軟件開發速學計網：入門

有錯請在評論區指出，別讓我一直理解錯誤，謝謝。

文章目錄

3.1 邊緣部分

3.2 核心部分

8. 按通信分的網絡

11. 網絡的體系結構

12 參考模型

1. 概念

網絡（network）：許多計算機連在一起。

互聯網（internet）：許多網絡使用路由器連在一起。圖中的圓盤就是路由器。

因特網（Internet）：全球最大的一個互聯網，採用TCP/IP 協議族作爲通信規則。

注意：互聯網和因特網的英文名的首字母的區分。internet指的是網絡中的網絡；Internet是一個專有名詞。

2. 互聯網發展的三個階段（瞭解下名詞）

1. ARPANET向互聯網發展

ARPANET：ARPA是美國高級研究計劃署（Advanced Research Project Agency）的簡稱，也可稱"阿帕網"。1969年，ARPANET就是它開發的全球第一個運營的封包交換網，也就是互聯網的始祖。直到1983年，TCP/IP協議成爲ARPANET的標準協議，使得所有使用TCP/IP協議的計算機都能利用它來相互通信，這才最終誕生了互聯網。

2. 三級結構的互聯網

1985年，NSF(美國國家科學基金會)建成了一個NSFNET，把計算機網絡分成3級，分別爲：校園網（企業網），地區網，主幹網。許多校園網（企業網）由地區網連接，許多地區網由主幹網來連接。這單個三級結構的網絡完全不能供應互聯網日益增長的通信量需求，而且隨着互聯網越來越大，政府將主幹網交給私人來經營。

3. 逐漸形成多層次ISP結構的互聯網

1993年開始，NSFNET逐漸被若干個商用的互聯網主幹網替代。而ISP(Internet Service Provider)就成爲互聯網服務的提供商。比如中國移動、中國聯通、中國電信就是我國最有名的ISP。再由這些大的ISP再分爲不同層次的ISP：主幹ISP，地區ISP和本地ISP。就構成了現在的互聯網。

而這些ISP就會給我們計算機分配公網IP，但是這些IP地址是有統一規範的，每個IP地址都是獨一無二的。比如把各個省會劃分IP地址，每個省中的市也會劃分好IP地址，方便識別是哪個哪個地區的，

通過IP地址就可以查出是哪個地區的，比如：在cmd命令行輸入：

ping www.baidu.com

就會得到一個公網IP地址，然後複製該IP地址百度一下，就看到是百度的服務器在哪。

正在 Ping www.a.shifen.com [183.232.231.174] 具有 32 字節的數據:
來自 183.232.231.174 的回覆: 字節=32 時間=17ms TTL=57
來自 183.232.231.174 的回覆: 字節=32 時間=17ms TTL=57
來自 183.232.231.174 的回覆: 字節=32 時間=17ms TTL=57
來自 183.232.231.174 的回覆: 字節=32 時間=17ms TTL=57

183.232.231.174 的 Ping 統計信息:
    數據包: 已發送 = 4，已接收 = 4，丟失 = 0 (0% 丟失)，
往返行程的估計時間(以毫秒爲單位):
    最短 = 17ms，最長 = 17ms，平均 = 17ms

因爲我在廣東，所以看到的是百度在廣東省的服務器的位置（有可能不是真實的服務器，可能搜索的ip是做了cdn的ip。做了cdn的網站，就好像源站在各個地區都有服務器，但實際上只有一個服務器，具體看這: 開了cdn的作用，結果還是爲了加快訪問速度，)當然有時可能不是這樣的，因爲網絡總是會自己選擇合適的線路訪問。爲什麼是訪問廣東省的服務器？因爲我去訪問北京地區的百度的服務器，那網速可能會慢，所以很多大公司都會設置不同的地區節點服務器，而對應地區的人訪問它們的網頁（產品）就很快，並且網絡是自適應的，自己選擇合適的線路進行訪問，所以一般都是會選擇訪問離自己最近的服務器，要是自己最近的地區沒有或者服務器有問題則會去訪問其他地區的。

上面是我的理解，理解有錯請指出。

在我們購買服務器時總是會出現不同地區節點給你選擇，一般都是選擇離自己最近的去購買。

所以你也可以發現，我們去訪問一些可訪問的國外網站（除了被屏蔽的），會很慢很慢。

3. 因特網的組成

因特網主要可以分爲邊緣部分和核心部分。

因特網的兩大組成部分（邊緣部分與核心部分）的特點是什麼？它們的工作方式各有什麼特點？

邊緣部分：就是連接在因特網上的所有的主機。邊緣部分利用核心部分提供的服務，使衆多主機之間能夠互相通信並交換信息或共享信息。

核心部分：網絡中的核心部分由許多路由器實現互連，向網絡邊緣中的主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信，即數據交換。

3.1 邊緣部分

邊緣部分可分爲：客戶服務器方式（Client/Server方式–CS方式）和對等方式（Peer-to-Peer方式–P2P方式）。

3.1.1 客戶服務器方式（Client/Server方式–CS方式）

這個最容易理解，舉個例子：比如我們打開英雄聯盟客戶端，在登錄賬號時，會通過網絡將登錄信息（獲取賬號數據）發送給服務器，然後客戶端就等待應答服務器的消息（顯示正在載入）；對於服務器獲取該信息後，它就執行客戶端所請求的賬號信息，然後就發送回一個應答消息（賬號數據）。

整個過程都是通過網絡來通信的，你試試把網線拔了並且不連熱點，看看能不能登錄。而登錄後，點擊客戶端的功能（開房間）這些也是需要網絡進行通信。所以即使登進去後再拔網線，客戶端的功能都是無法響應的，並且會顯示網絡連接失敗強制你退出客戶端的信息。

該方式的缺點就是：如果同一時間很多很多很多人去請求服務器（點擊客戶端功能），那麼網絡的帶寬就會有壓力，服務器有負載，一時間內承受不住這麼多人的請求。所以有時候我們在客戶端點擊功能時會很長時間才響應或者響應不了。

不過像英雄聯盟有活動時一區爆滿，它通過限制人數來解決該問題。

現在網站是用BS方式，即瀏覽器-服務器方式，通信方式也是一樣。但是BS方式對電腦配置要求低，且利於維護，安全性還好，而CS容易被反彙編，但是CS對於複雜的業務處理更容易。

