【考前预习】1.计算机网络概述

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1.互联网概述

2.互联网基础结构发展的三个阶段

3.互联网组成

3.1边缘部分

3.2核心部分

3.2.1电路交换

3.2.2分组交换

3.2.3报文交换

4.计算机网络定义

5.衡量计算机网络的性能

5.1速率

5.2带宽

5.3吞吐量

5.4时延

5.5时延带宽积

5.6往返时间RTT

5.7利用率

6.计算机网络体系结构 

6.1应用层

6.2运输层

6.3网络层

6.4数据链路层

6.5物理层

7.TCP/IP协议族

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1.互联网概述

• 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，节点可以是计算机、集线器、路由器等。
• 互连网（internet）：由多个路由器连接组成的范围更大的计算机网络。
• 互联网（Internet）：当前全球最大的开放的由众多网络连接而成的特定互连网，采用TCP/IP协议族作为通信规则，前身是美国的ARPANET（ARPANET是历史上第一个分组交换网络）。

2.互联网基础结构发展的三个阶段

• 第一阶段：单个网络ARPANET向互连网发展的过程，起初ARPANET只是一个单个的分组交换网，不是互连网络。1983年TCP/IP协议成为ARPANET的标准协议，使得所有使用该协议的计算机都能通过互连网通信，因此1983年也被成为互连网诞生年。
• 第二阶段：该阶段特点是构成了三级结构的互联网，分为主干网、地区网、校园网。
• 第三阶段：逐渐形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网。所谓ISP就是互联网服务提供者，中国移动、电信就是我我国有名的ISP。ISP可以从互联网管理结构申请很多IP地址（IPV4地址是有限的）并租给用户使用。为了应对互联网数据流量急剧增长，互联网交换点IXP诞生，其作用就是允许两个同级的ISP直接相连交换分组，不需要借助父级ISP，这样就提升了数据转发速率。

3.互联网组成

互联网的拓扑结构十分复杂，可划分为两大块：边缘部分和核心部分。

• 边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成（端系统），由用户直接使用。
• 核心部分：由大量网络和连接网络的路由器组成，为边缘部分提供服务（提供连通和交换）。

3.1边缘部分

端系统之间通信方式分为两类：C/S和P2P

• C/S（客户端/服务器）：主机A运行客户程序主动向主机B请求服务，主机B运行服务程序被动接受多个客户的请求。注意：服务提供方和接收方都要依赖网络核心部分提供的服务。同时客户程序必须知道服务程序的地址，而服务程序不需要知道客户程序的地址。
• P2P（对等连接）：两台通信的主机不区分服务请求方和服务提供方，都运行对等连接软件，进行平等通信。

3.2核心部分

网络核心部分最重要的是路由器，其作用是接收分组并转发。核心部分路由器之间一般用高速链路连接，而网路边缘部分的主机接入核心部分通常以较低速率的链路连接。关于分组交换，有如下概念：

3.2.1电路交换

建立连接（占用通信资源）->通话（一直占用通信资源）->释放连接（归还通信资源）。

电话刚刚问世时，为了使两部电话能够通信，使用电路将两个电话相连。

电路交换的缺点就是数据突发式出现在传输线路上，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。

3.2.2分组交换

采用存储转发，把一个报文划分为几个分组进行传输。通常把整块数据称为一个报文，发送之前把报文划分为一个个等长数据段，每个数据段首部加上必要的控制信息，就构成分组，又称为包，分组首部是包头。分组是互联网中传送的数据单元。

分组交换在传送数据之前不必占用一条端到端的通信资源，解决了电路交换的弊端。同时，为了保证数据传送的可靠性，路由器中运行的路由选择协议能自动找到转发分组的最优路径。

采用存储转发的分组交换，实质上采用了数据通信的过程中断续分配传输带宽的策略。

分组交换缺点：分组在路由器转发时需要排队造成了时延，同时也不能确保通信时端到端所需带宽。同时也要携带额外的控制信息。

3.2.3报文交换

整个报文传送到相邻节点，全部存储下来查找转发表转发到下一节点。

4.计算机网络定义

• 按照作用范围分类：
  广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个人区域网PAN
• 按照使用者分类：
  公用网、专用网

把用户接入到互联网的网络叫做接入网，本地ISP可以使用接入网技术把用户的端系统接入到互联网，接入网就是本地ISP的网络，不是互联网核心部分、也不是边缘部分。宽带接入网就是接入网技术之一。

5.衡量计算机网络的性能

5.1速率

速率指数据传送速率，也叫数据率或比特率，单位bit/s，常见其他进制单位K、M、G、T，相邻进制换算单位是1000，即1Kbit/s=1000bit/s

5.2带宽

计算机网络中的带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，即单位时间内某信道能通过的最高数据率，也就是上面的最大速率，单位bit/s

5.3吞吐量

单位时间内通过某个网络的实际数据量。假定主机A和B接入到互联网的链路速率分别是100Mbit/s和1Gbit/s，如果互联网各链路容量充足，那么AB交换数据时吞吐量是100Mbit/s而不是1Gbit/s，因为主机A接收数据的最高速率就是100Mbit/s。如果有100个用户同时连接主机B，那么主机B的1Gbit/s会被平分，每个用户只能分到10Mbit/s的带宽

5.4时延

数据从一端传到另一端所需时间，也称为延迟或迟延。分为发送时延、传播时延、处理时延、排队时延。

发送时延：出现在机器内部。从发送数据帧的第一个比特开始，到该帧的最后一个比特发完所需时间。

传播时延：出现在机器外部。电磁波在信道中传播一定距离所需时间，计算方法如下：

处理时延和排队时延 略

5.5时延带宽积

传播时延和带宽相乘，表示管道的体积。

5.6往返时间RTT

5.7利用率

6.计算机网络体系结构 

下面以五层协议的体系结构为例，简单讲解各层作用。

6.1应用层

负责主机中进程间的交互，进程就是主机中运行的程序。该层定义了应用进程间的通信交互协议，如域名系统DNS、HTTP协议、SMTP协议等。把应用层交互的数据单元称为报文。

6.2运输层

负责向两台主机中进程间提供通用的数据传输服务。运输层有复用和分用功能，复用是多个应用层进程同时使用下面运输层的服务，分用是把收到的信息分别交付给应用层的相应进程。

运输层主要使用如下两种协议：

6.3网络层

使用IP协议分组，也叫IP数据报。该层任务有两个，一是通过算法在路由器中生成转发分组的转发表，二是接收到分组时查看转发表的路径，把分组发给其他路由器。

6.4数据链路层

该层把网络层的IP数据报封装成帧，每一帧加上控制信息。接收数据时，数据链路层每收到一个帧就取出数据部分，交给网络层，如果数据帧有误，就丢弃或者纠正。因此控制信息还要有检错和纠错的功能。

6.5物理层

该层传输单位是比特，是该体系中的最低层

OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单元称为该层的协议数据单元PDU，把层与层之间交换的数据单位称为服务数据单元SDU，多个SDU可以合成一个PDU，一个SDU也可以划分成多个PDU

7.TCP/IP协议族