计算机网络——概述-一一网

1.1 计算机网络在信息时代的作用

网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络

1.2 因特网

1.2.1 概述

结点：计算机、集线器、路由器、网络等
网络：由若干节点和连接这些节点的链路组成
互联网（网络的网络）：网络和网络之间通过路由器进行连接，形成一个覆盖更广大的网络
因特网：世界上最大的互联网，连接在因特网上的计算机称为主机

网络把许多计算机连接在一起，而因特网把许多网络连接在一起！

1.2.2 因特网发展的阶段

从单个网络ARPANENT向互联网发展
构成了三级结构的因特网：主干网、地区网、校园网
形成了多层次ISP结构的因特网
- ISP：网络服务提供者，例如中国电信和中国移动等
- 根据提供服务的覆盖面积大小和拥有的IP地址数目，ISP分为了三个层次：主干ISP、地区ISP、本地ISP
- 现如今因特网的五个接入级：
  - ⽹络接⼊点 NAP
  - 国家主⼲⽹（主⼲ ISP）
  - 地区 ISP
  - 本地 ISP
  - 校园⽹、企业⽹或 PC 机上⽹⽤户

1.2.3 因特网的标准化

制订因特⽹的正式标准要经过以下的四个阶段：

因特⽹草案(Internet Draft) ——在这个阶段还不是 RFC ⽂档。
建议标准(Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC ⽂档。
草案标准(Draft Standard)
因特网标准(Internet Stanard)

1.3 因特网的组成

网络的结构包括网络边缘、网络核心和接入网

1.3.1 网络边缘

上面我们了解了什么是主机，因为他们位于因特网的边缘，故称为端系统。

主机 = 端系统
主机有时进一步分为两类：客户和服务器

1.3.2 接入网

将端系统物理连接到其边缘路由器的网络

1.3.3 网络核心

在因特网的网络核心中，起到特殊作用的是路由器。路由器是实现分组交换的关键构建，他的任务是转发收到的分组。

电路交换

两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。

N 部电话机两两相连，需 N(N – 1)/2对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。

电路交换的特点：
- 电路交换必定是面向连接的。
- 电路交换的三个阶段：建立连接、通信、释放连接
电路交换的缺点：
- 计算机数据具有突发性。
- 这导致通信线路的利用率很低。
分组交换

当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。

交换(switching)的含义：
- 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。
分组交换原理：
- 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。
- 每一个数据段前面添加上首部构成分组。
  - 每一个分组的首部都含有地址等控制信息。
  - 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
  - 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）。
- 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
优点：
- 高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
- 灵活以分组为传送单位和查找路由。
- 迅速不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。
- 可靠完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。
缺点：
- 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。

1.3 计算机网络的分类

计算机网络的不同定义：
- 最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。
- 因特网(Internet)是“网络的网络”。
从网络交换功能分类：
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
- 混合交换
从网络的作用范围进行分类
- 广域网 WAN (Wide Area Network)
- 局域网 LAN (Local Area Network)
- 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
- 接入网 AN (Access Network)
从网络的使用者进行分类：
- 公用网 (public network)
- 专用网 (private network)

1.4 计算机网络的主要性能指标

带宽：是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。
- 千比每秒，即 kb/s （10^3 b/s）
- 兆比每秒，即 Mb/s（10^6 b/s）
- 吉比每秒，即 Gb/s（10^9 b/s）
- 太比每秒，即 Tb/s（10^12 b/s）
注意：
- 在计算机界，K = 2^10 = 1024, M = 2^20, G = 2^30, T = 2^40。
- 在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。
时延(delay 或 latency)

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延
- 发送时延（传输时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。
  - 信道带宽数据在信道上的发送速率。常称为数据在信道上的传输速率。
- 传播时延电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。
- 处理时延交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。
  - 结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。
  - 处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。
  - 有时可用排队时延作为处理时延。
往返时延 RTT

往返时延 RTT (Round-Trip Time) 表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。

1.5 计算机网络的体系结构

五层协议的体系结构

计算机1向计算机2发送数据:

分层的好处：
- 各层之间是独立的。
- 灵活性好。
- 结构上可分割开。
- 易于实现和维护。
- 能促进标准化工作。
实体、协议、服务和服务访问点
- 实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
- 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
- 在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。
- 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。
- 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。
- 下面的协议对上面的服务用户是透明的。
- 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。
- 服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。
- 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。
面向连接服务和无连接服务
- 面向连接服务(connection-oriented)
  - 面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。
- 无连接服务(connectionless)
  - 两个实体之间的通信不需要先建立好连接。
  - 是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。
OSI 与 TCP/IP体系结构的比较