3.1.2 對等方式（Peer-to-Peer方式–P2P方式）

以對等方式進行通信，並不區分客戶端和服務端，而是平等關係進行通信。在對等方式下，可以把每個相連的主機當成既是主機又是客戶，可以互相下載對方的共享文件。比如迅雷下載就是典型的p2p通信方式，還可以看到一個文件下載的人越多越快，嘿嘿。

3.2 核心部分

核心部分可分爲：電路交換（Circuit Switching）、報文交換（Message Switching）、分組交換（Packet Switching）。

3.2.1 電路交換（Circuit Switching）

電路交換是以電路連接爲目的的交換方式，通信之前要在通信雙方之間建立一條被雙方獨佔的物理通道。即使不通信。信道也是獨佔。

典型的應用就是打電話。當打電話給某人時，會對交換機申請佔用通信資源（當我們撥號後會等一下，此時就是在申請通信資源）；申請成功後（對方響鈴）就會連接到對方，此時就一直佔用該通信資源；最後，但我們按下掛斷，那麼就會釋放通信資源。即電路交換的基本過程可分爲連接建立、信息傳送和連接拆除三個階段。

交換機就是來轉換、連接通信線路的（電話線），還是由ISP提供，所以要錢的。打一個電話，通過電話線發出信號，來到交換機，交換機看看你打的電話是哪裏的（電話號碼是獨一無二的，並且是有規則的分配，比如某地區是以什麼數字開頭的或者以什麼數字結尾的這些，跟IP地址一樣的，所以不怕找不到或者不怕很混亂）就接到那個地方的通信線路，建立通話。

當然，也有申請不成功的時候，也就是對方正在跟別人通話，此時就會申請失敗。這也說明了打電話是單線的，當被人佔用後不釋放就提示：您撥打的電話正在通話中。

跨省通話，就需要藉助更多交換機來連接我與對方的通信。所以你現在可以想想爲什麼打長途電話比較貴。

電路交換的優點：

由於通信線路爲通信雙方用戶專用，數據直達，所以傳輸數據的時延非常小。
通信雙方之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時通信，實時性強。
雙方通信時按發送順序傳送數據，不存在失序問題。
電路交換既適用於傳輸模擬信號，也適用於傳輸數字信號。
電路交換的交換設備（交換機等）及控制均較簡單。

電路交換的缺點：

電路交換的平均連接建立時間對計算機通信來說嫌長，即連接時間長。
電路交換連接建立後，物理通路被通信雙方獨佔，即使通信線路空閒，也不能供其他用戶使用，因而信道利用率低。
電路交換時，數據直達，不同類型、不同規格、不同速率的終端很難相互進行通信，也難以在通信過程中進行差錯控制，即可能不同的終端導致難通信。

3.2.2 報文交換（Message Switching）

報文(Message)是網絡中交換與傳輸的數據單元，即站點一次性要發送的數據塊。報文包含了將要發送的完整的數據信息，其長短很不一致，長度不限且可變。

而報文交換就是以報文爲單位，報文中含有目標結點的地址，將完整的報文在網絡中一站一站地向前傳送。報文交換不要求在兩個通信結點之間建立專用通路。

優點：

報文交換不需要爲通信雙方預先建立一條專用的通信線路，不存在連接建立時延，用戶可隨時發送報文。
由於採用存儲轉發的傳輸方式，使之具有下列優點：
a. 在報文交換中便於設置代碼檢驗和數據重發設施，加之交換結點還具有路徑選擇，就可以做到某條傳輸路徑發生故障時，重新選擇另一條路徑傳輸數據，提高了傳輸的可靠性；
b. 在存儲轉發中容易實現代碼轉換和速率匹配，甚至收發雙方可以不同時處於可用狀態。這樣就便於類型、規格和速度不同的計算機之間進行通信；
c. 提供多目標服務，即一個報文可以同時發送到多個目的地址，這在電路交換中是很難實現的；
d. 允許建立數據傳輸的優先級，使優先級高的報文優先轉換。
通信雙方不是固定佔有一條通信線路，而是在不同的時間一段一段地部分佔有這條物理通路，因而大大提高了通信線路的利用率。

缺點：

由於數據進入交換結點後要經歷存儲、轉發這一過程，從而引起轉發時延（包括接收報文、檢驗正確性、排隊、發送時間等），而且網絡的通信量愈大，造成的時延就愈大，因此報文交換的實時性差，不適合傳送實時或交互式業務的數據。
報文交換隻適用於數字信號。
由於報文長度沒有限制，而每個中間結點都要完整地接收傳來的整個報文，當輸出線路不空閒時，還可能要存儲幾個完整報文等待轉發，要求網絡中每個結點有較大的緩衝區。爲了降低成本，減少結點的緩衝存儲器的容量，有時要把等待轉發的報文存在磁盤上，進一步增加了傳送時延。

3.2.3 分組交換（Packet Switching）

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分組交換，也可以稱爲包交換，以分組爲單位，就是把報文（當成數據就行）按一定長度分成幾組後，並且爲了準確的發送到目的地，每一組都帶上首部信息（標記，指定目的地地址），當交換機收到分組後，會根據首部信息將分組轉發到目的地，目的地會把這些組去掉首部後組合成完整的數據。

分組交換的本質就是存儲轉發，它將所接受的分組暫時存儲下來，在目的方向路由上排隊，當它可以發送信息時，再將信息發送到相應的路由上，完成轉發。其存儲轉發的過程就是分組交換的過程。

電報交換與分組交換的區別：電報交換就好像中國建立的石油管道，管道建立了，就只能傳輸石油，即使管道空閒也不讓別的東西運輸；分組交換就好像高速公路，公路上有不同的車輛，可運輸不同的東西，車輛有不同的目的地，當車輛駕駛過去後公路空閒，可以由別的車輛繼續來行駛，也就是車道是共享的。偶爾會塞車，專業名稱就是網絡阻塞，出車禍，專業名稱就是數據丟失。

