第一章--概述
本章目录：
1.计算机网络在信息时代中的作用
2.互联网的概述
2.1网络的网络
2.2互联网基础结构发展的三个阶段
2.3互联网的标准化工作
3.互联网的组成
3.1互联网的边缘部分
3.2互联网的核心部分
4.计算机网络在我国的发展
5.计算机网络的类别
5.1计算机网络的定义
5.2几种不同类别的计算机网络
6.计算机网络的性能
6.1计算机网络的性能指标
6.2计算机网络的非性能指标
7.计算机网络体系结构
7.1计算机网络体系结构的形成
7.2协议与划分层次
7.3具有五层协议的体系结构
7.4实体，协议，服务和服务访问点
7.5TCP/IP的体系结构
本章先介绍计算机网络在信息时代的作用，接着对互联网进行概述，包含互联网基础结构发展的三个阶段，以及以后的发展趋势。然后讨论互联网组成的边缘部分和核心部分。简单介绍计算机网络在我国发展以及计算机网络的类别后，讨论了计算机网络的性能指标。最后讨论整个课程都要用到的重要的概念---计算机网络的体系结构
本章最重要的内容是：
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互联网边缘部分和核心部分，其中包含分组交换的概念
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计算机网络的性能指标
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计算机网络分层次的体系结构，包含了协议和服务的概念
1.计算机网络在信息时代中的作用
21世纪的一些重要的体征就是数字化，网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代
三大类网络：电信网络，有线电视网络和计算机网络
互联网具有两个重要的基本特点，即连通性和共享：
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连通性就是互联网使上网用户之间，不管相距多远，都可以非常便捷，非常经济地及哦啊好各种信息，好像这些用户终端都彼此直接连通一样
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共享就是资源共享
2.互联网概述
2.1网络的网络
计算机网络(简称为网络)有若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。网络中的结点可以是计算机，集线器，交换机或路由器等
网络之间还可以通过路由器互连起来，这就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(internetwork或internet)。因此互连网是"网络的网络(network of networks)"
2.2互联网基础结构发展的三个阶段
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第一阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程
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第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网。它是一个三级计算机网络，分为主干网，地区网和校园网(或企业网)
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第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网
根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有地IP地址数目的不同，ISP也分为不同层次的ISP：主干ISP，地区ISP和本地ISP
随着互联网上数据流量的急剧增长，人们开始研究如何更快地转发分组，以及如何更加有效地利用网络资源。于是互联网交换点IXP(Internet eXchange Point)
互联网交换点IXP的主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组，而不是再通过第三个网络来转发分组
internet和Internet的区别：
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以小写字母i开始的internet(互连网)是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。在这些网络之间的通信协议(即通信规则)可以任意选择，不一定非要使用TCP/IP协议
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以大写字母I开始的Internet(互联网，或因特网)则是一个专用名词，它指当前全球最大的，开放的，由众多网络相互连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。互联网的本质就是一系列的网络协议
任意把几个计算机网络互连起来(不管采用什么协议)，并能够相互通信，这样构成的是一个互连网(internet)，而不是互联网(Internet)
2.3互联网的标准化工作
制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段：
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互联网草案(Internet Draft)
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建议标准(Proposed Standard)
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互联网标准(Internet Standard)
3.互联网的组成
互联网的拓扑结构虽然非常复杂，但从其工作方式上看可以划分为以下两大块：
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边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的
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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)。路由器则是用来转发分组的，即可进行分组交换的
3.1互联网的边缘部分
处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(end system),"端"就是"末端"的意思(即互联网的末端)
我们说:"主机A和主机B进行通信"，实际上是指:"运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信"。由于"进程"就是"运行着的程序"，因此这也就是指:"主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信"。由于进程可以使用端口标识，实际是端口之间的通信，在后面运输层我们会讲到。
在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可以划分为两大类：客户-服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)
1.客户-服务方式
客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。特征就是：客户是服务请求方，服务器是服务提供方
客户程序：
1.被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。因此客户程序必须知道服务器程序的地址
2.不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统
服务器程序：
1.是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求
2.系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此服务器程序不需要知道客户程序的地址
3.一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持
客户和服务器本来都指的是计算机进程(软件)
2.对等连接方式
对等连接是指两台主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方
3.2互联网的核心部分
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。
交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源
3.2.1电路交换
电路交换的定义：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
电路交换的特点：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
3.2.2分组交换
分组交换则采用存储转发技术。表示把一个报文划分为几个分组后在进行传送。通常我们把要发送的整块数据称为一个报文(message)
分组交换的优点：
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优点
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所采用的手段
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高效
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在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路时逐占用
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灵活
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为每一个分组独立地选择最合适的转发路由
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快速
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可靠
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电路交换，报文交换和分组交换的主要特点：
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电路交换---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
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报文交换---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
