計算機網絡

• • • 計算機網絡和互聯網
    • • 計算機網絡(簡稱網絡)
      • internet(互連網)
      • 網絡的組成
      • • 網路邊緣
        • 網絡核心
    • 應用層
    • 傳輸層(運輸層)
    • 網絡層：
    • 數據鏈路層和局域網
    • 物理層
    • 網絡安全
    • 無線和移動網絡
    • 多媒體網絡
    • 網絡管理

計算機網絡和互聯網

計算機網絡(簡稱網絡)

由若干結點和連接這些結點的鏈路組成。網絡中的結點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。

internet(互連網)

是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的計算機網絡。

Internet(互聯網，或因特網)
是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定互連網，采用TCP/IP一簇協議作為通信的規則。幾十億臺設備，幾百萬個網絡構成的網絡。

對于互聯網，國內有教育科研網、中國電信網(一個單位或者機構構建的網絡)、中國移動網、中國聯通網等，國內的網絡也會和美國，歐洲，東南亞的網互連。

網絡的組成

網絡分為三部分：網絡邊緣，接入網，網絡核心。

網絡邊緣：主機(電腦，手機等)、應用程序(客戶端和服務器)
接入網：與網絡邊緣相連的網，有線或者無線通信鏈路。把邊緣接入到網絡核心。
網絡核心：互連著的路由器，網絡的網絡。

網路邊緣

網絡邊緣應用進程通訊的模式分為兩種：

• 1.客戶/服務器模式(CS模式)
  web瀏覽器是web應用的客戶端，web服務器是web應用的服務器，例如發送電子郵件，服務器先啟動一直運行著，等待客戶端請求自己的資源，比如硬件資源(計算能力)，軟件資源(處理能力)，數據資源。客戶端主動向遠程服務器發起通信請求服務，服務器接受請求將結果反饋給客戶端。這是典型的主從模式，主是指所有的資源都在服務器，從是指請求服務的客戶端。

  缺點：可擴展性比較弱，隨著請求服務的客戶端增加，能力會下降，達到一定的閾值后能力出現斷崖式的下降。 比如很多人訪問一個網站，網速會慢，訪問的人多到一個程度，網站就直接進不去了。

• 2.對等(peer-peer，p2p)模式
  沒有專門的服務器，兩個主機不區分哪個是服務請求方哪個是服務提供方，只要兩臺主機都運行了對等連接軟件，就可以進行平等的、對等連接通信。請求資源的結點多，提供服務的結點多，而且通信是分布式的，所以避免了客戶/服務器模式服務器滿足不了客戶的缺點。例如迅雷。

根據網絡基礎設施對兩進程之間通信的服務方式分為：面向連接的服務(TCP)，無連接的服務(UDP)。
面向連接的服務(TCP)：在數據傳輸之前做好準備,建立連接(握手)，比較可靠，還可以進行流量控制，還有擁塞控制的特性，也就是考慮到了網絡路徑的通行能力，防止了傳輸數據過快遇到堵塞時候發生數據丟失。缺點是費時。連接狀態的維持僅僅是端系統維持叫面向連接，中間所有路徑上的結點都知道叫有連接。
無連接的服務(UDP)：不握手，不保證可靠但是盡力而為，無流量控制，無擁塞控制。比較省時間，實時。

從進程的角度看，互聯網是分布式的應用進程以及為分布式應用進程提供通訊服務的基礎設施。基礎設施包括主機應用層以下的所有的協議實體和目標主機應用層以下的所有的應用實體。
從服務的角度來看，互聯網是使用通訊設施進行通信的分布式應用。基礎設施為apps提供編程接口(通信服務)，將發送和接收數據的apps與互聯網連接起來。
分布式應用是網絡存在的一個理由。

網絡核心

協議
是對等層實體在通信過程中應該遵守的規則的集合，包括了報文格式(PDU)，語法、語義、時序和報文傳輸或其他方面所采取的動作。支撐互聯網工作的標準。各個產商按照協議來制作、生產網絡設備，相同的協議使得不同的廠商生產的網絡設備可以形成互操。服從同樣協議的網絡實體才能通訊。