分組交換的思想來源於報文交換，報文交換也稱爲存儲轉發交換，它們交換過程的本質都是存儲轉發，所不同的是分組交換的最小信息單位是分組，而報文交換則是一個個報文。由於以較小的分組爲單位進行傳輸和交換，所以分組交換比報文交換快。報文交換主要應用於公用電報網中。

計算機網絡是使用分組交換實現通信的。

分組交換的優點：

不需要像電路交換一樣去建立連接，不存在連接建立時延，用戶是隨時發送分組的;
由於採用存儲轉發方式，加之交換節點具有路徑選擇，當某條傳輸線路故障時可選擇其他傳輸線路，提高了傳輸的可靠性。
通信雙反不是固定的佔用一條通信線路，而是在不同的時間一段一段地部分佔用這條物理通路，因而大大提高了通信線路的利用率。
由於分組短小，更適用於採用優先級策略，便於及時傳送一些緊急數據，因此對於計算機之間的突發式的數據通信，分組交換顯然更爲合適些。

但缺點就是有時延和開銷大:

時延指的是轉發時延，包括接受分組、檢驗正確性、排隊、發送時間等，而且網絡的通信量越大，造成的時延就越大，實時性較差，比如我們網絡聊天時有可能卡。
開銷就是首部信息，這些信息降低了可用來運輸用戶數據的通信容量。
分組交換可能出現失序，丟失或重複分組，分組到達目的節點時，對分組按編號進行排序等工作，增加了麻煩。

3.2.4 三種方式的比較

看圖：

圖中的t（也就是電路交換和報文交換中間的向下的箭頭）表示的是傳輸一段報文所用的時間。

解釋：

電路交換，在建立A到D的連接過程中，中間的B和C就是交換機，幫忙轉換線路到目的地D，但連接建立完後會給個確認信息（不然就是提示對方正在通話中），稱爲建立延遲；然後就到了數據傳送階段，多少數據就發多少，而發送這些報文需要時間，稱爲傳送延遲；最後連接釋放所需的時間，稱爲釋放延遲。把這三個延遲加起來就是總時間。
報文交換，可以看出，就從A開始直接將整段報文發送，然後在該過程中都需要將該報文經轉發多個地方後纔到達D。該交換有傳送延遲，即發送報文的時間，當然B處的兩個報文之間有處理時間，即處理這些報文，然後要轉發到哪個地方這些。所以總時間是處理延遲加上傳送延遲。
分組交換，這是採用併發式發送組，即當第一個組發送後，B點接收到了；當在B點開始發送到C時，第二個組也開始發送到B；接着當第一個組送到目的地D，第二個組要從B發送到C，此時第三個組也開始發送到B。這就是併發式發送，這樣的速度是很快的，線路的利用率高。

總結：由圖就可以看出，分組交換的傳輸速度是最快的。

4. 網絡的分類

總結了這麼多。。不同書有不一樣的說法，但大致就是下面這些。

按作用範圍（地理位置）來分有：
- 個域網（PAN，Personal Area Network）
- 局域網（LAN，Local Area Network）
- 城域網（MAN，Metropolitan Area Network）
- 廣域網（WAN，Wide Area Network）
- 無線網絡（Wireless Network）
按使用者來分有：
- 公用網
- 私用網
按拓撲結構來分有：
- 總線型結構
- 環形結構
- 星形結構
- 樹形結構
- 網狀結構
- 混合結構
按交換方式來分有：
- 電路交換
- 報文交換
- 分組交換
工作模式來分：（上面有說）
- 客戶機/服務器（CS）
- 對等網（P2P）
按通信來分：
- 點對點
- 廣播式
傳輸介質來分：
- 有線網
- 光纖網
- 無線網

5. 按作用範圍來分的網絡

5.1 個域網（PAN，Personal Area Network）

個域網允許設備圍繞着一個人進行通信，其覆蓋範圍一般在10米半徑以內。

個域網可分爲無線個域網和有線個域網。

無線個域網：用無線搭建的，比如藍牙，藍牙打印機。
有線個域網：用線纜搭建的，比如USB，個人用的打印機。

5.2 局域網（LAN，Local Area Network）

局域網是一種私有網絡，是指在某一區域內由多臺計算機互聯成的計算機組。一般在一座建築物內或建築物附近，比如家庭、辦公室或工廠。局域網絡被廣泛用來連接個人計算機和消費類電子設備，使它們能夠共享資源和交換信息。當局域網被用於公司時，它們就稱爲企業網絡。局域網的覆蓋範圍一般是方圓幾千米之內。

局域網可分爲無線局域網和有線局域網。

無線局域網：比如WIFI。WIFI還可以使用中續器擴大WIFI信號範圍。
有線局域網：通常情況下，有線局域網的運行速度在100Mbps到1Gbps之間，延遲很低（微秒或者納秒級），而且很少發生錯誤。較新的局域網可以工作在高達10Gbps的速率。和無線網絡相比，有線局域網在性能的所有方面都超過了它們。比如以太網（Ethernet）連接的網絡——教室機房、家庭網絡。

1Mbps（兆比特/秒）等於1 000 000 比特/秒。
以太網（Ethernet）是一種計算機局域網技術。IEEE組織的IEEE 802.3標準制定了以太網的技術標準，它規定了包括物理層的連線、電子信號和介質訪問層協議的內容。

（瞭解）
局域網一般爲一個部門或單位所有，建網、維護以及擴展等較容易，系統靈活性高。其主要特點是：

覆蓋的地理範圍較小，只在一個相對獨立的局部範圍內聯，如一座或集中的建築羣內。
使用專門鋪設的傳輸介質進行聯網，數據傳輸速率高（10Mb/s～10Gb/s）。
通信延遲時間短，可靠性較高。
局域網可以支持多種傳輸介質。

局域網的類型很多，若按網絡使用的傳輸介質分類，可分爲有線網和無線網；若按網絡拓撲結構分類，可分爲總線型、星型、環型、樹型、混合型等；若按傳輸介質所使用的訪問控制方法分類，又可分爲以太網、令牌環網、FDDI網和無線局域網等。其中，以太網是當前應用最普遍的局域網技術。

