計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)第一章
1.1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代的作用
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已由一種通信基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展成為一種重要的信息服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)像水，電，煤氣這些基礎(chǔ)設(shè)施一樣，成為我們生活中不可或缺的一部分
我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r
中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心CNNIC
1.2、因特網(wǎng)概述
1、網(wǎng)絡(luò)、互連網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）和因特網(wǎng)
網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)（Network）由若干結(jié)點(diǎn)（Node）和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路（Link）組成。
互連網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）：多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)路由器互連起來(lái)，這樣就構(gòu)成了一個(gè)覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，即互連網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）。因此，互聯(lián)網(wǎng)又稱為“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)（Network of Networks）”。
因特網(wǎng)：因特網(wǎng)（Internet）是世界上最大的互連網(wǎng)絡(luò)（用戶數(shù)以億計(jì)，互連的網(wǎng)絡(luò)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)）。
internet與Internet的區(qū)別
internet(互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng))是一個(gè)通用名詞，它泛指多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)。在這些網(wǎng)絡(luò)之間的通信協(xié)議可以是任意的。
Internet（因特網(wǎng)）則是一個(gè)專用名詞，它指當(dāng)前全球最大的、開(kāi)放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)互連而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用TCP/IP協(xié)議族作為通信的規(guī)則，其前身是美國(guó)的ARPANET。
任意把幾個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)（不管采用什么協(xié)議），并能夠相互通信，這樣構(gòu)成的是一個(gè)互連網(wǎng)(internet) ，而不是互聯(lián)網(wǎng)(Internet)。
2、因特網(wǎng)（覆蓋全球，特定的互聯(lián)網(wǎng)）發(fā)展的三個(gè)階段
因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISP(Internet?Service?Provider)
普通用戶是如何接入到因特網(wǎng)的呢？
答：通過(guò)ISP接入因特網(wǎng)
ISP可以從因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)到成塊的IP地址，同時(shí)擁有通信線路以及路由器等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人只需繳納費(fèi)用，就可從ISP的得到所需要的IP地址。
因?yàn)橐蛱鼐W(wǎng)上的主機(jī)都必須有IP地址才能進(jìn)行通信，這樣就可以通過(guò)該ISP接入到因特網(wǎng)
中國(guó)的三大ISP：中國(guó)電信，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)移動(dòng)
基于ISP的三層結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)
一旦某個(gè)用戶能夠接入到因特網(wǎng)，那么他也可以成為一個(gè)ISP，所需要做的就是購(gòu)買(mǎi)一些如調(diào)制解調(diào)器或路由器這樣的設(shè)備，讓其他用戶可以和他相連。
3、因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作
因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作對(duì)因特網(wǎng)的發(fā)展起到了非常重要的作用。
因特網(wǎng)在指定其標(biāo)準(zhǔn)上的一個(gè)很大的特點(diǎn)是面向公眾。
因特網(wǎng)所有的RFC(Request For Comments)技術(shù)文檔都可從因特網(wǎng)上免費(fèi)下載；
任何人都可以隨時(shí)用電子郵件發(fā)表對(duì)某個(gè)文檔的意見(jiàn)或建議。
因特網(wǎng)協(xié)會(huì)ISOC是一個(gè)國(guó)際性組織，它負(fù)責(zé)對(duì)因特網(wǎng)進(jìn)行全面管理，以及在世界范圍內(nèi)促進(jìn)其發(fā)展和使用。
因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)IAB，負(fù)責(zé)管理因特網(wǎng)有關(guān)協(xié)議的開(kāi)發(fā)；
因特網(wǎng)工程部IETF，負(fù)責(zé)研究中短期工程問(wèn)題，主要針對(duì)協(xié)議的開(kāi)發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化；
因特網(wǎng)研究部IRTF，從事理論方面的研究和開(kāi)發(fā)一些需要長(zhǎng)期考慮的問(wèn)題。
