计算机及网络——概述

前言

本章重要知识点：
（1）互联网边缘部分和核心部分的作用，其中包含分组交换的概念。
（2）计算机网络的性能指标
（3）计算机网络分层次的体系结构，包含协议和服务的概念。

1.1计算机网络在信息时代中的作用

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时代。

三大网络：电信网络，有线电视网络，计算机网络

网络融合：将三种网络融合成一种网络就能提供所有相应服务。

internet是由数量极大的各种计算网络互连起来的。

对于仅在局部范围互连起来的计算机网络，只能称为互连网，而不是互联网。

互联网具有两个重要的基本特点：连通性和共享（资源共享）。

1.2互联网概述

1.2.1网络的网络

计算机网络（网络）由若干个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

主机：与网络相连的计算机。

1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段

internet（互连网）是一个通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。

Internet（互联网）是一个专用名词，指当前世界最大的、开放的、由众多网络互相连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且前身是美国的ARPANET。

人们把1983年作为互联网的诞生时间。

第一阶段：从单个网络ARPANT向互连网发展的过程。
第二阶段： 三级结构的互联网。（主干网、地区网、校园网或企业网）
第三阶段：多层次ISP结构的互联网。 ISP：互联网服务提供者，如：中国联通，中国移动，中国电信

ISP（Internet service provider）：可分为主干ISP、地区ISP、本地ISP

IXP（Internet exchange point）：互联网交换点，主要作用是允许两个网络直接相连并交换分组，无需再通过第三个网络来转发分组。即地区ISP之间交换分组，无需再经过上层主干ISP。

制定互联网正式标准的三个阶段：
1.互联网草案
2.建议标准
3.互联网标准

1.3互联网的组成

1.边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。是用户直接使用的。
2.核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。为边缘部分提供服务的

1.3.1互联网的边缘部分

端系统：连接在互联网上的主机。

计算机之间的通信：主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。

端系统间的通信方式：客户-服务器方式（C/S方式），对等方式（P2P方式）。
1.客户-服务器方式（C/S方式）
客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。
客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
通信关系建立后，通信可以是双向的。

客户程序：
1、被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，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。

服务器程序：
1、专门用来提供服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
2、自启动后就自动调用并不断运行，被动等待并接受客户的通信请求，因此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。

2.对等方式（P2P方式）

只要两台主机都运行了对等连接软件，他们就可以进行平等的、对等连接通信。

1.3.2互联网的核心部分

网络核心部分是互联网中最复杂的部分。

路由器：在网络核心部分起特殊的作用，是一种专用计算机。是实现分组交换的关键构件，任务是转发收到的分组（网络核心部分最重要的功能）。

电路交换的主要特点：

使用电路交换通话之前，必须先拨号请求建立连接。
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
必须经过 “建立连接”-》“通话”-》“释放连接” 三个步骤的交换方式。
实时性强、时延小、交换设备成本较低但使用电路交换传输计算机数据时，线路的传输效率往往很低，利用率低，不同类型终端用户之间不能进行通信。
电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。

分组交换的主要特点：
分组交换采用存储转发技术。
把较长的报文划分为一个个小的等长数据段，再在前面加上由必要信息组成的首部，就构成了一个分组（又称“包”，首部又称“包头”）。
首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息。

缺点：有一定时延，有额外的信息开销。

这个博主的博客写的很详细，复习的时候可以看这个

https://blog.csdn.net/weixin_42449534/article/details/96615313?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522163715369416780264034554%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fall.%2522%257D&request_id=163715369416780264034554&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~first_rank_ecpm_v1~hot_rank-5-96615313.first_rank_v2_pc_rank_v29&utm_term=%E5%88%86%E7%BB%84%E4%BA%A4%E6%8D%A2&spm=1018.2226.3001.4187

主机是为用户进行信息处理的，路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换的。

三种方式在数据传输时的特点：
电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点。
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，转发到下个结点。
分组交换——单个分组传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

1.5计算机网络的类别

1.5.2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

1. 广域网WAN
2. 城域网MAN
3. 局域网LAN
4. 个人区域网PAN

2.按照网络的使用者进行分类

1. 公用网
2. 专用网

1.6计算机网络的性能

1.6.1计算机网络的性能指标

1.速率
指的是数据的传输速率，也称为数据率或比特率
2.带宽
带宽有两种不同的意义：
（1）原指某个信号具有的频带宽度。单位为赫。
（2）在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传输数据能力，因此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”。单位为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）的实际的数据量。
4.时延
指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。
（1）发送时延（传输时延）：是主机或路由器发送数据帧所需要的时间
发送时延=数据帧长度/发送速率
（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。
传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率
（3）处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。
（4）排队时延：分组在传输时，要在路由器中排队等待处理。

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是传播速率
5.时延带宽积：
时延带宽积=传播时延*带宽
6.往返时间RTT
7.利用率
（1）信道利用率：指出某信道有百分之几的时间是被利用的。
（2）网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。

信道或网络的利用率过高会产生非常大是时延。

1.6.2计算机网络的非性能特征

1.费用
2.质量
3.标准化
4.可靠性
5.可拓展性和可升级性
6.易于管理和维护

1.7计算机网络体系结构

1.7.2协议与划分层次

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。
网络协议主要由三要素组成：
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相应。
3.同步：即事件实现顺序的详细说明。

划分层次的好处：

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。

各层需要完成的功能：

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

1.7.3具有五层协议的体系结构

（1）应用层
应用层是体系结构的中的最高层。
任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。
主要协议：域名系统DNS，HTTP协议，SMTP协议等

（2）运输层
任务是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
分用：运输层把收到的信息分别交付上面应用层的相应进程。
主要协议：传输控制协议TCP，用户数据报协议UDP

（3）网络层
负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
主要协议：网际协议IP

（4）数据链路层
两台主机之间的数据传输需要专门的链路层协议。

（5）物理层

1.7.4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：控制两个对等实体进行通信的规则集合。
服务：由下层向上层通过层间接口提供的并非在一个层内完成的全部功能。
服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方。