網際網路概述

計算機網路由若干結點（node）和連線這些結點的鏈路（link）組成。網路中的結點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。

網路之間還可以通過路由器互連起來，這就狗策了一個覆蓋範圍更大的計算機網路。這樣的網路稱為網際網路（internetwork或internet）。因此網際網路是“網路的網路”。與網路相連的計算機常稱為主機。

網際網路的組成

邊緣部分

由所有連線在網際網路上的主機組成。這部分是使用者直接使用的，用來送行通訊（傳送資料、音訊或視訊）和資源共享。將這些主機稱為端系統，端就是末端的意思。在網路邊緣的端系統之家的通訊可以劃分為兩大類：客戶-伺服器方式（C/S方式）和對等方式（P2P方式）

客戶-伺服器方式

客戶（client）和伺服器（server）都是指通訊中所涉及的兩個應用程序。客戶-伺服器方式所描述的是程序之間服務和被服務的關係。

客戶是伺服器請求方，伺服器是服務提供方。

服務請求方和服務提供方都要使用網路核心部分所提供的服務。

客戶程式特點：

1、被使用者呼叫後執行，在通訊時主動向原地伺服器發起通訊（請求服務）。因此客戶程式必須知道伺服器程式的地址。

2、不需要特殊的硬體和很複雜的作業系統。

伺服器程式特點：

1、是一種專門用來提供某種服務的程式，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。

2、系統啟動後即自動呼叫並一直不斷地執行著，被動地等待並接受來自各地的客戶的通訊請求。因此，伺服器不用知道客戶程式的地址。

3、一般需要強大的硬體和高階的作業系統支援。

客戶和伺服器的通訊可以是雙向的，而且指的都是計算機程序。

對等連線方式

對等連線（peer-to-peer，簡寫P2P）是指兩臺主機在通訊時並不區分哪一個是服務請求方哪一個是服務提供方。只要兩臺主機都運行了對等連線軟體（P2P軟體），它們就可以進行平等的、對等連線通訊。實際上，對等連線方式從本質上看仍是客戶-伺服器方式，只是對等連線中的每一臺主機既是客戶又同時是伺服器。

核心部分

由大量網路和連線這些網路的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。在網路核心部分起特殊作用的是路由器。路由器是實現分組交換的關鍵，其任務是轉發收到的分組。

三種交換方式

電報交換：整個報文的位元流連續地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。

報文交換：整個報文先傳送到相鄰結點，全部儲存下了後查詢轉發表，轉發到下一個結點。

分組交換：單個分組（整個報文的一部分）傳送到相鄰結點，儲存下來後查詢轉發表，轉發到下一個結點。

若要連續傳送大量資料，且傳送時間遠大於連線建立時間，則電路交換的傳輸速率較快。報文交換和分組交換不需要預先分配傳輸頻寬，在傳送突發資料時可提高整個網路的通道利用率。由於一個分組的長度往往遠小於整個報文長度，因此分組交換比報文交換的時延小，同時也更靈活。

計算機網路的效能

速率

網路技術中的速率指資料的傳送速率，也稱為資料率，單位是bit/s。當提到網路的速率時，往往指的是額定速率或標稱速率，而並非網路實際上執行的速率。

頻寬

頻寬有兩種意思

1、頻寬本來是指某個訊號具有的頻頻寬度。訊號的頻寬是指該訊號所包含的各種不同頻率乘法所佔據的頻率範圍。單位是赫茲（或千赫、兆赫等）。因此表現某通道允許通過的訊號頻帶範圍就稱為該通道的頻寬（或通頻帶）

2、在計算機網路中，頻寬用來表示網路中某通道傳送資料的能力，因此網路頻寬表示在單位時間內網路中某通道所能通過的“最高資料率”。單位就是資料率的單位bit/s。

一條通訊鏈路的“頻寬”越寬，其所能傳輸的“最高資料率”越高。

吞吐量

吞吐量表示在單位時間內通過某個網路（或通道、介面）的實際的資料量。有時吞吐量還可以用每秒傳送的位元組數或幀數來表示。

時延

時延是指資料從網路的一端傳送到另一端所需的時間，也稱為延遲。

時延由幾個部分組成：

傳送時延

傳送時延是主機或路由器傳送資料幀所需要的時間，也就是從傳送資料幀的第一個位元算起，到該幀的最後一個位元傳送完畢所需的時間。

傳送時延=資料幀長度（bit）/ 傳送速率（bit/s）

傳播時延

傳播時延是電磁波在通道中傳播一定的距離需要花費的時間

傳播時延=通道長度（m）/ 電磁波在通道上的傳播速率（m/s）

電磁波在自由空間中傳播速率是光速3.0*10^5 km/s，在銅線電纜中的傳播速率約為2.3*10^5 km/s，在光纖中傳播速率約為2.0*10^5 km/s.

處理時延

主機或路由器在收到分組時要花費一定時間進行處理

排隊時延

分組在進入路由器後要先在輸入佇列中排隊等待處理。排隊時延的長短往往取決於網路當時的通訊量。

總時延=傳送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延

計算機體系結構

為了學習方便，我們使用五層協議的體系結構：

應用層

應用層的任務是通過應用程序之間的互動來完成特定網路應用。應用層協議定義的是應用程序之間通訊和互動的規則。程序就是主機中正在執行的程式。

運輸層

運輸層的任務就是負責向兩臺主機中程序之間的通訊提供通用的資料傳輸服務。由於一臺主機可同時執行多個程序，因此運輸層有複用和分用的功能。複用就是多個應用層程序可以同時使用運輸層的服務，分用就是運輸層把收到的資訊分別交付上面應用層中的相應程序。

運輸層主要有兩種協議：

傳輸控制協議TCP——提供面向連線的、可靠的資料傳輸服務，其資料傳輸的單位是報文段

使用者資料報協議UDP——提供無連線的、盡最大努力的資料傳輸服務（不保證資料傳輸的可靠性），其資料傳輸的單位是使用者資料報

網路層

網路層負責為分組交換網上的不同主機提供通訊服務。網路層使用的網路層協議是無連線的網際協議IP和許多種路由選擇協議，隱藏網際網路的網路層也叫網際層或IP層

資料鏈路層

資料鏈路層簡稱為鏈路層，資料就是在鏈路上進行傳輸的

物理層

物理層上傳輸的資料單位是位元。