计算机网络（第八版）谢希仁 第1章 概述

目录

• 第1章 概述
  • 1.1、计算机在网络时代中的作用
  • 1.2、互联网概述
    • 1.2.1、网络的网络
    • 1.2.2、互联网基础结构发展的三个阶段
  • 1.3、互联网的组成
    • 1.3.1、互联网的边缘部分
    • 1.3.2、互联网的核心部分
  • 1.4、计算机网络的类别
  • 1.5、计算机网络的性能
    • 1.5.1、计算机网络的性能指标
    • 1.5.2、计算机网络的非性能特征
  • 1.6、计算机网络的体系结构
    • 1.6.1、网络体系结构的形成
    • 1.6.2、协议与划分层次
    • 1.6.3、具有五层协议的体系结构
    • 1.6.4、实体、协议、服务和服务点

第1章 概述

1.1、计算机在网络时代中的作用

三类网络：

1. 电信网络
2. 有线电视网络
3. 计算机网络

互联网的两个重要基本特点：

1. 连通性
2. 共享

1.2、互联网概述

1.2.1、网络的网络

计算机网络（简称网络）由若干节点和连接这些节点的链路组成。

网络中的节点可以是计算机，集线器，交换机或路由器等。

网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过一些路由器连接在一起。与互联网相连的计算机常称为主机。

1.2.2、互联网基础结构发展的三个阶段

1. 第一阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程。

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。

Internet（互联网，或因特网）是一个专用名词，它指当前全球最大的、最开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

2. 第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网。

分为主干网，地区网，校园网（或企业网）

3. 第三阶段的特点是逐渐形成了全球范围的多层次的ISP结构的互联网。

ISP的不同层次：

• 主干ISP
• 地区ISP
• 本地ISP

1.3、互联网的组成

（1）边缘部分 由所有连接在互联网上的主机组成。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。

（2）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）。

1.3.1、互联网的边缘部分

通信方式：

1. 客户-服务器方式（C/S方式）
2. 对等连接方式（P2P方式）

1.3.2、互联网的核心部分

在网络核心部分中起特殊作用的是路由器，其是实现分组交换的关键部件，任务是转发收到的分组。

1.电路交换的主要特点

电路交换是面向连接的服务，是可靠服务。

交换是按照某种方式动态地分配传输路线的资源。

经过“建立连接”---> 通话---> 释放连接三个步骤的交换方式称为电路交换。

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。传输效率很低。

2.分组交换的主要特点

分组交换是无连接服务，不可靠服务，采用存储转发技术。

报文：把要发送的整块数据称为报文。

分组交换：在发送报文之前，先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段，在每个数据段的前面加上一些必要的控制信息组成的首部，就构成了一个分组。

分组称为“包”，分组的包头的可称为“包头”。分组是在互联网中传送的数据单元。

3.三种交换方式在数据传送阶段的主要特点

1. 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。
2. 报文交换——整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。
3. 分组交换——单个分组传送到相邻节点，存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。

1.4、计算机网络的类别

1.按照网络的作用范围分类

1. 广域网 WAN（Wide Area Network）
2. 城域网 MAN（Metropolitan Area Network）
3. 局域网 LAN（Local Area Network）
4. 个人区域网 PAN（Persoal Area Network）

2.按照网络的使用者分类

1. 公用网：大型网络也可称为公众网
2. 专用网：军队、铁路、银行、电力等系统的专用网

3.用来把用户接入到互联网的网络

接入网AN：又称为本地接入网或居民接入网。

1.5、计算机网络的性能

1.5.1、计算机网络的性能指标

1.速率

速率指数据的传输效率，也称为数据率或比特率，单位是 bit/s。

2.带宽

带宽本来指某个信号具有的频带宽度，在通信线路中，表示某信道允许通过的信号频带范围就称为该信道的带宽（或通频带）。

3.吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络的实际数据量

4.时延

时延是指数据从网络的一端传到另一端所需的时间。有时也称为延迟或迟延。

1. 时延

发送时延是主机或路由器发送数据帧所需的时间。从发送该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。发送时延也叫做传输时延

发送时延=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)

2. 传播时延

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。计算公式是：

传播时延=信道长度(m)/电磁波在信道中的传播速率(m/s)

3. 处理时延

主机或路由器在收到分组时要花费时间处理分数的时间。

4. 排队时延

分组在进入路由器后要先在队列中排队等待出来，然后才能转发。

5. 总时延

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

5.时延带宽积

时延带宽积= 传播时延 x 带宽

6.往返时间RTT

一次双向交互所需的时间称为RTT。

7.利用率

1. 信道利用率
2. 网络利用率

信道利用率和网络利用率过高就会产生非常大的时延。

1.5.2、计算机网络的非性能特征

1.费用

2.质量

3.标准化

4.可靠性

5.可扩展性和可升级性

6.易于管理

1.6、计算机网络的体系结构

1.6.1、网络体系结构的形成

国际标准化组织OSI提出ISO标准，TCP/IP。

1.6.2、协议与划分层次

为进行网络中数据交换而建立的规则，标准或约定称为网络协议。网络协议也可简称为协议。

三个要素：

1. 语法，即数据与控制信息的结构或格式；
2. 语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种响应；
3. 同步，即事件实现顺序的详细说明。

形式：

1. 使用便于人们阅读和理解的文字描述
2. 使用让计算机能够理解的程序代码

计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构就是网络的体系结构。换种说法，计算机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。

体系结构是抽象的，而实现是具体的，是真正运行的计算机硬件和软件。

1.6.3、具有五层协议的体系结构

TCP/IP四层协议：应用层（Telnet,FTP,SMTP）,运输层(TCP或UDP),网际层IP,网络接口层

五层协议：应用层，运输层，网络层，数据链路层，物理层

1. 应用层

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。应用层协议的定义是应用进程间通信和交互的规则。

应用层交互的数据单元称为报文

为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。

应用层任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。

应用层协议的代表包括：FTP、HTTP、SMTP等。

2. 运输层

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。

主要的两种协议：

• 传输控制协议
• 用户数据报协议

负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。运输层还要处理端到端的差错检测(与数据链路层不同)、拥塞控制、流量控制等问题。

运输层协议的代表包括：TCP（面向连接、可靠数据传输服务，数据传输单位是报文段）、UDP（无连接。尽最大努力的数据传输服务，数据传输单位是用户数据报）等。

3. 网络层

分组转发。

负责对子网间的数据包进行路由选择，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

网络层协议的代表包括：IP、ICMP、IGMP等。

4. 数据链路层

数据的封装成帧、数据的透明传输、数据的差错检测。

数据链路层协议的代表包括：PPP、帧中继等。传输数据帧。

5. 物理层

在物理层上传送数据的单位是比特

通过传输介质发送和接收二进制比特流。

属于物理层定义的典型规范如RJ-45等。

1.6.4、实体、协议、服务和服务点

实体：任何可以发送或接收信息的硬件或软件过程。

协议：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。

在协议的控制下，两个对等的实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层提供的服务。

使用本层服务的实体只能看见服务而不能开建下面的协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是透明的。

协议是“水平的”，服务是"垂直的"，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。