计算机网络第一章概述

1.1 计算机网络在信息时代中的作用

　　计算机网络分为电信网络、有线电视网络和计算机网络。

　　互连网和互联网的区别？答：互连网是指广义上的互连网，即仅在局部范围内互连的计算机网络。互联网即因特网，特指现在全球所用的计算机网络。

       互联网的的重要特点：连通性和资源共享。

1.2 互联网概述

　　1.2.1 网络中的网络

•         　　计算机网络由若干节点（node）和连接这些节点的链路（link）组成。
• 　　　　多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。这样的网络称为互连网。因此互连网也叫网络的网络
• 　　　　互联网是世界上最大的互连网（也叫Internet因特网）
• 　　　　internet叫做互连网，是一个通用名词，泛指多个网络连接而成的网络，通信协议可以是任意的。、
• 　　　　Internet叫做互联网（也叫因特网）是特指当前全球最大的，开放的，由众多网络连接的特定计算机网络，采用TCP/IP协议

　　1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段

　　　第一阶段：阿帕网（1969-1990，1983年TCP/IP协议成为ARPANET的标准协议标志互联网的诞生）

　　　第二阶段：三级结构的互联网，NSFNET（国家科学基金网）分为主干网 地区网和校园网（企业网）

　　    第三阶段：全球范围的多层次ISP结构的互联网。ISP互联网服务的提供者。（ISP分为主干ISP，地区ISP和本地ISP） IXP互联网交换点，允许两个网络直接相连并交换分组

       1.2.3互联网的标准化工作

　　　RFC文档：面向公众

1.3 互联网的组成

　　1.3.1 互联网的边缘部分

　　　　1.边缘部分：由连接在因特网上面的所有主机构成，这部分是用户直接使用的，用来通信和资源共享。

　　　　2.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)。

 

　　　　3.端系统之间通信的含义：

　　　　　　“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”。即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。简称为“计算机之间通信”。

　　　　端系统之间的通信方式通常划分为 C/S（Client/Server） 和 P2P（peer-to-peer）

　　

　　       4.客户-服务器方式（C/S)：

• 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。
• 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

    

               5.对等连接方式(P2P)：   服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。

• 对等连接 (peer-to-peer，简写为 P2P ) 是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
• 只要两个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。
• 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。

　　1.3.2 互联网的核心部分

　　　　1.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）

　　　　2.在网络核心部分起特殊作用的是路由器。路由器是实现分组交换的关键构件，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。

1. 电路交换

• 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换

• 从通信资源分配角度来看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路地资源
• 电路交换地三个步骤：1.建立连接（分配通信资源）2.通话（一直占用通信资源）3.释放连接（归还通信资源）
• 当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率很低。（因为计算机数据是突发性的）

2. 分组交换（存储转发）

• 把一个报文分成一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面加上必要的控制信息的首部（包头），就构成了一个分组（包）。
• 首部的作用？包含了分组目的地址和源地址等重要控制信息，使每一个分组正确地被交付到终点。
• 发送方：构造分组，发送分组
• 路由器：缓存分组，转发分组（简称分组转发）
• 接收方：接受分组，还原报文

         路由器处理分组的过程是：

• 1.把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
• 2.查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；
• 3.把分组送到适当的端口转发出去。

3. 报文交换

• 报文交换中的交换结点也采用存储转发方式，但报文交换对报文的大小没有限制，这就要求交换结点需要较大的缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被较先进的分组交换方式所取代。

 

三种交换方式的优缺点

电路交换：

• 通信之前首先要建立连接；连接建立好之后，就可以使用已建立好的连接进行数据传送；数据传送后，需释放连接，以归还之前建立连接所占用的通信线路资源。
• 一旦建立连接，中间的各结点交换机就是直通形式的，比特流可以直达终点；

报文交换：

• 可以随时发送报文，而不需要事先建立连接；整个报文先传送到相邻结点交换机，全部存储下来后进行查表转发，转发到下一个结点交换机。
• 整个报文需要在各结点交换机上进行存储转发，由于不限制报文大小，因此需要各结点交换机都具有较大的缓存空间。

