计算机网络原理
第一章 计算机网络概述☆
重难点分析：
- 理解计算机网络的概念、网络协议的概念、计算机网络的分类、计算机网络的结构
- 掌握电路交换、报文交换、分组交换基本工作原理、特点
- 掌握计算机网络的主要性能指标与分组交换网性能分析方法
- 理解计算机网络体系结构、OSI参考模型层次结构、TCP/IP参考模型层次结构、五层参考模型等
- 了解计算机网络发展历史
汇总：计算机网络、分组交换网络、计算机网络性能指标、OSI参考模型层次结构、TCP/IP参考模型层次结构
第一节 计算机网络基本概念
1. 计算机网络的定义
诞生：由计算机技术与通信技术相互融合的产物
定义：计算机网络是互连的、自治的计算机的集合
（1）互连：利用通信链路连接相互独立的计算机系统
（2）自治：互连的计算机系统彼此独立，不存在主从或者控制与被控制的关系
因特网（internet）
目前应用最广泛的计算机网络；服务器提供商（Internet Service Provider 简称 ISP）
2. 协议的定义
网络协议：网络通信实体之间在数据交换过程中需要遵循的规则或者约定（例：HTTP,TCP、IP等）
定义：
（1）语法：定义实体之间交换信息的格式与结构
（2）语义：定义实体之间交换信息中的控制信息
（3）时序：同步、定义实体之间交换信息的顺序以及如何匹配或适应彼此的速度
3. 计算机网络的功能
核心功能：资源共享
（1）硬件资源共享
计算资源（CPU）、存储资源、打印机、扫描仪I/O等（例：云存储、云计算）
（2）软件资源共享
SaaS（Software as a Service）（例：大型办公软件、大型数据库等）
（3）信息资源共享
信息检索、新闻阅读等
4. 计算机网络的分类
（1）按覆盖范围分类：
① 个域网：PAN 1-10m
② 局域网：LAN 10-1km
③ 城域网：MAN 5-50km
④ 广域网：WAN 几十到几千米
（2）按拓扑结构分类：
① 星型拓扑结构：一个中央节点（集线器、交换机）、网络的主机通过点对点通信链路与中央节点连接（个域网、局域网）
优点：易于监控管理、故障诊断、隔离
缺点：中央节点一旦故障，全网瘫痪
② 总线型拓扑结构：采用一条广播信道作为公共传输介质（总线）。所有节点均与总线连接，节点间的通信均通过共享的总线进行（早期局域网）
优点：结构简单，电缆数量少，易于扩展
缺点：通信范围受限，容易产生冲突
③ 环形拓扑结构：利用通信链路将所有节点连接城一个闭合的环（早期局域网、城域网**）
优点：电缆长度短，可使用光纤，易于避免冲突
缺点：某节点故障引起全网瘫痪，加新（撤出）节点麻烦。存在等待时间
④ 网状拓扑结构：网络中的节点通过多条链路与不同的节点直接相连接（广域网、核心网络）
优点：网络可靠性高，一条或多条链路故障时，网络仍然可以联通
缺点：网络结构复杂，成本高、选路协议复杂
⑤ 树形拓扑结构：可以看作是总线拓扑型或星型拓扑结构网络的扩展（局域网）
优点：易于扩展，故障易隔离
缺点：根节点要求高
⑥ 混合拓扑结构：由两种以上简单拓扑结构网络混合连接而成的网络（绝大多数实际网络）
优点：易于扩展，可以构建不同规模的网络，根据需要优选网络结构
缺点：结构复杂，管理与维护复杂
（3）按交换方式分类
① 电路交换
② 报文交换
③ 分组交换
（4）按网络用户属性：
① 公用网：面向公众开放的网络（例：电信网络）
② 私有网：某个组织（政府或者企业）出资检索专门面向该组织，不向公众开放（例：军事专用网络）
第二节 计算机网络结构
1. 网络边缘
（1）连接到网络上的主机或者端系统
计算机、服务器、智能手机、智能传感器、智能家电等
（2）连接到网络上的所有端系统构成了网络边缘
2. 接入网络
实现网络边缘的端系统与网络核心连接的网络（5种）
（1）电话拨号接入
利用电话网络接入。通过调制解调器进行数字信号与模拟信号的转换。56kbit/s
（2）非对称数字用户线路ADSL
① 利用电话网络接入
② 基于频分多路复用技术（5.3节）
③ 非对称（上行带宽小于下行带宽）
④ 独享式接入
（3）混合光纤同轴电缆HFC接入网络
① 利用有线电视网络接入的技术
② 基于频分多路复用技术
③ 非对称
④ 共享式接入（多个用户共享上、下行带宽）
（4）局域网
典型的局域网技术是以太网、WIFI等
（5）移动接入网络
利用移动通信网络，如3G、4G、5G
3. 网络核心
由通信链路互连的分组交换设备（路由器、交换机）构成的网络，作用是实现网络边缘中主机之间的数据的中继与转发
第三节 数据交换技术
1. 数据交换的概念
（1）计算机网络的目的
在网络边缘的主机之间实现相互的数据传输，信息交换
（2）如何实现
① 通信链路：主机数为N的网络中，需要N（N-1）/2条链路
② 网络规模较大时，通过通信链路实现所有终端之间通信是不可行的
（3）交换设备
多通信端口，可以同时连接多个通信节点（主机或者交换设备），进行通信的设备
（4）数据交换
① 实现在大规模网络核心上进行数据传输的技术基础
② 常见的数据交换技术包括：电路交换、报文交换、分组交换
2. 电路交换
（1）电话网络是最早、最大的电路交换网络
（2）在电话交换网络中，首先需要通过中间交换节点为两台主机之间建立一条专用的通信线路，称为电路
（3）电路交换的步骤
① 建立电路：物理链路带宽共享、频分多路复用、时分多路复用（第六章）
② 传输数据：数字数据或者模拟数据、单工或者全双工、独占
③ 拆除电路：释放物理链路，任意一方可以发起并完成拆除
（4）电路交换的优缺点
优点：实时性高、时延和时延抖动小
缺点：突发数据传输，信道利用率低，传输速率单一
适用于语音和视频类实时性强的业务