众所周知，第一章一般是作为绪论，整本书的知识点基本都点一下，但是却不会深入，这一章的知识主要是作为引入的角色。
1.1 计算机网络概述
所谓计算机，就是一些互联的、自治的计算机系统的集合。其定义主要有三个观点：
①广义观点认为只要是能实现远程信息处理的系统或能进一步达到资源共享的系统，都是计算机网络。
②资源共享观点认为计算机网络是以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。
③用户透明性观点认为存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，它能够调用用户所需要的资源，而整个网络就像一个大的2计算机系统一样对用户是透明的。
对于计算机网络的组成，不同的角度也会有不同的划分：
①从组成部分上看：
一个完整的计算机网络主要有硬件、软件、协议三部分组成，缺一不可，三者之中，协议是计算机网络的核心。
②从工作方式上看：
计算机网络可以划分为边缘部分和核心部分，边缘部分是指所有连接到因特网上、供用户直接使用的主机，用来进行通信和资源共享；核心部分则对应大量的网络和连接网络的路由器。
③从功能组成上看：
计算机网络由通信子网和资源子网组成。通信子网是由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，而资源子网是实现资源共享功能的设备和软件的集合。
计算机网络主要有五大功能：
数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡。
计算机网络根据不同的分类方式，可以进行不同的划分：
①按分布范围分类：
广域网、城域网、局域网、个人区域网
②按传输技术分类：
a、广播式网络
所有联网计算机都共享一个公共通信信道，一台计算机发送报文分组时，所有共用信道的计算机都会收到这个分组，然后由各个收到分组的计算机通过检查目标地址来确定是否接收该分组。一般局域网采用广播式通信技术，广域网中的无线、卫星通信网络也采用此方式。
b、点对点网络
每条物理线路连接一对计算机，如果通信的两台主机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储和转发，直至目的节点。广域网基本都采用点对点网络。
是否采用分组存储转发与路由选择机制是两种网络的重要区别。
③按拓扑结构分类：
网络的拓扑结构是指由网络中的结点与通信线路之间的几何关系表示的网络结构，主要指通信子网的拓扑结构。一般有如下的几种分类：
④按使用者分类：
公用网、专用网
⑤按交换技术分类：
交换技术是指各台主机之间、各通信设备之间或通信设备之间为交换信息所采用的数据格式和交换设置的方式，可以分为下面三种：
a、电路交换网络：
在源结点和目的结点之间建立一条专用的通路用于传送数据，包括建立连接、传输数据和断开连接三部分。该类网络主要特点是整个报文的比特流连续地从源点直达终点。简而言之，即一次性向终点传输全部内容。
这种方式通信时延小，数据是直达目的地的，所以时延很小，当传输的数据量大时这一优点更加明显。双方通信按照顺序，不存在失序问题，而且由于用不同的信道，所以不会冲突。电路的特点使得电路交换可以用于模拟信号也可以用于数字信号，实时性强且控制简单。但是建立连接需要时间，由于建立的连接时独占的，所以效率低，此外由于通信过程建立的连接只有一条，只要出错，传输就会出问题，灵活性很差，而且难以规格化。
b、报文交换网络：
用户的数据加上辅助信息后封装成报文，整个报文传送到相邻结点，全部存储后再传送到下一个邻近结点，直到到达目标节点。该网络主要特点是整个报文一个一个结点进行传送。
这种方式不需要建立连接，所以也就没有建立连接时延，可以充分地利用线路，提高线路利用率，实现不同链路之间不同数据率的转换，可以实现格式转换，可以实现一对多、多对一的访问，可以实现差错控制，如果一条传输路径出现问题，可以直接换成另一条。而且可以实现多目标服务。缺点则是该方式增大了资源开销，增加了缓冲时延，需要额外的控制机制来保证顺序，而且缓冲区难以管理。简而言之，即一次性向邻近结点传输全部内容。
c、分组交换网络：
其原理是将数据分成较短的固定长度的数据块，以块为单位进行传送。其主要特点是单个分组传送到邻近结点，存储后转发到另一个结点。该方式除了具有报文交换网络的优点之外，更加易于管理，网络占用的平均缓冲区更少，更利于标准化。但同时这种方式也要求有更强的处理能力，由于增加控制信息才能组成分组，所以一定程度上降低了通信效率。简而言之，即分组传送到临近结点。
