计算机网络第一章知识点复习

计算机网络在信息时代中的作用

1.21世纪的重要特征：数字化、网络化、信息化，以网络为核心的信息时代
2.三大类网络：
电信网络：提供电话、电报及传真等服务；
有线电视网路：向用户传送各种电视文件
计算机网络：使用户能在计算机之间传送数据文件；
3.三网融合
电信网络和有限电视网络逐渐融入了线代计算机网络技术，扩大了原有的服务范围；
计算机网络也能够向用户提供电话通信、视频通信以及传送视频节目的服务
4、Internet中文译名
因特网：这个译名是全国科学技术名词审定委员会推荐的
互联网：目前流行最广的，事实上的标砖译名，该译名可以体现出Internet最主要的特征，由数量极大的各种计算机网络互连起来的
5、互联网与互连网
互连网：指在局部范围内互连起来的计算机网络
互联网：指当今世界最大的计算机网络
6、什么是互连网
由数量极大的各种计算机网络互连起来而形成的网络
7.互联网应用

8.互联网的两个重要特点
互联网之所以能够向用户提供许多服务，是因为互联网具有两个重要基本特点
连通性：使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样
共享性：资源共享
资源共享可以信息共享，软件共享，也可以是硬件共享
9.互联网在生活中的地位
互联网已经成为现代社会最为重要的基础设施
10.互联网＋
互联网+各个传统行业
特点：把互联网的创新结果深度融合于经济社会各领域之中
11.互联网也给人们带来了一些负面影响

互联网概述

网络的网络

计算机网络：由若干节点和连接这些结点的链路组成
互联网：通过路由器把网络互连起来，这就构成了覆盖范围更大的计算机网络，称之为互连网
网络的网络

网络把许多计算机连接在一起
互连网则把许多网络通过路由器连接在一起
与网络相连的计算机常称为主机

互联网基础结构发展的三个阶段

第一阶段
从单个网络ARPANET向互连网发展的过程
internet与Internet区别
internet泛指由多个计算机网络互连而成的网络
Internet指全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用了TCP/IP协议族作为通信的规则，前身是美国的ARPANET
第二阶段
建成了三级结构的互联网
它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网
第三阶段
逐渐形成了多层次ISP结构的互联网
根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目不同，ISP也分成不同层次的ISP
主干ISP，地区ISP，本地ISP
当今互联网结构
将互联网分为以下五个接入级
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

互联网的标准化工作

所有互联网标准都以RFC的形式在互联网上发表
互联网草案：有效期6个月，此时还不是RFC文档
建议标准：从这个阶段开始就成为RFC文档
互联网标准：达到证实标准后，每个标准就分配到一个编号STD xxxx，一个标准可以和多个RFC文档关联

互联网组成

互联网的边缘部分

由所有连接在互联网上的主机组成，这不分用户直接使用，用来进行通信和资源共享

互联网的核心部分

由大量网络和连接这些网络的路由器组成，这部分是为边缘提供服务的，提供连通性和交换
互联网的边缘部分就是连接在互联网上的所有的主机，这些主机又称为端系统
端系统在功能上可能有很大的差别
小的端系统可以一台普通个人电脑
大的端系统可以一台非常昂贵的大型计算机
端系统的拥有者可以是个人或者单位，当然也可以是某个ISP

端系统之间通信的含义

主机A和主机B进行通信：运行在主机A上的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信，简称为计算机之间通信

端系统之间的两种通信方式

客户-服务器方式C/S方式
对等方式P2P方式

客户服务器方式

客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程
客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务之间的关系
客户是服务的请求方
服务器是服务的提供方
服务请求方和服务提供方哦度要使用网络核心的服务
客户软件的特点
被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信请求服务，因此客户程序必须知道服务器程序的地址
不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统
服务器软件的特点
一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求
系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求，因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址
一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持

对等连接方式

两个主机在通信时不区分哪一个服务请求方还是服务提供方
只要两个主机都运行了对等连接软件，他们就可以进行平等的、对等连接通信
双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档
对等连接方式的特点
对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器
在网络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，任务是转发收到的分组

电路交换

使用交换机
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
电路交换必须面向连接
电路交换分为：
建立连接
通信
释放连接
缺点：计算机数据具有突发性，通信线路利用率低

分组交换

分组交换采用存储转发技术
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
添加首部构成分组
分组交换的传输单元：分组
分组首部的重要性
每一个分组的首部都含有地址等控制信息
分组交换网中的节点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机
每个分组在互联网中独立地选择传输路径
收到分组后剥去首部，最后还原成原来的报文，我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时没有被丢弃

互联网核心部分中的路由器之间一般都应高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接
主机的用途是为用户进行信息处理的，可以和其他主机通过网络交换信息，路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的

路由器

1.路由器的输入和输出端口之间没有直接连线
2.路由器处理分组的过程是
把收到的分组先放入缓存；
查找转发表，找出某个目的地址应从哪个端口转发；
把分组送到适当的端口转发出去
3.主机和路由器的作用不同
主机是为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组
路由器对分组进行存储转发，最后把分组交给目的主机
4.分组交换的优点及缺点
优点：高效、灵活、迅速、可靠
缺点
在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定实验
分组必须携带的首部也造成了一定的开销。