5.3 城域網（MAN，Metropolitan Area Network）

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城域網的範圍可覆蓋一個城市。屬寬帶局域網。由於採用具有有源交換元件的局域網技術，網中傳輸時延較小，它的傳輸媒介主要採用光纜，傳輸速率在100兆比特/秒以上。

MAN的一個重要用途是用作骨幹網，通過它將位於同一城市內不同地點的主機、數據庫，以及LAN等互相聯接起來，這與WAN的作用有相似之處，但兩者在實現方法與性能上有很大差別。

骨幹網（Backbone Network）是用來連接多個區域或地區的高速網絡。每個骨幹網中至少有一個和其他骨幹網進行互聯互通的連接點。不同的網絡供應商都擁有自己的骨幹網，用以連接其位於不同區域的網絡。

城域網也可以分爲有線城域網和無線城域網。

有線城域網：比如有線電視網。
無線城域網：比如無線電視網。

5.4 廣域網（WAN，Wide Area Network）

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又稱外網、公網。是連接不同地區局域網或城域網計算機通信的遠程網。通常跨接很大的物理範圍，所覆蓋的範圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個地區、城市和國家，或橫跨幾個洲並能提供遠距離通信，形成國際性的遠程網絡。廣域網並不等同於互聯網。

上面也有說過，網絡還分爲私用網和公用網。

一般所指的互聯網是屬於一種公共型的廣域網，公共型的廣域網的成本會較低，爲一種較便宜的網上環境，但跟廣域網比較來說，是沒辦法管理帶寬，走公共型網上系統，任何一段的帶寬都無法被保證。所以就會有私用網，如果有北、中、南等分公司，甚至海外分公司，把這些分公司以專線方式連接起來，即也可稱爲“廣域網”。

私用網還有軍網，政府網，教育網等。說說教育網：我們學校的網絡屬於校園網，是局域網類型，而教育網，有地區教育網，省教育網，還有全國教育網。地區教育網（在一個地區內連接各大校園網）屬於城域網類型；省教育網（連接各地區）屬於廣域網類型；而全國教育網（連接各省）屬於廣域網類型。

廣域網的發送介質主要是利用電話線或光纖，由ISP業者將企業間做連線，這些線是ISP業者預先埋在馬路下的線路，因爲工程浩大，維修不易，而且帶寬是可以被保證的，所以在成本上就會比較爲昂貴。

5.5 無線網絡（Wireless Network）

所謂無線網絡，是指無需佈線就能實現各種通信設備互聯的網絡。 無線網絡技術涵蓋的範圍很廣，既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數據網絡，也包括爲近距離無線連接進行優化的紅外線及射頻技術。

根據網絡覆蓋範圍的不同，可以將無線網絡劃分爲：

無線廣域網(WWAN：Wireless Wide Area Network)：覆蓋廣大的區域。比如相鄰的城鎮，或者城市與郊區之間的接入點之間的無線連接通常使用鍋狀天線的點對點微波鏈路，而不是小型網絡中所使用的全向天線
無線局域網(WLAN：Wireless Local Area Network)：像家裏的網絡（以太網），學校的機房。使用的一個標準稱爲：IEEE802.11。
無線城域網(WMAN：Wireless Metropolitan Area Network)：連接多個無線局域網。
無線個人局域網(WPAN：Wireless Personal Area Network)：藍牙，僅爲個人服務。

這四種在上面也說了。

缺點就是有時會不穩定，易受干擾。

5.6 其他問題

不能單單從距離來判斷網絡是什麼類型。比如我傳文件給鄰居，但是不能因爲說我們兩個人離得近所以用的一定是局域網，有可能我們是通過廣域網（因特網）來傳文件的。而如果鄰居連接了我的WIFI，則一定是局域網。

6. 按使用者來分的網絡

公有網：就在上面的廣域網裏面說了，大家都可以用的，共享的網絡，比如因特網。
私有網：軍網，教育網等。提供專線，給特定的人羣使用。

7. 按拓撲結構分的網絡

網絡拓撲結構是指用傳輸介質互連各種設備的物理佈局。網絡中的計算機等設備要實現互聯，就需要以一定的結構方式進行連接，這種連接方式就叫做“拓撲結構”，通俗地講就是這些網絡設備是如何連接在一起的。常見的網絡拓撲結構主要有：總線型結構、環形結構、星形結構、樹形結構和網狀結構等。

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7.1 總線型結構

總線拓撲結構採用一個信道作爲傳輸媒體,所有站點都通過相應的硬件接口直接連到這一公共傳輸媒體上,該公共傳輸媒體即稱爲總線。任何一個站發送的信號都沿着傳輸媒體傳播,而且能被所有其它站所接收。

因爲所有站點共享一條公用的傳輸信道,所以一次只能由一個設備傳輸信號。通常採用分佈式控制策略來確定哪個站點可以發送或發送時,發送站將報文分成分組,然後逐個依次發送這些分組,有時還要與其它站來的分組交替地在媒體上傳輸。當分組經過各站時,其中的目的站會識別到分組所攜帶的目的地址,然後複製下這些分組的內容。

總線拓撲結構的優點：
(1)總線結構所需要的電纜數量少，線纜長度短，易於佈線和維護。
(2)總線結構簡單,又是元源工作,有較高的可靠性。傳輸速率高，可達1~100Mbps。
(3)易於擴充,增加或減少用戶比較方便，結構簡單，組網容易，網絡擴展方便
(4)多個節點共用一條傳輸信道，信道利用率高。

總線拓撲的缺點：
(1)總線的傳輸距離有限,通信範圍受到限制。
(2)故障診斷和隔離較困難。
(3)分佈式協議不能保證信息的及時傳送，不具有實時功能。站點必須是智能的，要有媒體訪問控制功能,從而增加了站點的硬件和軟件開銷。

7.2 環形結構

在環型拓撲中各節點通過環路接口連在一條首尾相連的閉合環型通信線路中，環路上任何節點均可以請求發送信息。請求一旦被批准，便可以向環路發送信息。環型網中的數據可以是單向也可是雙向傳輸。由於環線公用，一個節點發出的信息必須穿越環中所有的環路接口，信息流中目的地址與環上某節點地址相符時，信息被該節點的環路接口所接收，而後信息繼續流向下一環路接口，一直流回到發送該信息的環路接口節點爲止。

