计算机网络-概述（第一章）

计算机网络在信息时代的作用

计算机网络的组成：计算机、通信设备、通信线路、网络协议、网络软件等 　　计算机网络已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础 　　计算机和网络已经成为当今信息时代的核心 　　已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础 数据通信（连通性） 资源共享　　　 硬件、软件、数据 分布式处理　　多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分　　Hadoop 平台 提高可靠性　　替代机 负载均匀　　　 各计算机之间更亲密 ...

因特网概述

网络”是一个统称，泛指把人或物互连在一起而形成的系统。 1.三大网络 电信网络：提供电话、电报及传真等服务。 有线电视网络：向用户传送各种电视节目。 计算机网络：使用户能在计算机之间传送数据文件，发展最快的并起到核心作用。 　　　　　　术语：主机、端系统、链路、路由器 2.互联网 　　互联网是目前技术最为成功、应用最为广泛的计算机网络。 　　互联网，特指 Internet，它起源于美国，是由数量极大的各种计算机网络互连起来而形成的一个互连网络。它采用 TCP/IP 协议族作为通信规则，是一个覆盖全球、实现全球范围内连通性和资源共享的计算机网络。 　　internet 和 Internet 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网络。 以大写字母 “I” 开始的的 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计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。 　　三个阶段 从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。 1983 年，TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议，使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信。 人们把 1983 年作为互联网的诞生时间。 1990年，ARPANET 正式宣布关闭。 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）。 逐渐形成了多层次 ISP 结构的互联网。 出现了互联网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。 任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定的费用，就可从该 ISP 获取所需 IP 地址的使用权，并可通过该 ISP 接入到互联网。 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP 也分成为不同层次的 ISP：主干 ISP、地区 ISP和本地 ISP。 　　标准化工作 　　RFC (Request For Comments)-------------------因特网标准的形式 　　1.RFC要上升为因特网正式标准的四个阶段: 　　(1)草案(InternetDraft) 　　(2)建议标准(ProposedStandard) 　　(3)草案标准(DraftStandard) 　　(4)正式标准(OfficialStandard) 　　2.相关组织 　　国际标准化组织ISO　　OSI参考模型、HDLC协议 　　国际电信联盟TU　　制定通信规则 　　国际电气电子工程师协会IEEE　　学术机构、 IE02系列标准、5G 　　Internet.工程任务组IETF　　负责因特网相关标准的制定 RFC xxx 　　3.标准 　　法定标准 　　事实标准

因特网的组成

1.组成部分 　　硬件、软件、协议 2.工作方式 （1）边缘部分（端系统）-----卖家、买家 　　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)。 　　端系统在功能上可能有很大的差别： 小的端系统可以是一台普通个人电脑，具有上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头。 大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机。 端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企业、政府机关等），当然也可以是某个 ISP。 　　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）：即 Client/Server 方式，简称为 C/S 方式。 对等方式（P2P方式）：即 Peer-to-Peer 方式 ，简称为 P2P 方式。 （2）核心部分（为边缘部分服务）-------快递 网络核心部分是互联网中最复杂的部分。 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。 在网络核心部分起特殊作用的是路由器 (router)。 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。 分组转发是网络核心部分最重要的功能。 3.功能组成 　　（1）通信子网：实现数据通信 　　（2）资源子网：实现资源共享和数据处理 4.典型的交换技术 “交换”(switching)的含义就是转接 —— 把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。 （1）电路交换 　　 电路交换的特点 电路交换必定是面向连接的。 电路交换分为三个阶段： 建立连接：建立一条专用的物理通路，保证双方通话时所需的通信资源在通信时不会被其他用户占用； 通信：主叫和被叫双方就能互相通电话； 释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通路（释放刚才占用的所有通信资源）。 计算机传输数据的特点 计算机数据具有突发性。 这导致在传送计算机数据时，通信线路的利用率很低（用来传送数据的时间往往不到 10% 甚至不到 1% ）。 （2）报文交换 　　存储转发、不需要预先分配带宽 （3）分组交换 分组交换则采用存储转发技术。 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。 每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）等控制信息。 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。 每个分组在互联网中独立地选择传输路径。 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。 分组交换的示意图： 路由器的工作流程： 在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。 路由器处理分组的过程是： 把收到的分组先放入缓存（暂时存储） 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发 分组送到适当的端口转发出去 主机和路由器的作用: 主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组 路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机 分组交换的优点: 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 分组交换带来的问题： 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销 （4）三种交换的比较 若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性 三种交换图例：

计算机网络在我国的发展

计算机网络的类别

1.按分布范围分 广域网WAN (Wide Area Network)：作用范围通常为几十到几千公里 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)：作用距离约为 5~50 公里 局域网 LAN (Local Area Network) ：局限在较小的范围（如 1 公里左右） 个人区域网 PAN (Personal Area Network) ：范围很小，大约在 10 米左右 2.按使用者分 公用网 (public network) ：按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网。如：中国电信 专用网 (private network) ：为特殊业务工作的需要而建造的网络。如：军队 3.按交换技术分 电路交换 报文交换 分组交换 4.按拓扑结构分 星型 环型 总线型 网状型 5.按传输技术分 广播式网络　　共享公共通信信道 点对点网络　　使用分组转发和路由选择机制

计算机网络的性能

一、计算机网络的性能指标

1.速率 速率的单位是 bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s等 2. 带宽 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。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 bit/s，即 “比特每秒” 3. 吞吐量 吞吐量 (throughput) 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制 4.时延　　总时延 = 发送时延+ 传播时延+ 处理时延+ 排队时延 时延 (delay 或 latency) 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时间 有时也称为延迟或迟延 网络中的时延由以下几个不同的部分组成： 发送时延 传播时延 处理时延 排队时延 5. 时延带宽积 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度 6. 往返时间 互联网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互的。因此，有时很需要知道双向交互一次所需的时间 往返时间 RTT (round-trip time) 表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间 在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延 当使用卫星通信时，往返时间 RTT 相对较长，是很重要的一个性能指标 7. 利用率 分为信道利用率和网络利用率 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过） 完全空闲的信道的利用率是零 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值 信道利用率并非越高越好。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加 时延与网络利用率的关系：

二、计算机网络的非性能指标

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.易于管理和维护

计算机网络的体系结构

计算机网络的体系结构 (architecture) 是计算机网络的各层及其协议的集合。 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义 实现 (implementation) 是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题 体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件

一、计算机网络体系结构的形成

计算机网络是个非常复杂的系统 相互通信的两个计算机系统必须高度协调 工作才行，而这种“协调”是相当复杂的 “分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理 1974 年，美国的 IBM 公司宣布了系统网络体系结构SNA (System Network Architecture)。这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定的 不久后，其他一些公司也相继推出自己公司的具有不同名称的体系结构 由于网络体系结构的不同，不同公司的设备很难互相连通 为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织 ISO 于 1977 年成立了专门机构研究该问题 他们提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型 OSI/RM (Open Systems Interconnection Reference Model)，简称为 OSI 只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信 OSI 只获得了一些理论研究的成果，在市场化方面却失败了

二、具有五层协议的体系结构

OSI 的七层协议体系结构的概念清楚，理论也较完整，但它既复杂又不实用 TCP/IP 是四层体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层，但最下面的网络接口层并没有具体内容 往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构,但是实际中没有这种方式，只是为了学习方便。 图例： 主机 1 向主机 2 发送数据 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)。这个名词现已被许多非 OSI 标准采用 任何两个同样的层次把数据（即数据单元加上控制信息）通过水平虚线直接传递给对方。这就是所谓的“对等层”(peer layers)之间的通信 各层协议实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定