說明：

本複習筆記基於謝希仁的《計算機網路》第五版教材、《Computer Networks： A Top-Down Approach》以及老師補充內容整理。

這是詳細學習的筆記，考試突擊用的還在看效果怎麼樣，等先前給他們用的突擊筆記效果反饋給我了再發。

水平有限，希望能幫到大家，如果發現錯誤請聯絡我修改，謝謝。

第一章 概述

Internet

Internet譯名有兩種：

因特網，是由全國科學技術名詞審定委員會推薦的，這個譯名是較為準確的，但卻長期未得到推廣。

網際網路

，這是目前最廣的、事實上的標準譯名。Internet是由數量極大的各種計算機網路互聯起來的，採用“網際網路”作為Internet的譯名能體現出Internet最主要的特徵。

對於僅在區域性範圍互連起來的計算機網路，只能稱為

互連網

（也就是

internet

或

internetwork

），而不是網際網路。

internet

（互連網）：通用名詞，

泛指多個計算機網路互連而成的計算機網路

。在這些網路之間的通訊協議（即通訊規則）可以任意選擇，不一定使用TCP/IP協議。

Internet

（網際網路，或因特網）：專用名詞，

指當前全球最大的、開放的、由眾多網路互相連線而成的特定的互連網，它採用TCP/IP協議族作為通訊的規則，且其前身是美國的ARPANET。

網際網路的三個發展階段：

第一階段：從單個網路

ARPANET

向互連網方向發展。這一階段的主要特點是

TCP/IP

協議初步成型。

第二階段：建成三級結構的網際網路，這一階段的主要特點是網際網路分為了主幹網、地區網和校園（企業）網。

第三階段：形成

多層次ISP

（Internet Service Provider 網際網路服務提供商或網際網路服務提供者）

結構的網際網路

，這一階段的主要特點是ISP首次出現。中國電信、中國聯通和中國移動等公司都是我國最有名的ISP。

在研究出ISP後，為了更快地轉發分組，和更有效地利用網路資源，人們研究出了IXP（Internet Exchange Point 網際網路交換點）。IXP的主要作用就是允許兩個計算機網路直接相連並交換分組，而不需要再透過第三個網路來轉發分組。

圖1。1。1 基於ISP的多層結構的網際網路的概念示意圖

例如，在圖1。1。1中右方的兩個地區ISP透過一個IXP連線起來了。這樣主機A和主機B交換分組時，就就不必再經過最上層的主幹ISP，二手直接在兩個地區ISP之間用高速鏈路對等地交換分組。

1。2 網際網路的工作原理及網際網路+

網際網路之所以能向用戶提供許多服務，就是因為網際網路具有兩個重要的基本特點：

連通性

（connectivity）和

共享

。

“網際網路+”的意思是：網際網路+各個傳統行業。也就是可以利用資訊通訊技術和網際網路平臺來創造新的發展生態。

計算機網路

計算機網路

：由若干

結點

（node）和連線這些結點的

鏈路

（link）組成。結點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。

計算機網路之間還可以透過路由器互連起來，這就構成了一個覆蓋範圍更大的計算機網路。這樣的計算機網路就稱為

互連網

，因此互連網是“

網路的網路

（network of network）”

習慣上，與計算機網路相連的計算機常常稱為

主機

（host）。

也就是：

計算機網路把許多計算機連線在一起，而互連網咖許多網路透過路由器連線在一起，與計算機網路相連的計算機常稱為主機

。

網際網路的組成

從網際網路的工作方式看，可以劃分為兩大塊：

邊緣部分

：由所有連線在網際網路上的主機組成。這部分是

使用者直接使用

的，用來進行通訊（傳送資料、音訊或影片）和資源共享。

核心部分

：由大量網路和連線這些網路的路由器組成。這部分是

為邊緣部分提供服務

的（提供連通性和交換）。

邊緣部分

處在網際網路邊緣的部分就是連線在網際網路上的所有主機。這些主機又稱為

端系統

（end system）。

端系統有小有大，小到普通個人電腦和具有上網功能的智慧手機，甚至是一個很小的網路攝像頭，大到一臺昂貴的大型計算機。端系統的擁有這可以是個人也可以是單位，或者某個ISP（ISP不僅僅向端系統提供服務，也可以擁有端系統）。

邊緣部分利用核心部分所提供的服務，使眾多主機之間能夠互相通訊並交換或共享資訊。

“主機A和主機B進行通訊” “執行在主機A上的某個程式和執行在主機B上的另一個程式進行通訊” “

主機A的某個程序和主機B上的另一個程序進行通訊

”

