第1章概述
第1章、概述
1. 计算机网络在信息时代的作用
-
三网融合：有线电视网络、电信网络和计算机网络
-
（新）四网融合：3+电网
-
计算机网络由若干节点（可以是计算机，集线器，交换机和路由器等设备）和连接这些节点的链路组成
-
网络之间还可以通过路由器互联起来，构成一个覆盖范围更大的计算机网络。这样的网络称为互连网。“互连网是网络的网络”。与网络相连的计算机称为主机。
-
计算机网络是互连的、自治的计算机集合。
互连-通过通信链路互联互通 自治-无主从关系
3. 互联网的组成
-
从组成部分上看，一个完整的计算机网络主要由硬件、软件和协议三大部分组成。硬件主要由主机（端系统）、通信链路（如双绞线、光纤）、交换设备（如路由器、交换机等）和通信处理机（如网卡）等组成。软件主要包括各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件。协议是计算机网络的核心，协议规定了网络传输数据时所遵循的规范。
-
从工作方式上看，计算机网络可分为边缘部分和核心部分。
-
边缘部分：由所有连接在互联网上的主机（又称为端系统）组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
-
在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类:客户-服务器方式[C/S方式client/server)]和对等方式[P2P方式(peer to peer)]。
-
-
核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。
-
在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)，它是一种专用计算机（但不叫做主机)。路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。
-
-
位于网络边缘的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机，但它们的作用却很不一样。主机是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换的。
-
4. 计算机网络在我国的发展
-
最早着手建设专用计算机广域网的是铁道部（1980）。
-
最大的5个公用计算机网络
-
中国电信互联网CHINANET（也就是原来的中国公用计算机互联网)
-
中国联通互联网UNINET
-
中国移动互联网CMNET
-
中国教育和科研计算机网CERNET
-
中国科学技术网CSTNET
-
5. 计算机网络的类别
-
按网络作用范围分类
-
广域网WAN：作用范围通常几十到几千公里，也称为远程网，是互联网的核心部分。
-
城域网MAN：作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市,其作用距离约为5 - 50 km.
-
局域网LAN：局域网一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连（速率通常在10 Mbit/s 以上)，但地理上则局限在较小的范围（如 1 km 左右）。
-
个人区域网PAN：个人区域网就是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备（如便携式电脑等）用无线技术连接起来的网络，因此也常称为无线个人区域网WPAN (Wireless PAN)，其范围很小，大约在10 m左右。
-
-
按照网络的使用者进行分类
-
公用网(public network)这是指电信公司（国有或私有）出资建造的大型网络。“公用”的意思就是所有愿意按电信公司的规定交纳费用的人都可以使用这种网络。因此公用网也可称为公众网。
-
专用网(private network)这是某个部门为满足本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如，军队、铁路、银行、电力等系统均有本系统的专用网。
-
-
按传输技术分类
-
广播式网络：所有联网计算机都共享一个公共通信信道。
-
点对点网络：每条物理线路连接一对计算机。
-
-
按拓扑结构分类
分类 优点 缺点 总线形网络 建网容易，增减节点方便，节省线路 重负载时通信效率不高，总线任意一处对故障敏感 星形网络 便于集中控制和管理 成本高，中心节点对故障敏感 环形网络 电缆长度短；环状拓扑网络是单向传输，适用于光纤。 节点的故障会引起全网故障；故障检测困难。 网状形网络 可靠性高 控制复杂，线路成本高 -
按交换技术分类
-
电路交换网络：必须经过“建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放连接（归还通信资源)”三个步骤的交换方式。在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。（整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。）
-
报文交换网络：通常我们把要发送的整块数据称为一个报文。（整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。）
-
分组交换网络：分组交换则采用存储转发技术。采用存储转发的分组交换，实质上是采用了在数据通信的过程中断续（或动态）分配传输带宽的策略。这对传送突发式的计算机数据非常合适，使得通信线路的利用率大大提高了。[单个分组（只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。]
分组交换的优点
优点 所采用的手段 高效 在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用 灵活 为每一个分组独立地选择最合适的转发路由 迅速 以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组 可靠 保证可靠性的网络协议;分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性 分组交换的缺点
-
分组在各路由器存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延；
-
由于分组交换不像电路交换那样通过建立连接来保证通信时所需的各种资源，因而无法确保通信时端到端所需的带宽；
-
各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销，整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。
-
-
-
按传输介质分类
-
有线，又分为双绞线网络和同轴电缆网络等；
-
无线，又分为蓝牙、微波、无线电等类型。
-
6. 计算机网络的性能
-
速率（单位bit/s）
-
千1kb/s=10³b/s
-
兆1Mb/s=10³kb/s=10b/s
-
吉1Gb/s=10³Mb/s=10⁶kb/s=10⁹b/s
-