制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過(guò)一下4個(gè)階段：
1、因特網(wǎng)草案（在這個(gè)階段還不是RFC文檔）
2、建議標(biāo)準(zhǔn)（從這個(gè)階段開(kāi)始就成為RFC文檔）
3、草案標(biāo)準(zhǔn)
4、因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)
4、因特網(wǎng)的組成
因特網(wǎng)可以分為邊緣部分與核心部分
邊緣部分
由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成（臺(tái)式電腦，大型服務(wù)器，筆記本電腦，平板，智能手機(jī)等）。這部分是用戶直接使用的，用來(lái)進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。
核心部分
由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。
路由器是一種專用計(jì)算機(jī)，但我們不稱它為主機(jī)，路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換的關(guān)鍵構(gòu)建，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心最重要的部分。
處在互聯(lián)網(wǎng)邊緣的部分就是連接在互聯(lián)網(wǎng)上的所有的主機(jī)。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng) (end system)。
端系統(tǒng)在功能上可能有很大的差別：
小的端系統(tǒng)可以是一臺(tái)普通個(gè)人電腦，具有上網(wǎng)功能的智能手機(jī)，甚至是一個(gè)很小的網(wǎng)絡(luò)攝像頭。
大的端系統(tǒng)則可以是一臺(tái)非常昂貴的大型計(jì)算機(jī)。
端系統(tǒng)的擁有者可以是個(gè)人，也可以是單位（如學(xué)校、企業(yè)、政府機(jī)關(guān)等），當(dāng)然也可以是某個(gè)ISP（互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者，即運(yùn)營(yíng)商）。
補(bǔ)充：
端系統(tǒng)（處在互聯(lián)網(wǎng)邊緣部分、連接在互聯(lián)網(wǎng)上的所有主機(jī)）之間通信的含義
“主機(jī) A 和主機(jī) B 進(jìn)行通信”實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī) A 上的某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī) B 上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。即“主機(jī)A的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī)B上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”。簡(jiǎn)稱為“計(jì)算機(jī)之間通信”。
端系統(tǒng)之間的通信方式（主機(jī)A和主機(jī)B之間進(jìn)行的通信）通?？蓜澐譃閮纱箢悾?/p>
客戶-服務(wù)器方式：
客戶 (client) 和服務(wù)器 (server) 都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。
客戶 - 服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系。
客戶是服務(wù)的請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。
服務(wù)請(qǐng)求方和服務(wù)提供方都要使用網(wǎng)絡(luò)核心部分所提供的服務(wù)。
對(duì)等連接方式：
對(duì)等連接(peer-to-peer，簡(jiǎn)寫(xiě)為P2P) 是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請(qǐng)求方還是服務(wù)提供方。
只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對(duì)等連接軟件 ( P2P 軟件) ，它們就可以進(jìn)行平等的、對(duì)等連接通信。
雙方都可以下載對(duì)方已經(jīng)存儲(chǔ)在硬盤(pán)中的共享文檔。
1.3 三種交換方式
網(wǎng)絡(luò)核心部分是互聯(lián)網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。
網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。
網(wǎng)絡(luò)核心部分的作用是為了兩個(gè)主機(jī)之間提供連通性
在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。
路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching) 的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。
1、電路交換（Circuit Switching）
傳統(tǒng)兩兩相連的方式，當(dāng)電話數(shù)量很多時(shí)，電話線也很多，就很不方便
所以要使得每一部電話能夠很方便地和另一部電話進(jìn)行通信，就應(yīng)該使用一個(gè)中間設(shè)備將這些電話連接起來(lái)，這個(gè)中間設(shè)備就是電話交換機(jī)
電話交換機(jī)接通電話線的方式稱為電路交換；
從通信資源的分配角度來(lái)看，交換（Switching）就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源；
電路交換的三個(gè)步驟：
1、建立連接（分配通信資源）
2、通話（一直占用通信資源）
3、釋放連接（歸還通信資源）
當(dāng)使用電路交換來(lái)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，其線路的傳輸效率往往很低。
這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)是突發(fā)式地出現(xiàn)在傳輸線路上的。
所以計(jì)算機(jī)通常采用的是分組交換，而不是電路交換
2、分組交換（Packet Switching）
通常我們把表示該消息的整塊數(shù)據(jù)成為一個(gè)報(bào)文。
