計算機網絡概述

計算機網絡筆記，視頻地址：https://www.bilibili.com/video/av9876107

1. 局域網、廣域網及因特網

1.1 局域網

距離100m，帶寬10M,100M,1000M

計算機 -> 接入層交換機 -> 匯聚層交換機

匯聚層交換機的帶寬要大於接入層交換機

局域網的覆蓋範圍較小，帶寬固定，設備需要自己配置自己維護

1.2 因特網

因特網服務提供商ISP(Internet Service Provider)有自己的機房，爲網民提供訪問Internet的連接

因特網的結構如下：

不同用戶可以選擇不同的網絡運營商，需要注意的是，不同網絡運營商之間的訪問速度較慢，這也是爲什麼在下載的時候電信用戶點擊網通下載會很慢的原因。有的企業會將服務器託管到不同的網絡運營商中，此外，還可以設置雙線機房，設置多個訪問地址不同運營商都可以訪問

1.3 廣域網

距離遠，帶寬不固定

2. 計算機網絡通信過程

先簡單的介紹一些網絡中的概念：

子網掩碼顯示了網絡的網段，例如網絡中子網掩碼是255.255.0.0，ip地址是192.168.122.1，這說明前兩位是網絡部分，後兩位是主機部分

一般給路由器分配的ip地址是192.168.0.1(以上面ip爲例)，路由器的作用是在不同網段中轉發數據

MAC(Media Access Control Address)地址指的是物理地址，在設備出廠時會自動配置，每個網卡有唯一的mac地址，但是由於路由器有多個網卡，可以有多個mac地址

DNS(Domain Name System)是域名系統，DNS服務器可以根據DNS解析網址

訪問網址的過程如下：

• 本地主機先通過DNS服務器解析目標網站的IP地址

• 得到目標IP地址後，本地主機先將數據發送到路由器上，然後由路由器轉發到因特網，這一部分發生在數據鏈路層，數據傳輸單位是幀(Frame)

• 路由器將數據傳遞給下一個路由器，直至達到目標服務器

• 目標服務器先將網頁數據切片，放到緩存中，然後一個個的發生切片數據，切片數據在傳輸的時候，緩存中的數據不能刪除

3. OSI參考模型

3.1 OSI七層結構

從頂層到底層依次爲：

• **應用層：**所有能夠產生網絡流量的程序都在應用層

• **表示層：**對數據進行翻譯、加密或壓縮，例如在網頁中已經確定了編碼格式，如果訪問時更改其編碼格式就會出現亂碼情況

• **會話層：**建立、管理或終止會話。相當於網絡中數據傳輸過程中本地和目標之間的一個會話連接，當目標服務器中的數據傳輸完畢會話關閉，在cmd輸入netstat -n可以看到本地已經建立的會話。會話層可以用於查木馬程序，使用netstat -nb可以查看不同會話分別由什麼程序建立

• 傳輸層：由於網絡層生成的包具有不可靠性，傳輸層需要對其進行重新排序和修正，確保通信服務的可靠性，避免出現報文出錯、丟失，時間延遲等問題，提供端到端的可靠報文傳遞和錯誤恢復。傳輸層提供可靠傳輸(TCP)和不可靠傳輸(UDP，例如在域名解析時不需要可靠的傳輸)

• **網絡層：**動態規劃網絡路徑以及規劃IP地址（虛擬機）

• **數據鏈路層：**定義了幀的開始和結束，實現透明傳輸，差錯校驗（交換機）

• **物理層：**定義網絡接口標準、電氣標準(數模變化)及硬件規範(光纖，主機)

3.2 網絡故障排查

網絡故障排查一般從底層到高層排查

• 物理層故障：
  • 網絡斷開。如果發生有包接收沒包，說明網線插頭可能有問題，插頭壞了或者接觸不良
• 數據鏈路層故障：
  • 有的交換機可以連接上網絡，有點不能，可能是MAC地址衝突（可以通過改註冊表不使用本機網卡的mac地址）
  • ADSL（非對稱數字用戶線，撥號上網）欠費
  • 交換機和網卡的網速不匹配，一般來說如果兩個網速不同會自動協商，但是如果一方強制指定網速，可能導致網絡不通
• 網絡層故障：
  • 配置了錯誤的IP地址、子網掩碼
  • 網關配置錯誤
  • 路由器上沒有到達目標地址的網絡
• 應用層故障：
  • 瀏覽器配置問題，設置了錯誤的代理

3.3 OSI參考模型和TCP/IP協議

3.4 網絡傳輸過程中數據封裝過程

4. 計算機網絡的性能

• **速率：**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，也稱爲data rate或bite rate。單位是b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s，一般說寬帶網速多少M說的都是Mb/s，單位是bit（位），但是實際網速一般說的kb/s，M/s指的是byte（字節）
• **帶寬：**數字通道所能傳送的最高速率，單位是b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s。
• **吞吐量：**單位時間內通過某個網絡的累計數據量(所有信道)，單位b/s, Mb/s等
• 時延：
  • 發送時延：數據塊長度(bit)/信道帶寬(bit/s)
  • 傳播時延：數據包從發送到送到所用的時間，數據在導體上的時間
  • 處理時延：
  • 排隊時延：
• **時延帶寬積：**時延帶寬積 = 傳播時延 * 帶寬，表示傳輸過程中光纖（銅線）上的數據量
• **往返時間（RTT)：**從發送方發送數據開始到發送方收到接收方確認，可以使用ping來測試
• 利用率：
  • 信道利用率：有數據通過時間/（有+無）數據通過時間
  • 網絡利用率：信道利用率的加權平均數

信道利用率與時延的關係可以表示爲：$D=\frac{D_0}{1-U}$，其中D表示網絡當前時延，$D_0$表示網絡空閒時的時延，U表示信道利用率