报文交换

存储转发原理

计算机网络在我国的发展

计算机网络的类别

计算机网络的定义

计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互联而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的，这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛和日益增长的应用

几种不同类别的网络

根据网络的作用范围进行分类
广域网WAN
城域网MAN
局域网LAN
个人区域网PAN
中央处理机之间的距离非常近，则一般就称之为多处理机系统，而不称它为计算机网络
按照网络的使用者进行分类
公用网
专用网
用来把用户接入到互联网的网络
接入网AN，又称为本地接入网或居民接入网
接入网是一类比较特殊的计算机网络，用于将用户接入互联网
接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分
接入网是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器也称为边缘路由器之间的一种网络
从覆盖范围看，很多接入网还是属于局域网
从作用上看，接入网只是起到让用户能够与互联网连接的桥梁作用

计算机网络的性能

计算机网络的性能指标

速率

1.比特是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位
2.一个比特就是二进制数字中一个1或0
3.速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，指的是数据的传送速率，它也称为数据率或比特率
4.速率的单位是bit/s，或kbit/s,Mbit/s,Gbit/s等，例如4*10^10bit/s的数据率就记为40Gbit/s
5.速率往往是指额定速率或标称速率，而非实际运行速率

带宽

带宽本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）
带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的最高数据率，单位是bit/s

吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络或信道、接口的数据量。
吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制

时延

1.时延是指数据（一个报文或分组甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间
有时也称为延迟或迟延
网络中的时延由以下几个不同的部分组成：
2.发送时延：也称传输时延
发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间
也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间

3.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
发送时延与传播时延由本质上的不同
信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念

4.处理时延
主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间
5.排队时延
分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延
4.数据在网络中经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和
必须指出，在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体分析

对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率
提高链路带宽减小了数据的发送时延
在高速链路或高带宽链路上，比特会传送得更快些

时延带宽积

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度、

往返时间RTT
互联网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互的，因此，有时很需要知道双向交互一次所需的时间
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，往返时间还包含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
当使用卫星通信时，往返时间RTT相对较长

利用率

分为信道利用率和网络利用率
信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过），完全空闲的信道的利用率是零
网络利用率是指全网络的信道利用率的加权平均值
信道利用率并非越高越好，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。

时延与网络利用率的关系

根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加

计算机网络的非性能指标

费用
质量
标准化
可靠性
可拓展性和可升级性
易于管理和维护

计算机网络的体系结构

计算机网络体系结构的形成

计算机网络是个非常复杂的系统
相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，这种协调是相当复杂的
分层可将庞大而负责的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较容易研究和处理
系统网络体系结构SNA
由于网络体系结构的不同，不同公司的设备很难互相连通
开放系统互连参考模型OSI/RM

TCP/IP常称为事实上的国际标准

协议与划分层次

计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则
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
网络协议，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定
网络协议的三个组成要素：
语法 数据与控制信息的结构或格式
语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作，以及做出何种响应
同步 事件实现顺序的详细说明
协议的两种形式
一种是使用便于人来阅读和理解的文字描述
另一种是使用让计算机理解的程序代码
层次式协议结构
ARPANET的研制经验表明，对于复杂的计算机网络协议。其结构应该是层次式的

分层的好处与缺点

好处：
各层之间独立
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
缺点
降低效率
有些功能会在不同的层次中重复出现，因而产生了额外开销
层数太少，会使每一层的协议太复杂
层数太多，又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难

各层要完成的主要功能

差错控制
流量控制
分段和重装
复用和分用
连接建立和释放

计算机网络的体系结构

计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义
实现是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题
体系结构是抽象的，而实现是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件

具有五层协议的体系结构

OSI的七层体系结构的概念清楚，理论也较完整，但它既不复杂，也不实用
TCP/IP是四层体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层
但最小面的网络接口层并没有具体内容
因此采取折中的方法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构

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
任何两个同样的层次把数据即数据单元加上控制信息通过水平虚线直接传递给对方，这就是所谓的对等层之间的通信
各层协议实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定

实体、协议、服务和服务访问点

实体：表示任何可发送或接受信息的硬件或软件进程
协议“控制两个对等实体进行通信的规则集合
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本次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
协议和服务
协议的实现保证了能够向上一层提供服务
本层的服务用户只能看见服务而无法看家下面的协议，即鞋面的西医对上面的服务用户是透明的
协议是水平的，协议控制对等实体之间通信的规则
服务是垂直的，服务是由下层向上层通过层间接口提供的
上层使用服务原语获得下层所提供的服务
服务访问点
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
SAP抽象，实际上是一个逻辑接口
OSI把层与层之间交换的数据单元称为服务数据单元SDU
SDU可以与PSU不一样：可以是多个SDU合成为一个PDU，也可以是一个SDU划分为几个PDU

协议必须把所有不理的条件事先估计到
看一个计算机网络协议是否正确，必须非常自习地检查这个协议能否应付各种异常情况

TCP/IP的体系结构