太Tb/s=10³Gb/s=10⁶Mb/s=10⁹kb/s=10¹²b/s
区分 存储容量 1Byte（字节）=8bit（比特）
1KB=2¹ºB=1024B=1024* 8b
1MB=2¹ºKB=1024KB 1GB=2¹ºMB=1024MB
1TB=2¹ºGB=1024GB
速率往往指的是额定速率或标称速率，而并非网络实际上运行的速率。
-
-
带宽（bangwidth）
-
带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。（单位为赫兹Hz）
-
在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。（单位是“比特每秒”bit/s）
-
-
吞吐量(throughput)
-
吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际的数据量，受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
-
-
时延(delay或latency)
-
时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。（有时也称为延迟或迟延）。
-
发送时延(transmission delay)：是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。（也叫做传输时延，易混）
发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）
-
传播时延(propagation delay)：是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。 传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播 速度（m/s）
-
处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。
-
排队时延：分组在经过网络传输时，要经过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。
-
-
总时延=发送时延＋传播时延＋处理时延＋排队时延
-
-
时延带宽积
-
指从发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发送了多少个比特。是传播时延和带宽的乘积，又称为以比特为单位的链路长度。
-
-
往返时间（延）RTT
-
指从发送端发送数据开始，至发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。
等于2*传播时延（主要）+末端处理时间
-
-
利用率
-
信道利用率=有数据通过的时间/（有+无）数据通过的时间
-
网络利用率=信道利用率加权平均值
信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延。
-
7. 计算机网络体系结构
-
（网络）协议
-
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
-
主要由三个要素组成：
-
语法，即数据与控制信息的结构或格式;
-
语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应;
-
同步，即事件实现顺序的详细说明。
-
-
协议通常有两种不同的形式。一种是使用便于人来阅读和理解的文字描述。另一种是使用让计算机能够理解的程序代码。
-
-
分层
-
对于非常复杂的计算机网络协议，其结构应该是层次式的。
-
好处：
-
各层之间是独立的；
-
灵活性好；
-
结构上可分割开；
-
易于实现和维护；
-
能促进标准化工作。
-
-
分层之后，各层所要完成的功能：
-
差错控制 使相应层次对等方的通信更加可靠。
-
流量控制 发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不要太快。
-
分段和重装 发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其还原。
-
复用和分用 发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用。
-
连接建立和释放 交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接。
-
-
-
-
-
应用层是体系结构中的最高层。应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。这里的进程就是指主机中正在运行的程序。对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议。应用层交互的数据单元称为报文(message)。
-
运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。
-
运输层主要使用以下两种协议: 传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)—提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段(segment)。 用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol)—提供无连接的、尽最大努力(best-effort)的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性)，其数据传输的单位是报文段或用户数据报。
-
-
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在网络层上所传数据的单位是数据报。
-
数据链路层将网络层传来的IP数据报组装成帧(framing)，在两个相邻结点间的链路上传送帧(frame)。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等)。在数据链路层上所传数据的单位是帧。
-
物理层的任务是透明的传输比特流，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。在物理层上所传数据的单位是比特。
-
*会话层允许不同主机的各个进程之间进行会话。
-
*表示层主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。
-
-
实体、协议、服务和服务访问点
-
实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。
-
协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。
-
协议是“水平”的，服务是“垂直的”。
-
协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。
-
-
