【计算机网络】第1章 概述 知识总结

《计算机网络》——谢希仁 第1章知识点总结
网络指“三网”，即电信网络、有线电视网络、计算机网络
 

下面注意几个概念
internet： （互连网），是一个通用名词，它泛指多个计算机网络互连而成的网络
Internet： （互联网），是一个专用名词，它指当前全球最大的、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TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET

计算机网络：（网络）由若干结点和连接这些结点的链路组成

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。

 

互联网的两个重要基本特点

（1）连通性

（2）共享

因特网发展的三个阶段
（1）从单个网络ARPANET向互联网发展的过程
（2）建成了三级结构的因特网，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）
（3）逐渐形成了多层次ISP结构的因特网
 
ISP：因特网服务提供者
ISP可以从因特网管理机构申请到很多IP地址，同时拥有通信线路以及路由器等连网设备，因此任何机构和个人只要向某个ISP交纳规定的费用，就可从该ISP获取所需IP地址的使用权，并可通过该ISP接入到因特网。所谓“上网”就是指“通过某个ISP获得的IP地址接入到因特网”
 
ISP的三个层次：
（1）主干ISP：由几个专门的公司创建和维持，服务面基最大，并且还拥有高速主干网，有一些地区ISP网络也可以直接与主干ISP相连
（2）地区ISP：是一些较小的ISP，这些地区ISP通过一个或多个主干ISP连接起来
（3）本地ISP：给端用户提供直接的服务。本地ISP可以连接到地区ISP，也可以直接连接到主ISP
 
IXP：因特网交换点
允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组
 
因特网正式标准的四个阶段：
（1）因特网草案
（2）建议标准
（3）草案标准
（4）因特网标准
 
因特网的组成
边缘部分
由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享边缘部分利用核心部分所提供的服务，使众多主机之间能够互相通信并交换或共享信息。
通信方式分为两大类
（1）客户-服务器方式（C/S方式）
客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用程序。客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
客户是服务请求方，服务器是服务提供方
（2）对等方式（P2P方式）
对等连接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、对等连接通信。
 
核心部分
由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的。
路由器：在网络核心部分起特殊作用，是一种专用计算机（但不是主机），是实现分组交换的关键构件，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。
 
电路交换
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，其线路的传输效率往往很低
整个报文的比特流连续地从源点直达重点，好像在一个管道中传送
 
分组交换
采用存储转发技术，把一个报文划分为几个分组，在每一个数据段，加上一些必要的控制信息组成的首部后，就构成一个分组。分组又称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”，分组是在互联网中传送的数据单元。整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点
 
报文交换
单个分组（只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点
 
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、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的

可编程的硬件：表示这个计算机一定有CPU处理器

计算机通信：强调通信的主体是计算机中运行的程序

数据通信：强调通信的内容是数据
 
计算机网络的类别
1、按网络的作用范围进行分类
（1）广域网WAN：作用范围通常为几十到几千公里，是互联网的核心部分，其任务是通过长距离运送主机所发送的数据
（2）城域网MAN：作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离约为5-50km，用来将多个局域网进行互连
（3）局域网LAN：作用范围局限在较小的范围（如1km左右），一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连
（4）个人区域网PAN：就是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络，因此也通常称为无线个人区域网WPAN，其范围大约在10m左右
2、按网络的使用者进行分类
（1）公用网：指电信公司出资建造的大型网络
（2）专用网：某个部门、某个行业为各自的特殊业务工作需要而建造的网络
3、用来把用户接入到因特网的网络
  这种网络就是接入网AN，它又称为本地接入网或居民接入网。从覆盖的范围看，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因特网连接的“桥梁”作用
 
计算机网络的性能
性能指标
1、速率：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。网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称为数据率或比特率。速率的单位是bit/s（比特每秒）

