计算机网络概述
目录
一、计算机网络的作用及互联网概述
1.1计算机网络在信息时代中的作用
1.2基本概念
1.3互联网基础架构发展三个阶段
1.4互联网的标准化工作
二、互联网的组成
2.1互联网组成
2.2互联网的边缘部分
2.3互联网的核心部分
三、计算机网络的类别
3.1计算机网络的定义:
3.2几种不同类别的计算机网络:
3.2.1按照网络的作用范围进行分类
3.2.2按照网络的使用者分类
3.2.3用来把用户接入到互联网的网络
四、计算机网络的性能
4.1计算机网络的性能指标
4.2计算机网络的非性能指标
五、计算机网络体系结构
5.1计算机网络分层结构
5.2 ISO/OSI七层参考模型
5.3TCP/IP的四层协议
5.4实体、协议、服务和服务访问点
一、计算机网络的作用及互联网概述
1.1计算机网络在信息时代中的作用
12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。
电信网络、有线电视网络和计算机网络属于常见的三类网络。
互联网的两个重要基本特点:连通性与共享
连通性:就是互联网使上网用户之间，不管相距多远，都可以非常便捷、非常经济地交换信息，好像这些用户终端都彼此直接连通一样。
共享:指资源共享。可以是信息共享、软件共享、硬件共享。
1.2基本概念
计算机网络(简称为网络):由若干个节点和这些节点的链路组成。
互连网(网络的网络):由多个网络通过一些路由器互相连接起来，构成一个覆盖范围更大的计算机网络。
主机:与网络(互连网中的网络)相连的计算机称为主机。
1.3互联网基础架构发展三个阶段
第一阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程。
第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网。
第三阶段的特点是逐渐形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网。
互联网服务提供者ISP，又称互联网服务提供商
internet(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计算机网络。
Internet(互联网，或因特网):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联网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET
1.4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，因此成立了一个国际性组织叫作互联网协会(ISOC)
ISOC下面有个技术组织叫作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下又设立两个组织:互联网工程部(IETF)主要针对协议的开发和标准化、互联网研究部(IRTF)主要负责研究一些需要长期考虑的问题，包括互联网的一些协议、应用、体系结构等。
二、互联网的组成
2.1互联网组成
边缘部分:由所有连接在互联网上的主机组成。这部分使用户直接使用的，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。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。
2.2互联网的边缘部分
计算机之间通信:主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。
在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类:客户-服务器(C/S)方式和对等方式(P2P方式)
客户是服务请求方，服务器是服务提供方
2.3互联网的核心部分
在网络核心部分其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。
而主机是为用户进行信息处理的。
计算机网络按交换技术分类:电路交换、报文交换、分组交换
三、计算机网络的类别
3.1计算机网络的定义:
计算机网络主要是由一些通用的
3.2几种不同类别的计算机网络:
3.2.1按照网络的作用范围进行分类
- 广域网WAN， 又称远程网
- 城域网MAN
- 局域网LAN
- 个人区域网PAN
3.2.2按照网络的使用者分类
公用网:指电信公司出资建造的大型网络。“公用”指所有愿意按电信公司的规定缴纳费用的人都可以使用这种网络。
专用网:这是某个满足本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。例如，军队、铁路、银行等系统。
3.2.3用来把用户接入到互联网的网络
接入网:又称本地接入网或居民接入网
四、计算机网络的性能
4.1计算机网络的性能指标
速率（数据率/比特率）：连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率。(一个比特就相当于二进制数字中的一个1或0)，单位为(b/s)bit/s,Kbit/s,Mbit/s,Gbit/s，通常将中最高数据率成为带宽
带宽：本来是指通信线路允许通过的信号频带范围，单位是赫兹（HZ），计算机网络中，带宽表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传送的“最高数据率”，单位为b/s
吞吐量：指单位时间内通过为某个网络（或信道，接口）的数量。其受网络带宽和网络额定速率的限制。
时延：指数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需要的总时间，他由四个部分组成：
a) 发送时延：主机或者路由器将分组的所有比特传输到链路所需要的时间。（发生在机器内部）
² 计算公式：发送时延 = 分组长度（bit）/发送速率 (bit/s)
b) 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，即一个比特从链路的一端传送到另一端所需的时间（发生在机器外部的传输信道媒体上）
² 计算公式：传播时延 = 信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）
c) 处理时延：数据在交换节点为存储转达而进行的一些必要的处理所花费的时间。例如：分析分组的首部，从分组中提取数据部分，进行能差错检验或查找适当的路由表等。（发生在转发设备中）
d) 排队时延：分组在进入路由器后，要先在输入队列中排队等待处理。如果网络的通信量很大时会发生队列溢出，造成分组丢失此时排队时延无穷大（发生在转发设备-路由器中）
对于高速链路，只是提高了数据的发送速率，即减少了发送时延，而没有影响传播实验。
时延带宽积：指发送端连续发送数据且发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发出的比特数。即时延带宽积(bit) = 传播时延(s) * 信道宽度(bit/s)