在發(fā)送報(bào)文之前，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成一個(gè)個(gè)更小的等長(zhǎng)數(shù)據(jù)段，在每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面。加上一些由必要的控制信息組成的首部后，就構(gòu)成一個(gè)分組，也可簡(jiǎn)稱為“包”，相應(yīng)地，首部也可稱為“包頭”。
首部包含了分組的目的地址
分組從源主機(jī)到目的主機(jī)，可走不同的路徑。
１、發(fā)送方：構(gòu)造分組、發(fā)送分組
２、路由器：緩存分組、轉(zhuǎn)發(fā)分組。簡(jiǎn)稱為“分組轉(zhuǎn)發(fā)”。在路由器中的輸入和輸出端口之間沒(méi)有直接連線。
路由器處理分組的過(guò)程是：
１）、把收到的分組先放入緩存（暫時(shí)存儲(chǔ)）；
２）、查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝?b>轉(zhuǎn)發(fā)出去。
３、接收方：接收分組、還原報(bào)文
3、報(bào)文交換（Message Switching）
報(bào)文交換中的交換結(jié)點(diǎn)也采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，但報(bào)文交換對(duì)報(bào)文的大小沒(méi)有限制，這就要求交換結(jié)點(diǎn)需要較大的緩存空間。報(bào)文交換主要用于早期的電報(bào)通信網(wǎng)，現(xiàn)在較少使用，通常被較先進(jìn)的分組交換方式所取代。
三種交換方式的對(duì)比（電路交換、報(bào)文交換。分組交換）
假設(shè)A，B，C，D是分組傳輸路徑所要經(jīng)過(guò)的4個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，縱坐標(biāo)為時(shí)間
分析：
電路交換：
通信之前首先要建立連接；連接建立好之后，就可以使用已建立好的連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；數(shù)據(jù)傳送后，需釋放連接，以歸還之前建立連接所占用的通信線路資源。
一旦建立連接，中間的各結(jié)點(diǎn)交換機(jī)就是直通形式的，比特流可以直達(dá)終點(diǎn)；
報(bào)文交換：
可以隨時(shí)發(fā)送報(bào)文，而不需要事先建立連接；整個(gè)報(bào)文先傳送到相鄰結(jié)點(diǎn)交換機(jī)，全部存儲(chǔ)下來(lái)后進(jìn)行查表轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。
整個(gè)報(bào)文需要在各結(jié)點(diǎn)交換機(jī)上進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，由于不限制報(bào)文大小，因此需要各結(jié)點(diǎn)交換機(jī)都具有較大的緩存空間。
分組交換：
可以隨時(shí)發(fā)送分組，而不需要事先建立連接。構(gòu)成原始報(bào)文的一個(gè)個(gè)分組，依次在各結(jié)點(diǎn)交換機(jī)上存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。各結(jié)點(diǎn)交換機(jī)在發(fā)送分組的同時(shí)，還緩存接收到的分組。
構(gòu)成原始報(bào)文的一個(gè)個(gè)分組，在各結(jié)點(diǎn)交換機(jī)上進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，相比報(bào)文交換，減少了轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，還可以避免過(guò)長(zhǎng)的報(bào)文長(zhǎng)時(shí)間占用鏈路，（限制了分組的大?。┩瑫r(shí)也有利于進(jìn)行差錯(cuò)控制。
1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義和分類
定義
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的精確定義并未統(tǒng)一
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的最簡(jiǎn)單的定義是：一些互相連接的、自治的計(jì)算機(jī)的集合。
互連：是指計(jì)算機(jī)之間可以通過(guò)有線或無(wú)線的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；
自治：是指獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，它有自己的硬件和軟件，可以單獨(dú)運(yùn)行使用；
集合：是指至少需要兩臺(tái)計(jì)算機(jī)；
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的較好的定義是：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要是由一些通用的，可編程的硬件（一定包含有中央處理機(jī)CPU）互連而成的，而這些硬件并非專門(mén)用來(lái)實(shí)現(xiàn)某一特定目的（例如，傳送數(shù)據(jù)或視頻信號(hào)）。這些可編程的硬件能夠用來(lái)傳送多種不同類型的數(shù)據(jù)，并能支持廣泛的和日益增長(zhǎng)的應(yīng)用。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所連接的硬件，并不限于一般的計(jì)算機(jī)，而是包括了智能手機(jī)等智能硬件。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并非專門(mén)用來(lái)傳送數(shù)據(jù)，而是能夠支持很多種的應(yīng)用（包括今后可能出現(xiàn)的各種應(yīng)用）。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類
１、按交換技術(shù)分類：
電路交換網(wǎng)絡(luò)
報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)
分組交換網(wǎng)絡(luò)
２、按使用者分類：
公用網(wǎng)
專用網(wǎng)
３、按傳輸介質(zhì)分類：
有線網(wǎng)絡(luò)
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)
４、按覆蓋范圍分類：
廣域網(wǎng)WAN（Wide Area Network）