⑥按传输介质分类：
有线和无线。
衡量计算机网络具有许多的性能指标，常用的性能指标如下：
①带宽：
原指通信线路允许通过的信号频带范围，单位是赫兹，这种定义也称为频域定义。在计算机网络中，带宽则表示网络通信线路所能传送数据的能力，是数字信道的最高数据率，这种定义也称为时域定义。
②时延：
指的是数据从网络的一端传送到另一端所需要的总时间，由四部分构成：
a、发送时延
结点将分组的所有比特推向传输链路所需要的时间，即一个比特送发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需要的时间，计算公式为：分组长度/信道宽度。
b、传播时延
电磁波在信道中传播一定距离所需要的时间，即一个比特从链路的一段传播到另一段需要的时间。计算公式为：信道长度/电磁波在信道上的传播速率。
c、处理时延
数据在交换结点中为存储转发而进行的一些必要的处理所需要的时间。
d、排队时延
分组进入路由器后排队等待处理所需要的时间。
实际数据在网络中经历的总时延就是上面四部分的时延之和。
需要注意的是，一般题目中的排队时延和处理时延可以忽略不记，另外，对于高速链路，提高的仅仅是数据发送速率而不是比特在链路上的传播速率，这部分主要是由链路性质所决定的，提高数据的发送速率主要是为了减少发送时延。
③时延带宽积：
指的是发送段从发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发送出了多少个比特，也称为以比特为单位的链路长度，计算公式为传播时延×信道宽度。
④往返时延：
从发送端发送开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历到的时延。互联网中，往返时延还包括中间各个中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。
⑤吞吐量：
单位时间通过某个网络的数据量。
⑥速率：
连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送的速率，也称为数据率或者比特率。将最高数据率称为带宽。
⑦信道利用率：
某一信道有百分之几的时间是有数据通过的，即信道利用率等于有数据通过时间/总时间。信道利用率并不是越高越好，一旦超过了50%时延会急剧增加。
1.2 计算机网络体系结构与参考模型
计算机体系结构中，很重要的一个点就是分层设计的结构，通过对计算机网络的体系结构分层建模，从而促进标准化的工作。
将计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构，换言之，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其所应完成的功能的精确定义，是计算机网络中的层次、各层的协议及层间接口的集合。体系结构是抽象的，而实现是具体的。
分层的基本原则如下:
这种分层的设计方法，使得上层不需要知道下层服务的具体实现细节，就好比去餐馆点菜，你只知道点了一道红烧肉，而厨师怎么做的，用的是注水肉还是伊比利亚黑猪肉你都不需要知道，厨师给你端上来一道红烧肉就是你的目的。采用这种方式，各层之间相对独立，灵活性好，易于更新、调试，每一层可以选择最适合这一层的方式来进行设计。
采用分层次的结构，可以将复杂而庞大的问题转化为若干较小的局部问题，从而易于研究和处理，此外层与层之间通过接口相连，上层不需要知道下层的服务细节，所以方便各层选择最合适的实现方法，层与层之间的关系也更加灵活。
在计算机网络的分层结构中，第n层的活动元素通常称为n层实体，不同机器上的同一层称为对等层，同一层的实体称为对等实体。n层实体实现的服务为n+1层所利用，这种情况下，n层称为服务提供者，而n+1层接受下层服务。
每一层之间除了传送数据，还包括有一定的控制信息，即数据部分和控制信息部分，具体如下：
数据在传送过程中，上面层传下来的数据作为服务数据单元SDU，加上自己所在层的层信息PCI，就成了所在层的协议数据单元PDU，在向下一层继续传递，一直向下传递直至最下面一层。其中，第n层要靠n-1层来实现自身定义的功能，而且还要想n+1层提供本层的服务。最底层只提供服务，最高层则面向用户提供服务。上一层只能通过相邻层的接口调用下一层的服务，而不能夸层调用，下层服务的细节对上层是透明的。