往返时延(RTT)：指从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经过的时延。
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；网络利用率则是全网络的信道的加权平均值。（利用率并非越高越好，参考堵车
4.2计算机网络的非性能指标
费用、质量、标准化、可靠性、可扩展和可升级性、易于管理和维护
五、计算机网络体系结构
5.1计算机网络分层结构
1.实体:第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体
2.协议:为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。[水平]
- 语法:规定传输数据的格式
- 语义:规定所要完成的功能
- 同步:规定各种操作的顺序
3.接口(访问服务点SAP): 上层使用下层服务的入口。
4.服务:下层为相邻上层提供的功能调用。[垂直]
分层的好处:
- 各层之间是独立的
- 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
5.2 ISO/OSI七层参考模型
OSI参考模型有7层，低三层统称为通信子网，它是为了联网而附加的通信设备， 完成数据的传输功能∶高三层统称为资源子网，它相当于计算机系统，完成数据的处理等功能。 传输层承上启下。
（1） 物理层（Physical Layer） 物理层的传输单位是比特，任务是透明的传输比特流，功能是在物理媒体上为数据端设备透 明地传输原始比特流。物理层接口标准很多，如EIA-232C、EIATILARS-449、CCITT的X21等。
注意，传输信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、光缆、无线信道等，并不在物理层协议 之内而在物理层协议下面。因此，有人把物理媒体当作第0层。
（2） 数据链路层（Data Link Layer） 数据链路层的传输单位是帧，任务是将网络层传来的 IP 数据报组装成帧。数据链路层的功 能可以概括为成帧、差错控制、流量控制和传输管理等。典型的数据链路层协议有 SDLC、HDLC、PPP、STP 和帧中继等。
（3） 网络层（Network Layer） 网络层的传输单位是数据报，它关心的是通信子网的运行控制，主要任务是把网络层的协议 数据单元（分组）从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。关键问题是对分组进行路由选择，并实现流量控制、拥塞控制、差错控制和网际互联等功能。网络层的协议有IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP 和 OSPF等。
（4） 传输层（Transport Layer） 传输层也称运输层，传输单位是报文段（TCP）或用户数据报（UDP），传输层负责主机中两 个进程之间的通信，功能是为端到端连接提供可靠的传输服务，为端到端连接提供流量控制、差 错控制、服务质量、数据传输管理等服务。传输层的协议有 TCP、UDP。
**数据链路层提供的是点到点的通信，传输层提供的是端到端的通信，**两者不同。通俗地说， 点到点可以理解为主机到主机之间的通信，一个点是指一个硬件地址或IP地址，网络中参与通信 的主机是通过硬件地址或IP地址标识的;端到端的通信是指运行在不同主机内的两个进程之间的 通信，一个进程由一个端口来标识，所以称为端到端通信。
（5） 会话层（Session Layer） 会话层允许不同主机上的各个进程之间进行会话。会话层利用传输层提供的端到端的服务， 向表示层提供它的增值服务。这种服务主要为表示层实体或用户进程建立连接并在连接上有序地 传输数据，这就是会话，也称建立同步（SYN）。
（6） 表示层（Presentation Layer） 表示层主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。不同机器采用的编码和表示方法不 同，使用的数据结构也不同。为了使不同表示方法的数据和信息之间能互相交换，表示层采用抽 象的标准方法定义数据结构，并采用标准的编码形式。数据压缩、加密和解密也是表示层可提供 的数据表示变换功能。
（7） 应用层（Application Layer） 应用层是 OSI参考模型的最高层，是用户与网络的界面。应用层为特定类型的网络应用提供 访问 OSI参考模型环境的手段。因为用户的实际应用多种多样，这就要求应用层采用不同的应用 协议来解决不同类型的应用要求，因此应用层是最复杂的一层，使用的协议也最多。典型的协议 有用于文件传送的FTP、用于电子邮件的SMTP、用于万维网的 HTTP等。
5.3TCP/IP的四层协议
1). (链路层)网络接口层：具体的物理网络既可以是各种类型的局域网，如以太网、令牌环网、令牌 总线网等，也可以是诸如电话网、SDH、X.25、帧中继和 ATM 等公共数据网络。网络接口层的 作用是从主机或结点接收 IP 分组，并把它们发送到指定的物理网络上。
2). 网际层（主机-主机）是 TCP/IP 体系结构的关键部分。网际层将分组发往任何网络，并为之独立地选择合适的路由，但它不保证各个分组有 序地到达，各个分组的有序交付由高层负责。网际层定义了标准的分组格式和协议，即IP。当前 采用的IP协议是第 4版，即IPv4，它的下一版本是 IPv6。
3). 传输层（应用-应用或进程-进程）使得发送 端和目的端主机上的对等实体进行会话。传输层主要使用以下两种协议∶
a) 传输控制协议（Transmission ControlProtocol，TCP）。它是面向连接的，数据传输的单位 是报文段，能够提供可靠的交付。
b) 用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）。它是无连接的，数据传输的单位是用 户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供"尽最大努力交付"。
4). 应用层（用户-用户）包含所有的高层协议，如虚拟终端协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、 域名[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传。
5.4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:是控制两个对等实体(或多个实体)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，还需要使用下面一层所提供的的服务。
注:使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。
服务访问点(SAP):在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方。
服务数据单元(SDU):OSI中称层与层之间交换的数据的单元。