作用范圍通常為幾十到幾千公里，因而有時(shí)也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)（long haul network）。廣域網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的核心部分，其任務(wù)是通過(guò)長(zhǎng)距離（例如，跨越不同的國(guó)家）運(yùn)送主機(jī)所發(fā)送的數(shù)據(jù)。
城域網(wǎng)MAN
作用范圍一般是一個(gè)城市，可跨越幾個(gè)街區(qū)甚至整個(gè)城市
局域網(wǎng)LAN
一般用微型計(jì)算機(jī)或工作站通過(guò)高速通信線路相連（速率通常在 10 Mbit/s 以上），但地理上范圍較小（1 km 左右）
個(gè)域網(wǎng)PAN
就是在個(gè)人工作的地方把個(gè)人使用的電子設(shè)備用無(wú)線技術(shù)連接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)。
５、按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類：
總線型網(wǎng)絡(luò)
星型網(wǎng)絡(luò)
環(huán)形網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)
1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)
速率（由數(shù)據(jù)量比特引出速率）：
注意：數(shù)據(jù)量與速率的轉(zhuǎn)換單位不一致
帶寬
帶寬在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的意思是最高數(shù)據(jù)率
吞吐量
帶寬1 Gb/s的以太網(wǎng)，代表其額定速率是1 Gb/s，這個(gè)數(shù)值也是該以太網(wǎng)的吞吐量的絕對(duì)上限值。因此，對(duì)于帶寬1 Gb/s的以太網(wǎng)，可能實(shí)際吞吐量只有 700 Mb/s，甚至更低。
注意：吞吐量還可以用每秒傳送的字節(jié)數(shù)或幀數(shù)表示
時(shí)延
時(shí)延時(shí)指數(shù)據(jù)（一個(gè)報(bào)文或分組，甚至比特）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。
網(wǎng)絡(luò)時(shí)延由幾部分組成：
發(fā)送時(shí)延
主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。
傳播時(shí)延
電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費(fèi)的時(shí)間。
處理時(shí)延
主機(jī)或路由器在收到分組時(shí)要花費(fèi)一定時(shí)間進(jìn)行處理
排隊(duì)時(shí)延
分組在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，要經(jīng)過(guò)許多路由器。但分組在進(jìn)入路由器后要先在輸入隊(duì)列中排隊(duì)等待處理。
有時(shí)會(huì)把排隊(duì)時(shí)延看成處理時(shí)延 一部分
總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 處理時(shí)延 （處理時(shí)延 + 排隊(duì)時(shí)延）
當(dāng)處理時(shí)延忽略不計(jì)時(shí)，發(fā)送時(shí)延 和 傳播時(shí)延誰(shuí)占主導(dǎo)，要具體情況具體分析
時(shí)延帶寬積
時(shí)延帶寬積 = 傳播時(shí)延 * 帶寬
帶寬在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中代表的是最高數(shù)據(jù)率
往返時(shí)間
互聯(lián)網(wǎng)上的信息不僅僅單方向傳輸而是雙向交互的。因此，我們有時(shí)很需要知道雙向交互一次所需的時(shí)間。
分組在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)誤碼，被結(jié)點(diǎn)交換機(jī)檢測(cè)出誤碼（此原理將在后續(xù)課程中講述），進(jìn)而被丟棄。
假設(shè)路由器R5當(dāng)前的輸入緩沖區(qū)已滿，此時(shí)主機(jī)分組到達(dá)該路由器，路由器沒(méi)有存儲(chǔ)空間暫存該分組，只能將其丟棄。實(shí)際上，路由器會(huì)根據(jù)自身的擁塞控制方法，在輸入緩存還未滿的時(shí)候就主動(dòng)丟棄分組。
1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
1 常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系分層的必要性
3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層思想舉例
4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的專業(yè)術(shù)語(yǔ)（重點(diǎn)和難點(diǎn)）
1、常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
為了使不同體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都能夠互連，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織于1977年成立了專門(mén)機(jī)構(gòu)研究該問(wèn)題，不久提出了一個(gè)使全世界的計(jì)算機(jī)能夠互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)框架--開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型（OSI）
因特網(wǎng)于1983年開(kāi)始使用TCP/IP協(xié)議族
如今用的最多的是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)今規(guī)模最大的、覆蓋全球的、基于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)并未使用OSI標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)相當(dāng)于將OSI體系結(jié)構(gòu)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層合并為了網(wǎng)絡(luò)接口層，并去掉了會(huì)話層和表示層。TCP/IP在網(wǎng)絡(luò)層使用的協(xié)議是IP協(xié)議，IP協(xié)議的意思是網(wǎng)際協(xié)議，因此TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)層稱為網(wǎng)際層.
