引言

什么是计算机网络

通过同一种技术相互连接的计算机就构成一种计算机网络。

容易被混淆的概念：

通信\计算机

通信处理数据从一个实体到另外一个实体的传输

计算机负责帮助人类处理信息

通信网络\计算机网络

通信网络就是一个负责传输信息的链接和节点

计算机网络是一组相互链接的互联网

分布式系统\计算机网络

分布式系统：将一系列独立的计算机组成一个逻辑上的计算机

系统内部是对用户透明的

计算机网络不是：

Internet：全球唯一的巨大互联网
internet：多个计算机网络链接构成的计算机网络
www：一种基于计算机网络提供的服务\应用

计算机网络的硬件组成

计算机\主机host\终端系统End System
通信链接：有线\无线
交换机switch\路由器router

拓扑结构

通过图的形式表示网络中节点，包括交换机和路由器，之间的连接关系。

计算机网络的组成

硬件
软件：操作系统以及一些应用软件
计算机的标识：IP地址、域名
通信规则

计算机网络的应用

商业应用

资源共享
同用户的交流通信

移动网络用户

计算机网络的分类

按照使用的范围进行分类

个域网

通常采用蓝牙等技术进行链接
局域网LAN

将主机同边缘路由器连接起来

共有一个链接链路，一般是星型组网
城域网MAN

通常是广电网络

通常是树形组网
广域网WAN

存储转发、分组交换、通过路由算法决定路由路径

为了保证可靠性通常采用网孔型组网

按照传输技术分类

广播网络

将数据包发送给所有的目标主机，每个主机再来检查数据包的目标地址，如果这个数据包就是发给这台主机的就接受这个数据包，反之忽略这个数据包

在局域网中广泛应用

同时发送数据包可能存在冲突
点对点网络

数据包直接从源地址发送到目的地址

在广域网中应用广泛。

按照在互联网络中的位置

接入网Access Networks

在网络的边缘，主要辅助用户来接入互联网
核心网Core Networks

将接入网和其他核心网连接在一起

网络架构和网络协议

分层的网络体系结构

网络是按照一个层栈的方式组成起来的。这样做可以：

这样设计简化了设计的复杂性
每一层向更高层提供来具体的服务，同时屏蔽了具体实现的细节
每一层都会和相邻的层之间进行交互（不是通信），每一层都和对方的对等层Peers之间有着通信，协议就规定来对等层之间通信的协议
相邻的两层直接通过接口定义了允许的操作和服务
数据的流向实际上是U型的，发送系统自顶向下，最底层实际传输数据，接受系统自底向上
每层可能在上一层交付数据的基础上进行封装，加上本层的控制信息，构成本层的数据包，控制信息和添加的方式是由协议规定的。每次构成的数据包称作协议数据包PDU

层次设计过程中需要注意的问题

可靠性
- 差错检测和回复
- 路由选择
网络演进
- 协议的分层设计：将问题细分，隐藏每层实现的细节
- 地址：标识不同的发送者和接受者
- 网络的互通性
- 协议的可扩展性
资源定位
- 统计复用Statistical Multiplexing
- 流量控制：防止过快的发送倒是数据在接受方丢失
服务质量QoS
安全

层需要指定的标准

同层之间通信的协议：

语法Syntax：协议的消息格式
语义Semantics：消息的字段区某个值的含义

向上一层提供的服务接口

服务接口可以分成两种类型：

面向连接的Connection-oriented

在连接的过程中连接就被建立起来，需要的资源就已经被分配好了，后续的数据将按照这条已经建立的道路前进

连接将会使可靠的

在建立连接的时候需要完整的地址，在之后只需要指定连接的就可以完全发送
无连接的Connectionless

资源将会是动态分配的

但是连接是不可靠的，数据包可以会丢失、放弃和乱序

每次连接都需要完整的地址来建立连接

连接类型	服务	例子
面向连接的	可靠的消息流	页面序列
面向连接的	可靠的字节流	远程登录
面向连接的	不可靠的连接	数字通话
无连接的	不可靠的数据报	电子垃圾邮件
无连接的	订阅数据报	注册邮件
无连接的	查询-回复	数据库查询

服务原语Service Primitives：描述层与层之间提供服务的方法。一个服务就是有一组服务原语来定义的。

在计算机中实现服务原语：

如果协议栈是由操作系统实现的：服务原语通过是通过系统调用的方式提供的。

如果需要定义一个简单的面向连接的服务，一般需要5个服务原语：

监听：阻塞直到收到一个连接请求
连接：同对应层建立一个连接
接收：阻塞直到收到数据
发送：发送数据
断开连接：终止一个连接

服务和协议的关系

服务定义了本层对外提供的操作，而协议定义了同层之间通信的方式。

服务是通过协议实现的，在服务不变的情况下，层可以自由改变协议。

参考模型

OSI参考模型

模型将设备分为两类：主机和节点。

主机不负责数据的转发，但是需要负责数据的处理，主机具有完整的七层。

节点负责数据的转发，不具有处理数据的能力，节点只具有三层。

参看模型的七层具体为：

物理层Physical

直接通过通信设备处理字节流。

定义了1位和0位的电压范围和位的数据率，定义了传输是全双工还是半双工的，定义了初始连接如何建立和终止，定义了接口的物理规格。
数据链路层Data Link

通过逻辑通道进行原始数据的传输。

发送者会将数据封装为帧发送，接受者会在收到数据之后发送确认帧给发送者以确保服务的可靠性。数据链路层还会提供流量控制的功能，避免过快的发送阻塞了接受者。广播网络和单点网络的区分也是在数据链路层产生的。
网络层Network

控制子网上的操作。

网络层主要的功能就是转发数据，路由的功能就主要在网络层实现。除此之外，网络层还提供拥塞控制，服务质量的控制等功能。
传输层Transport

端到端层。从上层接受数据，将数据分成较小的数据包并且通过网络层正确的传输到对方。

同一计算机上不同进程的区分也是在传输层完成的。
会话层Session

提供会话控制、令牌管理和同步的功能。
表示层Presentation

获得传输信息的语法和语义。

在这层可以提供数据加密和数据压缩等的功能。
应用层Application

直接被用户使用的各种应用协议。