1. 網絡的概念

1.1 什么是計算機網絡

計算機網絡是一個將眾多分散的、自治的計算機系統，通過通信設備與線路連接起來，由功能完善的軟件實現資源共享和信息傳遞的系統。

1.2 簡單的計算機網絡

計算機網絡是由若干結點和連接這些結點的鏈路組成。

其中：

• 1. 結點可以是計算機、集線器、交換機、路由器等
• 2. 鏈路可以是有線鏈路、無線鏈路

集線器（Hub）：

• 可以把多個結點連接起來，組成一個計算機網絡
• 普通民用領域已很少用集線器
• 集線器不能隔離沖突域

交換機（Switch）：

• 可以把多個結點連接起來，組成一個計算機網絡
• 家庭、公司、學校通常用交換機組建內部網絡
• 交換機可以隔離沖突域

路由器（router）：

• 可以把兩個或多個計算機網絡互相連接起來，形成規模更大的計算機網絡，也可稱“互連網”（internet）
• 路由器工作在網絡層，可以隔離廣播域和沖突域

注意：家用路由器 = 路由器 + 交換機 + 其他功能

一般采用交換機將物理結點連接起來，組成一個計算機網絡，然后再用路由器將此網絡與其他網絡互相連接起來，形成更大的計算機網絡，以此達到內外界交換信息，資源共享。（交換機隔離沖突域，路由器隔離廣播域）

1.3 互聯網（或因特網，Internet）

• 互聯網：由各大ISP（網絡服務提供商）和國際機構組建的，覆蓋全球范圍的互連網（internet）
• 互聯網必須使用TCP/IP協議通信，互連網可使用任意協議通信

1.4 計算機網絡、互連網和互聯網三者的區別

• 1. 若干物理結點和連接這些結點的鏈路組成計算機網絡
• 2. 多個計算機網絡通過路由器連接形成互連網，互連網支持任意通信協議
• 3. 各個國家或地區使用TCP/IP協議族作為通信規則，將各個互連網聯合起來，形成世界上最大規模的互連網，即互聯網

1.5 總結

2. 網絡的組成、功能

2.1 組成

2.1.1 從組成部分看

網絡由硬件、軟件和協議三部分組成。

2.1.2 從工作方式看

2.1.3 從邏輯功能看

2.2 功能

特別：數據通信是最基本、最重要的功能

2.3 總結

3. 三種交換技術

3.1 電路交換

電路交換（Circuit Switching）：通過物理線路的連接，動態地分配傳輸線路資源

電路交換的過程：

• 1. 建立連接（嘗試占用通信資源）
• 2. 通信（一直占用通信資源）
• 3. 釋放連接（歸還通信資源）

優點：

• 通信前從主叫端到被叫端建立一條專用的物理通路，在通信的全部時間內，兩個用戶始終占用端到端的線路資源。數據直送，傳輸速率高
• 電路交換更適用于：低頻次、大量地傳輸數據

缺點：

• 建立/釋放連接，需要額外的時間開銷
• 線路被通信雙方獨占，利用率低
• 線路分配地靈活性差
• 交換節點不支持“差錯控制”（無法發現傳輸過程中發生地數據錯誤）

補充：計算機之間數據往往是“突發式”傳輸，即往往會高頻次、少量地傳輸數據，這就決定了電路交換技術必然不適用于計算機網絡地數據傳輸

3.2 報文交換

基于存儲轉發思想：把傳送的數據單元先存儲進中間節點，再根據目的地址轉發至下一節點‘

優點：

• 通信前無需建立連接
• 數據以“報文”為單位被交換節點間“存儲轉發”，通信線路可以靈活分配
• 在通信時間內，兩個用戶無需獨占一整條物理線路。相比于電路交換，線路利用率高
• 交換節點支持“差錯控制”

