计算机网络—概述

1.计算机网络在信息时代的作用

21世纪是一个以网络为核心的信息时代（“三网融合”），它具有数字化、网络化和信息化的特点。要实现信息化就必须依靠完善的网络，因此网络已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
三大类网络：
1.电信网络：向用户提供电话、电报及传真等服务；
2.有线电视网络：向用户传送各种电视节目；
3.计算机网络：使用户能够在计算机之间传送数据文件。
*这三种网络在信息化过程中都起到很重要的作用，但其中发展最快并起到核心作用的则是计算机网络。随着技术的发展，电信网络和有线电视网络都逐渐融入了现代计算机网络技术。
Internet（因特网，互联网）是由数量极大的各种计算机网络互连起来的。

互连网：仅在局部范围连接起来的计算机网络；
互联网：当今世界上最大的计算机网络。

互联网之所以能够给用户提供许多服务是因为它具有以下两个特点：

连通性（connectivity）	共享（sharing）
1.使上网用户之间都可以交换信息（数据，以及各种音频视频），好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。2.注意，互联网具有虚拟的特点，无法准确知道对方是谁，也无法知道对方的位置。	1.指资源共享；2.资源共享的含义是多方面的。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。3.由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样，方便使用。

互联网+:指“互联网+各个传统行业”；利用信息通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行业进行深度融合，创造新的发展生态
特点：把互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域之中，从而大大提高了实体经济的创新力和生产力。
互联网的负面影响：
1.利用互联网传播计算机病毒；
2.利用互联网窃取国家机密和盗窃银行或储户的钱财；
3.网上欺诈；
4.在网上肆意散布谣言、不良信息和播放不健康的视频节目；
5.青少年弃学而沉溺于网络游戏等
因此，必须加强对互联网的管理

2.互联网概述

2.1网络的网络（network of networks）

互联网（Internet）起源于美国，现已发展成为世界上最大的、覆盖全球的计算机网络；
计算机网络（简称为网络）由若干个结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成；
互联网（internetwork或Internet）可以通过路由器把网络互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，称之为互连网。

基本概念：网络把许多计算机连接在一起；互连网则把许多互连网通过路由器连接在一起；与网络相连的计算机常称为主机（主机可以是计算机，也可以是智能手机等智能机器）。

2.2互联网基础结构发展的三个阶段

第一阶段：是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程	第二阶段：建成了三级结构的互联网	第三阶段：逐渐形成了多层次ISP结构的互联网
1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网相互通信。人们把1983年作为互联网的诞生时间。1990年，ARPANET正式宣布关闭。	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）。	出现了互联网服务提供者ISP。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接入到互联网。

互联网服务提供者ISP:Internet Service Provider
互联网交换点IXP:Internet eXchange Point
万维网WWW:World Wide Web

三级结构互联网示意图

基于ISP的多层结构的互联网的概念示意图

*2.3互联网的标准化工作

互联网标准化工作对互联网起到重要的作用：

互联网协会 ISOC（Internet Society，W-ISOC)
互联网体系结构委员会 IAB（Internet Architecture Board）
互联网工程部 IETF（Internet Engineering Task Force）
工作组WG（Working Group）
互联网工程小组 IESG（Internet Engineering Steering Group）
互联网研究部 IRTF（Internet Research Task Force）
研究组 RG（Research Group）
互联网研究指导小组 IRSG（Internet Research Steering Group）
请求评论 RFC（Request For Comments）
制定互联网的正式标准要经过一下三个阶段：
1.互联网草案（Internet Draft）——互联网草案的有效期只有六个月。这个阶段还不能算是RFC文档。
2.建议标准（Proposed Standard）——从这个阶段开始就成为RFC文档。
3.互联网标准（Internet Standard）——达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号STD xx。一个标准可以和多个RFC文档关联。

3.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：由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，用来通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
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（提供连通性和交换）

3.1边缘部分

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的个人电脑，具有上网功能的智能手机，也可以是一个很小的网络摄像头。大的端系统可以是一台非常昂贵的大象计算机。
“ 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 ”。
端系统之间的通信方式有两种：

