计算机网络与技术——概述

前言

一起学习计算机网络！！！

新的学期开始了，又开始学习新的专业课程了，之所以做《计算机网络与技术》这个专栏，是想把自己在学习过程中的知识点做一些整理和总结，在不断巩固自己学习的同时，把自己所理解的结合书本知识点，通过博客的方式分享出来，以便自己后序的复习。同时呢，也希望自己所总结和整理的有关计算机网络方面的知识，对感兴趣以及正在学习的小伙伴能有一些实用的帮助，接下来的日子里，我也会持续不断的更新文章，大家伙一起加油吧！！！

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信息时代下计算机网络的发展

21世纪下，一些重要的特征就是数字化、网络化和信息化，总的来说，21世纪就是一个以网络为核心的信息时代。随着信息技术的飞速发展，信息时代的到来已经不可避免，信息时代的到来，给人类社会带来了巨大的变革和发展，同时也带来了新的机遇和挑战。网络对社会生活和经济发展的很多方面已经产生了不可估量的影响。

在当下，有三大类大家较为熟悉的网络，即电信网络、有线电视网络以及计算机网络。从其服务角度分工，电信网络主要向用户提供电话，短信等服务；有线电视则向用户传送各种电视节目；计算机网络则使得用户基于计算机之上完成通信和资源共享，用户可以简便的获取信息、交流和分享信息。这三种网络在信息化过程中都有很重要的推动作用，其中，发展最快的并起着核心作用的则是计算机网络。

但随着技术的发展，我们发现，电信网络和有线电视网络都逐步融入了现代计算机网络的技术，扩大了原有的服务范围，计算机网络也能够向用户提供视频通话、视频服务等。理论上将三种网络融合成一种网络就能够取之所长，融合上述所有服务，这就是所谓的“三网融合”概念。

那什么又是“三网融合”呢？
三网融合是指将电信网、广播电视网和互联网三者融合为一体，实现多种业务的共存、互通和发展。三网融合的实现可以提高网络的综合利用率，提升服务质量，推动信息化发展，满足人们的多样化需求。

20世纪90年年代以后，以Internet为代表的计算机网络得到了飞速发展，已成为全球最大和最重要的计算机网络，Internet是人类自印刷术发明以来在存储和交换信息领域的最大变革。Internet是由数量极大的各种计算机网络互连起来的。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。

✨互联网的两个重要基本特点：

• 连通性：所谓连通性（connectivity）就是指在连接互联网的前提下，用户之间不管相距多远都可以便捷地交换各种信息，完成彼此通信和交流。
• 共享：所谓共享就是指资源共享，通过计算机网络，将某一计算机或网络中的资源（如文件、硬件、软件等）提供给其他计算机或网络使用，从而实现资源的共享和利用。

人们的生活越来越依赖互联网，互联网的可靠性也越来越重要。现在互联网已经成为社会最为重要的基础设施之一。当然互联网的发展也是既有利也有弊的，但整体上，其产生的利益是远远大于弊端的。

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互联网概述

互联网是指由多个相互独立的计算机和网络组成的全球性网络。它通过电子形式将世界各地的计算机和网络连接在一起，实现了信息的共享和交流。

计算机网络基本概念

计算机网络（简称为网络）由若干个节点（node）和连接这些节点的链路（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。由多个网络通过一些路由器互相连接起来，构成的一个覆盖范围更大的计算机网络，称为互连网。所以说，互连网又被称为网络的网络（network of network）。同时，与网络相连的计算机常被称为主机（host）。在互连网中不可缺少的路由器，是一种特殊的计算机，但是不能称作为主机，主要原因归结为：功能不同、硬件结构不同、操作系统不同、IP地址不同四个方面。

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一些路由器连接在一起。

注意：网络互连并不是简单的把计算机在物理上连接起来，仅在物理上的连接并不能达到计算机之间能够相互交换信息的目的，要实现相互交换信息，还必须在计算机上安装许多是计算机能够交换信息的软件。

✨补充

• 互连网：internet（互连网）是一个通用名词。它泛指多个计算机网络互连而成的计算机网络，这些网络之间的通信协议（即通信规则）可以任意选择，不一定非要使用TCP/IP协议。
• 互联网：Internet（互联网）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连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。

互联网发展三阶段

互联网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的。这是因为网络的发展是逐步成熟的过程，变革并不是一蹴而就。

