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今天我們要講的是，計算機網絡的一個概述，我決定將計算機網絡按每個層次來劃分，每個層次寫一篇博客，帶大家認識計算機網絡，彌補非計算專業人羣的網絡知識短板，預計會在一個月以內完結整個計算機網絡系列的分享，敬請期待！
1、計算機網絡爲用戶提供了什麼？
首先，我們得知道計算機網絡爲用戶提供了什麼？
我們想想，在日常生活中，我們通常用電腦幹啥呢？
無非就是查資料、寫文檔、聽歌、微信或QQ聊天之類的。
就微信聊天而言，我們是不是要發送消息，接收消息呀，而且還是瞬間就能夠完成的，所以計算機網絡爲你提供了迅速傳送數據文件的服務，以及從網絡上查找獲取各種資料，圖像，視頻文件，音頻文件等服務，你看你現在看我寫的博客，是不是正在享受計算機網絡給你提供的服務呢？
2、什麼是ISP?
ISP 的英文全稱爲 Internet Server Provider ，翻譯過來就是因特網服務提供商。
那麼ISP在計算機網絡中又充當一個什麼角色呢？
ISP可以從英特網管理機構申請到成塊的IP地址，同時得擁有通信電路以及路由器等聯網設備。簡單來說，ISP要有很多IP地址，擁有通信電路和路由器等支持聯網的設備，給用戶提供能夠上網的服務。 所以，任何機構或個人只要向ISP支付規定的費用，就能從ISP那裏獲得IP地址，並且通過該ISP接入到英特網。 如果不信你現在就可用瀏覽器百度搜索‘IP地址查詢’，你就能看到ISP給你分配的IP了。
我們通常說的上網就是指的“通過某個ISP接入互聯網”。
3、英特網的組成
英特網由邊緣部分和核心部分組成！
3.1 邊緣部分
什麼是英特網的邊緣部分？
所有的計算機都位於因特網的邊緣部分，換句話說就是因特網的邊緣部分就是連接因特網的所有主機。這些主機稱爲端系統，端是末端的意思。
邊緣部分的端系統的進程間有兩種通信方式：客戶-服務器方式和對等連接方式。
可能會有讀者不清楚進程的概念，這裏簡單說一下：進程就是計算機中正在運行的程序。主機A和主機B之間的通信也就是主機A上的某個進程和主機B上的某個進程進行通信。
3.1.1 客戶-服務器方式
客戶-服務器方式（C/S 方式）在因特網上是最爲常見的一種通信方式，客戶端和服務端相互獨立，當然通信的時候，客戶端和服務端都是正在運行的應用程序，前面也說了，計算機通信的本質是計算機中的某個進程之間的相互通信。
在這，可以簡單理解爲：客戶是服務請求方，服務器是服務提供方。
對於客戶程序而言，它需要知道服務端的地址，才能向服務端發起通訊請求。
對於服務器程序而言，它在系統開機後就一直運行着，等待來自客戶程序的通訊請求，不需要知道客戶端的地址，但是由於客戶端數量多，請求多，所以服務器程序需要強大的操作系統和硬件支持。
3.1.2 對等連接方式
對等連接就是P2P，只要兩臺主機都安裝了P2P軟件，他們就可以進行平等的、對等的連接通信，這個時候，雙方都可以下載對方存儲在硬盤中的共享文件，這種方式也叫P2P文件共享。還是簡單一句話概括吧：P2P文件共享方式的主機，它既是客戶端也是服務器，在下載資源的同時也在上傳資源。
3.2 核心部分
核心部分主要是向邊緣部分的主機提供連通性，使邊緣部分的主機能夠互相通信！
核心部分由許多網絡和將他們連接起來的路由器組成。
在覈心部分其特殊作用的就是路由器，路由器是一種專用計算機，不是主機。路由器是實現分組交換的一種關鍵構件，任務也很簡單，轉發收到的分組。
要弄清楚分組交換，我認爲很有必要先弄清楚什麼是電路交換！
3.2.1 電路交換的主要特點
兩部電話通信只需要一根電線就OK了，而三部電話互相通信需要三根電線，這樣依次下去，電話數量越多需要的電線數量就會大大增加，所以這是行不通的，所以人們就發明了交換機，如下圖：
這樣每個電話只需要一根線連接交換機就可以相互通信了。當電話急劇增多後，用同樣的方式將所有運用的交換機連接起來，這樣利用很多彼此連接起來的交換機就構成了覆蓋全世界的電信網。
從通信資源分配來分析，交換就是按照某種方式動態的分配傳輸線路的資源。使用電路交換打電話撥號之前，你需要用手機撥號，請求連接，當被呼叫方接到交換機送來的撥號音並接通後，從主叫端到被呼叫端建立起一條專用的物理通路，這條專用的物理通路會一直保持，直到通話結束，在此期間保證了雙方通話所需要的資源，這些資源不會被其他用戶佔用。通話結束後，這條通道所佔用的資源釋放，歸還給電信網，其他用戶可用！
以上總共有三個步驟：建立連接（佔用通信資源）----通話（一直佔用通信資源）-----釋放連接（歸還通信資源）
