第一章概述

1.1计算机网络在信息时代的作用

一、计算机网络各类应用

1 信息浏览和发布

万维网

谷歌、百度等搜索引擎

博客、微博

2 通信和交流

电子邮件、网络电话

QQ、Skype

微信、Facebook、Twitter

3 休闲和娱乐

网络电视

bilibili、youtube等视频网站

互动网络游戏

4 资源共享

远程文件共享

P2P文件共享

云计算

5 电子商务

网上购物

网上购票

网上转账

6 远程协作

远程教育

远程医疗

7 网上办公

政府部门的电子政务

校园网上办公系统

二、物物相连的互联网

三、计算机网络带来的负面问题

四、请列举你所使用过的网络应用

即时通信：微信、QQ；

搜索引擎：Safari；

网络新闻：腾讯新闻、网易新闻；

网络视频：bilibili、爱奇艺；

网络购物：淘宝、京东；

网上支付：支付宝；

网络音乐：网易云音乐、QQ音乐；

网络游戏：蛋仔派对；

网络文学：长佩文学、得到阅读；

网上银行：中国网上银行；

旅行预订：美团、携程；

网上订外卖：美团；

网络直播：抖音、bilibili；

网约出租车：T3出行；

在线教育：学习通、新东方；

互联网理财：支付宝；

短视频：抖音、快手。

1.2因特网概述

一、网络、互联网、因特网的区别与关系

1 使用有线链路的简单网络

2 使用无线链路的简单网络

3 路由器——互联网

网络之间需要使用路由器进行互连，若干个网络通过路由器互连就构成了互联网。

4 因特网

因特网是当今世界上最大的互联网，其用户数以亿计，互连的网络数以百万计。

5 总结

若干节点和链路互连形成网络

若干网络通过路由器互连形成互联网

因特网是当今世界上最大的互联网

我们有时并没有严格区分互联网和因特网这两个名词，许多人口中的互联网实际上是指因特网。

internet	Internet
通用名词	专用名词
互联网	因特网
任意通信协议	TCP/IP协议簇

二、因特网简介

1969

1969年，第一个分组交换网ARPANET

70年代中期，研究多种网络的互连

1983年，TCP/IP协议成为ARPANET的标准协议（因特网诞生时间）

1985

1985年，NSFNET（主干网、地区网和校园网）

1990年，ARPANET任务完成，正式关闭

1991年，因特网初步商业化，开始收费

1993

1993年，NSFNET被替代，由各种ISP运营

1994年，WWW技术推动因特网迅速发展

1995年，NSFNET停止运作，因特网彻底商业化

ISP因特网服务提供者(Internet Service Provider,ISP)

因特网已发展成为基于ISP的多层次结构的互连设备

因特网的标准化工作

因特网的管理机构

因特网的组成

因特网上的数据交换方式是分组交换。

1.3电路交换、分组交换和报文交换

一、电路交换

电话交换机接通电话线的方式就是电路交换。使用电路交换进行通信需要建立连接、通话、释放连接三个步骤。

二、分组交换

假设主机H1的用户要给主机H3的用户发送一条消息，通常，我们把表示消息的整块数据称为一个报文，较长的报文一般不适宜直接传输。如果报文太长，则对交换节点的缓存容量有很大的需求，在错误处理方面也会比较低效，因此，需要将较长的报文划分成若干个较小的等长数据段，在每个数据段前面添加一些由必要的控制信息组成的首部，这样就构造出了一个个分组。首部起着非常关键的作用，首部中肯定包含了分组的目的地址。

特点

没有建立连接和释放连接的过程。

分组传输过程中逐段占用通信链路，有较高的通信线路利用率。

交换节点可以为每一个分组独立选择转发路由，使得网络有很好的生存性。

缺点

分组首部带来了额外的传输开销。

交换节点存储转发分组会造成一定的时延。

无法确保通信时端到端通信资源全部可用，在通信量较大时可能造成网络拥塞。

分组可能会出现失序和丢失问题。

三、报文交换

四、三种交换方式的对比

若要连续传送大量数据，并且数据传送时间远大于建立连接的时间，则使用电路交换可以有较高的传输效率。然而计算机的数据传送往往是突发式的，采用电路交换时通信线路的利用率会很低。