客户-服务器方式（C/S方式）	对等方式（P2P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都要使用网络核心部分所提供的服务。	指两个主机在通信时并不区分哪一个是请求服务方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件，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存储在硬盘中的共享文档。

3.2核心部分

网络核心部分是互联网中最复杂的部分。网络核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router）
路由器是实现分组交换（packet switching）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、报文交换、分组交换的异同：
电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像是在一个管道中传送；
报文交换——整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转达到下一个结点；
分组交换——单个分组（这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。

*4.计算机网络在我国地发展

-1980年，铁道部开始进行计算机联网实验。
-1989年11月，我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。
-1994年4月20日，我国用64kbit/s专线正式连入互联网，我国被国际上正式承认为接入互联网地国家。
-1994年5月，中国科学院高能物理研究所设立了我国第一个万维网服务器。
-1994年9月中国公用计算机互联网CHINANET正式启动。
我国目前规模最大地五个计算机网络：
中国电信互联网CHINANET
中国联通互联网UNINET
中国移动互联网CMNET
中国教育和科研计算机网CERNET
中国科学技术网CSTNET

5.计算机网络地类别

5.1计算机网络的定义

计算机网络的精确定义并未统一
计算机网络主要是有一些通用的、可编程的硬件互连而成的。
（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，而是能够支持很多的应用（包括今后可能出现的各种应用）。

5.2几种不同类别的计算机网络

1.按照网络的作用范围进行分类
广域网WAN（Wide Area Network）：作用范围通常为几十到几千公里。
城域网MAN（Metropolitan Area Network）：作用距离约为5~50公里。
局域网LAN（Local Area Network）：局限在较小的范围（如一公里左右）。
个人区域网PAN（Personal Area Network）：范围很小，大约在10米左右。
2.按照网络使用者进行分类
公用网（public network）
按规定缴纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网。
专用网（private network）
为特殊业务工作的需要而建造的网络。
3.用来把用户接入到互联网的网络
接入网AN（Access Network），它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，用于将用户接入计算机网络。接入网本身既不属于互联网核心部分，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

6.计算机网络的性能

6.1计算机网络的性能指标

1.速率
比特（bit）是计算机数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。比特来源于Binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的1或0。
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。
速率的单位是bit/s或kbit/s\Mbit/s\Gbit/s等。
速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率
2.带宽
两种不同意义：
”带宽（bandwidth）“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）；
在计算机网络中，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。
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。
吞吐量更经常地使用于对现实世界的网络的一种测量。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定
4.时延
之数据（一个报文，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。
（1）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。

（2）传播时延
电磁波在信道中需要一定的距离而花费的时间

（3）处理时延
主机或路由器在收到分组时，为处理分组所花费的时间。
（4）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。
排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
5.时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 × 带宽
6.往返时间RRT
表示从发送方发送数据开始，到发送方接收来自接收方的确认，总共经历的时间。
7.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。
网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
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

6.2计算机网络的非性能特性

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

7.计算机网络的体系结构

7.1计算机网络体系结构的形成

计算机网络是一个非常复杂的系统，相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种”协调“是相当复杂的。
"分层"可将庞大而复杂的问题，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易于研究和处理。

7.2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（同步含有时序的意思）。
网络协议（network protocol），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
协议划分层次的好处与缺点：
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
缺点：
-降低效率
-有些功能会在不同的层次中重复出现，因此产生了额外开销
各层完成的主要功能：
1.差错控制；2.流量控制；3.分段和重装；4.复用和分用；5.连接建立和释放。

7.3具有五层协议的体系结构

7.4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）
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见下面的协议
-协议是“水平的”
-服务是“垂直的”
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，SAP（Service Access Point）

7.5TCP/IP的体系结构

参考文献

书名	版本	作者	出版社
《计算机网络》	第七版	谢希仁	电子工业出版社

《计算机网络》（第七版）