计算机网络复习——第一章 概述

第1章 概述

1.1 计算机网络在信息时代中的作用

1.1.1 计算机网络的特点

连通性(connectivity)

  • 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
  • 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

共享(Sharing)

  • 指资源共享
  • 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
  • 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。

1.2 互联网概述

1.2.1 网络的网络

计算机网络(简称为网络)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。
网络之间还可以通过路由器互连起来,这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。这样的网络称为互连网。因此互连网是“网络的网络”。

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网络把许多计算机连接在一起,而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

主机:与网络相连的计算机常称为主机(host)

1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段

  • 第一个阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程。1983年TCP/IP协议称为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,因而人们就把1983年作为互联网的诞生时间。

区别 internet(互连网)和Internet(互联网)
internet:这是一个通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。在这些网络之间的通信协议可以任意选择,不一定非要使用TCP/IP协议
Internet:这是一个专用名词,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互连网,他采用TCP/IP协议族作为通信的规则,且前身是美国的ARPANET。

  • 第二个阶段的特点是建成了三级结构的互联网。从1985年起,美国国家科学基金会NSF就围绕留个大型计算机中心建设计算机网络,即国家科学基金网NSFNET,它是一个三级计算机网络,分为主干网地区网校园网(或企业网)。
  • 第三个阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。从1993年开始,由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的互联网主干网替代。因此就出现了一个新的名词:互联网服务提供者ISP。例如,中国电信、中国移动、中国联通。

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互联网交换点IXP
互联网交换点IXP的主要作用就是允许连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。

1.2.3 互联网的标准化工作

1992年由于互联网不再归美国政府管辖,因此成立了互联网协会ISOC。ISOC下面有一个技术组织叫做互联网体系结构委员会IAB,负责管理互联网有关协议的开发。IAB下面又设有两个工程部:互联网工程部IETF互联网研究部IRTF

制定互联网的正式标准要经过一下三个阶段:

  • 互联网草案——互联网草案的有效期只有六个月。在这个阶段还不能算是RFC文档
  • 建议标准——从这个阶段开始就成为RFC文档
  • 互联网标准——达到正式标准后,每个标准就分配到一个编号STD xx。

原先制定互联网标准的过程是:“建议标准”->“草案标准”->“互联网标准”。现在简化为:“建议标准”->“互联网标准”。

1.3 互联网的组成

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  • 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

1.3.1 互联网的边缘部分

  • 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
    1. 小的端系统可以是一台普通个人电脑,具有上网功能的智能手机,甚至是一个很小的网络摄像头。
    2. 大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机
    3. 端系统的拥有者可以是个人,也可以是单位(如学校、企业、政府机关等),当然也可以是某个ISP

端系统之间的两种通信方式

1. 客户-服务器方式

  • 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。
  • 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

2. 对等连接方式

  • 对等连接(peer-to-peer,简写P2P)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。
  • 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。

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1.3.2 互联网的核心部分

  • 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

分组转发网络核心部分最重要的功能。

  • 典型的交换技术包括:
    1. 电路交换
    2. 分组交换
    3. 报文交换等
  • 互联网的核心部分采用了分组交换技术
  • 电路交换必定是面向连接的。
  • 电路交换分为三个阶段:
    1. 建立连接:建立一条专用的物理通路,以保证双方通话时所需的通信资源在通信时不会被其他用户占用;
    2. 通信:主叫和被叫双方就能互相通电话;
    3. 释放连接:释放刚才使用的这条专用的物理通路(释放刚才占用的所有通信资源)

1.分组交换的主要特点

  • 分组交换则采用存储转发技术。
  • 在发送端,先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段

分组交换的传输单元

  • 每一个分组的首部都含有地址(诸如目的地址和源地址)等控制信息。
  • 分组交换网中的节点交换机根据收到的分组首部中的地址信息,把分组转发到下一个结点交换机。
  • 每个分组在互联网中独立地选择传输路径
  • 用这样的存储转发方式,最后分组就能到达最终目的地