TCP/IP是一種體系結(jié)構(gòu)
用戶的主機(jī)必須使用TCP/IP協(xié)議。
在用戶主機(jī)的操作系統(tǒng)中，通常都帶有符合TCP/IP體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議族。而用于網(wǎng)絡(luò)互連的路由器中，也帶有符合TCP/IP體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議族。只不過(guò)路由器一般只包含網(wǎng)絡(luò)接口層和網(wǎng)際層。
主機(jī)中TCP/IP協(xié)議族為4層，路由器中TCP/IP協(xié)議族為兩層。
TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒(méi)有規(guī)定什么具體的內(nèi)容，這樣的目的是可以互連全世界各種不同的網(wǎng)絡(luò)接口。例如：有線的以太網(wǎng)接口，無(wú)線局域網(wǎng)的WIFI接口，而不限定僅使用一種或幾種網(wǎng)絡(luò)接口。因此本質(zhì)上TCP/IP體系結(jié)構(gòu)只有上面的三層。IP協(xié)議是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)際層的核心協(xié)議。
IP協(xié)議可以將不同的網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行互連，并向其上的TCP協(xié)議和UDP協(xié)議提供網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)。TCP協(xié)議在享受IP協(xié)議提供的網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)的基礎(chǔ)上，可向應(yīng)用層的相應(yīng)協(xié)議提供可靠的傳輸服務(wù)。UDP協(xié)議在享受IP協(xié)議提供的網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)的基礎(chǔ)上，可向應(yīng)用層的相應(yīng)協(xié)議提供不可靠傳輸的服務(wù)。
網(wǎng)絡(luò)接口層：并沒(méi)有規(guī)定具體內(nèi)容，這樣做的目的是可以互連全世界各種不同的網(wǎng)絡(luò)接口，例如：有線的以太網(wǎng)接口，無(wú)線局域網(wǎng)的WIFI接口等。
網(wǎng)際層：它的核心協(xié)議是IP協(xié)議。
運(yùn)輸層：TCP和UDP是這層的兩個(gè)重要協(xié)議。
應(yīng)用層：這層包含了大量的應(yīng)用層協(xié)議，如 HTTP , DNS 等。
IP協(xié)議（網(wǎng)際層）可以將不同的網(wǎng)絡(luò)接口（網(wǎng)絡(luò)接口層）進(jìn)行互連，并向其上的TCP協(xié)議和UDP協(xié)議（運(yùn)輸層）提供網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)
而TCP協(xié)議在享受IP協(xié)議提供的網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)的基礎(chǔ)上，可向應(yīng)用層的相應(yīng)協(xié)議提供可靠的傳輸服務(wù)。
UDP協(xié)議在享受IP協(xié)議提供的網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)的基礎(chǔ)上，可向應(yīng)用層的相應(yīng)協(xié)議提供不可靠的傳輸服務(wù)。
TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中最重要的是IP協(xié)議和TCP協(xié)議，因此用TCP和IP來(lái)表示整個(gè)協(xié)議大家族。
網(wǎng)絡(luò)互連有兩種體系結(jié)構(gòu)：OSI體系結(jié)構(gòu)、TCP/IP體系結(jié)構(gòu)
如今用的最多的是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)今規(guī)模最大的、覆蓋全球的、基于TCP/IP的互聯(lián)網(wǎng)并未使用OSI標(biāo)準(zhǔn)。
TCP/IP體系結(jié)構(gòu)相當(dāng)于將OSI體系結(jié)構(gòu)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層合并為了網(wǎng)絡(luò)接口層，并去掉了會(huì)話層和表示層。
TCP/IP在網(wǎng)絡(luò)層使用的協(xié)議是IP協(xié)議，IP協(xié)議的意思是網(wǎng)際協(xié)議，因此TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)層稱為網(wǎng)際層