• 第一阶段：单个网络ARPANET向互联网发展过程。 ARPANET是互联网的前身，它于1969年由美国国防部的研究机构ARPA（Advanced Research Projects Agency） 创建。ARPANET的主要目的是实现计算机之间的通信，它使用TCP/IP协议实现数据传输。随着TCP/IP协议的普及，ARPANET逐渐成为互联网的主要形式。TCP/IP协议是互联网的核心协议，它定义了计算机之间的通信方式和数据传输规则。

• 第二阶段：三级结构的互联网。 从1985年起，美国国家科学基金会NSF（National Science Foundation）就围绕留个大型计算机中心建成计算机网络。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、地区网和校园网（或企业网）。这种三级计算机网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为互联网中主要的组成部分。之所以出现三级结构，是因为互联网本身必须要能够使连接到互联网的所有用户都可以实现互相通信，但一个普通的校园网或企业网单开本身力量并不可能做到这一点，于是就出现了地区网和主干网。地区网可以完成本地区管辖范围内各校园网或企业网之间的相互通信，而主干网可以使不同地区之间的用户相互通信。

• 第三阶段：全球范围的多层次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代替，而政府机构不再负责互联网的运营，所以就出现了互联网服务提供者ISP（Internet Service Provider）。在一般情况下，互联网服务提供者ISP就是一个进行商业活动的公司，因此，ISP又常被称为互联网服务提供商，例如中国电信、中国移动、中国联通等公司就是我国比较有大的ISP。

互联网服务提供者ISP可以从互联网管理机构申请到很多的IP地址，同时拥有通信线路以及路由器等连网设备，因此任何机构和个人只要向某个ISP缴纳规定的费用，就可以从该ISP获取所需IP地址的租用权，并可通过该ISP接入互联网。现在的互联网已不是某个单个组织所拥有而是全世界无数大大小小的ISP所共同拥有的。 ISP当然也分为不同层次：主干ISP、地区ISP、本地ISP

✨补充
互联网交换点IXP（Internet eXchange Point）：互联网交换点是一种网络设施，用于连接不同的互联网服务提供商（Internet Service Provider，ISP）和其他组织，以便它们之间交换网络流量。IXP提供了一个共享的交换平台，使得ISP和其他组织能够更有效地交换数据和流量，从而提高网络性能和可靠性。在IXP中，不同的ISP和组织可以通过连接到IXP的路由器来交换网络流量。这种交换是通过一种称为“路由表”的机制实现的，其中每个参与者都会向IXP发送路由表更新，以便其他参与者可以找到它们的网络流量应该路由到哪个参与者。IXP还提供了一种称为“弹性分组交换”的技术，其中流量可以根据需要在不同的参与者之间动态路由。这种技术可以提高网络的可扩展性和容错性。总的来说，IXP是一个非常重要的网络基础设施，它可以帮助ISP和其他组织更有效地交换网络流量，从而提高网络性能和可靠性。

互联网的标准化

互联网的标准化对互联网的发展起到了非常重要的作用。缺乏国际标准将会使技术的发展处于比较混乱的状态，而盲目自由竞争的结果很可能形成多种技术体制并存，且互不兼容的状态，容易给用户带来很大的不便。

1992年成立了一个国际性组织叫做互联网协会（Internet Society，简称ISOC）。以便对互联网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。

互联网的标准化工作是由许多不同的组织和机构共同完成的。其中包括互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF），它是一个由志愿者组成的全球性组织，负责制定和维护互联网的协议和标准；互联网协议审核委员会（Internet Protocol Assessment Board，IPAB），它是一个由IETF指定的委员会，负责评估和推荐互联网协议；以及其他一些组织和机构，如World Wide Web Consortium（W3C）和Unicode Consortium等。

这些组织和机构的工作主要包括制定和维护互联网协议、推进互联网技术的发展和应用、确保互联网的安全性和稳定性、以及推进互联网的普及和发展等。同时，这些组织和机构也会定期召开会议，交流和讨论互联网领域的最新技术和发展趋势，以便更好地推进互联网的标准化工作。

✨互联网正式标准制定通常可以分为三个阶段：

• 提案阶段：在这个阶段，有关互联网标准的提案会被提出，并由相关的组织或个人进行讨论和审查。这些提案可以涉及协议、数据格式、安全性等方面的问题。
• 工作草案阶段：在这个阶段，经过讨论和审查后，提案会被转化为工作草案，并由相关的组织或个人进行进一步的研究和开发。这个阶段的目标是确保提案的可行性和可靠性，并为下一步的标准化工作做好准备。
• 标准化阶段：在这个阶段，工作草案会被转化为正式的标准，并由相关的组织或个人进行审核和批准。这个阶段的目标是确保标准的一致性、可行性和可靠性，并为互联网的发展和应用提供支持。

