计算机网络第一章笔记

一、计算机网络基本概念

定义：通过通信链路和网络设备互联不同地理位置的独立计算机系统，遵循统一通信协议，实现数据交换、资源共享、协同工作。
组成：分为硬件（主机、网络设备、链路）、协议（如TCP/IP协议族）、软件（网络操作系统、应用软件）；因特网结构又分边缘部分 （用户设备，提供应用）和核心部分（路由器+异构网络，提供连通性）。
功能：核心为数据传输、资源共享、分布式处理；拓展功能含可靠性保障、安全防护、负载均衡等。
分类：按覆盖范围（WAN/MAN/LAN/PAN）、使用者（公用网/专用网）、交换方式（电路/分组/报文交换）等划分。

二、三种交换技术核心对比

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| 交换技术 | 核心特征 | 优点 | 缺点 |
| 电路交换 | 建立专用物理通路，全程独占 | 时延小、实时性强、带宽独占 | 连接耗时久、资源利用率低、灵活性差 |
| 分组交换 | 存储转发，拆分报文为分组传输 | 无需建连、资源利用率高、容错性好 | 有首部开销、分组失序/丢失、存储转发时延 |
| 报文交换 | 存储转发，整体传输完整报文 | 无需建连、利用链路资源 | 时延极长、缓存需求大、出错重传成本高 |

三、计算机网络性能指标

速率：数据传输速率，单位bit/s。
带宽：信道传输数据的能力，实际传输遵循木桶效应（取主机接口、信道、网络设备接口速率的最小值）。
吞吐量 ：单位时间内通过网络的实际数据量，受服务器限速、链路带宽等影响。
时延
1. 组成：发送时延（）+ 传播时延（）+ 排队时延 + 处理时延（后两者考研常忽略）。
2. 连续发m个分组、经n个路由器（n+1段链路）的总时延：总时延=1个分组的发送时延×(m+n)+1段链路的传播时延×(n+1)。
时延带宽积 ：时延带宽积=传播时延×带宽，物理意义是链路中可容纳的比特数。
往返时间（RTT）：从发送数据到收到确认的总耗时，是TCP协议超时重传的关键依据。
利用率：含信道利用率（某信道有数据通过的时间占比）和网络利用率（所有信道利用率的加权平均）；网络利用率过高会导致时延急剧增大（利用率50%时时延翻倍，接近100%时时延趋于无穷）。

四、计算机网络体系结构

三种核心模型

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| 模型 | 层数 | 层级划分（自下而上） | 特点 |
| OSI参考模型 | 7层 | 物理层→数据链路层→网络层→传输层→会话层→表示层→应用层 | 法律上的国际标准，理论性强 |
| TCP/IP模型 | 4层 | 网络接口层→网络层→传输层→应用层 | 事实标准，适配因特网 |
| 原理参考模型 | 5层 | 物理层→数据链路层→网络层→传输层→应用层 | 考研核心复习模型 |
数据包封装与解封
1. IP数据报：不考虑NAT时，源/目的IP地址全程不变；路由器会重置TTL、首部检验和等字段。
2. 以太网帧：源/目的MAC地址逐跳改变（每经过一个路由器更新一次）。
3. 物理层：仅传输比特流，不参与数据包封装。

五、专业术语与服务

实体与对等实体 ：实体是收发信息的硬件/软件进程；对等实体是通信双方同一层次的实体。
协议：控制对等实体"水平逻辑通信"的规则集合，三要素为语法（信息格式）、语义（操作内容）、同步（时序关系）。
协议数据单元（PDU）：各层对等实体交互的数据包（应用层=报文、传输层=TCP段/UDP报、网络层=IP数据报、数据链路层=帧、物理层=比特流）。
服务
1. 特性：协议是"水平的"，服务是"垂直的"；下层协议对上层实体透明（仅可见服务，不可见实现细节）。
2. 服务访问点（SAP）：相邻两层交换信息的逻辑接口（如传输层SAP为端口号、网络层SAP为IP数据报的"协议"字段）。
3. 服务原语：上层调用下层服务的命令，分请求、指示、响应、证实四类。
4. 服务数据单元（SDU）：同一系统内层间交换的数据；SDU与PDU可相互拆分/合并（如大IP数据报因MTU限制拆分为多个小SDU，再封装为多个帧）。