網(wǎng)絡(luò)接口層：并沒(méi)有規(guī)定具體內(nèi)容，這樣做的目的是可以互連全世界各種不同的網(wǎng)絡(luò)接口，例如：有線的以太網(wǎng)接口，無(wú)線局域網(wǎng)的WIFI接口等。
網(wǎng)際層：它的核心協(xié)議是IP協(xié)議。
運(yùn)輸層：TCP和UDP是這層的兩個(gè)重要協(xié)議。
應(yīng)用層：這層包含了大量的應(yīng)用層協(xié)議，如 HTTP , DNS 等。
IP協(xié)議（網(wǎng)際層）可以將不同的網(wǎng)絡(luò)接口（網(wǎng)絡(luò)接口層）進(jìn)行互連，并向其上的TCP協(xié)議和UDP協(xié)議（運(yùn)輸層）提供網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)
而TCP協(xié)議在享受IP協(xié)議提供的網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)的基礎(chǔ)上，可向應(yīng)用層的相應(yīng)協(xié)議提供可靠的傳輸服務(wù)。
UDP協(xié)議在享受IP協(xié)議提供的網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)的基礎(chǔ)上，可向應(yīng)用層的相應(yīng)協(xié)議提供不可靠的傳輸服務(wù)。
TCP/IP體系結(jié)構(gòu)中最重要的是IP協(xié)議和TCP協(xié)議，因此用TCP和IP來(lái)表示整個(gè)協(xié)議大家族。
教學(xué)時(shí)把TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接口層分成了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層
2、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層的必要性
物理層問(wèn)題
將上圖的三個(gè)問(wèn)題劃歸為物理層。
但是，第一，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，傳輸媒體并不屬于物理層
第二，計(jì)算機(jī)傳輸?shù)男盘?hào)，并不是圖示的方波信號(hào)
這樣舉例只是讓初學(xué)者容易理解
數(shù)據(jù)鏈路層問(wèn)題
網(wǎng)卡上的MAC地址，這就是主機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的地址，主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該給數(shù)據(jù)附加上目的地址，當(dāng)其他主機(jī)收到地址后，根據(jù)目的地址和自身地址，來(lái)決定是否接受數(shù)據(jù)。
這種總線型網(wǎng)絡(luò)早已淘汰，現(xiàn)在常用的是使用以太網(wǎng)交換機(jī)將多臺(tái)主機(jī)互連形成的交換式以太網(wǎng)（右下圖），以太網(wǎng)交換機(jī)又是如何實(shí)現(xiàn)的呢？
因特網(wǎng)是由非常多的網(wǎng)絡(luò)和路由器互連起來(lái)的
網(wǎng)絡(luò)層問(wèn)題
N1網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備均是192.168.1.XXX。N2網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備軍事192.168.0.XXX
運(yùn)輸層問(wèn)題
如何標(biāo)識(shí)與網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的應(yīng)用進(jìn)程：一個(gè)分組到來(lái)，我們應(yīng)該交給哪個(gè)進(jìn)程處理呢？瀏覽器進(jìn)程還是QQ進(jìn)程
由于路由器繁忙，丟棄分組，出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤，如何處理？
至此，如果我們解決了物理層，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層以及運(yùn)輸層各自的問(wèn)題，則可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間基于網(wǎng)絡(luò)的通信。在此基礎(chǔ)上，只需制定各種應(yīng)用層協(xié)議，并按協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)相應(yīng)的應(yīng)用程序，通過(guò)應(yīng)用進(jìn)程間的交互來(lái)完成特定的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