互联网标准制定的过程通常是非常复杂和漫长的，需要涉及多个组织和个人的合作和协作。同时，随着互联网技术的不断发展和变化，标准制定的过程也需要不断地进行调整和更新。

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互联网的组成

从互联网的工作方式看，其组成可以分为两块：边缘部分和核心部分。

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，用来进行通行（传送数据，音频和视频）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（提供连通性和交换）。

互联网的边缘部分

互联网的边缘部分指的是连接在互联网上的所有主机，这些主机又称为端系统。端系统可以是个人、单位、智能设备等，它们通过网络进行通信。互联网的边缘部分是用户直接使用的部分，例如浏览网页、发送电子邮件、进行在线购物等。在互联网的边缘部分，通常使用客户-服务器模式，客户端发送请求，服务器端接收请求并返回响应。此外，互联网的边缘部分还包括各种应用程序和服务，例如在线视频、音乐、游戏、社交媒体等。边缘部分利用核心部分所提供的服务，使众多主机之间能够互相通信并交换或共享信息。

✨补充:
“主机A和主机B进行通信”，实际上个是指“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”。由于进程就是运行着的程序，因此就可以称为“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”，简称为“计算机之间通信”。

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——服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）。

1.客户——服务器方式
这种方式在互联网上是最常用的，也是传统的方式。计算机通信的对象是应用层中的应用进程，显然不能用响铃的方法来通知所要找的对方的应用进程，但可以采用客户——服务器方式的方式使得两个应用进程能够进行通信。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

✨客户程序和服务器程序主要特点
客户程序：

• 被用户调用后运行，在通信时主动向服务器发起通信（请求服务），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

服务器程序：

• 是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。
• 系统启动后需要一直不断的运行，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。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。

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

2.对等连接方式
对等连接（peer to peer，简称P2P） 是指两台主机在通信时，并不区分哪一个是服务请求方和哪一个是服务提供方。只需要两台主机都运行了对等连接软件（P2P软件），他们就可以进行平等的对等连接通信。在P2P网络环境中，彼此连接的多台计算机之间都处于对等的地位，各台计算机有相同的功能，无主从之分，一台计算机既可作为服务器，设定共享资源供网络中其他计算机所使用，又可以作为工作站，整个网络一般来说不依赖专用的集中服务器，也没有专用的工作站。

互联网的核心部分

网络的核心部分是互联网中最复杂的部分，因为网络中的核心部分要向网络边缘部分中的大量主机提供连通性。使边缘部分中的任何一台主机都能够与其他主机通信。其中，路由器在网络核心部分起特殊作用，它是一种专用计算机。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，是网络核心部分最重要的功能。

✨电路交换
电路交换是一种通信方式，它使用电路连接在通信双方之间传输数据。在使用电路交换的情况下，在通信开始之前，会在通信双方之间建立一个物理连接，然后在这个连接上传输数据。在传输数据时，会将整个通信过程划分为多个时隙，每个时隙都会被分配一个固定的带宽。电路交换的优点是可以提供高质量、实时的通信，适用于对实时性要求较高的业务，如语音、图像等。但是，电路交换的缺点是需要预先建立连接，因此无法满足对灵活性要求较高的业务需求。

当电话机的数量增多时，就要使用很多彼此连接起来的交换机来完成全网的交换任务。从通信资源的分配角度看，交换（switching）就是按照某种方式动态的分配传输路线的资源，电路交换必须经过“建立连接——通话——释放连接”三个过程。电路交换其中一个比较特别的点就是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。所以当使用电路交换来传递计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。

✨分组交换
分组交换采用存储转发技术，在使用分组交换的情况下，通信双方之间不会建立一个物理连接，而是将数据划分为多个较小的分组，每个分组都会被作为一个独立的数据包发送出去。分组又称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”。分组是在互连网中传送的数据单元。正是由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息，每一个分组才能在互连网中独立地选择传输路径，并被正确地交付到分组传输的终点。

位于网络边缘部分的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机，但他们的作用却各不相同。主机是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息，路由器则是用来转发分组，即进行分组交换。路由器收到一个分组，先暂时存储一下，检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器，这样一步一步以存储转发的方式，最终把分组交付给最终的目的主机。

各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息，以便创建和动态维护路由器的转发表，使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。当我讨论互联网的核心部分中的路由器转发分组的过程时，往往把单个网络简化成一条链路，而路由器则是核心部分中的一个节点。