環型拓撲的優點：
(1)電纜長度短。環型拓撲網絡所需的電纜長度和總線拓撲網絡相似，但比星形拓撲網絡要短得多。
(2)增加或減少工作站時，僅需簡單的連接操作。
(3)可使用光纖。光纖的傳輸速率很高，十分適合於環型拓撲的單方向傳輸。

環型拓撲的缺點：
(1)節點的故障會引起全網故障。這是因爲環上的數據傳輸要通過接在環上的每一個節點,一旦環中某一節點發生故障就會引起全網的故障。
(2)故障檢測困難。這與總線拓撲相似,因爲不是集中控制,故障檢測需在網上各個節點進行,因此就不很容易。
(3)環型拓撲結構的媒體訪問控制協議都採用令牌傳遞的方式,在負載很輕時,信道利用率相對來說就比較低。

7.3 星形結構

星型拓撲是由中央節點和通過點到點通信鏈路接到中央節點的各個站點組成。中央節點執行集中式通信控制策略,因此中央節點相當複雜,而各個站點的通信處理負擔都很小。星型網採用的交換方式有電路交換和報文交換,尤以電路交換更爲普遍。這種結構一旦建立了通道連接,就可以無延遲地在連通的兩個站點之間傳送數據。流行的專用交換機PBX (Private Branch exchange)就是星型拓撲結構的典型實例。

星型拓撲結構的優點：
（1）結構簡單，連接方便，管理和維護都相對容易，而且擴展性強。
（2）網絡延遲時間較小，傳輸誤差低。
（3）在同一網段內支持多種傳輸介質，除非中央節點故障，否則網絡不會輕易癱瘓。
（4）每個節點直接連到中央節點，故障容易檢測和隔離，可以很方便地排除有故障的節點。

因此，星型網絡拓撲結構是應用最廣泛的一種網絡拓撲結構。
星型拓撲結構的缺點：
（1）安裝和維護的費用較高
（2）共享資源的能力較差
（3）一條通信線路只被該線路上的中央節點和邊緣節點使用，通信線路利用率不高
（4）對中央節點要求相當高，一旦中央節點出現故障，則整個網絡將癱瘓。

星型拓撲結構廣泛應用於網絡的智能集中於中央節點的場合。從趨勢看,計算機的發展已從集中的主機系統發展到大量功能很強的微型機和工作站，在這種形勢下，傳統的星型拓撲的使用會有所減少。

7.4 樹形結構

樹型結構樹形網絡也叫多星級型網絡。樹形網絡是由多個層次的星型結構縱向連接而成，樹的每個節點都是都是計算機或轉接設備。

集線器（hub）連N臺電腦，他們共享在一個區域裏，如果這個區域裏有衝突，所有電腦都受影響。
交換機連n臺電腦，每個交換機端口是一個獨立的區域，即使有衝突，衝突也侷限在相對應的交換機端口，不影響其他電腦。

樹型拓撲的優點：與星型相比，它的通信線路總長度短，成本較低，節點易於擴充，尋找路徑比較方便

樹型拓撲的缺點：除了葉節點及其相連的線路外，任一節點或其相連的線路故障都會使系統受到影響。

擴展一下：交換機和集線器。

下圖是集線器的一種：

下圖是交換機：

7.5 網狀結構

網狀拓撲結構主要指各節點通過傳輸線互聯連接起來,並且每一個節點至少與其他兩個節點相連。
這種結構在廣域網中得到了廣泛的應用，它的優點是不受瓶頸問題和失效問題的影響。由於節點之間有許多條路徑相連，可以爲數據流的傳輸選擇適當的路由，從而繞過失效的部件或過忙的節點。這種結構雖然比較複雜，成本也比較高，提供上述功能的網絡協議也較複雜，但由於它的可靠性高，仍然受到用戶的歡迎。

網型拓撲的優點：
(1)節點間路徑多，碰撞和阻塞減少。
(2)局部故障不影響整個網絡，可靠性高。

網型拓撲的缺點：
(1)網絡關係複雜，建網較難，不易擴充。
(2)網絡控制機制複雜，必須採用路由算法和流量控制機制。

7.6 混合型拓撲

混合型拓撲是將兩種單一拓撲結構混合起來，取兩者的優點構成的拓撲。

一種是星型拓撲和環型拓撲混合成的"星-環"拓撲，另一種是星型拓撲和總線拓撲混合成的"星-總"拓撲。

這兩種混合型結構有相似之處，如果將總線拓撲的兩個端點連在一起也就變成了環型拓撲。

混合型拓撲的優點：
(1)故障診斷和隔離較爲方便。一旦網絡發生故障，只要診斷出哪個網絡設備有故障，將該網絡設備和全網隔離即可。
(2)易於擴展。要擴展用戶時，可以加入新的網絡設備，也可在設計時，在每個網絡設備中留出一些備用的可插入新站點的連接口。
(3)安裝方便。網絡的主鏈路只要連通匯聚層設備，然後再通過分支鏈路連通匯聚層設備和接入層設備。

混合型拓撲的缺點：
(1)需要選用智能網絡設備，實現網絡故障自動診斷和故障節點的隔離，網絡建設成本比較高。
(2)像星型拓撲結構一樣，匯聚層設備到接入層設備的線纜安裝長度會增加較多。

8. 按通信分的網絡

8.1 點到點

將兩臺獨立的計算機連接起來。星型網、環形網採用這種傳輸方式。

8.2 廣播式

在一個廣播式的網絡上，通信信道被網絡上的所有機器所共享；任何一臺機器發出的數據包（簡單理解就是數據在傳輸時爲了快分組拆成幾塊，這些數據塊稱爲數據包）能被所有其他任何機器收到。無線網和總線型網絡屬於這種類型。