协议、接口、服务是计算机网络中三个很重要的概念，下面总结一下这三个概念
协议是规则的集合，可以看做是计算机网络界的法律法规，协议的双方是对等实体，用于控制两个或多个对等实体之间进行通信。协议由语义、语法和同步三部分组成，语法规定了传输数据的格式，语义规定了所要完成的功能，而同步则规定了执行各种操作的条件、时序关系。简单来说，语法是应该按照什么格式交流，就好比两个人交流，一个用日语一个用英语，两者谁也听不懂谁，而语义则是说要完成一个动作应该怎么表示，就相当于你要点菜，但你不能在大堂直接叫喊，你需要找服务员，这样才能点菜，而同步最好理解，就是一个处理的时序问题。
接口是同一结点内相邻两层之间交换信息的连接点，这个定义相对就没那么重要，这就是一个系统内部的规定，一般也不太常用。
服务是指下层为紧邻的上层提供服务的功能调用，是垂直的，对等实体在协议的控制下，使得本层能为上一层提供服务，但要实现本层的服务仍然要用到下层的服务。
这三个概念中一定要注意，协议是水平的，而服务是垂直的。三个概念可以用下图来表示：
计算机网络提供的服务可以按照下面的方式进行分类：
①面向连接的服务和无连接服务：
是否面向连接，可以用前面出现过的电路交换方式来理解，所谓有连接，就是通信之前先确定一条确定的路线，在通信过程中是按照这个路线进行传送的。传输结束后释放连接和所占用的资源，因此这种服务可以分为建立连接、数据传输和连接释放三个阶段。而无连接指的则是通信前双方不需要建立连接，发送时直接发送，由路线上的各个点来确定下一条走哪里，是一种不可靠（尽最大努力交付）的。
②可靠服务与不可靠服务：
可靠服务指的是网络具有纠错、检错、应答机制，能保证数据完全正确、可靠地传送到目的地。
不可靠服务是网络只尽量正确、可靠地传送，而不能保证数据正确、可靠地传送到目的地，是一种尽力而为的服务。对于不可靠的服务，网络的正确性、可靠性要由应用或者用户来保障。
③有应答服务和无应答服务
有应答服务指的是接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答，该应答由系统实现而不需要由用户实现。而无应答服务则不需要给出应答，若需要应答则由高层来实现。
在计算机网络中，主要有三种模型：
①OSI参考模型：
国际标准化组织提出的网络体系结构模型，分为7层，缺点是划分太细，所以后来没有被广泛使用，自下而上分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层，其中低三层称为通信子网，高三层称为资源子网。
a、物理层
传输单位是比特，任务是透明的比特流传输，功能是在物理媒体上为数据端设备透明地传输原始比特流。物理层标准很多，但是课本上的知识却不多，这一层可能更多的是电路的知识
b、数据链路层
传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组装成帧，数据链路层的功能可以概括为成帧、差错控制、流量控制和传输管理。
其中差错控制指的是两个结点之间传送的信息一旦发现了错误，就将错误信息丢弃。而流量控制则是协调两个节点的速率，是两个收发的速率更加协调。
c、网络层
传输单位是数据报，任务是把网络层的协议数据单元（分组）从源端传送到目的端，功能可以概括为流量控制、拥塞控制、差错控制和国际互联等功能。网络层主要就是利用相应的路由算法计算出一条合适的路径，使分组可以顺利到达目的结点。
d、传输层
传输单位是报文段或者用户数据报，功能是为端到端连接提供可靠的传输服务，包括流量控制、差错控制、服务质量、数据传输管理等服务。数据链路层可以看作点到点的通信，而传输层则是端到端的通信。
e、会话层
允许不同主机上的各个进程之间进行会话。
f、表示层
处理两个通信系统中交换信息的表示方式。
g、应用层
是OSI模型的最高层，是用户与网络的接口。
②TCP/IP模型
该模型比OSI模型简单很多，是真正的国际标准。
其中网络接口层的功能类似于OSI模型的物理层和数据链路层，表示与物理网络的接口。剩余三层都与OSI模型中类似，网际层是TCP/IP协议的关键部分。
两种模型都采用了分层的思想，都基于独立的协议栈的概念，，都可以解决异构网络的互联。
③折中模型
实际学习计算机网络时，一般结合上面两种模型，采用五层协议的体系结构进行讨论。
典型题
计算时延是一个很重要的题目，这里计算的过程和计算机组成原理中指令流水线很类似，根据传输的定义来计算即可。
