计算机网络读书笔记--绪论(1.1.1~1.3.2)

1.1.1 计算机网络的定义

把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路与设备互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。

外部设备/终端：计算机，服务器，智能手机，智能传感器等等。

通信线路与设备：双绞线，光纤，无线，交换机，路由器。

1.1.2 计算机网络地特点

连通性（Connectivity）

• 使上网用户之间都可以交换信息（数据，以及各种音频视频），好像这些用户地计算机都可以彼此直接联通一样。

• 注意，互联网具有虚拟地特点，无法准确知道对方是谁，也无法知道对方地位置。

共享（Sharing）

• 指资源共享。

• 资源共享地含义使多方面地。可以使信息共享，软件共享，也可以是硬件共享。

• 由于网络地存在，这些资源好像就在用户身边一样，方便使用。

1.2.1 互联网概念

互联网是目前技术最为成功、应用最为广泛地计算机网络。

互联网已经成为现代社会最为重要地基础设施。

互联网定义

互联网，特指Internet，它起源于美国，是由数量极大地各种计算机网络互连起来而形成地一个互联网络。它采用TCP/IP协议族作为通信规则，是一个覆盖全球、实现全球范围内连通性和资源共享地计算机网络。

互联网Internet与互连网Internet的区别

1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段

第一阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。

• 代表：分组交换ARPANET。

• 1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，是的所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网相互通信。

• 1983年作为互联网的诞生时间。

• 1990年，ARPANET正式宣布关闭。

第二阶段：建成三级结构的互联网。

• 代表：NESNET（1986年）.

• 它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。

• TCP/IP协议。

第三阶段： 逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。

• 出现了互联网服务提供者ISP（Internet Service Provider）。

• 任何机构和个人只要向某个ISP交纳规定的费用，就可以从该ISP获取所需IP地址的使用权，并可通过改ISP接入到互联网。

• 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分为不同层次的ISP：主干ISP、地区ISP和本地ISP。

1.2.3 互联网的标准化工作

互联网的标准化工作对互联网的发展非常重要。所有互联网标准都以RFC的形式在互联网上发表。目前需要经历两个阶段：建议标准（RFC文档），互联网标准（STDxxxx，可以和多个RFC文档关联）。

万维网WWW的问世

• 互联网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出互联网究竟有多大。

• 互联网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW（World Wide Web）被广泛使用在互联网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为互联网的这种指数级增长的主要驱动力。

1.3.1 互联网的组成

从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：边缘部分和核心部分

边缘部分：有所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或者视频）和资源共享。

• 处在互联网边缘的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（end system）。

• 端系统在功能上可能有很大的差别：

  • 小的端系统可以是一台普通个人电脑，具有上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头

  • 大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机。

  • 端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企业、政府机关等），当然也可以是某个ISP。

核心部分：有大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为了边缘部分提供服务的（提供连同性和交换）。

端系统之间通信的含义

“主机A和主机B进行通信”实际上是指：“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。即“主机A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

端系统之间的通信方式通常划分为两大类：

客户-服务器方式（C/S方式）

即Client/Server方式，简称为C/S方式。

客户软件的特点

• 被用户调用后运行，再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者本地客户的请求。

• 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地客户的通信请求。因此，服务器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。

客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可以发送和接收数据。

对等方式（P2P方式）

即Peer-to-Peer方式，简称为P2P方式。

• 对等连接（P2P）是指两个主机在通信时并不区分哪一个是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（P2P软件），它们就可以进行平等的对等的连接通信。

• 双方都可以下载对方已经储存在硬盘中的共享文档。
  

1.3.2 互联网的核心部分

• 在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router）。

• 互联网的核心部分采用了分组交换技术。

• 路由器是实现分组转换（packet
  switching）的关键构建，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。
  

• 典型交换技术包括：

电路交换

电路交换必定是面向连接的。
举例说明：

电路交换分为三个阶段：

1. 建立连接：建立一条专用的物理通路，以保证双方通话时所需要的通信资源在通信时不会被其他用户占用。

2. 通信：主叫和被叫双方互相通电话。

3. 释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通道（释放刚才占用的所有通信资源）

电路交换的特点：

1. 资源独占（在你打电话时，别人不能打进来，会占线）

2. 提供面向连接的服务（拨号拿起话筒建立连接，语音数据通信，挂电话释放连接）

3. 通信相对可靠，通话质量高。

4. 但通信成本高，不通信时有浪费。

计算机数据是否适合电路交换？

计算机数据传输的特点：

• 突发性：不是时刻占有信道，cpu处理信息之后再发送，再等待cpu处理，再发送

• 复杂性：可能多个用户和一个用户通信，信道不适合独占，适合共享。

计算机数据传输不适合电路交换网络，否则通信效率很低用来传送数据的时间往往不到10%甚至不到1%。

分组交换

分组交换的主要特点：

H1到H2的同一个报文的多个分组可以走不同的路径吗？

• 不同路径：数据报文网络
  数据报文网络实例：
  
• 相同路径：虚电路网络
  虚电路网络：
  

注意：虚电路仍然使分组交换，在链路资源空闲时可以给任何其他用户使用

分组的存储转发过程

主机：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，最后把分组交付目的主机。

H1向H5发送分组的过程

1. 首先主机H1会把分组交给跟它直连的路由器A[在路由器A暂存，查找转发表，找到转发的端口，转发]。

2. 然后从路由器A转发给路由器C[在路由器C暂存，查找转发表，找到转发的端口，转发]。

3. 然后从路由器C转发给路由器E[在路由器E暂存，查找转发表，找到转发的端口，转发]。

4. 最后到达目的主机H5。
   

分组交换网络的思考

为什么要分组？

• 数据越大，传输中出错的概率越大，重新分组的代价越高。

• 数据越大，路由器缓存越大，不利于存储转发。

• 一般链路的分组大小为1500Byte（MTU Max Transform Unit）。

每个分组加上部首有什么作用？

• 部首实现了协议的规则。

• 使接收方能够有效的将分组还原

• 包含地址等控制信息，控制分组的传输。

存储转发会给数据通信带来什么影响？

• 网络时延增大。分组在各节点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。分组必须携带的部首（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

• 出现网络拥塞和丢包。

分组交换的优点

高效：在分组传输的过程中动态传输带宽，对通信链路时逐段占用。

灵活：为每一分组独立地选择最合适地转发理由。

迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。

可靠：保证可靠性地网络协议，分布式多路由地分组交换网，使网络有很好地生存性。

报文交换

在20世纪40年代，电报通信也采用了基于存储转发原理地报文交换（message switching）。

报文交换地时间较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。

三种交换技术的比较：

• 若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。

• 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。

• 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活度。