有些廣播系統還支持給一組機器發送數據包的模式，這種傳輸模式稱爲組播。

9. 需要知道的計算機名詞

結合《計算機網絡第五版》，計算機網絡有很多名詞，可以瞭解一下一些名詞。

萬維網（World Wide Web，簡稱www）：是一個由許多互相鏈接的超文本組成的系統，通過互聯網訪問。是互聯網的功能之一，在網上衝浪時就是在使用萬維網，使用微信，qq，上傳文件（FTP）就不是使用萬維網。（參考）
虛擬專用網（Virtual Private Networks，VPN）：可以將不同地點的單個網絡聯結成一個擴展網絡。也就是終結"地理位置的束縛"。
（無線）射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）：RFID標籤是一種無源芯片（無電池，），公交卡、二代身份證、食堂餐卡等裏面就有這種芯片，然後利用無線射頻識別技術對帶有RFID標籤的東西進行通信，讀取信息。無電池是最早的，現在也有有電池的，比如高速公路上的不停車收費那個。
全球定位系統（Global Positioning System，GPS）：像移動手機上都裝有GPS接收器，一打開就可以知道我們的位置。當然位置是可以虛擬的。
進場通信（NFC）：是由非接觸式射頻識別（RFID）及互連互通技術整合演變而來的，可以看成是RFID的子集。像現在手機都帶有NFC，就可以充當RFID智能卡（模擬）與RFID讀寫器互動進行消費；也可以充當讀寫器，對公交卡進行充值。
釣魚（Phishing）郵件/網站：釣魚就是僞裝成一個看起來可以信賴的郵件/網站，這類通常誘使你吐露敏感信息，比如密碼，身份證賬號，銀行卡賬號等。
數據包：包(Packet)是TCP/IP協議通信傳輸中的數據單位，一般也稱“數據包”，也可以叫“數據報”。在包交換網絡裏，單個消息被劃分爲多個數據塊，這些數據塊稱爲包，它包含發送者（IP地址）和接收者的地址信息。是在網絡層中的。
數據幀：數據幀中包含數據包，是在數據鏈路層中的。帶有MAC地址。
報文（message）：在不同的上下文中有不同的稱呼，上面的數據包就是網絡層中的報文。
通信子網：通信子網由各種網絡通信設備（如路由器、交換機）和通信線路組成，負責數據傳輸。
資源子網：資源子網由計算機、外部設備（如打印機）組成，負責處理數據。
子網(subnet)：爲了確定網絡區域，分開主機和路由器的每個接口，從而產生了若干個分離的網絡島，接口端連接了這些獨立網絡的端點。這些獨立的網絡島叫做子網(subnet)。
模擬信號：指用連續變化的物理量表示的信息。
模擬信道：傳輸模擬信號,如調幅或調頻波。
數字信道：傳輸二進制脈衝信號（也稱數字信號）。
數字用戶線（DSL）：Digital Subscriber Line，它重複使用連到各家的電話線進行數字數據的傳輸。
非對稱數字用戶線路（ADSL)：Asymmetric Digital Subscriber Line，利用現有的一對電話銅線，爲用戶提供上行（上傳文件）、下行（下載文件）非對稱的傳輸速率（即帶寬）。這裏是普通寬帶上網，現在我們用的是光纖上網的，所以更快。
調制解調器（modem，俗稱貓）：取自調製（modulator）和解調（demodulator），指任何一種在數字比特和模擬信號之間作轉換的設備。就是我們家裏常說的光貓。

10. 網絡的性能指標

10.1 速率/比特率/數據率

連接在計算機網絡上的主機在數字信道上傳送數據位數的速率。單位是b/s，kb/s，Mb/s或者Mbps，Gb/s。當提到網絡的速率時，往往指的是額定速率或標稱速率（理想速率），並非網絡實際上運行的速率。

換算公式：1MB/s = 8b/s = 8Mbps

數字信道：傳輸比特的信號，比如再看電影時就得給我們開通一個數字信道，下載文件時又得給我們開通一個數字信道。
所以是建立在一個接收方和一個發送方，速率是在這信道的兩端點間每秒傳輸的比特量。

10.2 帶寬

數據通信鄰域中，數字信道所能傳送的最大理論速率值。ISP說的網速一般指帶寬。單位是b/s或者Mbps，kb/s，Mb/s，Gb/s。其實帶寬包括上行速率（上傳文件的速率）和下行速率（下載文件的速率），兩者的速率是由ISP提供的，如果是普通的電話線（電纜）則上下是不對稱的，現在是光纖上網，所以上下都是對稱的，即100M的帶寬理論上的上行速率和下行速率都可以跑滿100M。

網絡提供商（ISP）給我們家裝寬帶，說給你的網絡速率有100M呢，但實際上你下載東西到達100M了嗎？其實說的100M是比特（上限），即100Mb/s或者100Mbps，而電腦顯示的是字節，也就是說可到達的最大速率是100/8=12.5MB/s。注意大寫B（字節）和小寫b（比特）。

區別好：一個是在電腦顯示的單位（MB/s），一個是網絡中常用的單位（Mbps）。

可以看自己的電腦的網卡支持多少兆的帶寬。所以網速不僅跟ISP提供的帶寬有關係還跟硬件有關。如果遇到ISP提供的帶寬和網卡支持的帶寬不一樣會怎樣，那就會默認自動選取一個最合適的帶寬（一般會選一個最低的）。

但是網速的影響不僅僅那樣，比如還跟下載文件的服務器有關等。

10.3 吞吐量/流量

在單位時間內通過某個網絡的數據量，單位爲b/s，Mb/s等。

顧名思義，一個吞，指的是下載文件產生的流量，專業名稱是下行流量，一個吐，指的是上傳文件產生的流量，專業名稱是上行流量。所以ISP每月提供給我們的流量計費是上行流量和下行流量的總和量。

