计算机网络期末复习笔记

第一章：概述

 

1.1 计算机网络在信息时代的作用

1. 21世纪的重要特征是：数字化，网络化，信息化。它是一个以网络为核心的信息时代。

2. 三大类网络：

   • 电信网络：提供电话 ，电报及传真等服务；

   • 有线电视网络：向用户传送各种电视节目；

   • o计算机网络：使用户能在计算机之间传送数据文件；发展最快并起到核心作用的是计算机网络

3. 从理论上讲，可以把上述三种网络融合成一种网络就能提供所有的上述服务，这就是很早就提出来的三网融合。

4. Internet两种译名：

   • 因特网：较为准确，但却长期未得到推广；

   • 互联网：目前流行最广的，事实上的标准译名。PS：体现Internet的主要特征：由数量极大的各种计算机网络互连起来的。

5. 两个概念：

   • 互连网：指在局部范围内互连起来的计算机网络。

   • 互联网：当今世界最大的计算机网络Internet。

6. 互联网的的两个重要基本特点：

   • 连通性：上网的用户可以交换信息，好像用户的计算机都可以彼此直接连通一样。

   • 共享：资源共享，资源共享的包含多方面的。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

1.2.1 网络的网络

1. 互联网：特指Internet，起源于美国，现已发展成世界上最大的，覆盖全球的计算机网络。

2. 计算机网络（简称为网络）：由若干个结点和连接这些结点的链路组成。

3. 互连网（网络的网络）：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。

4. 与网络相连的计算机常称为主机。

1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段

1. 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，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。

   • 1983年：因特网的诞生时间。

   • 1990年，ARPANET正式宣布关闭。

2. 第二阶段：建成了三级结构的互联网：

   • 三级计算机网络：主干网，地区网，校园网。

3. 第三阶段：逐渐形成多层次的ISP结构的互联网：

   • ISP：互联网服务提供者

   • 不同层次的ISP：主干ISP，地区ISP，本地ISP。

1.2.3 互联网的标准化工作

1. 互联网草案：有效期只有六个月。这个阶段还不是RFC文档

2. 建议标准：从这个阶段开始就成为RFC文档

3. 互联网标准：达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号STDxx。一个标准可以和多个RFC文档关联。

1.3 互联网的组成

• 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。这部分为边缘部分提供服务。

1.3.1 互联网的边缘部分

1. 处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有主机，这些主机又被称为端系统。

2. 计算机之间的通信：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。

3. 端系统之间的两种通信方式：客户-服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）

4. 客户服务器方式：

   • 客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。

   • 客户和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。

5. 客户程序：

   • 被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址

   • 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

6. 服务器程序：

   • 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者本地客户的请求。

   • 系统程序启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自全国各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。

   • 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

7. 客户与服务器的通信关系建立之后，通信可以是双向的，客户和服务器都可以发送和接收数据。

8. 对等连接方式：

   • 指的是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，他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。

9. 对等连接中，每个主机既是客户又是服务器。可支持大量对等用户同时工作。

1.3.2 互联网的核心部分

1. 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。

2. 电路交换（面向连接的）：

   • 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。

   • 通信 ：主叫和被叫双方就能互通电话。

   • 释放连接 ：释放刚才使用的这条专用的物理通路。

3. 分组交换：

   • 分组交换采用存储转发技术

   • 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。

4. 每个数据段前面添加上首部（包头）构成分组（包）。

5. 分组交换网以分组作为数据传输单元。

6. 分组首部的重要性：

   • 每个分组首部都含有地址等控制信息。

   • 分组交换网中的结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

   • 每一个分组在互联网中独立的选择传输路径

7. 在接收端收到分组后剥去首部还原成报文。

8. 路由器：

   • 在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。

   • 把收到的分组先放入缓存

   • 查找转发表，找出某个目的地址应从哪一个端口转发。

   • 把分组送到适当的端口转发出去。

9. 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。路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。

10. 20世纪40年代，电报通信也采用基于存储转发原理的报文交换 ，报文交换的时延较长。

• 三种交换图示：

1.4 计算机网络在我国的发展（了解）

1. 1980 年，铁道部开始进行计算机联网实验。

2. 1989 年11 月，我国第一个公用分组交换网 CNPAC 建成运行。

3. 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的国家。

4. 1994年5月，中国科学院高能物理研究所设立了我国的第一个万维网服务器。

5. 1994年9月中国公用计算机互联网 CHINANET 正式启动。

6. 中国教育和科研计算机网 CERNET (China Education and Research NETwork) 始建于1994年，是我国第一个IPv4互联网主干网。

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：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，而这些硬件并非专门用来实现某一特定的目的（例如：传输数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

1.5.2 几种不同类别的网络

1. 从作用范围上分类：广域网（WAN，几十到几千公里），城域网（MAN，5-50公里），局域网（LAN，1公里），个人局域网（PAN，10米）。

2. 从网络使用者：公用网和专用网。

3. 用来把用户接入到互联网的网络：接入网（AN）。

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：

   • 比特（bit)是计算机中数据量的单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或者0.

   • 速率指数据的传送速率，又称数据率或比特率。

   • 速率的单位是 bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。例如 4  1010 bit/s 的数据率就记为 40 Gbit/s。

   • 速率往往指的是额定速率或者标称速率，并非时间运行速率。

2. 带宽：

   • 指信号具有的频带宽度，其单位是赫。

   • 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某信道所能通过的最高数据率。单位bit/s.

3. 吞吐量：

   • 表示单位时间内通过某个网络的数据量。

   • 吞吐量受网络的带宽或者网络的额定速率的限制。

4. 时延：

   • 指的是数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络的一端传送到另一端所需要的时间。

   • 发送时延：

     • 又称传输时延，发送数据时，数据帧从结点到传输媒体所需要的时间。

   • 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。

   • 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。

   • 排队时延：

     • 分组在路由器输入输出队列中排队等待所经历的时延。

     • 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

   • 总时延=四个时延之和。

5. 时延带宽积：

   • 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

6. 往返时间RTT：

   • 往返时间表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接受方的确认，总共经历的时间。

   • 在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延，排队时延，以及转发数据时的发送时延。

7. 利用率：

   • 信道利用率：指的是某信道有百分之几的时间是被利用的。

   • 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。

   • 信道利用率增大，时延也增大。

1.6.2计算机网络的非性能指标

略

1.7 计算机网络体系结构

1.7.1 计算机网络体系结构的形成

1. 含义：计算机网络各层及其协议的集合

2. 分层可以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。

3. 1974年，美国IBM公司宣布了系统网络体系结构SNA。

4. 开放系统互连参考模型OSI市场化失败：

   • OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力

   • OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低

   • OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场

   • OSI 的层次划分也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现

1.7.2 协议与划分层次

1. 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格式以及有关的同步问题。

2. 网络协议：简称协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则，标准或约定。

3. 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：需要发送何种控制信息，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

4. 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时接收端来得及接收，不要太快。

   • 分段和重装：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其还原。

   • 复用和分用：发送端几个高层回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。

5. 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。实现(implementation) 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

• PDU (Protocol Data Unit)：协议数据单元。OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元 PDU

1.7.4 实体，协议，服务和服务访问点

1. 实体 (entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

2. 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

3. 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

4. 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务

5. 本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。即下面的协议对上面的服务用户是透明的。

6. 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则

7. 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

8. 层使用服务原语获得下层所提供的服务

9. 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)。 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。

10. OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元 SDU

1.7.5 TCP/IP的体系结构

略