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路由器

  • 在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。
  • 路由器处理分组的过程是:
    1. 把收到的分组先放入缓存(暂时存储)
    2. 查找转发表,找出到某个目的地址应从哪个端口转发;
    3. 把分组送到适当的端口转发出去。

1.5 计算机网络的类别

1.5.1 计算机网络的定义

计算机网络的精确定义并为统一
较好的定义是这样的: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,而这些硬件能过用来传送多种不同类型的数据吗,并能支持广泛的和日益增长的应用。

1.5.2 几种不同类别的计算机网络

1.按照网络的租用范围进行分为

  • 广域网WAN,广域网的作用范围通常为几十到几千公里,因而有时也称为远程网。
  • 城域网MAN,城域网的作用范围一般是一个城市,可跨越几个街区甚至整个城市。
  • 局域网LAN,局域网一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连,但地理上则局限在较小范围。
  • 个人区域网PAN,个人区域网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。

2.按照网络的使用者进行分类

  • 公用网,这是指电信公司出资建造的大型网络。
  • 专用网,这是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

  • 这种网络就是接入网AN,他又称为本地接入网或居民接入网。接入网是从某个用户端系统到互联网中第一个路由器(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

1.6.1 计算机网络的性能指标

  • 速率

    • 比特(bit)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。
    • 网络技术中的速率指的是数据的传送速率,他称为数据率比特率
  • 带宽

    • 带宽” 有以下两种不同意义:
    • 带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。表示某信道允许通过的信号频带范围就称为该信道的带宽
  • 吞吐量

    • 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。
  • 时延

    • 时延是指数据(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。

    • 发送时延发送时延是主机或路由器发送数据诊所需要的时间。

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    • 传播时延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。

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    • 处理时延

    • 排队时延
      在这里插入图片描述
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  • 时延带宽积
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  • 往返时间RTT
    在计算机网络中,往返时间RTT也是一个重要的性能指标。这是因为在许多情况下,互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。
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  • 利用率
    利用率有信道利用率和网络利用率两种。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)。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
    如果令D0表示网络空闲时的时延,D表示网络当前的时延,那么在适当的假定条件下,可以在适当的假定条件下,可以用下面的简单公式来表示D,D0和利用率U之间的关系:
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1.6.2 计算机网络的非性能特性

  • 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

1.7.1 计算机网络体系结构的形成

两种国际标准

  • 法律上的国际标准OSI并没有得到市场的认可
  • 非国际标准TCP/IP却获得了最广泛的应用。TCP/IP常被称为事实上的国际标准

1.7.2 协议与划分层次

网络协议三要素:语法、语义、同步

分层的好处与缺点

  • 好处
    • 各层之间的是独立的
    • 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
    • 有些功能会在不同层次中重复出现,因而产生了额外开销

各层完成的主要功能

  • 差错控制:使相应层次对等方的通信更加可靠
  • 流量控制:发送端的发送速率必须使接收端来得及接收不要太快
  • 分段和重装:发送端将要发送的数据块分为更小的单位,在接收端将其还愿
  • 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。
  • 连接建立和释放:交换数据前先建立一条逻辑连接,数据传送结束后释放连接。

计算机网络的体系结构

  • 计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。
  • 体系结构就是这个计算机网络及其部件所完成的功能的精确定义
  • 实现是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。
  • 体系结构是抽象的,而实现则是具体的,是真正在运行的计算机硬件和软件。

1.7.3 具有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是四种体系结构: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。
  • 因此往往采取这种的办法,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。

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1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点

  • 实体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给向上一层提供服务
  • 要实现本层协议,还需要使用下层所提供的服务

服务访问点

  • 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
  • 服务访问点SAP是一个抽象的概念,它实际上就是一个逻辑接口。
  • OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU
  • SDU可以与PDU不一样,例如,可以是多个SDU合成一个PDU,也可以是一个SDU划分为几个PDU。

1.7.5 TCP/IP 的体系结构

TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务,同时TCP/IP协议也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行
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