比如下載文件，看電影產生的數量量（流量）的總和。

10.4 時延

一個報文或分組從一個網絡(或一條鏈路)的一端傳送到另一端所需要的時間。

總時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延

發送時延（傳輸時延）：主機或路由器發送數據幀所需要的時間，也就是從發送數據幀的第一個比特開始算起，到該幀的最後一個比特發送完畢所需的時間。（發生在機器中）
- 公式：發送時延 = $\dfrac{數據幀長度(bit)}{發送速率(bit/s)}$
傳播時延：指電磁信號或光信號在傳輸介質中傳播一定的距離所花費的時間，即從發送端發送數據開始，到接收端收到數據（或者從接收端發送確認幀，到發送端收到確認幀），總共經歷的時間。（發生在傳輸介質中）
- 公式：發送時延 = $\dfrac{信道長度(m)}{傳播速率(m/s)}$
- 在銅線電纜中的傳播速率約爲 2.3 * 10^5 km/s
- 在光纖中的傳播速率約爲 2.0 * 10^5 km/s
- 在此有個疑問不是說光纖比較快嗎？是的，其主要原因是銅線傳播在傳播距離上有一個因素是“衰減”，比如平常用的雙絞線，傳播距離就能達到100m，更長的距離就需要通過中繼器來延續信號，而且只能使用有限次的中繼，每次中繼也是在消耗時間。而光纖中光傳導的的損耗要比點在電線中的損耗低很多，它的傳播距離一般都在數千米以上。更多具體參考
處理時延：主機或路由器收到分組時要花費一定的時間去處理。
排隊時延：分組在經過網絡傳輸時，要經過很多路由器，然而路由器也要處理不同的分組，所以後來的分組可能需要排隊等待路由器處理完別的分組。

例如：網上預約醫生（發送時延），然後自己過去（傳播時延），可能需要排隊（排隊時延），然後詢問醫生（處理時延）。

10.5 時延帶寬積

指的是數據鏈路上能夠承載的最大數據量。就像一條公路上在單位時間內最多可以承載多少量車。

時延帶寬積 = 時延 * 帶寬

10.6 往返時間（RTT）

互聯網上的信息不僅僅單向傳輸而是雙向交互的。所以有時就需要知道一次雙向交互的所需的時間。往返時間包括中間結點的處理時延、排隊時延、以及轉發數據時的發送時延（中途要經過很多路由器）

可以在CMD上ping一個網站，然後ping出來的結果中帶有時間，每個時間都指的是RTT，因爲是發送了4次包，不是那些時間加起來纔是RTT。時間越小，說明連接到這個地址更快。

10.7 利用率

這裏的利用率指的是信道利用率

利用率 = 有數據通過的時間 / （有+無）數據通過的時間

有數據通過的時間一般指發送時延。（有+無）數據通過的時間可能包括往返時間（RTT）、發送時延，處理時延。

網絡利用率：信道利用率加權平均值。

11. 網絡的體系結構

爲了降低網絡的複雜性，絕大多數網絡都組成一個層次棧（a stack of layer）或分級棧（a stack of level）。每一層都建立在其下一層的基礎之上。層的個數、每層名字和內容以及功能各個網絡不盡相同。每一層的目的都是爲其上層提供特定的服務，下層如何實現這些服務上層並不需要知道。

需要了解的名詞：

實體（Entity）：交換信息的硬件或軟件進程。
協議（Protocol）：是指通信雙方（一對實體）就如何進行通信的一種約定。協議就好像語言，我們中國人和外國人交流時，肯定要用同種語言纔可以交流。
服務（Service）：下層向上層提供服務，上層需要使用下層提供的服務來實現本層的功能。
接口（Interface）：接口定義了下層向上層提供哪些哪些原語（操作）和服務。
對等體（Peer）：不同機器上構成相應層次的實體。

這張圖的含義：主機1向主機2通信時，是從主機1（第5層）開始通過接口把數據向下傳輸：第5層-》第4層-》…第1層，每一層中的數據會被處理，所以數據名稱叫法有所改變，這裏先不說。然後通過物理介質（電線，光纖）把數據傳到主機2的第1層，然後一直向上傳遞到主機2的第5層。兩臺主機中相同層次的協議要相同，纔可以把數據處理成可識別的數據。

11.1 面向連接與無連接服務

下層可向上層提供兩種不同類型的服務：面向連接的服務和無連接的服務。

面向連接的服務是按照電話系統建模的（可能會跟電報交換混了，等下看下面的比較），服務用戶必須先建立一個連接，然後使用該連接傳輸數據，最後釋放連接。最典型的就是TCP協議，這個以後再說。
無連接的服務是按照郵政系統建模的，每個信件（報文）都必須攜帶完整的目標信息，不需要與接收方建立連接。最典型的就是UDP協議，這個也以後再說。

面向連接的服務：可靠性傳輸，即數據能保證送到對方。流量控制，防止大量數據對網絡帶來衝擊，保證用戶網絡高效而穩定運行。

面向無連接的服務：實時性強，比如應用在QQ聊天這些。可靠性不是那麼高，結合上面的信件也有丟失的時候，只能重發。但是傳輸速度快，並不需要建立連接。

百度百科，剛好在百度百科看到對它們的區別解釋
電路交換和分組交換 VS 面向連接和無連接:

電路交換和分組交換是強調在通信時用戶對網絡資源的佔用方式：
電路交換是在連接建立後到連接釋放前全程佔用信道資源，而分組交換則是在數據傳送是斷續佔用信道資源(分組在哪一條鏈路上傳送就佔用該鏈路的信道資源)。
面向連接和無連接則強調通信必須經過什麼樣的階段：
面向連接必須經過三個階段：“建立連接→傳送數據→釋放連接”，而無連接則只有一個階段：“傳送數據”。

分組交換中可以是面向連接的服務也可以是無連接的服務；電路交換隻能是面向連接的服務。

11.2 服務與協議的關係

服務定義了該層準備代表其用戶執行哪些操作，但它並不涉及如何實現這些操作。服務與兩層之間的接口有關，低層是服務提供者，而上層是服務用戶。

協議是一組規則，規定了同一層上對等體之間所交換的數據包或報文的格式和含義。對等實體利用協議來實現它們的服務定義，它們可以自由地改變協議，只要不改變呈現給它們用戶的服務即可。

總結成一句話：服務涉及層與層之間的接口，協議涉及不同機器上兩個對等實體之間發送的數據包。

可以使用高級語言來說：服務就好像是面嚮對象語言中的抽象數據類型或對象，而協議與服務的具體實現有關。

12 參考模型

網絡體系結構中兩個重要的模型：OSI參考模型和TCP/IP模型

12.1 OSI參考模型

OSI模型（OSI，Open System Interconnection）是國際標準化組織（ISO，International Standards Organization）的研究的網絡互聯模型。所以要區別好OSI和ISO，一般全稱這樣寫：OSI/ISO模型。