這三個步驟就是電路交換！
在通話過程中，兩個用戶始終佔用着端到端的通信資源，這是不適合用來傳輸計算機數據的！ 計算機傳輸數據往往是一瞬間就完成了的，根本就不需要一直連接着，把通信資源一直佔用着，這樣極大的浪費掉了通信資源。比如說我現在在寫博客，一直在編輯文檔，如果我和csdn的服務器一直保持連接，將通信線路一直佔用着，那豈不是一直在浪費資源麼，我提交數據也就那麼一下，瞬間就能完成。
3.2.2 分組交換的主要特點
分組交換採用的是儲存轉發技術，如下圖所示，如何將一個數據報文劃分成一個個的分組：
通常我們將要發送的一整塊數據成爲一個報文。在發送之前，先把較長的報文劃分成多個較小的等長的數據段，然後在每一個數據段上加上首部。這時，首部+數據段就叫做一個分組或者包。首部也可以叫做包頭，包含了目的地址、源地址等重要的控制信息，正是因爲包頭包含了這些重要的控制信息，每一個分組才得以在因特網中被正確的交付給目的主機。
路由器的緩存轉發分組過程：
如下圖所示：
- 主機A向主機B發送數據，那麼主機A會先逐個將分組發給路由器A
- 路由器A會將接收到的分組放入緩存，然後在自己的路由表中查詢，假設查詢結果是應該把分組轉發給路由器B，那麼就將分組轉發給路由器B
- 路由器B接收到分組後，將分組加入緩存，然後查詢自己的路由表，得知要轉發給路由器C，那麼將分組轉發給路由器C。此時佔用路由器B發送分組給路由器C的鏈路，並不佔用網絡其他部分的鏈路。
- 路由器C將分組加入緩存，查詢自己的路由表，發現是給主機B的，就發給主機B。
有幾點需要說明一下：
分組交換僅僅只是逐段地佔用鏈路資源，就是說在哪傳，就佔哪的資源，並不像電路交換那樣，將一整條鏈路都給佔用了。
路由器暫時緩存的是一個個短小的分組，而不是一整個長長的報文，而且是緩存與路由器的內存中。
爲了保證分組交換網的可靠性，因特網的核心部分採用的是網狀拓樸結構，如果有少量的路由器、鏈路出現故障，那麼其他路由器也能靈活的改變轉發電路而不引起網絡癱瘓。
比如如圖路由器B掛了，那麼路由器A可以通過路由器E繞過路由器B，將分組發達主機B！
英特網的主幹線路往往是由一些高速鏈路構成，可以快速的轉發分組。
4、網絡的分類
4.1 按作用範圍分類
4.1.1 廣域網 WAN
廣域網是因特網的核心部分，長距離運輸主機所發送的數據。
連接廣域網的各節點之間的鏈路一般是高速鏈路，具有較大的通信容量。
這一部分，我在後面不會着重來講！
4.1.2 城域網 MAN
城域網的作用範圍一般是一個城市，採用的是以太網的技術
4.1.3 局域網 LAN
局域網侷限在一個非常小的範圍（ 比如說校園網，企業內部的內網 ）但一般通過高速通信線路來連接，數據傳輸很快，後面會着重來講！
4.1.4 個人區域網 PAN
個人區域網就是把個人工作的地方，把屬於個人使用的設備用無線網絡連接起來的網絡。
4.2 從網絡的使用者來進行分類
4.21 公用網
公網指的是由電信公司出資建造的大型網絡，公用是指所有願意按照電信公司的收費標準付費的用戶可以使用這個網絡。
4.22 專用網（私有網絡）
專用網不向外界提供服務，只能內部使用的網絡。
5、計算機網絡的主要性能指標
5.1 速率
速率就是數據的傳送速率，也成爲數據率或者比特率
單位是bit/s 或 b/s 或 bps
一個比特（bit）就是二進制中的一個0或1 ，一個字節（byte 或 B）等於八個比特，也就是1B=8bit
單位換算中，1024 B = 2的十次方 B = 1 K ， 1024 K = 1 M
生活中常說的100M以太網就是速率爲100M bit/s的以太網
5.2 帶寬
在計算機網絡中，帶寬用來表示網絡的通信線路傳輸數據的能力。
就是單位時間內從網絡的某一點到另一點所能通過的最高數據率。
單位： 比特每秒 （ bit/s ）
所以一條通信鏈路的帶寬越寬，傳輸的最高速率就越高。
5.3 吞吐量
吞吐量是單位時間內通過某個網絡（信道或接口）的數據量
有時候也可以用每秒傳送的字節數或者幀數來表示
5.4 時延
時延是指數據從網絡的一段到另一端所需要的時間。
時延也可以稱爲延遲或遲延。
總時延 = 發送時延 + 排隊時延 + 處理時延 + 傳播時延
5.4.1 發送時延
發送時延是主機或路由器發送數據幀所需要的時間。
可以這樣理解，從發送數據幀的第一個比特開始，到發送完數據幀最後一個比特所需的時間！
計算公式：
5.4.2 處理時延