采用存储转发的分组交换，实质上是采用了在数据通信的过程中断续（或动态）分配传输带宽的策略，其对传送突发式的计算机数据非常合适，同时也使得通信线路的利用率得到了进一步提高，因为分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的通信资源，分组在哪段链路上传送才占用哪段链路的通信资源。同时分组交换也存在一些新的问题，例如，分组在各路由器存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。此外，各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销，整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。

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计算机网络的类别

计算机网络的定义

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。

根据不同定义划分计算机网络类别

1.按照网络的作用范围进行分类

• 广域网WAN（Wide Area Network）：广域网WAN（Wide Area Network），有时又被称为远程网（long haul network）。主要使用分组交换技术，不同于互联网。广域网是采用点对点通信信道，其通信子网的拓扑结构多为网状，通常跨接很大的物理范围，覆盖的范围比局域网（LAN）和城域网（MAN）都广，它能连接多个地区、城市和国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际远程网络。
• 城域网MAN（Metropolitan Area Network）：城域网（Metropolitan Area Network，MAN）是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在100兆比特/秒以上。MAN的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同一城市内不同地点的主机、数据库，以及LAN等互相联接起来，这与WAN的作用有相似之处，但两者在实现方法与性能上有很大差别。
• 局域网LAN（local Area Network）：局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域内由多台计算机相互连接形成的计算机网络，其覆盖范围为几百米到几千米之间。局域网常被用于连接公司办公室或工厂中的个人计算机，以便共享资源（例如打印机资源的共享）和交换信息。局域网通常使用特定的网络协议，例如以太网、令牌环网络、FDDI等。局域网的优点是其安装和维护成本相对较低，而且能够提供高速的数据传输速度。
• 个人区域网PAN（Personal Area Network）：个人区域网（Personal Area Network，PAN）是一种用于个人或小团体内部的局域网，其覆盖范围通常为10米左右。PAN通常由个人的计算机、移动设备（例如手机或平板电脑）以及其他电子设备组成。PAN的主要目的是为了在个人或小团体内部实现设备之间的互联，例如实现计算机和移动设备之间的文件共享或数据传输。PAN也可以用于连接个人的多个设备，例如将计算机、手机和平板电脑连接在一起，以便同时进行多个任务。

2.按照网络的使用者进行分类

• 公用网（public network）：公用网（Public Network）是指一种向公众开放的网络，它可以被任何人访问和使用。公用网通常由政府或私人企业运营，其目的是为了提供广泛的网络服务，例如互联网服务、电话服务、电视服务等。公用网通常会使用一些标准的网络协议，例如TCP/IP协议、DNS协议等，以便实现不同设备之间的通信和数据传输。公用网的优点是其服务覆盖范围广泛，而且可以提供多种服务，但是它也存在一些安全隐患，例如网络攻击和数据泄露等。
• 专用网（private network）：专用网（Private Network）是指一种只能被特定的人或团体访问和使用的网络。专用网通常由一个组织或公司自己建立和维护，其目的是为了提供内部的网络服务，例如公司内部的文件共享、数据传输、电话服务等。专用网通常会使用一些特定的网络协议，例如私有IP协议、私有DNS协议等，以便实现不同设备之间的通信和数据传输。专用网的优点是其安全性较高，因为它只能被特定的人或团体访问和使用，但是它也存在一些限制，例如服务覆盖范围较小，而且需要额外的网络设备和大量的维护工作。

3。用来把用户接入到互联网的网络
这种网络一般称之为接入网AN（Access Network），也被称之为本地接入网或居民接入网。这是一类比较特殊的计算机网络，因为用户必须通过本地ISP才能接入到互联网，本地ISP可以使用多种接入网技术把用户的端系统连接到互联网。接入网实际上就是本地ISP所拥有的网络，它既不是互联网的核心部分，也不是互联网的边缘部分，接入网由某个端系统连接到本地ISP的第一个路由器（也称为边缘路由器）之间的一些物理链路所组成。很多接入网还是属于局域网，从作用上看，接入网知识起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用。

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计算机网络的性能

计算机网络的性能一般是指它的几个重要的性能指标，但除了这些重要的性能指标，还有一些 非性能特征（nonperformnace characteristics） 也对计算机网络的性能有很大影响。

计算机网络的性能指标

速率：速率是指连接在计算机网络上的主机在数字信道上每秒传输的数据量，它也称为数据率（data rate）或比特率（bit rate）。它通常以比特每秒（bps）或兆比特每秒（Mbps）为单位。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，它直接影响网络的传输速度和数据传输的效率。当提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率，而并非网络实际上运行的速率。

