计算机网络之概述

一、概述

1.1因特网概述

定义

• 网络(Network)由若干结点(Node)和连接这些结点的链路(Link)组成。
• 多个网络还可以通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网（或互连网）因此，互联网是“网络的网络(Netwrok of Networks)”。
• 因特网(Internet)是世界上最大的互连网络（用户数以亿计，互连的网络数以百万计）。

 发展阶段

ISP：用户主机通过ISP获得IP地址接入因特网。

 组成

边缘部分
由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
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）

早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为资源子网和通信子网两个部分：

• 资源子网一负责数据处理的主计算机与终端，资源包括：计算机硬件、软件和数据
• 通信子网一负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路如路由器和光纤

 1.2三种交换方式

名词：

路由器：最重要的分组交换机，负责将各种网络互连起来，并对接收到的分组进行转发。

报文：表示消息的整块数据。

分组（包）：在发送报文之前，先将其划分成为一个个更小的等长数据段，加上一些由必要的控制信息组成的首部（包头）后形成分组。

首部：包含分组的目的地址。

过程：

发送方：构造和发送分组。

路由器：存储和转发分组。

接收方：接收分组和还原报文。

(1）.电路交换：

电话交换机接通电话线的方式称为电路交换；

通信之前首先要建立连接，使用已建立好的连接进行数据传送，

数据传送结束后，需要释放连接，以归还之前建立连接所占用的通信线路资源。

电路交换三个步骤

1. 建立连接(分配通信资源)：例如在使用电路交换打电话前，必须先拨号请求建立连接，当被叫用户听到电话交换机送来的拨号音并拿起电话后，从主叫端到被叫端就建立了一条连接，也就是一条专用的物理通路。这条连接保证了双方通话时所需的通信资源，而这些资源在双方通信中不会被其他用户占用
2. 通话(一直占用通信资源)：分配的资源始终被占用
3. 释放连接(归还通信资源)

(2）.分组交换

可以随时发送报文，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，结点交换机在发送分组的同时，还缓存接收到的分组。

分组相比报文交换：提高了可靠性，减少了转发时延。

• 发送方：①构建分组 ②发送分组
• 路由器：①缓存分组 ②转发分组
• 接收方：①接收分组 ②还原报文

(3).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到下一个结点交换机。

(4)对比

 1.3计算机网络定义和分类

定义

定义：将地理位置不同的具有独立功能的多个计算机系统利用通信设备和线路互相连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信
息传递的计算机系统

• 互连：指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信
• 自治：指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用
• 集合：指至少需要两台计算机

 分类

作用范围的不同，可分为：广域网(WAN)、城域网(MAN)、局域网(LAN)、个人区域网(PAN)
拓扑结构：总线型星型（依赖根节点）、环型（实时性好)、网状型、树型、蜂窝

局域网  广域网的区别

新的理解：不单单从网络覆盖范围区分局域网和广域网
应用了广域网技术
应用了局域网技术

局域网：自己购买设备，自己维护，带宽固定 100M 1000M 距离100米以内

广域网：花钱买服务，花钱买带宽

 通信方式

 1.4计算机网络的性能指标

性能指标可以从不同的方面来度量计算机网络的性能

速率

注意区分数据量和速率中表示相同而大小、单位不同。

 带宽

吞吐量 

 时延

发送速率：由网卡的发送速率、信道带宽和接口速率最小值决定。

电磁波的传播速率：

自由空间: 3x108m/s

铜线: 2.3x108m/s

光纤: 2.0x108m/s

 时延带宽积

往返时间RTT

利用率 

 丢包率

1.5计算机网络体系结构（重难点）

常见结构

1. OSI体系结构
2. TCP/IP体系结构（最主要）
3. 原理体系结构（用于教学）

HTTP协议：支持万维网应用

SMTP协议：支持电子邮件

FTP协议：支持文件传送

TCP协议：可靠传输

UDP协议：不可靠传输

IP协议（网际协议）：1. 互联不同的网络接口 2. 为各种网络应用提供服务

专用术语

1. 实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
   对等实体：收发双方相同层次中的实体。
2. 协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合。
3. 服务：在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下一层所提供的服务。
   协议是“水平的"，服务是“垂直的”。
   实体看得见相邻下层所提供的服务,但并不知道实现该服务的具体协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是"透明的"。
4. 网络层的服务访问点为IP数据报首部中的”协议字段”；
   运输层的服务访问点为“端口号”。
   服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令, 这些命令称为服务原语。服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型。
   数据链路层的服务访问点为帧的“类型字段”

协议的三要素：语法（定义所交换信息的格式）、语义（定义收发双方所要完成的操作）、同步（定义收发双方的时序关系）。

协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元。

服务数据单元SDU：同一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元。

多个SDU可以合成为一个PDU；一个SDU也可划分为几个PDU。