计算机网络概述

PART 1

 

《计算机网络（第五版）》谢希仁    第一章 概述

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1.1

• 21世纪特征：数字化，网络化，信息化。以网络为核心的信息时代。
• 网络指：电信网络，有线电视网络和计算机网络。
• 三种网络中，计算机网络是核心，其中又以因特网（Internet）为表明。
• 计算机网络向用户提供的最重要的功能：连通性和共享。

1.2 因特网概述

1.2.1 网络的网络

1. 网络：网络由若干结点（node）和链接这些结点的链路（link）组成。
2. 互联网：网络和网络之间经过路由器互连起来，造成覆盖更大的网络，这就是互联网。
3. 因特网：世界上最大的互联网。网络把许多计算机链接在一块儿，而因特网将许多网络链接在一块儿。

1.2.2 因特网发展的三个阶段

1. 从单个网络ARPANET（单个分组交换网）向互联网发展的过程。
2. 建成三级结构的因特网。NSFNET：主干网，地区网，校园网（企业网）。
3. 逐渐造成了多层次ISP（因特网服务提供者Internet Service      Provider）结构的因特网。

1.2.3 因特网的标准化工做

RFC

1.3 因特网的组成

从因特网的工做方式，能够将其划分为两大块：

• 边缘部分：由全部链接在因特网上的主机（host）组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通讯和资源共享。
• 核心部分：由大量网络和链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 因特网的边缘部分

在网络边缘的端系统中运行的程序（进程）之间的通讯方式一般能够划分为两大类：客户服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）。

• 客户服务器方式
• 客户（client）是服务请求方，服务器（server）是服务提供方。
• 客户程序的特色：必需要知道服务器程序的地址；不须要特殊的硬件和复杂的操做系统。
• 服务器程序的特色：可同时处理多个远地或本地客户的请求；系统启动后自动调用并不断运行，被动等待并接受来自各地客户的通讯请求，服务器程序不须要知道客户程序的地址；通常须要强大的硬件和高级的操做系统的支持。
• 对等链接方式（peer to peer）

从本质上看依然是客户服务器方式，只是对等链接中的每一个主机既是客户也是服务器。

1.3.2 因特网的核心部分

路由器（一种专用计算机）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。

• 电路交换（circuit switching）

电话的典型交换方式。通过“创建链接-->通话-->释放链接”三个步骤。

• 分组交换

分组交换采用存储转发技术。

要发送的整块数据称为报文，发送报文以前将较长的报文划分红一个个更小的等长数据段，每一个数据段前面加上一些必要的控制信息组成的部首后就构成了一个分组，或称包，部首也叫包头。

路由器收到一个分组，先暂时存储下来，再检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的借口转发出去，把分组交给下一个路由器。

1.4 计算机在我国的发展

1.5 计算机网络的类别

1.5.1 计算机网络的定义

一些互相链接的、自治的计算机的合集[TANE03]。

1.5.2 几种不一样类别的网络

1. 按做用范围划分：
• 广域网WAN（Wide Area Network）
• 城域网MAN（Metropolitan Area       Network）
• 局域网LAN（Local Area Network）
• 我的区域网PAN（Personal Area       Network），WPAN（Wireless PAN）
2. 按不一样使用者划分：
• 公用网（public network）：如电信公司出资建造的大型网络
• 专用网（private network）：如军队、铁路、电力等系统的专用网
3. 按网络的拓扑结构划分

总线型、树形、星型、环型、网状型。

 

还有特殊的接入网AN（Access Network）。又称本地接入网或者居民接入网。起到用户与因特网链接的桥梁做用。它既不属于因特网的边缘部分，也不属于因特网的核心部分。

1.6 计算机网络的性能

1.6.1 计算机网络的性能指标

1. 速率：计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的额定速率，也称数据率（data rate）或比特率（bit rate）。单位b/s,bit/s或者bps,以及Kb/s（）,Mb/s,Gb/s等。
2. 带宽（bandwide）：
• 某种信号具备的频带宽度。如电话信号的标准带宽是3.1kHz（300Hz到3.4kHz，即语音的主要成分的频率范围）。
• 计算机网络中用来表示网络通讯线路所能传送数据的能力。单位时间内从网络中的某一点到另外一点所能经过的“最高数据率”。单位b/s。
3. 吞吐量（throughput）：单位时间经过某个网络（接口或信道）的真是数据量。
4. 时延（delay或latency）：也称迟延或延迟。网络中的时延由如下四部分构成。
1. 发送时延（transmission delay）：由主机或路由器发送数据帧所须要的时间。也叫传输时延。