這種比較嚴密的說法通常可以簡稱為“

計算機之間通訊

”。

明確以上概念後，再繼續往下看。

在網路邊緣的端系統之間的通訊方式通常可以劃分為兩大類：

客戶-伺服器方式

（

C/S

方式即Client/Server方式）

瀏覽器-伺服器方式（B/S方式即Browser/Server方式）是C/S方式的一種特例。

客戶

（client）和

伺服器

（server）都是指通訊中所涉及的兩個應用程序。客戶-伺服器方式所描述的是程序之間服務和被服務的關係。

主要特徵：

客戶是服務請求方，伺服器是服務提供方

。他們的共同點是都要使用網路核心部分所提供的服務。

對等連線方式

（

P2P

方式即Peer-to-Peer方式）

對等連線方式是指兩臺主機在通訊時並

不區分

哪一個是服務請求方哪一個是服務提供方。只要兩臺主機都運行了對等連線軟體（P2P軟體），它們就可以進行平等的對等連線通訊，此時雙方都可以下載雙方的共享文件。

核心部分

計算機網路核心部分是網際網路中最複雜的部分，它要向邊緣部分中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一臺主機都能像其他主機通訊。

在計算機網路核心部分起特殊作用的是

路由器

（router），它是一種專用計算機但不叫做計算機。路由器是實現

分組交換

（packet switching）的關鍵構件，其任務是

轉發收到的分組

。

在計算機網路的發展過程中有三種交換方式：

電路交換

（circuit switching）：是指必須經過“

建立連線

（佔用通訊資源）

通話

（一直佔用通訊資源）

釋放連線

（歸還通訊資源）”三個步驟的交換方式。電路交換是建立端到端的連線，也就是一條

專用的物理通路

。電路交換的一個重要特點就是

在通話的全部時間內，通話的兩個使用者始終佔用端到端的通訊資源

。值得一提的是，電話發明後的一百多年來，電話交換機交換的方式一直都是電路交換。

當使用電路交換來傳送計算機資料時，其

線路的傳輸效率往往很低

，且不能保證資料無差錯。但它的時延是最小的。

報文交換

（message switching）：是指如20世紀40年代的電報通訊的基於儲存轉發原理的交換方式。報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等，現在已經不使用了。

分組交換

（packet switching）：採用

儲存轉發

技術，也就是把一個保溫劃分為幾個分組後再進行傳送。

報文

（message）：要傳送的整塊資料。

首部

（header）：由必要的控制資訊組成。包含了諸如目的地址和源地址等重要控制資訊。

分組

（packet）：首部+資料段。

分組又稱為“包”，分組的首部又稱“包頭”。

分組是網際網路中傳送的資料單元。

為了提高分組交換的可靠性，網際網路的核心部分常採用

網狀拓撲結構

，使得當發生網路擁塞或少數結點、鏈路出現故障hi，路由器可靈活地改變轉發路由（路由選擇協議 protocol）而不致引起通訊的中斷或全網的癱瘓。

分組交換的優點有：高效、靈活、迅速、可靠。

分組交換的問題有：分組在各路由器儲存轉發時排隊造成一定的時延（delay）和個分組必須攜帶的控制資訊造成的一定的開銷（overhead）。

以下是三種交換方式在資料傳送階段的主要特點：

圖1。3。1 電路交換；報文交換；分組交換的比較，P1~P4表示四個分組

電路交換——整個報文的位元流連續地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。

報文交換——整個報文先傳送到相鄰結點，全部儲存下來後查詢轉發表，轉發到下一個結點。

分組交換——單個分組（這只是整個報文的一部分）傳送到相鄰結點，儲存下來後查到轉發表，轉發到下一個結點。

計算機網路的類別

計算機網路有多種類別，在不同範圍的分類方式不同。

按網路的作用範圍

廣域網WAN

（Wide Area Network）：作用範圍通常為及時到幾千公里，有事也稱為遠端網。廣域網是網際網路的核心部分，其任務是透過長距離運送主機所發生的資料。

域域網MAN

（Metropolitan Area Network）：作用範圍一般是一個城市，可跨越幾個街區甚至整個城市，其作用距離約為5 ~ 50 km。都會網路可以為一個或幾個單位所擁有，但也可以是一種公用設施，用來將多個區域網進行互連。目前很多都會網路採用的是乙太網技術。

區域網LAN

（Local Area Network）：區域網一般用微型計算機或工作站透過高速通訊線路相連（速率通常在10 Mbit/s以上），但地理上則侷限在較小的範圍（如1 km 左右）。現在區域網非常廣泛地使用，學校或企業大都擁有許多個互連的區域網（這樣的網路常稱為校園網或企業網）。