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分组交换---单个分组(这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
4.计算机网络在我国的发展
我国网络规模最大公用计算机网络：
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中国电信互联网 CHINANET
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中国联通互联网 UNINET
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中国移动互联网 CMNET
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中国教育和科研计算机网 CERNET
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中国科学技术网 CSTNET
5.计算机网络的类别
5.1计算机网络的定义
计算机网络主要是由一些通用的，可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的
5.2几种不同类别的计算机网络
按照网络的作用范围进行分类：
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广域网WAN(Wide Area Network)
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城域网MAN(Metropolitan Area Network)
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局域网LAN(Local Area Network)
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个人区域网PAN(Personal Area Network)
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按照网络的使用者进行分类：
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公用网(public network)
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专用网(private network)
6.计算机网络的性能
6.1计算机网络的性能指标
- 速率---数据的传送速率，也称为数据率(data rate)或比特率(bit rate)。单位是bit/s
- 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"
- 吞吐量---在单位时间内通过某个网络(或信道，接口)的实际的数据量
- 时延---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
网络中的时延是由以下几个不同的部分组成的：
- 发送时延---主机或路由器发送数据帧所需要的时间
- 传播时延---电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间
- 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---分组在进入路由器后要先在输入列中排队等待
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
- 时延带宽积---将两个度量<传播时延，带宽>相乘
- 往返时间RTT
- 利用率---包括信道利用率和网络利用率。信道利用率指出某信道又百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值
6.2计算机网络的非性能特征
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费用
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质量
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标准化
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可靠性
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可扩展性和可升级性
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易于管理和维护
7.计算机网络体系结构
7.1计算机网络体系结构的形成
7.2协议与划分层次
协议(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
协议主要由以下三个要素组成：
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语法---数据与控制信息的结构或格式
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语义---需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
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同步---事件实现顺序的详细说明
分层的好处：
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各层之间是独立的
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灵活性好
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结构上可分割开
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易于实现和维护
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能促进标准化工作
计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构(architecture)。换句话说，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义
7.3具有五层协议的体系结构
TCP/IP 的四层协议 五层协议 OSI 的七层协议
各层的主要的功能：
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应用层(application layer)---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。应用层协议有很多，如域名系统DNS,支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议等。我们把应用层交互的数据单元称为报文(message)
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运输层(transport layer)---运输层的任务就是负责向两台主机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。运输层有复用和分用的功能，复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务，分用和复用相反，是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
运输层主要使用以下两种协议：
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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)
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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用户数据包
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网络层(network layer)---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报进行传送。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组，能够通过网络中的路由器找到目的主机。互联网是由大量的异构(heterogeneous)网络通过路由器(router)相互连接起来的。互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议IP(Internet Protocol)和许多种路由选择协议
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数据链路层(data link layer)---在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的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)
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物理层(physical layer)---物理层上所传数据的单位是比特
OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)
OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU(Service Data Unit)。它可以与PDU不一样，例如可以是多个SDU合成为一个PDU，也可以是一个SDU划分为几个PDU
7.4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(Protocol)---控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合
在协议的控制下，两个对等实体间的使得本层能够能向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务
协议是"水平的"，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是"垂直的"，即服务是由下层向上层通过层间借口接口提供的
在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方，通常称为服务访问点SAP(Service Access Point)
7.5 TCP/IP 的体系结构
TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务(所谓的everything over IP)
TCP/IP协议也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行(所谓的IP over everything)
