计算机网络（第一章 概述）
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本文首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。然后，讨论互联网的边缘部分与核心部分以及计算机网络的性能指标，最后，论述计算机网络的体系结构。
1.计算机网络在信息时代中的作用
三大类网络：电信网络、有线电视网络、计算机网络。
互联网两个重要基本特点：连通性和共享
连通性：
- 互联网使上网用户之间，不管相距多远都可以非常便捷、非常经济地交换各种信息。
- 好像这些用户的终端都彼此连通一样。
共享： - 指资源共享
- 可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享
- 由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样，使用非常方便。
2.互联网概述
2.1网络的网络
计算机网络(简称为网络)：由若干节点(node)和连接这些节点的链路(link)组成。网络中的节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。
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网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。
2.2互联网发展的三个阶段
- 单个网络ARPANET向互联网发展(TCP/IP协议)
- 三级结构的互联网(主干网、地区网、校园网)
- ISP结构的互联网
3.互联网的组成
- 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，用来进行通信(传送数据、音频或视频)和资源共享。
- 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)
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互联网两大组成部分（边缘部分和核心部分）的特点是什么？工作方式各有什么特点？
| 组成部分 | 边缘部分（Edge） | 核心部分（Core） |
|---|---|---|
| 特点 | 用户端设备及接入网络，分布广泛，种类多样 | 高速骨干网络，连接各个网络，具有高带宽和冗余性 |
| 工作方式 | 主机通信、客户端-服务器模式、P2P通信 | 分组交换、路由选择、数据中心之间的交换 |
| 主要功能 | 负责用户与网络服务的直接交互，提供接入互联网的入口 | 提供全球范围内的数据传输，保证不同网络之间的互联和大规模数据交换 |
3.1互联网的边缘部分
- 客户-服务器方式
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。
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客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
客户程序:
-
客户程序必须知道服务器程序的地址。
-
不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
服务器程序: -
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
-
服务器程序不需要知道客户程序的地址。
-
一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。
-
对等连接方式
只要两台主机都运行了对等连接软件(P2P软件)，它们就可以进行平等的对等连接通信。这时，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。因此这种工作方式也称为P2P方式。
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3.2互联网的核心部分
- 什么是路由器？
在网络核心部分起特殊作用的是路由器，它是一种专用的计算机。路由器是实现分组交换的关键构建，其作用是转发收到的分组。 - 为什么要交换？
两台主机之间数据传输可能没有直接的通路。 - 什么是电路交换、报文交换、分组交换？
- 电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点（建立连接，通话，释放连接），在通话的全部时间内，两个客户端始终占用端的通信资源。
- 报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部储存下来后查找转发表，转发到下一节点。
- 分组交换：首先，将报文分割成若干个组，单个分组传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，传送到下一结点。
- 请从多个角度比较电路交换、报文交换、分组交换的主要优缺点。
| 比较维度 | 电路交换 | 报文交换 | 分组交换 |
|---|---|---|---|
| 工作原理 | 需要预先建立专用通道 | 整个报文一次性传输 | 数据拆分为分组独立传输 |
| 传输效率 | 高，但易浪费资源 | 适中，但有存储开销 | 高效，带宽利用率高 |
| 灵活性 | 低，必须预先建立连接 | 较高，按需传输 | 非常灵活，无需预建连接 |
| 可靠性 | 高，专线连接，延迟低 | 高，存储后再传输 | 高，路径多样，容错强 |
| 适用场景 | 实时应用（如语音、视频） | 大量数据传输（邮件） | 网络传输（互联网应用） |
4.计算机网络的性能指标
速率、带宽、吞吐量、时延（发送时延、传播时延、处理时延、排队时延）、时延带宽积、往返时间RTT、利用率
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5.计算机网络体系结构
5.1计算机网络的五层体系结构
目前计算机网络体系结构大体分为三种：OSI的七层体系结构、TCP/IP的四层、讲述原理的五层体系结构。
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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。 - 运输层(transport layer）
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。
其中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-efort)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报。
- 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。 - 数据链路层(data link layer)
数据链路层常简称为链路层。在两个相邻节点之间传送数据时，数居链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧(faming)，在两个相邻节点间的链路上传关帧(frame)。 - 物理层(physical layer)
在物理层上所传数据的单位是比特。发送方发送1(或0)时，接收方应当收到1(或0)而不是0(或1)。因此物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及接收方如何识别出发送方所发送的比特。
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5.2 TCP/IP协议族
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6.本章重点概念
- 计算机网络(可简称为网络)把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络连接在一起，是网络的网络。
- 以小写字母i开始的intermet(互连网)是通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议(即通信规则)可以是任意的。
- 以大写字母【开始的Intermet(互联网)是专用名词，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计算机网络，并采用TCPP协议族作为通信规则，且其前身是美国的ARPANET。Intermet的推荐译名是“因特网”，但很少被使用。
- 互联网现在采用存储转发的分组交换技术以及三层ISP结构。
- 互联网按工作方式可划分为边缘部分与核心部分。主机在网络的边缘部分，其作用是进行信息处理。路由器在网络的核心部分，其作用是按存储转发方式进行分组交换。
- 计算机通信是计算机中的进程(即运行着的程序)之间的通信。计算机网络采用的通信方式是客户-服务器方式和对等连接方式(P2P方式)。客户和服务器都是指通信中所涉及的应用进程。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
- 按作用范围的不同，计算机网络分为广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN 和个人区域网 PAN。
- 计算机网络最常用的性能指标是:速率、带宽、吞吐量、时延(发送时延、传播时延、处理时延、排队时延)、时延带宽积、往返时间和信道(或网络)利用率。
- 网络协议即协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则。计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。
- 五层协议的体系结构由应用层、运输层、网络层(或网际层)、数据链路层和物理层组成。运输层最重要的协议是TCP和UDP协议，而网络层最重要的协议是IP协议。