主機或路由器收到分組時要花費一定的時間進行處理，比如分析分組的頭部、從分組中提取數據部分、進行差錯檢驗、查看路由表之類的，由此產生處理時延！
5.4.3 排隊時延
分組在進行網絡傳輸時，要經過許多的路由器。但是分組在進入路由器之後，要先在輸入隊列中排隊，等待處理。在路由器確定了轉發接口後，分組得再輸出隊列中排隊等待轉發，從而產生排隊時延！
當網絡的通信量很大時，會發生隊列溢出，使分組丟失，那麼相當於排隊時延無窮大！
5.4.4 傳播時延
傳播時延是電磁波在信道中傳播一定距離所需要的時間。
計算公式：
電磁波:
在自由空間中的傳播速率是光速，3 x 10^5 km/s
在銅線電纜中傳播速率爲 2.3 x 10^5 km/s
在光纖中的傳播速率爲 2 x 10^5 km/s
5.4.5 時延模型簡單記
本博客中所有截圖均是博主所繪，用於幫助各位讀者理解！
5.5 利用率
5.51 網絡利用率
網絡利用率是全網絡所有信道利用率的加權平均值
5.52 信道利用率
信道利用率是指信道是有百分之幾的時間是被利用了的，也就是說信道是有百分之幾的時間有數據通過。
值得一提的是，信道利用率並不是越大越好，如果信道利用率達到了百分之百，那麼整個信道就癱瘓了，時延無限大！
我覺得讀者肯定會疑惑，爲啥呀？利用率不都是越大越好嗎？還有，爲啥利用率達到了百分之百，信道會癱瘓？
這樣吧，我舉個例子，來打消你的疑慮！
信道就好比高速公路，高速公路平時的車流量一般都不會太多，除非遇到了車禍，給堵了。高速公路之所以稱之爲高速公路，那就是快，高速！試想如果高速公路上有密密麻麻的車，你覺得你能高速跑起來嗎？高速路上有密密麻麻得車和在市中心堵車有啥區別，根本跑不起來呀，你說是不？信道也如此！
假設：
D 爲網絡當前時延
D0 爲網絡空閒時的時延
U 爲利用率
可以用一個簡單的公式來表示D、D0、U 的關係
D=D0/(1-U)
6、協議的定義和類型
計算機網絡中，想要做到有條不紊的交換數據，就必須遵守一些事先約定好的規則。這些規則明確的規定了所要交換的數據的格式，以及需要發出何種控制信息和響應等等。
這些爲了網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定，稱爲網絡協議，簡稱協議。
協議有兩種不同的形式，一種是使用便於人來閱讀和理解的文字描述；另一種則是使用計算機能夠理解的程序代碼。
7、OSI 七層協議和TCP/IP協議體系結構的對比
在下圖中，顏色相同的部分，對應的是同一層 ！
記住 TCP/IP 是四層，有些人說TCP/IP五層協議，這是錯的！
雖然TCP/IP 是四層協議，但是我們要將的計算機網絡系列仍然是以五層來講，這樣比較方便，更利於學習！
8、簡單介紹五層體系結構
8.1 應用層
應用層的任務就是如何通過應用進程間的交互來完成特定的應用。
應用層協議定義的是應用進程間通信和交互的規則。
比如支持萬維網的HTTP協議，支持電子郵件的SMTP協議等。
進程就是正在運行的程序。
我們將應用層交互的數據單元稱爲報文。
應用層先簡述到這裏，明白應用層有什麼用就行了，後面我們會詳細的講解！
8.2 運輸層
運輸層的任務是負責向兩臺主機中的進程之間提供通用的數據傳輸服務
運輸層有複用和分用的功能：
複用就是多個應用進程可以同時使用下面的運輸層的服務
分用就是運輸層把收到的信息分別交付給上層中對應的進程
運輸層主要有以下兩種協議：
1、傳輸控制協議 TCP-----提供面向連接的，可靠的數據傳輸服務，其數據傳輸的單位是報文段。
2、用戶數據報協議 UDP-----提供無連接的，盡最大努力的數據傳輸服務，其數據傳輸的單位是用戶數據包。
8.3 網絡層
網絡層負責爲 分組交換網上的 不同主機提供通信服務。在發送數據時，網絡層把運輸層產生的報文段或用戶數據報封裝成分組或包進行傳送。
分組也叫做IP數據包、或者數據包。
網絡層的另一個任務就是要使源主機運輸層所傳下來的分組，能夠通過網絡中的路由器找到合適的路由，最後到達目的主機。
網絡層也叫做網際層或者IP層。
8.4 數據鏈路層
在兩個相鄰節點之間傳送數據時，數據鏈路層將網絡層交下來的IP數據包組裝成幀，每個幀包括數據和必要的控制信息。
8.5 物理層
在物理層上傳輸的數據單位是比特，發送方發送0，1 ，接收方接收也應該爲0，1 。物理層要考慮用多大的電壓表示0、1，以及接收方如何去識別。還要考慮所採用的傳輸媒體的類型，比如雙絞線、光纜等。
總結一下，物理層就是規定用啥啥，啥啥的要求是啥，說白了就是對硬件的標準之類的。就是對硬件的一些標準，規定