计算机网络概述

计算机网络笔记，视频地址：https://www.bilibili.com/video/av9876107

1. 局域网、广域网及因特网

1.1 局域网

距离100m，带宽10M,100M,1000M

计算机 -> 接入层交换机 -> 汇聚层交换机

汇聚层交换机的带宽要大于接入层交换机

局域网的覆盖范围较小，带宽固定，设备需要自己配置自己维护

1.2 因特网

因特网服务提供商ISP(Internet Service Provider)有自己的机房，为网民提供访问Internet的连接

因特网的结构如下：

不同用户可以选择不同的网络运营商，需要注意的是，不同网络运营商之间的访问速度较慢，这也是为什么在下载的时候电信用户点击网通下载会很慢的原因。有的企业会将服务器托管到不同的网络运营商中，此外，还可以设置双线机房，设置多个访问地址不同运营商都可以访问

1.3 广域网

距离远，带宽不固定

2. 计算机网络通信过程

先简单的介绍一些网络中的概念：

子网掩码显示了网络的网段，例如网络中子网掩码是255.255.0.0，ip地址是192.168.122.1，这说明前两位是网络部分，后两位是主机部分

一般给路由器分配的ip地址是192.168.0.1(以上面ip为例)，路由器的作用是在不同网段中转发数据

MAC(Media Access Control Address)地址指的是物理地址，在设备出厂时会自动配置，每个网卡有唯一的mac地址，但是由于路由器有多个网卡，可以有多个mac地址

DNS(Domain Name System)是域名系统，DNS服务器可以根据DNS解析网址

访问网址的过程如下：

• 本地主机先通过DNS服务器解析目标网站的IP地址

• 得到目标IP地址后，本地主机先将数据发送到路由器上，然后由路由器转发到因特网，这一部分发生在数据链路层，数据传输单位是帧(Frame)

• 路由器将数据传递给下一个路由器，直至达到目标服务器

• 目标服务器先将网页数据切片，放到缓存中，然后一个个的发生切片数据，切片数据在传输的时候，缓存中的数据不能删除

3. OSI参考模型

3.1 OSI七层结构

从顶层到底层依次为：

• **应用层：**所有能够产生网络流量的程序都在应用层

• **表示层：**对数据进行翻译、加密或压缩，例如在网页中已经确定了编码格式，如果访问时更改其编码格式就会出现乱码情况

• **会话层：**建立、管理或终止会话。相当于网络中数据传输过程中本地和目标之间的一个会话连接，当目标服务器中的数据传输完毕会话关闭，在cmd输入netstat -n可以看到本地已经建立的会话。会话层可以用于查木马程序，使用netstat -nb可以查看不同会话分别由什么程序建立

• 传输层：由于网络层生成的包具有不可靠性，传输层需要对其进行重新排序和修正，确保通信服务的可靠性，避免出现报文出错、丢失，时间延迟等问题，提供端到端的可靠报文传递和错误恢复。传输层提供可靠传输(TCP)和不可靠传输(UDP，例如在域名解析时不需要可靠的传输)

• **网络层：**动态规划网络路径以及规划IP地址（虚拟机）

• **数据链路层：**定义了帧的开始和结束，实现透明传输，差错校验（交换机）

• **物理层：**定义网络接口标准、电气标准(数模变化)及硬件规范(光纤，主机)

3.2 网络故障排查

网络故障排查一般从底层到高层排查

• 物理层故障：
  • 网络断开。如果发生有包接收没包，说明网线插头可能有问题，插头坏了或者接触不良
• 数据链路层故障：
  • 有的交换机可以连接上网络，有点不能，可能是MAC地址冲突（可以通过改注册表不使用本机网卡的mac地址）
  • ADSL（非对称数字用户线，拨号上网）欠费
  • 交换机和网卡的网速不匹配，一般来说如果两个网速不同会自动协商，但是如果一方强制指定网速，可能导致网络不通
• 网络层故障：
  • 配置了错误的IP地址、子网掩码
  • 网关配置错误
  • 路由器上没有到达目标地址的网络
• 应用层故障：
  • 浏览器配置问题，设置了错误的代理

3.3 OSI参考模型和TCP/IP协议

3.4 网络传输过程中数据封装过程

4. 计算机网络的性能

• **速率：**连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率，也称为data rate或bite rate。单位是b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s，一般说宽带网速多少M说的都是Mb/s，单位是bit（位），但是实际网速一般说的kb/s，M/s指的是byte（字节）
• **带宽：**数字通道所能传送的最高速率，单位是b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s。
• **吞吐量：**单位时间内通过某个网络的累计数据量(所有信道)，单位b/s, Mb/s等
• 时延：
  • 发送时延：数据块长度(bit)/信道带宽(bit/s)
  • 传播时延：数据包从发送到送到所用的时间，数据在导体上的时间
  • 处理时延：
  • 排队时延：
• **时延带宽积：**时延带宽积 = 传播时延 * 带宽，表示传输过程中光纤（铜线）上的数据量
• **往返时间（RTT)：**从发送方发送数据开始到发送方收到接收方确认，可以使用ping来测试
• 利用率：
  • 信道利用率：有数据通过时间/（有+无）数据通过时间
  • 网络利用率：信道利用率的加权平均数

信道利用率与时延的关系可以表示为：$D=\frac{D_0}{1-U}$，其中D表示网络当前时延，$D_0$表示网络空闲时的时延，U表示信道利用率