應(yīng)用層問(wèn)題
應(yīng)用層該用什么方法（應(yīng)用層協(xié)議）去解析數(shù)據(jù)
總結(jié)
3、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層思想舉例
例子：主機(jī)的瀏覽器如何與Web服務(wù)器進(jìn)行通信
解析：
主機(jī)屬于網(wǎng)絡(luò)N1，Ｗeb服務(wù)器屬于網(wǎng)絡(luò)N2.我們使用主機(jī)中的瀏覽器來(lái)訪問(wèn)Web服務(wù)器，當(dāng)在主機(jī)在瀏覽器中輸入網(wǎng)址后，主機(jī)會(huì)向Web服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求。Web服務(wù)器收到請(qǐng)求后，會(huì)發(fā)回相應(yīng)的響應(yīng)。主機(jī)的瀏覽器收到響應(yīng)后，將其解析為具體的網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容顯示出來(lái)。
主機(jī)和Web服務(wù)器之間基于網(wǎng)絡(luò)的通信，實(shí)際上是主機(jī)中的瀏覽器應(yīng)用進(jìn)程與Web服務(wù)器中的Web服務(wù)器應(yīng)用進(jìn)程之間基于網(wǎng)絡(luò)的通信
體系結(jié)構(gòu)的各層在整個(gè)過(guò)程中起到怎樣的作用？
1、發(fā)送方發(fā)送
第一步：
應(yīng)用層按照HTTP協(xié)議的規(guī)定構(gòu)建一個(gè)HTTP請(qǐng)求報(bào)文
應(yīng)用層將HTTP請(qǐng)求報(bào)文交付給運(yùn)輸層處理
第二步：
運(yùn)輸層給HTTP請(qǐng)求報(bào)文添加一個(gè)TCP首部，使之成為TCP報(bào)文段
TCP報(bào)文段的首部格式作用是區(qū)分應(yīng)用進(jìn)程以及實(shí)現(xiàn)可靠傳輸
運(yùn)輸層將TCP報(bào)文段交付給網(wǎng)絡(luò)層處理
第三步：
網(wǎng)絡(luò)層給TCP報(bào)文段添加一個(gè)IP首部，使之成為IP數(shù)據(jù)報(bào)
IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部格式作用是使IP數(shù)據(jù)報(bào)可以在互聯(lián)網(wǎng)傳輸，也就是被路由器轉(zhuǎn)發(fā)
網(wǎng)絡(luò)層將IP數(shù)據(jù)報(bào)交付給數(shù)據(jù)鏈路層處理
第四步：
數(shù)據(jù)鏈路層給IP數(shù)據(jù)報(bào)添加一個(gè)首部和一個(gè)尾部，使之成為幀（圖示右邊為首部，左邊為尾部）
假設(shè)N1為以太網(wǎng)，這是以太網(wǎng)幀首部的格式
該首部的作用主要是為了讓幀能夠在一段鏈路上或一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳輸，能夠被相應(yīng)的目的主機(jī)接收
該尾部的作用是讓目的主機(jī)檢查所接收到的幀是否有誤碼
數(shù)據(jù)鏈路層將幀交付給物理層
第五步：
物理層先將幀看做是比特流，這里的網(wǎng)絡(luò)N1假設(shè)是以太網(wǎng)，所以物理層還會(huì)給該比特流前面添加前導(dǎo)碼
前導(dǎo)碼的作用是為了讓目的主機(jī)（Web服務(wù)器）做好接收幀的準(zhǔn)備
物理層將裝有前導(dǎo)碼的比特流變換成相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給傳輸媒體
第六步：
信號(hào)通過(guò)傳輸媒體到達(dá)路由器，接下來(lái)看路由器的處理過(guò)程
2、路由器轉(zhuǎn)發(fā)
在路由器中
物理層將信號(hào)變?yōu)?b>比特流，然后去掉前導(dǎo)碼后，將其交付給數(shù)據(jù)鏈路層，這實(shí)際上交付的是幀
數(shù)據(jù)鏈路層將幀的首部和尾部去掉后，將其交付給網(wǎng)絡(luò)層，這實(shí)際交付的是IP數(shù)據(jù)報(bào)
網(wǎng)絡(luò)層解析IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部，從中提取目的網(wǎng)絡(luò)地址
在路由器中
提取目的網(wǎng)絡(luò)地址后，查找自身路由表。確定轉(zhuǎn)發(fā)端口， 以便進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)
網(wǎng)絡(luò)層將IP數(shù)據(jù)報(bào)交付給（路由器）的數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路層給IP數(shù)據(jù)報(bào)添加一個(gè)首部和一個(gè)尾部，使之成為幀
數(shù)據(jù)鏈路層將幀交付給物理層