发送时延 = 数据帧长度（b） / 信道带宽（b/s）

2. 传播时延（propagation delay）：电磁波在信道中传播必定的距离须要的时间。

传播时延 = 信道长度（m） / 电磁波在信道上传播速率（m/s）

3. 处理时延
4. 排队时延

 

100MB的数据块中M指2的20次方，而1Mb/s中M指10的6次方。

5. 时延带宽积：时延带宽积 = 传播时延 * 带宽。
6. 往返时间RTT（Round-Trip Time）
7. 利用率

D = D0 / (1-U)

其中D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前时延，U表示网络的利用率。能够看出信道的利用率太高会产生很是大的时延。

1.6.2 计算机网络的非性能特征

1.7 计算机网络的体系结构

1.7.1 计算机网络体系结构的造成

颇有意思的ISO提出的OSI参考模型的失败历史。

1.7.2 协议与划分层次

计算机要在网络中作到有条不紊的数据交换，就必须遵照一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。这里的同步有时序的意思。

而为进行网络中的数据交换创建的规则、标准或约定就称为网络协议。简称协议。

网络协议的组成要素：

• 语法，即数据和控制信息的结构或格式；
• 语义，即须要发出何种控制信息，完成何种动做以及作出何种响应；
• 同步，即事件实现顺序的详细说明。

ARPANET的研制实验代表，对于很是复杂的计算机网络协议，其结构应该是层次式的。

层次式结构的好处：

1. 各层之间是独立的；
2. 灵活性好；
3. 结构上可分割开；
4. 易于实现和维护；
5. 能促进标准化工做。

层次式结构各层要完成的功能主要有：

1. 差错控制
2. 流量控制
3. 分段和重装
4. 复用和分用
5. 创建链接和释放

计算机网络的各层及其协议的合集，就称做网络的体系结构（architecture）。换种说法，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能完成的功能的精肯定义[GREE82]。

1.7.3 具备五层协议的体系结构

OSI的七层协议体系结构复杂不适用。物理层-->数据链路层-->网络层-->运输层-->会话层-->表示层-->应用层

TCP/IP四层体系结构获得了普遍的应用。网络接口层-->网际层IP-->运输层（TCP或UDP）-->应用层（TELNET,FTP,SMTP等）

学习一种五层协议的体系结构。

• 应用层（application layer），体系结构的最高层，直接为用户的应用进程提供服务。
• 运输层（transport layer），负责向两个主机中进程之间的通讯提供服务。具备复用分用的功能。运输层主要使用一下两种协议：
• 传输控制协议TCP（Transmission       Control），面向链接的，数据传输的单位是报文段（segment），可以提供可靠的交付。
• 用户数据报协议UDP（User Datagram       Protocol），无链接的，数据传输的单位是用户数据报，只能提供“尽最大努力交付（best-effort       delivery）”
• 网络层（network layer），负责为分组交换网上的不一样主机提供通讯服务。使用IP协议。
• 数据链路层（data link layer），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透明的传送帧中的数据。
• 物理层（physical layer），透明地传送比特流。

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）。

1.7.4 实体、协议、服务和数据访问点

实体（entity），表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议，是控制李娜改革对等实体（或多个实体）进行通讯的规则的合集。

在协议的控制下，两个对等的实体的通讯使得本层可以向上一层提供服务。要实现本层协议，还须要使用下面一层 所提供的服务。使用本层服务的实体只能看见服务，而没法看见下面的协议。下面的协议对上面的实体是透明的。同一系统中，相邻两层的实体进行交互的地方，一般称为服务访问点SAP（Service Access Point）。SAP是一个逻辑接口。层与层交换的数据单元称为服务数据单元SDU。

1.7.5 TCP/IP的体系结构

Everything over IP , IP over everything.