带宽：带宽是指某个信号具有的频带宽度，也是网络传输速率的一个因素。带宽越高，网络传输速率也会越快，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（或通频带）。在计算机网络中，带宽通常用于描述网络传输速率的上限，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”。例如，如果一个网络的带宽为100Mbps，那么它的最大传输速率就是100Mbps。一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。

吞吐量：吞吐量是指单位时间内通过某个网络（通信线路、接口）的实际的数据量。吞吐量越高，网络能够处理的数据量也会越大。在计算机网络中，吞吐量通常用于描述网络的实际传输速率，吞吐量受网络带宽和网络额定速率的限制。

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。有时也称为延迟或迟延。时延是网络性能的一个重要指标，对于实时应用（如视频会议、在线游戏）来说尤为重要。在计算机网络中，时延通常用于描述网络传输数据的时间。需要注意的是，网络中的时延是由多个不同部分组成的

• 发送时延：发送时延（transmission delay）是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间，发送时延也叫做传输时延。计算公式是：发送时延=数据帧长度/发送速率。由此可见，对于一定的网络，发送时延并非固定不变，而是与发送的帧长成正比，与发送速率成反比。
• 传播时延：传播时延（propagation delay）是电磁波在信道中传播一定 的距离需要花费的时间。计算公式是：传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速度。发送时延发生在机器内部的发送器中（一般就是发送在网络适配器中）与传输信道的长度（或信号传送的距离）没有任何关系。但传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上，而与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远，传播时延就越大。
• 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。
• 排队时延：排队时延是指在计算机网络中，数据包或分组在队列中等待传输的时间。在交换结点或路由器中，由于带宽、吞吐量和处理能力的限制，数据包或分组可能需要在队列中等待一段时间才能被传输。排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量，当网络的通信量很大时就会发生队列溢出，使分组丢失，这相当于排队延时为无穷大。为了减少排队时延，可以采取一些措施，如控制网络利用率、优化交换结点设计和调整队列长度等。

时延带宽积：时延带宽积是指在计算机网络中，传播时延与带宽的乘积。传播时延是指数据包或分组在传输介质中传播的时间，带宽是指传输介质在单位时间内所能通过的最高数据率。时延带宽积是网络中可用的带宽总量的一个度量，它表示在单位时间内，网络中最多可以传输多少比特的数据。时延带宽积的计算方法是传播时延乘以带宽，即：时延带宽积 = 传播时延 * 带宽。在实际应用中，时延带宽积是网络设计和优化的重要参考因素之一。

往返时间RTT：往返时间RTT是指从一个节点向另一个节点发送数据包并接收到响应数据包所需要的时间。RTT是网络中一个非常重要的指标，它可以帮助我们了解网络的延迟情况，从而优化网络性能和提高通信效率。计算RTT的方法是：从一个节点发送一个数据包，等待接收到响应数据包，然后计算从发送数据包到接收到响应数据包的时间。RTT的值通常是一个范围，而不是一个精确的数字，因为它受到许多因素的影响，例如网络拥塞、数据传输速率、路由器数量和距离等。

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），完全空闲的信道利用率是零，网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。这是因为，根据排队论的理论，当信道的利用率增大时，该信道引起的时延也会迅速增加。当网络利用率接近最大值1时，网络产生的时延就会趋于无穷大。所以信道利用率或网络利用率过高就会产生非常大的时延。

计算机网络的非性能特征

计算机网络还有一些非性能特征也非常重要，这些非性能特征与前面介绍的性能指标有很大的关系。

费用：网络的价格（包括设计和实现的费用）总是必须考虑的，因为网络的性能与其价格密切相关。一般来说，网络的速率越高，其价格也就越高。
质量：网络的质量取决于网络中所有构件的质量，以及这些构件是怎样组成网络的。网络质量影响到很多方面，如网络的可靠性、网络管理的简易性，以及网络的一些性能。
标准化：网络的硬件和软件的设计既可以按照通用的国际标准，也可以遵循特定的专用网络标准。
可靠性：可靠性与网络的质量和性能都有密切关系。
可拓展性和可升级性：在构建网络时就应当考虑到今后可能会需要拓展（即规模扩大）和升级（即性能和版本的提高）。
易于管理和维护：网络如果没有良好的管理和维护，就很难达到和保持所设计的性能。

