计算机网络 （中科大郑烇老师）笔记（一）概论

• 🙋‍♂️ 作者：海码007
• 📜 专栏：计算机四大基础专栏
• 📜 其他章节：网络快速入门系列、计网概述、计网应用层详解、计网Web和HTTP、计网FTP、计网EMail、计网DNS、计网P2P
• 💥 标题：【网络基础必看】计算机网络概论：中科大郑烇老师笔记，快速掌握网络知识！ （一）
• ❣️ 寄语：人生的意义或许是可以发挥自己全部的潜力，所以加油吧！
• 🎈 最后：文章作者技术和水平有限，如果文中出现错误，希望大家能指正

0 引言

❤ 本文主要是记录郑烇老师课程的笔记，对于想要快速了解计算机网络全貌的同学，可以看我另一篇文章文章链接

看完一章节的课程之后，反过来看一下每一章第一节课的总结，然后记下笔记。

学习小结：

• 网络交换机位于数据链路层；路由器位于网络层，使用IP协议来实现数据包的路由和转发；网络传输层使用TCP、UDP协议，TCP是面向连接的协议，UDP是一种无连接的协议，不同的应用场景需使用不同的协议类型；网络应用层，常用协议有HTTP、HTTPS、DNS、DHCP、FTP等协议。
• 网络划分为很多层次，上一层的功能实现都是基于下一层向上层提供的服务。

1 什么是Internet？

1.1 网络、计算机网络、互联网

这三者有什么区别联系：

• 网络：可以是电话网、蜘蛛网、社交网，可以是实体的也可以是虚拟的，范围非常广。
• 计算机网络：联网的计算机所构成的系统。包括很多，例如，军用网，银行内部网络，互联网等待。
• 互联网： 以tcp、ip那一簇协议为主支撑他工作的计算机网络。世界上用户最多的
• 三者是包含与被包含的关系。网络最基本的特征就是有节点和边。

1.2 什么是Internet？：从服务角度看

分布式的应用进程以及为分布式应用进程提供通信服务的基础设施。

2 什么是协议？

• 通俗的解释：协议是一种规范，例如数据传输的规范，映射到人与人交流也需要遵守最基本的语法规则，不然别人都听不懂。那么网络设备也是一样，设备中的发送与接受解析信息的程序是已经写好了的，假如每次接受到的消息格式都不同，那么就不可能用同一个解析信息的程序就能解析。所以就需要共同制定一种协议，让不同的厂商都遵守这种规范，达到互操作的目的。
• 协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接受或其他事情方面所采取的动作。

• 拓展：**报文（Message）**是在不同层次间传递的数据单元，用于在网络中传输和交换信息。报文是按照特定格式组织的数据，它包含了发送方和接收方之间需要交换的信息。不同的网络层次使用不同的术语来描述报文。

3 网络的结构（子系统）

可拆分成三个子系统：

• 网络边缘：主机（智能冰箱、手表、电脑、手机等等）；应用程序（客户端和服务器）
• 网络核心：互连着的路由器；网络的网络
• 接入网、物理媒体：有线或者无线通信链路
  

3.1 网络边缘

• 有些应用使用TCP协议较好，有些应用使用UDP协议较好
  

3.2 网络核心：分组交换、线路交换

基本问题：数据怎么样通过网络进行传输？
回答：电路交换、分组交换两种方式

电路交换一般就只打电话的方式；现在网络基本上都是分组交换的方式；

1. 电路交换

• 电路交换的方式不适合计算机之间的通信
  

2. 分组交换
   
   存储-转发的方式，可以让空闲的链路被其他设备使用，假如不分组一直转发的话，就相当于独占了一整条线路，那和电路交换没有区别了。
   

• 分组交换：排队延迟和丢失
  

网络核心的关键功能

分组交换VS电路交换

小结

3.3 接入网、物理媒体

4 Internet/ISP 结构

• Internet:互联网，也就是网络的网络
• ISP：网络供应商
  
  
  

