计算机网络之概述篇_day02

第一章 概述

基本要求：了解网络发展及标准化工作，掌握网络组成、了解网络分类，熟练掌握网络性能指标，掌握网络体系结构。

学习内容：

1.1计算机网络在信息时代中的作用

• 21世纪一个以网络为核心的信息时代（数字化、信息化、网络化）
• “三网融合”：在现阶段它并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。

1.1.1 Internet的译名

（1）因特网

（2）互联网，由数量极大的各种计算机网络连接起来

互联网之所以能够向用户提供许多服务（重要基本特点）---连通性、资源共享

1.2因特网概述

1.2.1计算机网络的概念

• 计算机网络（简称网络）：由若干个结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。是一个将分散的、具有独立功能的计算机网络，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

1）结点（node）可以是计算机、集线器、交换机或者路由器等

附：node的标准译名是结点12.023、节点08.078 12.023的这一节是计算机网络

2）计算机网络是互联的、自治的计算机集合

互联--通过通信链路互联互通

自治--无主从关系

• 互联网：网络之间通过路由器互连起来，因此互联网是“网络的网络”

 习惯上,与网络相连的计算机常称为主机

1.2.2计算机网络的功能

• 数据通信
• 资源共享---同一个计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机的计算机资源的行为，可共享硬件、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
• 负载均衡

1.2.3 因特网发展阶段

（1）第一阶段：

美国国防部高级研究计划局（ARPA）设计一个分散的指挥系统--》ARPAnet 阿帕网；

希望实现不同网络互联--》互联网；

1893年阿帕网接受TCP/IP，选定Internet为主要的计算机通信系统--》因特网；；

网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络连接在一起，因特网是世界上最大的互联网

internet（互连网）通用名词，泛指多个计算机网络互连而成的计算机网络

Internet（互联网或因特网）专用名词，当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，采用TCP/IP协议族作为通信规则，其前身是美国的ARPANET

（2）第二阶段--三级结构：

 国家科学基金网NSFNET，它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网、校园网（或企业网）

（3）第三阶段--多层次ISP结构

ISP：因特网服务提供者/因特网服务提供商，如中国电信、联通、移动等

 分为主干ISP、地区ISP、本地ISP

1.2.4 因特网的标准化工作

• 互联网体系结构委员会IAB：（1）互联网工程部IETF（2）互联网研究部IRTF
• 所有的互联网标准都是以RFC的形式在互联网上发表的

制定互联网的正式标准：

（1）互联网草案

（2）建议标准--正式成为RFC文档

（3）互联网标准

标准化工作的相关组织：

1.3因特网的组成

工作方式上分为以下两大块：

（1）边缘部分：用户直接用的（客户-服务器方式；对等连接方式；）

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，客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

对等连接工作方式可支持大量对等用户同时工作。

（2）核心部分：为边缘部分提供服务的

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

1、电路交换的主要特点---整个报文的比特流连续地从源点直达终点

交换：按照某种方式动态地分配传输线路的资源

电路交换必须通过“建立连接（占用通信资源，专用的物理通路）--通话（一直占用资源）--释放连接（归还通信资源）”三个步骤

重要特点：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

优点：①通信时延小②实时性强③有序传输④控制简单

缺点：①建立连接时间长②信道利用率低③缺乏统一标准④灵活性差

2、分组交换的主要特点---单个分组传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点

采用存储转发技术。通常要发送的整个数据称为一个报文，先把报文划分成等长数据段，在每个数据段前加上首部，构成一个分组。分组又称“包”，首部又称“包头”。首部包含了目的地址和源地址。

主机是为用户进行信息处理的，路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换。

 

3、报文交换---整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点

 

1.4计算机网络在我国的发展

书籍P17-P19

1.5计算机网络的类别

（1）按照网络作用范围：

• 广域网WAN
• 城域网MAN
• 局域网LAN
• 个人区域网PAN（无线个人区域为WPAN）

（2）按照网络的使用者分类：

• 公用网
• 专用网

（3）用来把用户接入到互联网的网络

• 接入网AN（又称本地接入网或居民接入网）

1.6计算机网络的性能（重点）

1.6.1 速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积等计算机网络性能指标

（1）速率

速率是指数据的传送速率，也称数据率或比特率，单位bit/s。当提到网络速率指的是额定速率或标称速率

（2）带宽

• 本来是指信号具有的频带宽度，单位赫（频域）
• 在计网中，带宽指在单位时间内网络中的某种信道所能通过的“最高数据率”，单位bit/s（时域）

（3）吞吐量

表示在单位时间内通过某个网络的实际的数据量

（4）时延

时延是指数据从网络的一段传送到另一端所需的时间

网络中的时延有以下几个部分组成：

①发送时延（传输时延）  是主机或路由器发送数据帧所需要的时间

发送时延=数据帧长度/发送速率

与传输信道的长度（或信号传送的距离）没有任何关系

②传播时延  是电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间

传播时延=传输信道长度/传输介质中信号的传播速率

与信号的发送速率无关，信号传送距离越远，传播时延就越大

电磁波在自由空间的传播速率是光速，即3.0×10*5 km/s

电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间要略低一些。例如，电磁波在铜线电缆中的传播速率约为2.3×10*5 km/s

电磁波在光纤中的传播速率约为2.0×10*5 km/s

如果光纤线路长度为1000 km。则产生的传播时延为1000/2.0×10*5 =5ms

③处理时延

④排队时延

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×带宽

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RTT

往返时间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。

（7）利用率

有信道利用率和网络利用率，信道利用率和网络利用率过高会产生非常大的延时 

 1.7计算机网络的体系结构（重点）

1.7.1 协议与划分层次

分层的基本原则：

 认识分层结构：

 概念总结：

 1.7.2  五层协议的体系结构

7层OSI参考模型（法定标准）与4层TCP/IP参考模型（事实标准）---》5层结构体系

OSI七层协议

应用层：所有能和用户交互产生网络流量的程序

表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表达方式（语法和语义）

表示层功能

功能1：数据格式变换

功能2：数据加密解密

功能3：数据压缩和恢复

 会话层：向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据，这是会话也是建立同步

功能1：建立、管理、终止会话

功能2：使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步

传输层：负责主机中两个进程通信。即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报

传输控制层协议TCP---面向连接、可靠传输

用户数据报协议UDP---无连接、尽最大努力传输

功能1：可靠传输、不可靠传输

功能2：差错控制

功能3：流量控制

功能4：复用分用（复用：多个应用进程可以同时使用下面运输层的服务；分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中的相应进程）

网络层：主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报

功能1：路由选择（最佳路径）

功能2：流量控制（限制发送方的速度）

功能3：差错控制

功能4：拥塞控制

数据链路层：主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧，传输单位是帧

  功能1：成帧（定义帧的开始和结束）

功能2：差错控制（帧错+位错）

功能3：流量控制

功能4：访问（接入控制）控制对信道的访问

物理层：主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输，传输单位是比特

透明传输：不管所传数据是什么样的比特组合，都可以在链路上传送

功能1：定义接口特征

功能2：定义传输模式（单工、半双工、双工)

功能3：定义传输速率

功能4：比特同步

功能5：比特编码