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计算机网络基础知识（持续更新中）

news 来源：原创 2024/9/29 2:15:40

前言

为夯实计算机网络基础知识，本篇跟随b站的胡科大教书匠走进计算机网络的世界，仅记录计算机网络中的重点知识。

第一章：概述

一、因特网概述

1. 网络、互联网（互连网）和因特网的概念：

网络：由结点和连接这些结点的链路组成。
互联网：由多个网络组成，多个网络由路由器互连，可以称为“网络的网络”。
因特网：世界上最大的互连网络。

tips: internet和Internet不同。internet泛指由多个网络互连而成的网络，通信协议任意。Internet指的是因特网，采用TCP/IP协议族作为通信规则。

2. 因特网的组成：

边缘部分：由所有连接在因特网上的主机构成，这些主机由用户直接使用。
核心部分：由大量网络和路由器组成，为边缘部分提供服务。

tips: 路由器是实现分组交换的关键构件，任务是转发收到的分组。

二、三种交换方式

1. 电路交换：

背景：起初，两台电话用一条电话线连接即可通信。随着电话数量增加，两两相连的方式导致所需电话线增加。为节省电话线开销，引入了电话交换机。这其实是一种多路开关，能够按需实现两个电话设备的通信。当电话增多时，使用很多彼此相连的电话交换机就能完成全网的交换任务。多个电话交换机之间使用中继线连接。
概念：电路交换就是电话交换机接通电话线的方式。从通信资源分配角度来看，交换就是按照某种方式动态分配传输线路的资源。
三个步骤：
建立连接（分配通信资源）：当一个用户给另一个用户拨号时，另一个用户听到提示音并接起电话就会给这两个用户分配通信资源。
通话（持续占用通信资源）：当两个用户通话时，该通信线路不能由其他用户使用。
释放连接（归还通信资源）：当用户挂断电话时，该通信线路会被归还给电信网。
优点：
通信时延小，实时性强。通信线路由通信双方专用，数据直达。
有序传输。通信双方共用一条通道，数据传输是有序的。
没有冲突。不同的通信双方使用不同的通信线路。
适用范围广。可以传输模拟信号，也可以传输数字信号。
控制简单。电路交换的结点交换机及其控制十分简单。
缺点：
建立连接的时间长。
信道利用率低。
灵活性差。一旦中间某个结点故障，就必须重新拨号建立连接。
难以规格化。不同规格、不同速率的设备很难进行通信。

2. 分组交换：

背景：若计算机之间采用电路交换，则在用户编辑信息过程中会持续占用通信线路，造成资源浪费。因此，计算机之间主要采用分组交换，以路由器为分组交换机。
机制：
发送方将信息（报文）分成若干个部分，并且在每个部分前面加上由必要的控制信息组成的首部。首部中包含关键的地址信息。
路由器缓存分组并转发分组给下一个路由器，直至由接收方接收。
接收方接收分组并去掉首部，还原原始信息。
优点：
无需建立连接。
动态分配线路。
通信线路利用率高。
简化了存储管理。因为分组交换的分组大小是固定的。
加速传输。在分组交换机转发的同时可以进行缓存。
减少出错概率和重发数据量。一旦数据丢失，仅重发单个分组即可。
缺点：
会有转发时延。
需要传输额外的信息，包括地址等控制信息。
可能会产生丢失、失序和重复分组的问题。

3. 报文交换：也采用存储转发方式，但是对报文大小没有限制，这就要求报文交换结点有较大缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网，现在很少使用。

优点：
无需建立连接。
动态分配线路。
通信线路利用率高。线路不是某些用户专属的。
线路可靠性高。若某条路径上出现故障，可以分配其他路线进行传输。
提供多目标服务。
缺点：
会有转发时延。因为报文大小没有限制，报文越大缓存时间越长，导致转发慢。
需要较大的缓存空间。
需要传输额外的信息，包括地址等控制信息。

三、计算机网络定义及分类

1. 定义

简单定义：是由互连、自治的计算机组成的集合。互连是指计算机之间通过有线或无线方式连接，自治是指计算机有独立的硬件和软件，集合是指至少有两台计算机。
较好定义：由通用的、可编程的硬件互联而成，这些硬件并非专门用来实现某一特定目的。因此，智能手环等设备连接的网络也能称为计算机网络。

tips: 若中央处理机之间距离很小，只有1米的级别，则称为多处理机系统，而不称为计算机网路。