物理層先將幀看成比特流，這里的網(wǎng)絡(luò)N2假設(shè)是以太網(wǎng)，所以物理層還會(huì)給該比特流前面添加前導(dǎo)碼
物理層將裝有前導(dǎo)碼的比特流變換成相應(yīng)的信號(hào)發(fā)送給傳輸媒體，信號(hào)通過(guò)傳輸媒體到達(dá)Web服務(wù)器
3、接收方接收
和發(fā)送方（主機(jī)）發(fā)送過(guò)程的封裝正好是反著來(lái)
在Web 服務(wù)器上
物理層將信號(hào)變換為比特流，然后去掉前導(dǎo)碼后成為幀，交付給數(shù)據(jù)鏈路層
數(shù)據(jù)鏈路層將幀的首部和尾部去掉后成為IP數(shù)據(jù)報(bào)，將其交付給網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層將IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部去掉后成為TCP報(bào)文段，將其交付給運(yùn)輸層
運(yùn)輸層將TCP報(bào)文段的首部去掉后成為HTTP請(qǐng)求報(bào)文，將其交付給應(yīng)用層
應(yīng)用層對(duì)HTTP請(qǐng)求報(bào)文進(jìn)行解析，然后給主機(jī)發(fā)回HTTP響應(yīng)報(bào)文
發(fā)回響應(yīng)報(bào)文的步驟和之前過(guò)程類似
4、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的專用術(shù)語(yǔ)
以下介紹的專用術(shù)語(yǔ)來(lái)源于OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，但也適用于TCP/IP的四層體系結(jié)構(gòu)和五層協(xié)議原理體系結(jié)構(gòu)。
專業(yè)術(shù)語(yǔ)中由三個(gè)典型代表：實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)。
實(shí)體
協(xié)議
協(xié)議：控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行邏輯通信的規(guī)則的集合
協(xié)議三要素：
語(yǔ)法：定義所交換信息的格式
語(yǔ)義：定義收發(fā)雙方所要完成的操作
同步：定義收發(fā)雙發(fā)的時(shí)序關(guān)系
這是IP數(shù)據(jù)報(bào)格式，小格子稱為字段或域。數(shù)字表示字段的長(zhǎng)度，單位是位（也就是比特）。語(yǔ)法就是定義了這些小格子的長(zhǎng)度和先后順序。
主機(jī)要訪問(wèn)遠(yuǎn)程Web服務(wù)器，會(huì)構(gòu)建一個(gè)HTTP的GET請(qǐng)求報(bào)文，然后將其發(fā)送給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器收到該報(bào)文并進(jìn)行解析，知道這是一個(gè)HTTP的GET請(qǐng)求報(bào)文，于是在自身內(nèi)部查找所請(qǐng)求的內(nèi)容，并將所找到的內(nèi)容封裝在一個(gè)HTTP響應(yīng)報(bào)文中發(fā)回給主機(jī)。主機(jī)收到HTTP響應(yīng)報(bào)文后，對(duì)其進(jìn)行解析，取出所請(qǐng)求的內(nèi)容并由瀏覽器解析顯示。
這個(gè)例子可以體現(xiàn)出通信雙方收到分組后完成怎樣的操作。這是HTTP協(xié)議的語(yǔ)義所定義的
這是TCP采用“三報(bào)文握手”建立連接的過(guò)程。要想進(jìn)行運(yùn)輸層TCP實(shí)體間的邏輯通信，首先必須建立連接，從連接建立的過(guò)程可以看出，TCP客戶端和TCP服務(wù)器之間的時(shí)序關(guān)系以及各自的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。只有雙方建立連接后，才能進(jìn)行TCP數(shù)據(jù)傳輸。
這個(gè)例子可以充分體現(xiàn)出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議三要素中的同步。
服務(wù)
1、例如，物理層對(duì)等實(shí)體在物理層協(xié)議的控制下向數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)。
4、我們可以看見(jiàn)手機(jī)為我們提供的各種服務(wù)，但我們只是享受這些服務(wù)，沒(méi)必要弄懂手機(jī)的工作原理。
對(duì)通信雙方所交互的數(shù)據(jù)包有專門(mén)的術(shù)語(yǔ)。將對(duì)等層次之間傳送的數(shù)據(jù)包稱為該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）
例如，物理層對(duì)等實(shí)體邏輯通信的數(shù)據(jù)包稱為比特流