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计算机网络体系结构

计算机网络体系结构是指计算机网络层次结构模型，它是各层的协议以及层次之间的端口的集合，在计算机网络中实现通信必须依靠网络通信协议，协议是指网络中的节点相互协调通信的规则，计算机网络体系结构可以从网络体系结构、网络组织、网络配置三个方面来描述，网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络，网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局，硬件、软件和通信线路来描述计算机网络，网络体系结构是从功能上来描述计算机网络结构。网络协议是计算机网络必不可少的，一个完整的计算机网络需要有一套复杂的协议集合，组织复杂的计算机网络协议的最好方式就是层次模型。

协议和划分层次

在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。这些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。协议是指在计算机网络中进行通信的双方必须遵守的一组规则或约定。这些规则规定了数据在网络中的传输方式、格式和标准，使得不同的设备和应用程序能够相互理解和交互。在计算机网络中，协议是通过网络协议层次来实现的，每一层都有自己的协议，不同层次之间通过接口来相互协作。

划分层次是将计算机网络体系结构划分为多个层次，每个层次都有自己的特定功能和任务。这种划分使得计算机网络的设计和实现更加模块化和灵活。通常，计算机网络体系结构被划分为七层，分别是应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层和链路层。每一层都有自己的协议和特定的功能，通过层层传递和交互，实现数据在网络中的传输和交互。

计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构（architecture）。总之，体系结构是抽象的，而实现规则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。

五层协议的体系结构

五层协议的体系结构是指将网络协议分为五个层次，从上到下依次是应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。这种体系结构是基于TCP/IP协议的，它将网络协议分为四层：应用层、传输层、网络层和数据链路层，其中应用层负责应用程序之间的通信，传输层负责保证数据传输的可靠性，网络层负责路由和网络地址的转换，数据链路层负责在物理层上建立和维护网络连接，物理层则负责将数据信号转换为物理信号。这种五层协议的体系结构有助于更好地组织和协调网络协议，使得网络通信更加可靠和高效。

应用层（application layer）
应用层是体系结构中的最高层。应用层的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。这里的进程就是指主机中正在运行的程序。对于不同的网络应用需要不同的应用层协议。一般情况下，我们把应用层交互的数据单元称为报文（message）。

运输层（transport layer）
运输层的任务就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。应用进程利用该服务传送应用层报文。运输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务，分用和复用相反，是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。

运输层主要使用两种协议：

• 传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。TCP旨在适应支持多网络应用的分层协议层次结构。它提供了可靠的数据传输服务，保证数据的正确性和顺序性，适用于对数据可靠性要求较高的应用，如文件传输、电子邮件等，其数据传输的单位是报文段（segment）。
• 用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接的、不可靠的传输层协议，由IETF的RFC 768定义。UDP协议通常用于对可靠性要求不高、对实时性要求较高的应用，如语音、视频会议、实时游戏等。同时，UDP协议也可以作为一种数据传输的底层协议，与上层协议结合使用，例如HTTP、FTP等。其数据传输的单位是用户数据报。

网络层（network layer）
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传输。网络层的具体任务有两个。第一个任务是通过一定的算法，在互联网中的每一个路由器上生成一个用来转发分组的转发表。第二个任务较为简单，就是每一个路由器在接收到一个分组时，依据转发表中指明的路径把分组转发到下一个路由器。

互联网是由大量的异构（heterogeneous）网络通过路由器（router）互相连接起来的。互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议IP（Internet Protocol）和许多中路由选择协议，因此互联网的网络层也叫做网际层或IP层。

数据链路层（data link layer）
数据链路层常简称为链路层。两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧（framing），在两个相邻节点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等）。

物理层（physical layer）
物理层是计算机网络OSI模型中最底层的一层，它主要负责在物理媒介上传输数据比特流，其单位是比特。物理层的主要任务为确保数据在物理媒介上传输的可靠性，即数据的正确性和完整性；确定物理媒介的特性，如数据传输速率、信号电平、线路类型等；提供物理连接，包括物理接口、连接建立、连接维护和连接拆除等；实现数据传输的安全性和保密性。物理层的主要协议包括RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协议。物理层的主要设备包括网卡、交换机、路由器等。

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总结

本小节主要讲述了计算机网络的定义、组成和功能，以及各种常见的网络协议和网络应用。本篇文章中，理论知识居多，需要小伙伴们多花点时间去认识和了解相关知识，以便更好的学习本章内容。同时，对于晦涩难懂难理解的部分也需要不断反复温习，才能更好的奠定基础。

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