报文交换和分组交换都不需要建立连接(即预先分配通信资源)，在传送计算机的突发数据时可以提高通信线路的利用率。

将报文构造成若干个更小的分组进行分组交换，比将整个报文进行报文交换的时延要小，并且还可以避免太长的报文长时间占用链路，有利于差错控制，同时具有更好的灵活性。

1.4计算机网络的定义和分类

一、计算机网络的定义

没有精确和统一的定义

不同阶段，不同定义，反映当时计算机网络技术的发展水平

计算机网络早期的一个最简单的定义：互连的、自治的计算机集合。

计算机网络现阶段的定义

可编程的硬件

不限于计算机，而是包括了智能手机、具有网络功能的传感器以及智能家电等智能硬件，这些硬件一定包含有中央处理单元(CPU)。

各类应用

计算机网络并非只用来传送数据，而是能够基于数据传送进而实现各种各样的应用，包括今后可能出现的各种应用。

二、计算机网络的分类

按交换方式分类

分为电路交换、报文交换和分组交换

按使用者分类

分为公用网、专用网

按传输介质分类

分为无线网络、有线网络

按使用范围分类

分为广域网、域域网和局域网

按拓扑结构分类

总线型网络

优点：建网容易、增减节点方便、节省线路；

缺点：重负载时通信效率不高，总线任意一处出现故障则全网瘫痪。

星型网络

优点：便于网络的集中控制和管理；

缺点：成本高，中央设备对故障敏感。

环型网络

环可以是单环/双环，环中信号是单向传输的。

网状型网络

每个节点至少有两条路径与其他节点相连，多用在广域网。

优点：可靠性高；

缺点：控制复杂，线路成本高。

1.6计算机网络体系结构

本节分以下4个小节来讲述计算机网络体系结构：

一、常见的三种计算机网络体系结构

*OSI参考模型

*TCP/IP参考模型

能够占领市场的就是标准！

OSI标准失败的原因

原理参考模型

二、计算机网络体系结构分层的必要性

1 物理层以及物理层之下需要考虑的问题

采用什么传输媒体（介质）（物理层之下）

采用什么物理接口

采用什么信号表示比特0和比特1

2 数据链路层需要考虑的问题

如何解决碰撞问题？协调各主机争用总线（媒体接入控制）

如何实现以太网交换机？通过自学习和转发帧

出现传输差错时如何处理？是直接丢弃还是等待重传，可以分为可靠传输和不可靠传输。

需要考虑的问题皆可划分为数据链路层可能会出现的问题。

3 网络层需要考虑的问题

传输层需要考虑的问题

应用层需要考虑的问题

支持万维网的HTTP协议

支持电子邮件的SMTP协议

支持文件传送的FTP协议

各层主要解决的问题

（错题）

在TCP/IP参考模型中，运输层的相邻下层实现的主要功能是

A.对话管理B.数据格式转换C.可靠数据传输D.IP数据报在多个网络间的传输

三、计算机网络体系结构分层思想举例

应用层将HTTP请求报文向下交付给运输层，运输层给其添加TCP首部，将其封装成为TCP报文段：

运输层将TCP报文段向下交付给网络层，网络层给其添加IP首部，将其封装成为IP数据报：

IP首部的主要作用是IP寻址和路由，网络层将封装好的IP数据包向下交付给数据链路层，数据链路层给iP数据报添加一个首部和一个尾部，将其封装成帧。

帧首部和尾部的作用是MAC寻址和帧校验。数据链路层将封装好的帧向下交付给物理层，物理层把帧看作比特流，在比特流前添加前导码，目的是使接收方时钟同步，并做好接收准备。

主机将电信号发送出去，路由器收到后，其物理层收到后将电信号转换成比特流，物理层将前导码去掉后，将帧向上交付给数据链路层，数据链路层将帧首部和尾部去掉后，将IP数据报向上交付给网络层，网络层从IP数据报的首部中提取出目的IP地址，根据目的IP地址查找自己的转发表，以便决定从哪个接口转发该数据报，与此同时，还要对首部中的某些字段值，例如：生存时间TTL字段的值进行相应的修改，然后将该IP数据报向下交付给数据链路层。数据链路层为IP数据报添加一个首部和一个尾部，将其封装称为帧。