OSI模型也稱開放系統互連，它涉及那些爲了與其他系統通信而開放的系統。OSI模型有7層，從底層往高層講：百度百科

物理層（physical layer）：主要功能是利用傳輸介質爲數據鏈路層提供物理聯接，負責數據流的物理傳輸工作。物理層傳輸的基本單位是“比特流”。 還涉及了：電壓、物理數據速率、最大傳輸距離、物理傳輸介質等。
數據鏈路層（data link layer）：在通信實體間建立數據鏈路聯接，傳輸的基本單位爲“幀”，併爲網絡層提供差錯控制和流量控制服務。
網絡層：主要爲數據在節點之間傳輸創建邏輯鏈路，通過路由選擇算法爲分組選擇最佳路徑，從而實現擁塞控制、網絡互聯等功能。傳輸的基本單位爲“數據包”或者“數據報”。該層有提供數據報和虛電路方式的服務。數據報是一種無連接的網絡服務，虛電路是一種面向連接的網絡服務。
傳輸層（transport layer）：基本功能是接收來自上一層的數據，在必要的時候把這些數據分割成較小的單元，然後把這些數據單元傳遞給網絡層，並確保這些數據單元正確地到達另一端，即爲用戶提供End—to—End(端到端)服務。該層提供的服務可分爲傳輸連接服務（通常，對會話層要求的每個傳輸連接，傳輸層都要在網絡層上建立相應的連接。）和數據傳輸服務（強調提供面向連接的可靠服務，並提供流量控制、差錯控制和序列控制）。
會話層（session layer）：主要功能是負責維護兩個節點之間的傳輸聯接，確保點到點傳輸不中斷，以及管理數據交換等功能。會話層還可以通過對話控制來決定使用何種通信方式，全雙工通信或半雙工通信。
表示層（presentation layer）：關注的是所傳遞信息的語法和語義，處理在兩個通信系統中交換信息的表示方式，主要包括數據格式變化、數據加密與解密、數據壓縮與解壓等。比如在網頁上點擊切換中文語言，網頁即顯示中文，點擊切換英文語言，就顯示英文頁面。
應用層（application layer）：包含了用戶通常需要的各種各樣的協議。比如廣泛使用的超文本傳輸協議（HTTP，HyperText Transfer Protocal），它是萬維網的基礎。

參考：網絡層，傳輸層都提供了面向連接和無連接的服務方式。但是它這種說法應該不對，應該是說相對於什麼參考模型來說，比如ISO的傳輸層只是提供了面向連接的服務
額外注意：傳輸層是在用戶機器上運行的，而網絡層是運行在承運商控制的路由，所以傳輸層的目的是爲了丟失的、損壞的數據能在該層先檢測出來，然後由該層來補償。用戶對網絡層幾乎沒有控制權，如果總是丟失數據要怎麼辦，可以重發，但是數據都到了承運商那裏了，現在重發，影響速度，如果能在用戶機器發送到承運商前先檢查好（在用戶機器上重發），那麼速度豈不是快了。

12.2 TCP/IP參考模型

現在的Internet所使用的就是該模型。鼻祖ARPANET也是使用該模型。TCP/IP參加模型是以無縫的方式將多個網絡連接起來。這裏以該模型中兩個最主要的協議命名，即TCP協議和IP協議。該模型一共有5層，以最低層開始：

鏈路層（link layer）或網絡接入層（即主機-網絡層）：網絡接入層與OSI參考模型中的物理層和數據鏈路層相對應，它負責監視數據在主機和網絡之間的交換。事實上，TCP/IP本身並未定義該層的協議，而由參與互連的各網絡使用自己的物理層和數據鏈路層協議，然後與TCP/IP的網絡接入層進行連接。地址解析協議（ARP）工作在此層，即OSI參考模型的數據鏈路層。
互聯網層（internet layer）：將整個網絡體系結構貫穿在一起的關鍵層。大致對應於OSI的網絡層。該層的任務是允許主機將數據包注入到任何網絡，並且讓這些數據包獨立地到達接收方（接收方可能在不同的網絡上）。主要有2個協議：因特網協議（IP，Internet Protocal），與之相伴的還有一個輔助協議：因特網控制報文協議（ICMP，Internet Control Message Protocal）。百度百科說有3個主要協議，除上面兩個還有一個：互聯網組管理協議（IGMP）。
傳輸層（transport layer）：爲應用層實體提供端到端的通信功能，保證了數據包的順序傳送及數據的完整性。。跟OSI的傳輸層一樣，主要定義了兩個端到端的傳輸協議：傳輸控制協議（TCP，Transport Control Protocal）和用戶數據包協議（UDP，User Datagram Protocal）。TCP協議提供的是一種可靠的、通過“三次握手”來連接的數據傳輸服務；而UDP協議提供的則是不保證可靠的（並不是不可靠）、無連接的數據傳輸服務。
應用層：應用層對應於OSI參考模型的高層，爲用戶提供所需要的各種服務（來自OSI模型的經驗，對於大多數應用來說表示層和會話層獨立出來並沒有多大用處，所以就合併在應用層）。例如：文件傳輸協議（FTP，上傳文件要用的），電子郵件協議（SMTP），域名系統（DNS，將主機名稱映射到網絡地址）等。

書上的圖，不過這張圖還缺少一些協議：

12.3 OSI/ISO參考模型和TCP/IP參考模型的比較

共同點：都是以協議棧概念爲基礎，並且協議棧中的協議彼此相互獨立，此外，兩個模型中各個層的功能也大致相似。

不同點：

OSI/ISO模型的核心是：服務、接口、協議。而TCP/IP模型並沒有明確區分服務、接口、協議。所以OSI/ISO模型中的協議比TCP/IP模型中的協議有更好的隱蔽性，當技術發送變化時OSI模型中的協議相對更容易被新協議所替換。
無連接和麪向連接的通信領域有所不同。OSI模型的網絡層同時支持無連接和麪向連接的通信，但是傳輸層只能支持面向連接的通信；ICP/IP模型在網絡層只支持一種模式：無連接，但是在傳輸層同時支持兩種通信模型，給了用戶一個選擇的機會。