5 性能：丢包、延时、吞吐量

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四种分组延迟

1. 节点处理延时：

• 检查bit级差错
• 检查分组首部和决定将分组导向何处

2. 排队延时

• 在输出链路上等待传输的时间
• 依赖于路由器的拥塞程度

3. 传输延迟

• R=链路带宽（bps）
• L=分组长度（bits）
• 将分组发送到链路上的时间=L/R
• 存储转发延时

4. 传播延时：

• d=物理链路的长度
• s=在媒体上的传播速度
• 传播延时=d/s
  

6 协议层次、服务模型

6.1 协议层次

前言：
网络是一个复杂的系统！！

• 网络功能繁杂：数字信号的物理信号承载、点到点、路由、rdt、进程区分、应用等；
• 现实来看，网络有许多构成元素和设备：主机、路由器、各种媒体的链路、应用、协议、硬件、软件

问题：如何组织和实现这个复杂的网络功能？
答案：采用模块化的思想、采用分层设计的思想；（计算机网络采用的是分层的思想）

案例：下面以两位异地语言不通的哲学家交流作为例子，看看如何利用分层的思想解决这个问题。

解决方法：将其分为三个层次，最底层解决异地消息发送问题、第二层解决语言翻译问题、最上层就是直接交流思想。最上层将消息传递给第二层，第二层将语言翻译成通用语言（通用语言是实现就约定好了，也就是协议），然后再传递给第三层，第三层再进行异地的信息传输。对方第三层接收到后传递给自己的上一层进行翻译，翻译后再传给自己的最顶层。

层次化方式实现复杂网络功能：

• 将网络复杂的功能分成功能明确的层次，每一层实现了其中一个活一组功能，功能中有其上层可以使用的功能，又叫服务。
• 本层协议实体相互交互执行本层的协议动作，目的是实现本层功能，通过接口为上层提供更好的服务
• 在实现本层协议的时候，直接利用了下层所提供的服务
• 本层的服务：借助下层服务实现的协议实体之间交互带来的新功能（上层可以利用的） + 更下层所提供的服务；

6.2 服务模型

基础概念

1. 服务和服务访问点
2. 服务和协议
   

网络数据发送的过程

7 历史

计算机网络的历史可以追溯到20世纪40年代。以下是计算机网络发展的一些重要里程碑：

• 早期网络：20世纪40至50年代，计算机网络还处于起步阶段。在这个时期，早期计算机系统主要用于军事和科学研究领域。早期的网络采用了一些基本的通信协议，如电报和电话线路。
• 分组交换网络：20世纪60年代至70年代，随着计算机的快速发展和需求增加，分组交换网络成为了通信的核心技术。分组交换网络将数据分割成小的数据包（分组）进行传输，相比于电路交换网络，分组交换网络更加灵活和高效。
• ARPANET的诞生：1969年，美国高级研究计划局（ARPA）创建了ARPANET，这是一种早期的分组交换网络，旨在连接美国各大学和研究机构的计算机系统。ARPANET是互联网的前身，发展为现代互联网的基础。
• TCP/IP协议的出现：20世纪70年代，TCP/IP协议奠定了互联网架构的基础。TCP/IP协议簇是一组协议，包括互联网协议（IP）和传输控制协议（TCP），它们定义了数据在网络中的传输方式和规则，使得不同计算机和网络能够互相通信。
• 互联网的发展：20世纪80年代和90年代，互联网逐渐发展为全球性的网络。在这个时期，互联网基础设施扩大，网络连接速度提高，出现了万维网（World Wide Web）等重要的互联网应用。
• 移动互联网的兴起：21世纪初，随着移动通信技术和智能手机的迅速发展，移动互联网成为新的关键词。移动互联网允许人们通过移动设备随时随地访问互联网，推动了移动应用、社交媒体和在线商务等领域的飞速发展。
• 云计算和物联网：近年来，云计算和物联网的兴起进一步推动了计算机网络的发展。云计算提供了可扩展的计算和存储资源，使得数据和应用能够在全球范围内进行分布式处理。物联网将传感器和设备与互联网连接起来，实现了智能化和自动化的交互和控制。

至今，计算机网络在全球范围内起着至关重要的作用，它无处不在，影响着人们的生活、工作和社交方式。随着技术的不断进步和创新，计算机网络将继续演化和发展，为人们带来更多的便利和可能性。