10%甚至1% ），同时计算机数据具有突发性，数据在通信的过程中可能会出错。主要特点：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

报文交换：也称邮政通信，报文（message）指的是要发送的整块数据。报文交换使用到了存储转发技术（断续分配传输宽带），时延较长，几分钟到几小时不等。缺点：传输过程会丢包，出错。主要特点：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

分组交换：分组（packet）即需要把较长的报文划分成较短的数据段，再加上一些控制信息，叫头部，也就是首部，然后以分组为基本单位在网络中传送。缺点：分组在各路由器存储转发时需要排队，造成一定的时延，同时因为没有建立连接的过程，则无法确定通信时端到端所需的带宽。主要特点：1.单个分组（整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。2.在哪段链路上传送才占用这段链路的通信资源。3.更好的灵活性，因为一个分组的长度远小于整个报文的长度，因此时延小于报文交换。

分组交换传送方式如下图所示

 

三种交换的比较如下图：

由此可以看出三种交换方式的区别。

 

 我们知道计算机是死板的，人类擅长思考，计算机更擅长做重复的工作，因此，当两台设备通信时，他们所收到的不是直接的，一看就懂命令，而是一串二进制。计算机需要通过分析和计算来得到它所收到的信息。而两台设备如何能明白彼此的意思呢？这就需要引入协议来帮助，协议就是通信的两台设备实现约定好的规则，协议全称为网络协议，简称协议。它是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

 

协议由语法，语义，时序（或者同步）三要素构成。语法就是数据与控制信息的结构或格式（确定通信双方"如何讲"），不同协议根据需求会有不同的格式。语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应（确定通信双方"讲什么"）。时序即事件实现顺序的详细说明，哪一个事件需要先完成，哪一个事件需要后完成，都是有一定顺序的（确定通信双方"讲话的次序"）。

设备中的应用进程多种多样，不同的应用可能会使用不同的协议。

讲了这么多，我们好像还没有开始真正重要的核心部分，当两台设备通信时，整个网络应该如何构建才能使需要通信的信息正确传送。

我们需要考虑的问题很多：通信的这两台设备如何能确定对方是目的主机？两台设备之间如何能看懂彼此的信息？不同的信息应该都可以在搭建的网络中传送，如文件，视频，音频等信息。传输过程出错或者丢包如何补救？设备之间距离遥远该如何传送......

这里我们正式引入计算机体系结构，利用分层思想，不同层实现不同的确定功能，并在不同层之间提供接口，让整个体系是完整的。这里给出上下层之间的关系：对于每一个分层，接收下一层提供的服务， 为上一层提供服务

分层的好处：

▲各层之间是独立的

▲灵活性好

▲结构上可分割开

▲易于实现和维护

▲能促进标准化工作

分层的缺点：

▲降低效率 

▲产生额外开销（有些功能在不同的层次中重复出现）

由以上分析可知，相对于缺点来说，分层的利大于弊。

 

在众多的不同的计算机网络体系结构中，TCP/IP体系结构成为事实上的标准，因为它的开放性以及注重实用性，更加被人们所青睐。

再与另外两种体系结构来对比：

由图可知三者在大体上是相同的，我学的是五层协议的体系结构，自顶向下的方向来学习每一层的的应用。

以上就是我在基础篇中所学到的知识。

 

之后还会有一篇来补充基础知识，性能这部分的补充