個人區域網PAN

（Personal Area Network） ：個人區域網就是在個人工作的地方把屬於個人使用的電子裝置（如行動式電腦等）用無線技術連線起來的網路，因此也常稱為無線個人區域網WPAN （Wireless PAN），其範圍很小，大約在 10 m左右。

1。4。2 按照網路的使用者

公用網

（public network）：這是指電信公司（國有或私有〉出資建造的大型網路。

專用網

（private network）：是某個部門為滿足本單位的特殊業務工作的需要而建造的網路。這種網路不向本單位以外的人提供服務。例如，軍隊、鐵路、銀行、電力等系統均有本系統的專用網。

用來把使用者接入到網際網路的網路

這種網路就是

接入網

AN（Access Network），它又稱為本地接入網或居民接入網。這是一類比較特殊的計算機網路。由於從使用者家中接入到網際網路可以使用的技術有許多種，因此就出現了可以使用多種接入網技術連線到網際網路的情況。接入網本身既不屬於網際網路的核心部分，也不屬於網際網路的邊緣部分。接入網是從某個使用者端系統到網際網路中的第一個路由器（也稱為邊緣路由器）之間的一種網路。從覆蓋的範圍看，很多接入網還屬於區域網。從作用上看，接入網只是起到讓使用者能夠與網際網路連線的“橋樑”作用。

其他分類

網路拓撲結構：星型網、樹型網、環型網、匯流排網；

通訊介質：雙絞線網、同軸電纜網、光纖網、衛星網；

傳輸頻寬：基帶網、寬頻網；

傳輸介質：有線、無線；

交換技術：電路交換網、報文交換網、分組交換網；

傳輸技術：點對點網路、廣播式網路。

是否採用分組儲存轉發與路由選擇機制是點對點與廣播室的重要區別。

計算機網路的效能

計算機網路的效能一般是指它的幾個重要的效能指標。但除了這些重要的效能指標外，還有一些非效能特徵（nonperformance characteristics）也對計算機網路的效能有很大的影響。

計算機的效能指標從不同的方面來度量計算機網路的效能，有七個常用的效能指標

1。5。1速率

網路技術中的

速率

指的是資料的

傳送速率

，它也稱為

資料率

（data rate）或

位元率

（bit rate）。速率是計算機網路中最重要的一個性能指標。速率的單位是bit/s （位元每秒）（或bls，有時也寫為 bps，即 bit per second）。

要注意的是，當提到網路的速率時，往往指的是額定速率或標稱速率，而並非網路實際上執行的速率。

1。5。2 頻寬

“

頻寬

”（bandwidth）有以下兩種不同的意義：

頻寬本來是指

某個訊號具有的頻頻寬度

。訊號的頻寬是指該訊號所包含的各種不同頻率成分所佔據的頻率範圍。表示某通道允許透過的訊號頻帶範圍就稱為該通道的

頻寬

（或

通頻帶

）。

在計算機網路中，頻寬用來表示網路中某

通道

傳送資料的能力，因此網路頻寬表示在單位時間內網路中的某通道所能透過的“

最高資料率

”。

在“頻寬”的上述兩種表述中，前者為

頻域稱謂

，而後者為

時域稱謂

，其本質是相同的。也就是說，一條通訊鏈路的“頻寬”越寬，其所能傳輸的“最高資料率”也越高。

1。5。3 吞吐量

吞吐量

（throughput）表示在單位時間內透過某個網路（或通道、介面）的實際的資料量。吞吐量更經常地用於對現實世界中的網路的一種測量，以便知道實際上到底有多少資料量能夠透過網路。吞吐量受網路的頻寬或網路的額定速率的限制。

1。5。4 時延

時延

（delay或latency）是指資料（一個報文或分組，甚至位元）從網路（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。時延是個很重要的效能指標，它有時也稱為

延遲

或

遲延

。

傳送時延（transmission delay）：

是主機或路由器傳送資料幀所需要的時間

，也就是從傳送資料幀的第一個位元算起，到該幀的最後一個位元傳送完畢所需的時間。因此傳送時延也叫做傳輸時延。

傳播時延（propagation delay）：是電磁波在通道中傳播一定的距離需要花費的時間。

處理時延：檢查位元差錯、決定輸出鏈路。

排隊時延：分組等待在鏈路上傳輸的排隊時間。

1。5。5 時延頻寬積

鏈路的時延頻寬積又稱為以位元為單位的鏈路長度。

1。5。6 往返時間RTT

往返時間RTT （Round-Trip Time）也是一個重要的效能指標。

1。5。7 利用率

利用率

有通道利用率和網路利用率兩種。通道利用率指出某通道有百分之幾的時間是被利用的（有資料透過）。完全空閒的通道的利用率是零。網路利用率則是全網路的通道利用率的加權平均值。通道利用率並非越高越好。

