计算机网络（1）---计算机网络基础1

  由于本人是非科班出身，为了在计算机专业这一领域打好基础。准备从计算机网络入手，学习本科阶段应该具有的基础知识。这个问题也是自己从上了研究生以后，深深的体会到的一点，基础真的太重要了。

本篇博文是对计算机网络大体上的认识，后续再具体展开。

1.计算机网络的概念

学习一门课程，首先应该知道这个课程是什么，做什么，有什么用。

计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和 信息传递的计算机系统。图1为计算机网络中一些基础的设备，图2为简单的校园网拓扑图。

图1

图2

注：对于想从事计算机网络方向的同学可以多了解一些招聘信息，据此提升自己。不建议去考一些证书，虽然自己曾经也考过一些。事后发现，学到了真知识的，才是关键，其他都是次要的。

计算机网络的定义类型有很多，以上给出的定义是按照广义给出的，还有根据连接定义，需求定义的，但是不管怎么定义，都离不开三个特点：

（1）数据通信，是手段。

（2）资源共享，目的是实现计算机资源的共享，计算机资源主要是指计算机硬件、软件与数据。

以及共同的组成元素：

（1）硬件设备，如图1所示的那些，当然还包括传输介质。

（2）网络软件，也就是计算机共同遵守的网络协议。

2.计算机网络的功能

（1）资源共享； （2）数据通信； （3）远程传输； （4）集中管理； （5）实现分布式处理； （6）负载均衡；

后四个都是基于前两个的基础之上。

3.计算机网络的发展

（1）以单计算机为中心的联机终端系统；（2）以通信子网为中心的主机互联；（3）计算机网络体系结构标准化。

有兴趣的可以自己查找网络发展史的详细信息。

4.主要网络类型

包括局域网、城域网、广域网、互联网以及最新的网络类型无线网。

（1）局域网（LAN）

所谓局域网，那就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。不包括网络层的应用。IEEE的802标准委员会定义了多种主要的LAN网：以太网（Ethernet）、令牌环网（Token Ring）、光纤分布式接口网络（FDDI）、异步传输模式网（ATM）以及最新的无线局域网（WLAN）。图3所示。

图3

（2）城域网（MAN）

范围较局域网广，是局域网的扩展，通常是多个局域网的连接构成城域网，城域网一般采用ATM作为主干网。图4所示。

图4

（3）广域网（WAN）

比城域网范围更广，一般指不同城市之间的LAN或者MAN网络互连。图5所示。

图5

（4）互联网（internet）

是网络与网络之间所串连成的庞大网络，这些网络以一组通用的协议相连，形成逻辑上的单一且巨大的全球化网络，在这个网络中有交换机、路由器等网络设备、各种不同的连接链路、种类繁多的服务器和数不尽的计算机、终端。

注：因特网是互联网的一种，惠多网也是互联网的一种。因特网可不是仅有两台机器组成的互联网，它是由上千万台设备组成的互联网。因特网使用TCP/IP协议让不同的设备可以彼此通信。但使用TCP/IP协议的网络并不一定是因特网，一个局域网也可以使用TCP/IP协议。判断自己是否接入的是因特网，首先是看自己电脑是否安装了TCP/IP协议，其次看是否拥有一个公网地址(所谓公网地址，就是所有私网地址以外的地址)。国际标准的因特网写法是Internet，字母I一定要大写！

（5）无线网

主流应用的无线网络分为通过公众移动通信网实现的无线网络（如4G，3G或GPRS）和无线局域网（WiFi）两种方式。 与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线。图6所示。

图6

5.网络性能指标术语（参考）

（1）速率

计算机发送出的信号都是数字形式的。比特是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。英文字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一个1或0。网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，它也称为数据率（data rate）或比特率（bit rate）。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是bit/s（比特每秒）（即bit per second）。现在人们常用更简单的并且是很不严格的记法来描述网络的速率，如100M以太网，它省略了单位中的bit/s，意思是速率为100Mbit/s的以太网。

（2）带宽

“带宽”有以下两种不同的意义。
① 带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。例如，在传统的通信线路上传送的电话信号的标准带宽是3.1kHz（从300Hz到3.4kHz，即话音的主要成分的频率范围）。这种意义的带宽的单位是赫（或千赫，兆赫，吉赫等）。
② 在计算机网络中，带宽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”。这里一般说到的“带宽”就是指这个意思。这种意义的带宽的单位是“比特每秒”，记为bit/s。

（3）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）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。显然，吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。例如，对于一个100Mbit/s的以太网，其额定速率是100Mbit/s，那么这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。因此，对100Mbit/s的以太网，其典型的吞吐量可能也只有70Mbit/s。有时吞吐量还可用每秒传送的字节数或帧数来表示。

（4）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。时延是个很重要的性能指标，它有时也称为延迟或迟延。网络中的时延是由以下几个不同的部分组成的。
① 发送时延。
发送时延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的时间。
因此发送时延也叫做传输时延。发送时延的计算公式是：
发送时延=数据帧长度（bit/s）/信道带宽（bit/s）
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（单位是比特）成正比，与信道带宽成反比。
② 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。传播时延的计算公式是：
传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）
电磁波在自由空间的传播速率是光速，即3.0×10km/s。电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间要略低一些。
③ 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，例如分析分组的首部，从分组中提取数据部分，进行差错检验或查找适当的路由等，这就产生了处理时延。
④ 排队时延。
分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。这就产生了排队时延。
这样，数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和：
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

（5）时延带宽积

把以上讨论的网络性能的两个度量—传播时延和带宽相乘，就得到另一个很有用的度量：传播时延带宽积，即时延带宽积=传播时延×带宽。

（6）往返时间（RTT）

在计算机网络中，往返时间也是一个重要的性能指标，它表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接受方收到数据后便立即发送确认）总共经历的时间。
当使用卫星通信时，往返时间（RTT）相对较长。

（7）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），完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值。

6.分层体系

（1）ISO的OSI七层模型

如图7所示。

图7

（2）TCP/IP四层模型

如图8所示。

图8

（3）七层模型与四层模型对应关系

如图9，图10所示。

图9

图10

ISO制定的OSI参考模型的过于庞大、复杂以至于难以实现。与此对照，由技术人员自己开发的TCP/IP协议栈获得了更为广泛的应用。

实际中用的更多的是五层模型。如图11。

图11

7.网络划分方式（参考）

（1）根据网络的覆盖范围与规模

1，局域网

2，城域网

3，广域网

（2）按传输介质划分

1，有线网：指采用双绞线来连接的计算机网络。

2，光纤网：采用光导纤维作为传输介质。

3，无线网：采用一种电磁波作为载体来实现数据传输的网络类型。

（3）按数据交换方式划分

1，电路交换网

2，报文交换网

3，分组交换网

注：网络交换技术共经历了四个发展阶段，电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术和ATM技术。

（4）按通信方式划分

1，广播式传输网络

2，点到点式传输网络

（5）按服务方式划分

1，客户机，服务器网络

2，对等网

以上是对计算机网络整体上的认识，可能有遗漏或不足之处，希望大家能够提出，共同进步。具体的知识点，后续的博文会讲到。