网络概述

因特网概述

基本概念

NetWork,由若干结点(Node)和链路(Link)组成
internet ,多个 Network 可以通过路由器(Router)互联起来,形成一个覆盖范围更大的网络，internet 可以理解为网络的网络(Network of Networks)
Internet 将世界上最大的互联网络称作 Internet

Internet 发展的三个阶段

ISP —— Internet Service Provider

Internet上的主机通过ISP接入Internet后才能互相通信;

ISP可以从因特网管理机构申请到成块的 IP 地址,同时拥有通信线路及路由器等联网设备。机构/个人缴纳一定的费用,就可以从 ISP 租用IP 地址,并通过 ISP 接入Internet

Tier 1 ISP：拥有全球范围的网络基础设施（相当于互联网的 “高速公路主干道”），无需向其他 ISP 付费，可与其他第一层 ISP 免费交换数据。

AT&T（美国达拉斯）、Verizon（美国纽约）：北美地区核心主干网运营商，支撑美洲与全球的数据传输；

中国电信 / 中国联通：覆盖中国并连接全球的主干网，是国内数据接入国际互联网的关键；

Telia Company（瑞典斯德哥尔摩）：欧洲主干网核心，覆盖欧洲及周边地区。

Tier 2 ISP：有自己的网络，但仅覆盖局部区域（如一个国家、一个大洲的部分地区，相当于 “区域公路”），需花钱购买第一层 ISP 的服务，才能让数据传到全球其他地方，主要服务本地 / 区域客户。

Tier 3 ISP：-几乎没有自己的网络基础设施（相当于 “小区门口的小路”），需先买第二层 ISP 的服务，再转售给普通用户（个人、小企业），常附带邮箱、网页托管、VPN 等增值服务。

计算机网络的定义和分类

计算机网络的定义

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

互联计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信
自治指计算机有独立性,有自己的软硬件,可以单独允许使用
集合至少两台计算机组成

计算机网络的分类

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: 公用网专用网
按传输介质分类: 有线网络无线网络
按覆盖范围分类: Wide/Metropolitan/Local/Personal Area Network
按拓扑结构分类 总线型环型星型网状型

计算机网络的性能指标

Bandwidth & Throughput

指标	定义	单位	Example
带宽 (Bandwidth)	指网络在单位时间内能够传输数据的最大速率	bps Kbps Mbps …	一个 100Mbps 的带宽，表示该网络理论上可以以 100Mbps 的速度传输数据。
吞吐量 (Throughput)	在实际网络传输过程中，单位时间内成功传输的数据量	同上	一个 100Mbps 的带宽，由于各种损耗，实际的吞吐量可能只有 70-95Mbps

Delay

时延时指数据的一端传送到另一端所需的时间。网络时延由以下几部分组成

类型	定义	Description
发送时延 Transmission delay	从发送数据帧的第一个比特到最后一个比特发送完毕所需的时间。	：分组长度 (bits) ：链路带宽 (bps)
传播时延 Propagation delay	电磁波在信道中传播特定距离所需的时间。	：物理链路长度：信号传播速度，约为
节点处理时延 Nodal processing delay	主机或路由器在接收到分组时，进行错误检查和选择输出链路等处理所花费的时间。	无通用公式，高速路由器为微秒级。
排队时延 Queueing delay	分组在进入路由器后，在输入队列中等待处理所花费的时间。	无通用公式

RTT & Packet Loss Rate

类型	定义
往返时间 RTT	数据包从发送方到接收方再返回发送方所需的总时间
丢包率 Packet Loss Rate	指在传输过程中，丢失的数据包数量占发送的数据包总数量的比例。

计算机网络体系结构

常见的计算机网络体系结构

计算机网络是一个复杂的系统,早在 ARPANET 时代,就已经意识到了网络的复杂性,因此提出了分层的思想。分层将复杂问题分解为若干较小的局部问题,使得网络的设计和管理变得更加容易。

OSI (Open System Interconnection) 七层模型是国际标准化组织 (ISO) 制定的一个通信系统的框架, 它将通信系统划分为七层, 每一层都有自己的功能, 并且每一层的功能都是相对独立的, 只与相邻的两层进行通信。

层级（Layer）	核心目标（Target）	关键功能	典型示例（Example）
7. 应用层	直接解决用户应用进程间的交互需求，提供用户可感知的网络服务	定义应用程序与网络的交互规则，如数据传输的请求 / 响应格式、用户认证等	HTTP（网页访问）、FTP（文件传输）、DNS（域名解析）、SSH（远程登录）、SMTP（邮件发送）
6. 表示层	解决数据格式统一与安全问题，确保应用层数据能被不同系统正确解析	数据编码（如 ASCII、UTF-8）、加密 / 解密（如 SSH 的加密逻辑）、压缩 / 解压缩	JPEG（图片编码）、SSL/TLS（加密协议，常与应用层协议结合）、GZIP（数据压缩）
5. 会话层	管理应用进程间的会话连接，负责连接的建立、维持、中断与重连	会话标识（区分多个并行会话）、会话同步（防止数据丢失）、连接释放控制	RPC（远程过程调用会话）、NetBIOS（局域网会话管理）、SSL/TLS 的会话管理部分
4. 传输层	实现端到端（源主机到目标主机）的可靠数据传输，解决数据丢失、重复、乱序问题	端口号标识（区分主机上的不同应用）、流量控制（避免接收方过载）、差错恢复	TCP（可靠传输，如 SSH、HTTP 基于 TCP）、UDP（不可靠传输，如 DNS、视频流）
3. 网络层	解决跨网络（不同局域网 / 广域网）的路由与分组转发，实现 “从一个网络到另一个网络”	IP 地址分配（标识主机的网络位置）、路由选择（选择最优传输路径）、分组分片	IP（IPv4/IPv6，核心路由协议）、ICMP（网络差错提示，如 ping 命令）、路由器（路由转发）
2. 数据链路层	解决相邻节点（如主机与路由器、路由器与路由器）间的帧传输可靠性	帧封装（将网络层分组包装成帧）、MAC 地址标识（物理设备地址）、差错检测	Ethernet（以太网，局域网核心）、PPP（点对点协议，如宽带拨号）、ARP（IP 转 MAC 地址）
1. 物理层	实现物理介质上的比特流（0/1 信号）传输，解决 “硬件连接” 的物理规则问题	定义物理接口（如 RJ45 接口）、传输介质（如网线、光纤）、信号类型（电信号 / 光信号）	RJ45 网线、光纤、RS-232 串口、网卡物理接口、集线器（HUB）

但由于 OSI 模型过于复杂, 实际应用中并不常用, 而是使用 TCP/IP 四层模型

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。

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数据链路层和网络层。