分组交换：

• 可以随时发送分组，而不需要事先建立连接。构成原始报文的一个个分组，依次在各结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时，还缓存接收到的分组。
• 构成原始报文的一个个分组，在各结点交换机上进行存储转发，相比报文交换，减少了转发时延，还可以避免过长的报文长时间占用链路，同时也有利于进行差错控制。
• 

   

   

1.4 计算机网络在我国的发展

　　　　书本17

1.5 计算机网络的类别

   　1.5.1 计算机网络的定义

　　　　计算机网络较好的定义是：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成，这些硬件并非专门实现某一特定目的。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛和日益增长的应用。

　　1.5.2 几种不同类别的计算机网络

1. 按照网路的作用范围分：（1）广域网：互联网的核心部分 （2）城域网：城域网很多采用以太网技术 （3）局域网：校园网或企业网 （4）个人区域网：个人热点
2. 按照网络使用者的分类：（1）公用网：公众缴费使用的网 （2）专用网：不向本单位以外的人提供。军队，银行等
3. 用来把用户接入互联网的网络：AN 

1.6 计算机网络结构

       1.6.1 计算机网络的性能指标

     　　1.带宽：（1）在计算机网络里面，带宽表示网路中某通道传达数据的能力。单位是bit/s，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”。（2） 带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。（最高频带宽度-最低频带宽度）

　　　2.吞吐量：表示单位时间内通过某个网路的实际数据量。瓶径链路：端到端路径上，限制端吞吐量的链路。

　　　3.时延：总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延。

•  发送时延：也叫传输时延。是由主机或路由器发出数据帧所需要的时间。发送时延 = 数据帧长度（bit）/发送速率（bit/S）。
•  传播时延：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率（m/s）。
• 处理时延：主机或路由器收到分组后花费一定时间处理（确认输出链路，提取数据等）
• 排队时延：分组在进行网路传输时，进入路由器后现在输入队列中排队等待处理，确认转发接口，需要排队等待转发的时间，排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量。

　　  当到达速率大于输出速率会出现丢包现象。

　　 一般来说，小时延的网络优于大时延的网络。

　　4.时延带宽积：时延带宽积 = 传播时延 X 带宽。表示某段链路的比特长度。（以比特为单位的链路长度）

　　5.往返时间RTT

　　6.利用率：D0表示网络空闲的时延，D表示网络当前的时延，U为当前的网络利用率。 D = D0 / (1 - U)

1.7 计算机网络体系结构（分层结构，是计算机网络各层及其协议的集合）

1.7.1 计算机网络体系结构的形成

   OSI理论上的成功，七层

   TCP/IP 四层

1.7.2 协议与层次划分

规则规定了所交换的数据格式以及有关的同步问题。这些规则也叫做网络协议。

协议主要由：语法（数据与控制信息的结构或格式），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），同步（事件实现顺序的详细说明）组成。

1.7.3 具有五层协议的结构体系

（1） 应用层：通过应用进程之间的交互来完成特定网络应用。该层数据单元叫做报文

（2）运输层：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。主要使用传输控制协议TCP（单位报文段）和用户数据包协议UDP（单位用户数据报）

（3）网络层：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。单位是IP数据报也叫数据报或者分组。

（4）数据链路层：单位是帧。组装成帧，差错检测，寻址。

（5）物理层：单位比特。

等层次之间传送的数据单位是PDU协议数据单元。

层与层之间传送的数据单位是SDU服务数据单元

1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点

实体可以比奥是发送或接受信息的硬件或者软件进程。

协议是控制两个或多个对等实体进行通信的规则的集合。

协议是水平的，服务是垂直的（由下向上服务）只有下层对上层可见的部分称为服务，上层使用下层的服务所使用的命令叫做服务原语。

1.7.5 TCP/IP的体系结构

TCP/IP协议体系结构只有四层：应用层，运输层，网际层，链路层。