计算机网络｜第一章概述｜湖科大课程｜从零开始的计网学习——计算机网络概述（计网入门就看这篇！）

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既然我们无法避免接触计算机网络，那为何不能主动去了解并且使用它呢？

1.1计算机网络在信息时代的作用

计算机网络已由一种通信基础设施发展成为一种重要的信息服务基础设施。

计算机网络已经像水、电、煤气这些基础设施一样，成为我们生活中不可或缺的一部分。

1.2因特网概述

理解1&4 ——了解2&3

1网络、互联网(互连网)和因特网基本概念 

网络

网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。

互连网/互联网

多个网络还可以通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互连网/互联网。因此，互联网也可称为“网络的网络”。     

因特网

因特网(Internet)是世界上最大的互联网(用户数以亿计，互连的网络数以百计)。

2 因特网发展的三个阶段

因特网服务提供者ISP（Internet Service Provider）

因特网上的主机必须有IP地址才能进行通信，ISP会提供IP地址。

基于ISP的三层结构的因特网

有时候，相隔较远的两台主机间的通信可能需要经过多个ISP。

3 因特网的标准化工作

4 因特网的组成

因特网的拓扑结构虽然非常复杂，并且在地理上覆盖了全球，从功能上可以划分为两个部分：

1.3三种交换方式

1 电路交换(Circuit Switching) -交换机

电话交换机接通电话线的方式称为电路交换；

从通信资源的分配角度来看，交换(Switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源；

电路交换的三个步骤：

(1)建立连接 (分配通信资源)

(2)通话 (一直占用通信资源)

(3)释放链接 (归还通信资源)

当使用电路交换传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。所以计算机网络通常采用分组交换，而不是电路交换。

2 分组交换(Packet Switching) -路由器

添加首部/包头的作用？携带目的地址～

分组传输过程中的两种情况：

(1)各分组从源站到达目的站可以走不同的路径(也就是走 不同的路由)；

(2)分组乱序：分组到达目的站的顺序不一定与分组在源站的发送顺序相同。

发送方：构建分组、发送分组；

分组交换机：缓存分组、转发分组；

接收方：接收分组、还原报文。

H2主机接收到分组之后，把首部去掉：

然后合并：

3 报文交换(Message Switching)

报文交换中的交换结点也采用存储转发方式，但报文交换对报文的大小没有限制，这就要求交换结点的需要有较大的缓存空间。 报文交换主要用于早期的电报通信网， 现在大多被较为先进的分组交换取代。

4 三者对比

电路交换

分组交换

报文交换

1.4计算机网络的定义和分类

1 定义

计算机网络的精确定义并未统一；

计算机网络最简单的定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。

互连  是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信；

自治  是指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用；

集合 是指至少需要两台计算机；

计算机网络的较好的定义是：计算机网络主要是由一些通用的、可编辑的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的(例如，传送数据或视频信号)。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。

计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机等智能硬件。

计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用(包括今后可能出现的各种应用)。

2 分类

按交换技术分类：电路交换网络、报文交换网络、分组交换网络；

按使用者分类：公用网、专用网；

按传输介质分类：有线网络、无线网络；

按覆盖范围分类：广域网WAN、域域网MAN、局域网LAN、个域网PAN。

按拓扑结构分类 ：总线型网络、星型网络、环型网络、网状型网络。

总线型网络：使用单根传输线把计算机连接起来。

优点是建网容易、增减结点方便、节省路线；

缺点是重负载时通信效率不高，总线任意一处出现故障，则全网瘫痪。

星型网络：将每个计算机都以单独的线路与中央设备相连。中央设备早期是计算机，后来是集线器。现在一般是交换机或路由器。

优点是这种网络拓扑便于网络的集中控制和管理，因为端用户之间的通信必须经过中央设备；

缺点是成本高，中央设备对故障敏感。

环形网络：将所有计算机的网络接口连成一个环。最典型的例子是令牌环局域网，环可以是单环，也可以是双环，环中信号是单向传输的。

网状型网络：一般情况下，每个节点至少由两条路径与其他结点相连，多用在广域网中。优点是可靠性高；

缺点是控制复杂，线路成本高。

以上四种基本的网络拓扑还可以互连为更复杂的网络。

1.5计算机网络的性能指标

速率

带宽

吞吐量

时延

时延带宽积

往返时间

利用率

丢包率

1 速率

有时候我们会发现，操作系统给出的容量与厂家标称的容量不同。

如上图所示，操作系统给出的容量为232.8GB，这是什么原因呢？

厂家给出的单位GB中的G，为10的9次方， 而操作系统中数据量单位GB中的G为2的30次方。

例1 例2：

2 带宽

带宽在模拟信号系统中的意义

信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围；

单位：Hz(KHz, MHz, GHz)

带宽在计算机网络中的意义

用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”；

单位：b/s(kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s)

其实，“带宽”的两种表述之间有着密切的联系。一条通信线路的“频带宽度”越宽，其所传输数据的“最高数据率”也越高。

3 吞吐量

如上图所示，表示带宽最高为1Gb/s，但通常只能达到700Mb/s；

4 时延

发送时延：源主机将分组发往传输线路， 这需要花费一定的时间；

传播时延：代表分组的电信号在链路上传输；

处理时延：路由器收到分组后，对其进行存储转发；

源主机和目的主机之间的路径会由多段链路和多个路由器构成，因此会有多个传播时延和处理时延。

网络时延由三部分构成，它们是：发送时延，传播时延和处理时延。

例3:

数据块长度为100MB，

信道带宽为1Mb/s，

传送距离为1000 km，

计算发送时延和传播时延。

具体问题具体分析！

5 时延带宽积

(传播)时延与带宽的乘积，时延带宽积=传播时延*带宽

若发送端连续发送数据，则在所发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个比特；

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

在许多情况下，因特网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互；我们有时很需要知道双向交互一次所需的时间；因此，往返时间RTT(Round-Trip Time)也是一个重要的性能指标。

7 利用率

信道利用率：用来表示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：全网络的信道利用率的加权平均。

根据排队论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也会迅速增加；因此，信道利用率并非越高越好。

丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率；丢包率具体可分为接口丢包率、结点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率等。  

丢包率是网络运维人员非常关心的一个网络性能指标，但对于普通用户来说往往并不关心这个指标，因为他们通常意识不到网络丢包。

分组丢失主要有两种情况：

分组在传输过程中出现 误码，被结点丢弃；分组到达一台队列已满的分组交换机时被丢弃；在通信量较大时就可能造成网络用塞。