「计算机网络」概论

计算机网络在信息时代中的作用

计算机网络的定义

1. 21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，是一个以网络为核心的信息时代
2. 互连网（internet）：仅在局部范围互联起来的计算机网络，多个网络通过一些路由器相互连接，互连网≠互联网
3. 互联网（Internet）：指全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，采用TCP/IP协议族作为通信的规则，前身是美国的ARPANET

计算机网络的特点

1. 连通性
   • 使上网用户之间可以非常便捷、非常经济地交换各种信息
   • 好像这些用户终端都彼此直接连通一样
2. 共享（资源共享）
   • 实现信息共享、软件共享、硬件共享
   • 由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样地方便使用

互联网概述

网络的网络

1. 计算机网络（简称网络）：由若干节点和连接这些节点的链路组成
2. 节点：计算机、集线器、交换机或路由器等

互联网基础结构发展的三个阶段

1. 1969-1990
   1. ARPANET：最初只是一个单个的任务交换网，不是一个互联网
   2. 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。人们把1983年作为互联网的诞生时间
   3. 1990年ARPANET正式宣布关闭
2. 1985-1993
   1. 建成了三级结构的互联网：主干网、地区网和校园网（或企业网）
3. 1933-现在
   1. 形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网
      • 主干ISP
      • 地区ISP
      • 本地ISP
   2. 互联网服务提供者ISP
      • 提供接入互联网的服务
      • 需要收取一定的费用
   3. 互联网交换点IXP
      • 允许两个网络直接相连并交换分组
      • 常采用工作在数据链路层的网络交换机
   4. 内容提供者
      • 在互联网上向所有用户提供视频文件的公司
      • 不向用户提供互联网的转接服务
   5. 万维网（WWW）
      • 由欧洲原子核研究组织开发
      • 成为互联网指数级增长的主要驱动力

互联网的标准化工作

1. RFC：请求评论
2. 制定互联网的正式标准的阶段
   1. 互联网草案：有效期6个月
   2. 建议标准：开始成为RFC文档
   3. 互联网标准

互联网的组成

互联网边缘部分

1. 由用户直接使用
2. 端系统：连接在互联网上的所有主机
3. 端系统之间的两种通信方式
   • 客户-服务器方式（C/S方式）
   • 对等连接方式（P2P）

核心部分

1. 为边缘部分提供服务
2. 典型的交换技术
   • 电路交换
   • 分组交换
   • 报文交换
3. 互联网的核心部分采用分组交换技术

计算机网络在我国的发展

计算机网络的类别

计算机网络的定义

1. 按照网络的作用范围进行分类
   1. 广域网WAN
   2. 城域网MAN
   3. 局域网LAN
   4. 个人区域网PAN
2. 按照网络的使用者进行分类
   1. 公用网
   2. 专用网
3. 用来把用户接入到互联网的网络
   1. 接入网AN：又叫本地接入网或居民接入网

几种不同类别的计算机网络

计算机网络的性能

计算机网络的性能指标

1. 速率
   1. 千 = K = 2¹⁰ = 1024
   2. 兆 = M = 2²⁰ = 1024 K
   3. 吉 = G = 2³⁰ = 1024 M
   4. 1 字节 (Byte) =  8 比特 (bit）
2. 宽带
   1. 频域
      1. 单位：赫•（或千赫、兆赫、吉赫等）
   2. 时域
      1. 单位：bit/s
3. 吞吐量
4. 时延
   1. 发送时延（传输时延）
      1. 发送时延=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)
   2. 传播时延
      1. 传播时延=信道长度(米)/信号在信道上的传播速率(米/秒)
   3. 处理时延
   4. 排队时延
   5. 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
   1. 时延带宽积=传播时延 * 带宽
6. 往返时间 RTT
   1. 从发送方发送完数据，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间
7. 利用率
   1. D=D₀/(1-U)
      1. D₀表示网络空闲的时延
      2. D表示网络当前的时延
      3. U表示现在网络的利用率

计算机网络的非性能指标

1. 费用
2. 质量
3. 标准化
4. 可靠性
5. 可扩展性和可升级性
6. 易于管理和维护

计算机网络体系结构

计算机网络体系结构的形成

1. 在ARPANET设计时提出了分层的方法
2. 1974 年，IBM 按照分层的方法制定并提出了系统网络体系结构 SNA
3. ISO (国际标准化组织) 提出的 OSI/RM 是使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架
4. 1983年，形成了著名的 ISO 7498 国际标准，即七层协议的体系结构

协议与层次划分

1. 网络协议的三个组成要素
   1. 语法：数据与控制信息的结构或格式
   2. 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
   3. 同步：事件实现顺序的详细说明
2. 各层完成的主要功能
   1. 差错控制
   2. 流量控制
   3. 分段和重装
   4. 复用和分用
   5. 连接建立和释放

具有五层协议的体系结构

1. 物理层
   1. 任务：实现比特（0 或 1）的传输
   2. 确定连接电缆的插头应当有多少根引脚，以及各引脚应如何连接
   3. 注意：传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内，而是在物理层协议的下面
2. 数据链路层
   1. 常简称为链路层
   2. 任务：实现两个相邻节点之间的可靠通信
   3. 在两个相邻节点间的链路上传送帧
   4. 如发现有差错，就简单地丢弃出错帧
   5. 如果需要改正出现的差错，就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使数据链路层协议复杂
3. 网络层
   1. 为分组交换网上的不同主机提供通信服务
   2. 两个具体任务
      1. 路由选择：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
      2. 转发：每一个路由器在接收到一个分组时，要依据转发表中指明的路径把分组转发到下一个路由器
   3. 互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议 IP 和许多种路由选择协议，因此互联网的网络层也叫做网际层或 IP 层
   4. IP 协议分组也叫做 IP 数据报，或简称为数据报
4. 运输层
   1. 任务：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
   2. 具有复用和分用的功能
   3. 主要使用两种协议
      1. 传输控制协议 TCP
         1. 提供面向连接的、可靠的数据传输服务
         2. 数据传输的单位是报文段
      2. 用户数据报协议 UDP
         1. 提供无连接的尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）
         2. 数据传输的单位是用户数据报
5. 应用层
   1. 任务：通过应用进程间的交互来完成特定网络应用
   2. 协议：定义的是应用进程间通信和交互的规则
   3. 把应用层交互的数据单元称为报文
   4. 例如：DNS，HTTP，SMTP

实体、协议、服务和服务访问点

1. 实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
2. 协议：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. l、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，通常称为服务访问点 SAP
6. SAP 是一个抽象的概念，它实际上就是一个逻辑接口
7. OSI 把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元 SDU
8. SDU 可以与 PDU 不一样
   1. 例如：可以是多个 SDU 合成为一个 PDU，也可以是一个 SDU 划分为几个 PDU

TCP/IP的体系结构