協議按照層次不同可以分為物理層協議、鏈路層協議、網絡層協議、傳輸層協議和應用層協議。

傳輸層協議：TCP協議、UDP協議。
網絡層協議：IP，一些路由選擇協議。

互聯網的端系統包括主機 (電腦、手機、服務器等)、網絡操作系統、網絡應用程序如Web、email等。

分組交換設備：轉發分組，包括路由器和交換機。

互聯網標準：以RFC文檔的形式在互聯網上發表的。制定互聯網標準的過程：建議標準–>互聯網標準。對于發布在互聯網的RFC文檔稱為建議標準，經過互聯網協會專家們的審核，如果達到互聯網標準才能夠稱為互聯網標準，稱為正式標準后會分配一個賬號STD xx。互聯網標準的最大編號是STD 83。一個協議的文檔可能和多個RFC文檔相關聯。

應用層

應用層協議：指遠程的應用進程之間相互通訊的過程當中應當遵守的規則和協議。
HTTP協議：支持萬維網
SMTP協議：支持電子郵件
域名系統DNS

傳輸層(運輸層)

為應用進程之間的通信提供數據傳輸服務。
TCP協議：傳輸控制協議(Transmission Control Protocol)，提供面向連接的、可靠的數據傳輸服務，其數據傳輸的單位是報文段。可靠的代價是耗時間和空間。把網絡層不可靠的傳輸變成了可靠的傳輸。具有流量控制，擁塞控制的特性。
應用有：HTTP(Web)，FTP(文件傳送)，Telnet(遠程登錄)，SMTP(email)。
UDP協議：用戶數據報協議(User Datagram Protocol)，提供無連接的、盡最大努力的數據傳輸服務(不保證數據傳輸的可靠性),其傳輸的單位是用戶數據報。雖然不可靠，但是實時。
應用有：流媒體、遠程會議、DNS、Internet電話、域名到IP的解析查詢。

網絡層：

為主機到主機間(也就是端到端End-to-End，E2E)的通信提供服務。盡力而為地服務，不可靠的服務沒有保障。
網絡層傳統方法：
IP協議來提供服務，盡力而為地服務，不可靠的服務沒有保障。
控制平面–路由由路由協議來交換信息，由路由算法來算出路由表。
數據平面–IP協議使用路由表，根據到來的分組與路由表相匹配來進行轉發處理(該怎么走到目標IP)。

SDN方法，軟件定義網絡，比傳統方法靈活，可以部署新功能。
控制平面(SDN網絡操作系統)：通過網絡操作系統上的應用計算流表(包括各種信息，如原IP,目標IP,原mac,目標mac等)
數據平面(SDN交換機)：根據控制平面計算的流表，將到來的分組(字段)與流表進行匹配，根據流表描述的行為來操作這些分組，操作可以是轉發，阻止，泛洪，改字段等。

路由器：實現分組交換的關鍵構建，其任務是轉發收到的分組。

路由器工作在網絡層，交換機工作在鏈路層。

數據鏈路層和局域網

提供的是點到點的通信服務(Point-to-Point，P2P)，也就是相鄰的網絡交接設備(如網卡)到相鄰的網絡交換設備的服務，傳遞以幀為單位的數據。
鏈路包括接入網鏈路和主干鏈路。
接入網鏈路：主機連接到互聯網的鏈路。(包含主機的鏈路)
主干鏈路：路由器間的鏈路。

通信鏈路主要包括光纖、同軸電纜、無線電、衛星等，有個重要指標表示傳輸速率=帶寬(bps)。

物理層

把點到點之間通信的數字信號(比特流0或1)與物理信號(如電信號光信號)之間的轉換，通過網線、電纜、光纖、電話線等傳輸媒體來傳遞物理信號，傳輸媒體所在的層次為第0層，在物理層之下。

網絡安全

無線和移動網絡

多媒體網絡

網絡管理

總結

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