《计算机网络》期末复习笔记 第一章 概述

第一章 概述

1.1 计算机网络在信息时代的作用

21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。

计算机网络向用户提供的两个最重要的功能

• 连通性——计算机网络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——即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。

1.2 互联网概述

1.因特网发展的三个阶段：

• 第一阶段：从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。
• 第二阶段：建成三级结构的因特网：主干网、地区网和校园网（或企业网）。
• 第三阶段：形成多层次的ISP（Internet Service Provider 因特网服务提供者）结构的因特网

2.internet 和 Internet 的区别

• 以小写字母 i 开始的 internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
• 以大写字母I开始的的 Internet（因特网）则是一个专用名词，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。

3.制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段

• 因特网草案(Internet Draft) ——在这个阶段还不是 RFC 文档。
• 建议标准(Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
• 草案标准(Draft Standard)
• 因特网标准(Internet Standard)

1.3 互联网的组成

因特网的两个组成部分

• 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（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）。

C/S模式与P2P模式的区别

在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：

• 客户服务器方式（C/S方式）：即Client/Server方式。（客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方）

• 对等方式（P2P方式）：即Peer-to-Peer方式。（对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器）

网络核心部分是因特网中最复杂的部分。
网络中的核心部分：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（即传送或接收各种形式的数据）。
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、分组交换区别

• 电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。（计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低）
• 报文交换：整个报文传送到相邻结点，全部存储下来之后查询转发表，转发到下一个结点。
• 分组交换：单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻节点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。（优点：高效、灵活、迅速、可靠。缺点：时延、开销。关键构件：路由器）

1.4 计算机网络在我国的发展

1.5 计算机网络的分类

最简单的定义：互相连接的、自治的计算机的集合。

分类：

• 作用范围：广域网 WAN (Wide Area Network)、局域网 LAN (Local Area Network) 、城域网 MAN (Metropolitan Area Network)、个人区域网 PAN (Personal Area Network)
• 使用者：公用网 (public network)、专用网 (private network)
• 使用的传输技术：广播网 (broadcast network)、点到点网 (point-to-point network)
• 用来把用户接入到因特网的网络：接入网 AN (Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网。由 ISP 提供的接入网，只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。
• 按信息交换方式分：电路交换网、分组交换网、总和交换网
• 按网络拓扑结构分：星型网、树型网、环型网、总线网
• 按通信介质分：双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网
• 按传输带宽分：基带网、宽带网
• 按速率分：高速网、中速网、低速网

1.6 计算机网络的性能

性能指标及非性能指标

性能指标：

• 速率：即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。速率往往指的是额定速率或标称速率。
• 带宽：传统意义的“带宽”(bandwidth)：本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。计算机网络中的“带宽”：是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。
• 吞吐量：吞吐量(throughput)，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。
• 时延：
  发送时延：主机或路由器发送数据帧所需的时间，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。
  $发送时延=\frac{数据帧长度(bit)}{发送速率(bit/s)}$
  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。
  $传播时延=\frac{信道长度(m)}{信号在信道上的传播速率(m/s)}$
  处理时延：交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。
  排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延。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
• 时延带宽积：时延带宽积 = 传播时延 x 带宽
• 往返时间RTT：从发送方发送数据开始，到发送发收到接收方的确认为止，所花费的时间。
• 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。
  信道利用率，并非越高越好。
  若令 D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，则：
  $D=\frac{D_0}{1-U}$

非性能指标：
费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护

1.7 计算机网络的体系结构

1.网络协议(network protocol)：简称协议，是为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

2.网络协议的三要素

• 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

3.OSI七层架构、TCP/IP四层架构、五层架构

• OSI体系结构：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层
• TCP/IP体系结构：网络接口层、网际层IP、运输层、应用层
• 五层架构：物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层

4.协议与服务、层次与实体、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。
要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。
本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。
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。
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 (Service Access Point)。