计算机网络概述的知识学习小结（二）

一、类别

（一）计算机网络的定义

1、计算机网络没有统一的精确定义。

2、其中较好的定义是：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。但这些硬件并非是专门用来实现某一特定目的的（例如：传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

3、根据这个定义，我们要知道：

（1）计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机。

（2）计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用（包括今后可能出现的各种应用）。

（3）其中所说的“可编程的硬件”表明这种硬件一定包含有中央处理机（CPU）。

（二）计算机网络具有以下几种不同类别：

1、按照网络的作用范围进行分类：

（1）广域网WAN（Wide Area Network）：作用范围通常为几十到几千公里。

（2）城域网MAN（Metropolitan Area Network）：作用距离约为五到五十公里。

（3）局域网LAN（Local Area Network）：局限在较小的范围（如一公里左右）。

（4）个人区域网PAN（Personal Area Network）：范围很小，大约在十米左右。

若中央处理机之间的距离非常近（如仅一米的数量级甚至更小些），则一般就称之为多处理机系统，而不是称它为计算机网络。

（三）按照网络的使用者进行分类：

1、公用网（public network）：按规定交纳费用的人都可以使用的网络。也可称为公众网。

2、专用网（private network）：为特殊业务工作的需要而建造的网络。

公用网和专用网都可以提供多种服务。如传送的是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用计算机网络。

3、用来把用户接入到互联网的网络：

（1）接入网AN（Access Network）又称为本地接入网或居民接入网。它是一类比较特殊的计算机网络，用于将用户接入互联网。

（2）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。它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。

（3）从覆盖的范围看，很多接入网还是属于局域网。

（4）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。

二、体系结构

（一）计算机网络体系结构的形成

1、计算机网络是个非常复杂的系统。

2、相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。

3、“分层”可以将庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题，从而使问题更易于研究和处理。

4、系统网络体系结构SNA（System Network Architecture）：它是一个在1974年美国的IBM公司宣布的按照分层方法制定的著名的网络标准。之后不少公司也相继推出了自己公司的具有不同名称的体系结构。但是由于网络体系结构的不同，不同公司之间的设备很难互相连通。在1977年，国际标准化组织ISO成立了专门机构研究如何使不同体系结构的计算机网络都能互联。

5、开放系统互连基本参考模型OSI/RM（Open System Interconnection Reference Model）：它是一个试图使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架，简称为OSI。只要遵循OSI标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这一标准的其他任何系统进行通信。但OSI只获得了一些理论研究的成果，在推进市场化时失败了。它失败的原因包括：

（1）OSI的专家们在完成OSI标准时没有商业驱动力；

（2）OSI的协议实现起来过于复杂，且运行效率很低；

（3）OSI标准的制定周期太长，因而使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场；

（4）OSI的层次划分也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。

注意：法律（de jure）上的国际标准OSI并没有得到市场的认可。而是非国际标准的TCP/IP获得了最广泛的应用，因此，TCP/IP常被称为事实上（de facto）的国际标准。

（二）协议与划分层次

1、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（同步含有时序的意思）。而网络协议（network protocol），简称协议，就是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

2、网络协议是由语法、语义和同步三个要素组成。其中，语法是指数据与控制信息的结构或格式。语义是指需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。同步是指事件实现顺序的详细说明。因此，网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。

3、协议具有两种形式：一是使用便于人来阅读和理解的文字描述。而是使用让计算机能够理解的程序代码。这两种不同形式的协议都必须能够对网络上信息交换过程做出精确的解释。

4、由ARPANET的研制经验表明，对于非常复杂的计算机网络协议，其结构应该是层次式的。分层的好处是：

（1）各层之间是独立的。

（2）灵活性好。

（3）结构上可分割开。

（4）易于实现和维护。

（5）能促进标准化工作。

它的缺点是：

（1）降低效率。

（2）有些功能会在不同的层次中重复出现，因而会产生额外的开销。

5、分层时虽然不是越多越好，但也不能太少，因此，层数的多少就要适当。层数太少的话会使每一层的协议太过复杂。而层数太多，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。

6、各层完成的主要功能：

（1）差错控制：使相应层次对等方的通信更加可靠。

（2）流量控制：发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不能太快。

（3）分段和重装：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其还原。

（4）复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用。

（5）连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接。

（三）具有五层协议的体系结构

1、计算机网络的体系结构（architecture）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。而实现（implementation）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。因此，体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。

2、OSI的七层协议体系结构的概念是清楚的，理论也是较完整的，但它既复杂又不实用。TCP/IP是具有应用层、运输层、网际层和网络接口层的四层体系结构，但它最下面的网络接口层并没有具体内容。因此，我们往往采取折中的办法，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，它具有应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。

3、PDU（Protocol Data Unit）：协议数据单元。OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU。这个名词已被许多非OSI标准采用。

4、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”（peer layers）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。

注意：三层以下叫低层协议，四层以上叫高层协议

（四）实体、协议、服务和服务访问点

1、实体（entity）表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

2、协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

3、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。

4、要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。

5、协议和服务在概念上是不一样的。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见下面的协议。即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，而上层是通过使用服务原语获得下层所提供的服务的。

（五）TCP/IP的体系结构

TCP/IP体系结构的另一种表示方法：实际上，现在的互联网使用的TCP/IP体系结构有时已经发生了演变，即某些应用程序可以直接使用IP层（网络层），或甚至直接使用最下面的网络接口层。