1。5。8 非效能特徵

（1）費用；

（2）質量；

（3）標準化；

（4）可靠性；

（5）可擴充套件性和可升級性；

（6）易於管理和維護。

1。6 計算機網路的體系結構

網路協議

（network protocol）：為進行網路中的資料交換而建立的規則、標準或約定

網路協議由一下三個要素組成：

語法

，即資料與控制資訊的結構或格式；

語義

，即需要發出何種控制資訊，完成何種動作以及做出何種響應；

同步

，即事件實現順序的詳細說明。

體系結構

（architecture）：

計算機網路的各層及其協議的集合

。換種說法，

計算機網路的體系結構就是這個計算機網路及其構件所應完成的功能的精確定義

［GREE82］。

圖1。6。1 計算機網路體系結構

這裡詳細講五層網路體系結構。

應用層（application layer）：應用層是體系結構中的最高層。應用層的任務是透過應用程序間的互動來完成特定網路應用。應用層協議定義的是應用程序間通訊和互動的規則。應用層協議很多，如域名系統DNS，支援全球資訊網應用的HTTP協議，支援電子郵件的SMTP協議等。應用層互動的資料單元稱為報文（message）。

運輸層（transport layer）：運輸層的任務就是負責向兩臺主機中程序之間的通訊提供通用的資料傳輸服務。應用程序利用該服務傳送應用層報文。運輸層有複用和分用的功能。複用就是多個應用層程序可同時使用下面運輸層的服務，分用和複用相反，是運輸層把收到的資訊分別交付上面應用層中的相應程序。運輸層主要使用以下兩種協議：傳輸控制協議TCP （Transmission Control Protocol）——提供面向連線的、可靠的資料傳輸服務，其資料傳輸的單位是報文段（segment）。使用者資料報協議UDP （User Datagram Protocol）一—提供無連線的、盡最大努力（best-effort）的資料傳輸服務（不保證資料傳輸的可靠性），其資料傳輸的單位是使用者資料報。

網路層（network layer）：網路層負責為分組交換網上的不同主機提供通訊服務。在傳送資料時，網路層把運輸層產生的報文段或使用者資料報封裝成分組或包進行傳送。

資料鏈路層（data link layer）：資料鏈路層常簡稱為鏈路層。在兩個相鄰結點之間傳送資料時，資料鏈路層將網路層交下來的IP資料報組裝成幀（framing），在兩個相鄰結點間的鏈路上傳送幀（frame）。每一幀包括資料和必要的控制資訊（如同步資訊、地址資訊、差錯控制等）。

資料鏈路層不僅要檢錯，而且要糾錯），那麼就要採用可靠傳輸協議來糾正出現的差錯。這種方法會使資料鏈路層的協議複雜些。

物理層（physical layer）：在物理層上所傳資料的單位是位元。物理層要確定連線電纜插頭的定義及連線法。

1。6 本章重要概念

計算機網路（可簡稱為網路）把許多計算機連線在一起，而互連網則把許多網路連線在一起，是網路的網路。

以小寫字母i開始的internet（互連網）是通用名詞，它泛指由多個計算機網路互連而成的網路。在這些網路之間的通訊協議（即通訊規則）可以是任意的。

以大寫字母Ⅰ開始的Internet（網際網路）是專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網路相互連線而成的特定互連網，並採用TCP/IP協議族作為通訊規則，且其前身是美國的 ARPANET。Internet的推薦譯名是“因特網”，但很少被使用。

網際網路現在採用儲存轉發的分組交換技術，以及三層ISP結構。

網際網路按工作方式可劃分為邊緣部分與核心部分。主機在網路的邊緣部分，其作用是進行資訊處理。路由器在網路的核心部分，其作用是按儲存轉發方式進行分組交換。

計算機通訊是計算機中的程序（即執行著的程式）之間的通訊。計算機網路採用的通訊方式是客戶-伺服器方式和對等連線方式（P2P方式）。

客戶和伺服器都是指通訊中所涉及的應用程序。客戶是服務請求方，伺服器是服務提供方。

按作用範圍的不同，計算機網路分為廣域網WAN、都會網路MAN、區域網LAN和個人區域網PAN。

計算機網路最常用的效能指標是：速率、頻寬、吞吐量、時延（傳送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延）、時延頻寬積、往返時間和通道（或網路）利用率。網路協議即協議，是為進行網路中的資料交換而建立的規則。計算機網路的各層及其協議的集合，稱為網路的體系結構。

五層協議的體系結構由應用層、運輸層、網路層（或網際層）、資料鏈路層和物理層組成。運輸層最重要的協議是 TCP和 UDP協議，而網路層最重要的協議是IP協議。

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