缺點：

• 報文不定長，不方便存儲轉發管理
• 長報文的存儲轉發時間開銷大、緩存開銷大
• 長報文容易出錯，重傳代價高

3.3 分組交換

• 基于報文交換的改進版，是將不定長報文，拆分成一個個定長的分組，使其線路利用率進一步提高，并減少重傳代價

分組交換的優點：

• 具有報文交換的所有優點

其次，相對于報文交換：

• 分組定長，方便存儲轉發管理
• 分組的存儲轉發時間開銷小、緩存開銷小
• 分組不易出錯，重傳代價低

缺點：

• 相比于報文交換，控制信息占比增加
• 相比于電路交換，依然存在存儲轉發時延
• 報文被拆分為多個分組，傳輸過程中可能出現失序、丟失等問題，增加處理的復雜度

3.4 補充：虛電路交換（基于分組交換）

過程：

• 1. 建立連接（虛擬電路）
• 2. 通信（分組按序、按已建立好的既定線路發送，通信雙方不獨占線路）
• 3. 釋放連接

虛電路技術是電路交換和分組交換的結合，能解決分組交換過程中的分組失序問題，同時電路的建立不是物理意義上的，還是一種“虛擬”（即有更快的建立速度）

3.5 三種技術性能分析

3.6 總結

4. 網絡的分類

4.1 分布范圍

4.2 傳輸技術

4.3 拓撲結構

常見的網絡拓撲結構有總線型、環形、星形和網狀結構

4.4 使用者

4.5 傳輸介質

4.6 總結

5. 性能指標

5.1 速率、帶寬、吞吐量

• 信道（Channel）：表示向某一方向傳送信息的通道（信道 != 通信線路），一條通信線路在邏輯上往往對應一條發送信道和一條接收信道
• 速率（Speed）：指連接到網絡上的節點在信道上傳輸數據的速率。也稱數據率或比特率、數據傳輸速率（真題最常用）
• 速率單位：bit/s，或b/s，或bps（常用），有時也用B/s（1B=8b）

• 帶寬（bandwidth）：某信道所能傳送的最高數據率

結論：節點間通信實際能達到的最高速率，由帶寬、節點性能共同限制

此外：

• 吞吐量（Throughput）：指單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的實際數據量。吞吐量受帶寬限制、受復雜的網絡負載情況影響

5.2 時延、時延帶寬積、往返時延

• 時延（Delay）：指數據（一個報文或分組，甚至比特）從網絡（或鏈路）的**一端傳送到另一端所需的時間。**有時也稱為延遲或遲延

也可這樣理解：

例題：

1. 不考慮處理、排隊時延
   
2. 考慮處理、排隊時延
   

• 時延帶寬積：一條鏈路中，已從發送端發出但尚未到達接收端的最大比特數，時延帶寬積 = 傳播時延 * 帶寬，常用于設計最短幀長

例題：

• 往返時延RTT（Round-Trip Time）：表示從發送方發送完數據開始計時，到發送方收到來自接收方的確認總共經歷的時間

5.3 信道利用率

5.4 總結

6. 網絡分層結構

6.1 “分層”的設計思想

分層的設計思想：將龐大而復雜的問題，轉化為若干較小的局部問題

6.2 三種常見體系結構

• 網絡的體系結構是計算機網絡的各層及其協議的集合，就是這個計算機網絡及其構件所應完成的功能的精確定義（不涉及實現）
• 實現是遵循這種體系結構的前提下，用何種硬件或軟件完成這些功能的問題
• 體系結構是抽象的，而實現則是具體的

6.3 各層之間關系

• 實體：在計算機網絡的分層結構中，第n層中的活動元素（軟件+硬件）通常稱為第n層實體。不同機器上的同一層稱為對等層，同一層的實體稱為對等實體
• 協議：即網絡協議，是控制對等實體之間進行通信的規則的集合，是水平的

• 接口：即同一節點內相鄰兩層的實體交換信息的邏輯接口，又稱為服務訪問點
• 服務：服務是指下層為緊鄰的上層提供的功能調用，它是垂直的，服務要通過接口進行調用

為什么要分層？為什么要制定協議？

• 計算機網絡功能復雜 -》 采用分層結構，將諸多功能合理地劃分在不同層次 -》 對等層之間制定協議，以實現功能

• 從垂直方向上看，數據想要往下一層輸送，就得在首部套上與本層有關的一些信息，然后這些（首部信息+數據）到了下一層，便又作為了下一層數據，以此往下。同樣，數據想要往上一層輸送，就得去掉對應對等實體的首部信息，以此往上。

即：

• 三者關系為：n-SDU + n-PCI = n-PDU=(n - 1)-SDU

6.4 總結

7. OSI參考模型 & TCP/IP模型

7.1 OSI參考模型

• 口訣：物聯網叔會使用

7.2 總結

7.3 TCP/IP模型

• 已知物聯網叔會使用，那怎么用？接根網線給叔用就行。口訣：接網叔用

兩種模型的對比：

7.4 總結

至此第一章結束，這一章的內容只是籠統的介紹了整本書的知識體系，并未有過多的深入，只需有個基本印象即可，后續會按照教學模型：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層的順序來進行逐層詳細的學習。本節最重要的我覺得就是三種交換技術、網絡有哪些拓撲結構，網絡的性能指標，并初步了解OSI參考模型與TCP/IP參考模型，重點記住各層的順序即可。

參考：《王道計算機考研 計算機網絡》
https://www.bilibili.com/video/BV19E411D78Q/?share_source=copy_web