【第一章】计算机网络知识点整理

第一章 概述

1.1 计算机网络的定义及其特点

1.定义

计算机网络 是指将分布在各地，具有独立功能的许多个计算机连接起来，按照某种协议进行通信，并通过网络操作系统进行管理实现 资源共享 的系统。

2.计算机网络系统的组成

1）从组成部分上看，分为 硬件、软件、协议三大部分

2）从工作方式上看，分为边缘部分和核心部分

3）从功能组成上看，分为通信子网和资源子网

3.功能

• 数据通信(基本功能)和信息服务
• 资源共享
• 其他
  • 集中管理，避免孤岛
  • 实现协同计算
  • 实现分布式处理

4.七个典型特点

既是特点，又是要求

1. 可靠性–冗余备份
2. 高效性–高性能
3. 独立性–既相互联系，又相互独立
4. 扩充性–易扩展
5. 廉价性–高性价比
6. 分布性–分布互联和分布式处理
7. 易操作性–实用性强

1.2 互联网概述

1.internet 和 Internet 的区别

internet：互连网 通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的网络

Internet：互联网或因特网 专用名词，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，采用TCP/IP 协议族作为通信的规则，前身是美国的ARPANET。

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

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

ISP：互联网服务提供者

ISP分层：主干ISP 地区ISP和本地ISP

IXP：互联网交换点

主要作用：允许两个无网络直接相连并交换分组

万维网 WWW（world wide web） 创始于20世纪90年代

1.3 互联网的组成

主要分为边缘部分和核心部分两大块

一. 边缘部分：

所有连接在互联网上的主机组成，用户直接使用

端系统之间的通信：主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信

端系统之间的通信方式：

• C/S方式（客户-服务器方式）
• P2P方式（对等方式）

1、客户-服务器方式

客户是服务请求方，服务器是服务提供方

客户软件 的特点：

① 被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器请求服务。故客户程序必须知道服务器程序的地址

② 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：

① 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本地客户的请求

② 系统启动后即自动调用并一直不断的运行着，被动的等待并接受来自各地的客户的通信请求。故服务器程序不需要知道客户程序的地址

③一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，客户和服务器都可发送和接收数据

2、对等连接方式

两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求放还是服务提供方

对等连接方式 的特点：对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器

对等连接工作方式可支持大量对等用户同时工作

二、核心部分：

由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘提供服务

在网络核心部分起特殊作用的是路由器

路由器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

1、典型交换技术 包括

• 电路交换
• 分组交换（互联网的核心部分采用）
• 报文交换 等

2、电路交换

• 电路交换必定是面向连接的
• 电路交换分为三个阶段：建立连接—>通信—>释放连接

优点：数据直接传送，时延小

缺点：线路利用率第，不能充分利用线路容量，不便于进行差错控制

3、分组交换

• 采用存储转发技术
  

• 路由器和主机的作用不同

  • 主机是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
  • 路由器是对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机(通信子网中的核心设备)

• 分组交换带来的问题：

  • 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延
  • 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销

电路交换——整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像在一个管道中传送

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，转发到下一个结点

分组交换——单个分组（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 效率高

1.4 计算机网络在我国的发展

到目前为止，我国陆续建造了基于互联网技术的并能够和互联网互连的多个全国范围的公用计算机网络，其中规模最大的就是下面这五个：

1.中国电信互联网 CHINANET（也就是原来的中国公用计算机互联网）

2.中国联通互联网 UNINET

3.中国移动互联网 CMNET

4.中国教育和科研计算机网 CERNET

5.中国科学技术网 CSTNET

1.5 计算机网络的类别

一、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） 作用范围：几十到几千公里

• 城域网（MAN） 作用范围：一个城市，距离约为5~50km

• 局域网（LAN） 作用范围：1km左右

• 个人区域网（PAN）作用范围：10m左右

2.按照网络的使用者进行分类

• 公用网（public network）：电信公司出资建造的大型网络
• 专用网（private network）：某个部门为满足本单位的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

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。

1.6 计算机网络的性能

一、性能指标

1. 速率

数据的传送速率，单位：bit/s

eg：40G的速率，即40Gbit/s的网络速率，省略了单位bit/s

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

（1）本来指某个信号具有的频带宽度，单位：赫兹

（2）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

​ 故网络带宽表示：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

单位时间内通过某个网络的实际的数据量

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4. 时延

指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间

组成：

（1）发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间

（2）传播时延：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

（4）排队时延

（5）时延带宽积

（6）往返时间RTT

（7）利用率

二、非性能指标

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

1.7 计算机网络体系结构

一、计算机网络体系结构的形成

SNA：系统网络体系结构

ISO：国际标准化组织

开放系统互连基本参考模型OSI/RM（简称OSI）

两种标准：OSI和TCP/IP

二、协议与划分层次

1. 网络协议

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，也简称为协议

组成：（1）语法（2）语义（3）同步

分层的优点：

• 各层之间独立
• 灵活性好
• 结构上可分割
• 易于实现和维护
• 能促进标准化工作

缺点：

• 降低效率
• 有些功能在不同层次中重复出现，产生额外开销

三、具有五层协议的体系结构

1. OSI七层协议

物理层

位于最底层，提供一个物理连接，所传数据的单位是比特

功能：提供比特流（物理层传输电气信号的载体）传输服务

数据链路层

传输单位：帧

任务：将网络层传来的IP数据包组装成帧，在各个节点间的线路上无差错的传送

功能：对物理层传输的比特流进行校验，并采用检错重发等技术，使本来可能出错的数据链路变成不出错的数据链路，从而对上层提供无差错的数据传输。概括：成帧、差错控制、流量控制、传输管理等。

提供点到点的通信

网络层

传送单位：分组或报

任务：选择合适的路由，使发送端的传输层传下来的分组能够正确无误的按照目的地址发送到接收端，使传输层及以上各层设计时不再需要考虑传输路由

关键：路由选择

传输层

在发送端和接收端之间建立一条不会出错的路由，对上层提供可靠的报文传输服务

传输单位：报文段（TCP）或用户数据报（UDP）

提供端到端的通信，主要控制的是包的丢失、错序、重复等问题

会话层

会话层虽然不参与具体的数据传输，但是它却对数据传输进行管理

会话层建立在两个相互通信的应用进程之间，组织并协调其交互

表示层

功能：主要为上层用户解决用户信息的语法表示问题；主要功能：完成数据转换、数据压缩和数据加密

表示层将欲交换的资料从适合某一用户的抽象语法变换为社和与OSI系统内部使用的传送语法

应用层

OSI参考模型中的最高层，是用户与网络的界面

功能：确定进程之间的通信性质以满足用户的需要，负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行语义匹配

2. 五层协议的体系结构

OSI 的七层协议体系结构的概念清楚，理论也较完整，但它既复杂又不实用。
TCP/IP 是四层体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层，但最下面的网络接口层并没有具体内容。
因此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 。

四、实体、协议、服务和服务访问点

实体：任何可发送或接受信息的硬件或软件进程

协议：控制两个（或多个）对等（同层）实体的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

协议和服务的区别：

• 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到下面的协议，即下面的协议对上面的实体是透明的。

• 协议是“水平”的，协议是控制对等实体之间的通信的规则；

• 服务是“垂直”的，服务是由下层向上层通过层间接口提供的