注：描述速度时，G=10^9，用的是十进制

  描述存储大小时，G=2^30，用的是二进制
2、带宽：①指某个信号具有的频带宽度，表示通信线路允许通过的信号频带范围。
      ②计算机网络中，用来表示网络的通信线路传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，单位是bit/s（比特每秒）
3、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。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制
4、时延：时延是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
（1）发送时延：是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，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的所需时间。
 
（2）传播时延：是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
 
（3）处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费的处理的时间
（4）排队时延：分组在经过网络传输时，要经过路由器时排队等待的时间
5、时延带宽积：时延带宽积=传播时延*带宽，类似于一个圆柱体，时延是它的长度，带宽是它的横截面积，因此时延带宽积就表示这个圆柱管道的体积，表示这样的链路可容纳多少个比特。

这就表示，若发送端连续发送数据，则在发送的第一个比特即将达到终点时，发送端就已经发送了20万个比特，而这20万个比特都正在链路上向前移动。因此，链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度
6、往返时间RTT：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
7、利用率：
（1）信道利用率：指某信道有百分之几的时间是被利用的
（2）网络利用率：是全网络的信道利用率的加权平均值
   D表示网络当前时延；D0表示网络空闲时的时延；U表示网络的利用率
由公式可以发现：当网络的利用率接近最大值1时，网络的时延就趋于无限大。因此，信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。
 
计算机网络的非性能特性（了解即可）
1、费用
2、质量
3、标准化
4、可靠性
5、可扩展性和可升级性
6、易于管理和维护
 
计算机网络体系结构

计算机网络是个非常复杂的系统，在计算机网络的基本概念中，分层次的体系结构是最基本的

系统网络体系结构SNA（System Network Architecture）

开放系统互连基本参考模型OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model），简称OSI

OSI只获得了一些理论研究的成果，但在市场化方面，OSI则事与愿违地失败了。现今规模最大的、覆盖全世界的因特网并未使用OSI标准

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，称为网络协议，简称为协议

网络协议主要由以下三个要素组成

（1）语法，即数据与控制信息的结构或格式

（2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应

（3）同步（时序），即事件实现顺序的详细说明

协议的两种不同形式

（1）使用便于人来阅读和理解的文字描述

（2）使用让计算机能够理解的程序代码

APRANET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
（1）各层之间是独立的：某一层并不需要直到它的下一层是如何实现的，而仅仅需要直到该层通过层间觉得接口所提供的服务

（2）灵活性好：当任何一层发生变化时，只是层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响

（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

分层的缺点

（1）应注意每一层的功能明确

（2）若层数太少，会使每一层的协议太复杂

（3）若层数太多，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

分好的各层的功能主要有

（1）差错控制：使得和网络对等端的相应层次的通信更加可靠

（2）流量控制：使得发送端的发送速率不要太快，要使接收端来得及接受

（3）分段和重装：发送端把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。数据传送结束后会释放连接

网络的体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合。也就是说，计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义

这些功能究竟是用何种硬件或软件完成的，则是一个遵循这种体系结构的实现的问题

体系结构还是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件的软件

具有五层协议的体系结构
1、应用层：体系结构中的最高层，该层的任务死通过应用进程间的交互来完成特定网络应用
2、运输层：负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务，主要使用以下两种协议
（1）传输控制协议TCP——提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段
（2）用户数据报协议UDP——提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务，其数据传输的单位是用户数据报
3、网络层：负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称为数据报
4、数据链路层：负责将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送帧
5、物理层
 
本书的知识结构主要就是顺着五层协议的体系结构，一一介绍每一层协议

当研究开放系统中的信息交换时，往往使用实体这一较为抽象的名词表示任何可发送或接受信息的硬件或软件过程

协议是控制两个对等实体（或多个实体）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，还需要使用下面一层所提供的服务

协议与服务的区别

首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是透明的。

其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方，通常称为服务访问点SAP（Service Access Point）

OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU（Service Data Unit）

知识点均总结自《计算机网络》 谢希仁编著