计算机网络_概述
1.1计算机网络在信息时代的作用
1.2互联网概述
1.3互联网的组成
1.4计算机网络在我国的发展
1.5计算机网络的类型
1.6计算机网络的性能
1.7计算机网络体系结构
掌握：
因特网的相关知识、计算机网络的概念及分类、衡量计算机网络的性能指标、计算机网络体系结构
1.1计算机网络在信息时代的作用
21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
三大类网络：
电信网络：电话、电报、传真服务
有线电视网络：各种电视节目
计算机网络：用户计算机之间传送数据文件
Internet中文译名：
因特网：未得推广
互联网：目前流行最广的、事实上的标准译名。体现出了Internet的主要特征：有数量极大的各种计算机网络互连起来的
互联网和互连网
互连网：指在局部范围互连起来的额计算机网络
互联网：指当今世界上最大的计算机网络——Internet
互联网的两个重要基本特点：
连通性：网上用户间可以交换信息(视频、文件、数据等)，但需注意互联网具有虚拟性的特点，无法知道对方是谁，而无法知道对方的位置
共享性：指资源共享。可以是信息、软件或者硬件共享等。
1.2互联网概述
互联网(Internet)
特指Internet，起源美国，现已成为世界上最大的、覆盖全球的计算机网络
计算机网络(最简单的网络)
有若干节点和连接这些节点的链路组成
互连网(由计算机网络通过路由器连接起来的)
可以通过路由器把和网络互连起来，就构成了覆盖范围更大的计算机网络，成为互连网
网络的网络
习惯上，与网络互连的计算机常成为主机
基本概念区分
网络把许多计算机连接在一起
互连网把许多网络通过路由器连接在一起
与网络连接的计算机常成为主机(主机可以是计算机，也可以是智能手机机器)
互联网发展第一阶段：从单个网络ARPANET想互联网发展的过程
internet和Internet的区别
“i”开头的internet(互连网)是一个通用名词，泛指多个计算机网连接而成的网络
大写“I”开头的Internet(互联网或因特网)是个专用名词，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极端及网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET
互联网发展第二阶段：建成了三级结构的互联网，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)
互联网发展第三阶段：组件型号才能了多层次ISP的结构的互联网
出现了互联网服务提供者ISP(Internet Service Provider)
不同层次的ISP：主干ISP、地区ISP和本地ISP(根据覆盖范围以及拥有的IP地主数目的不同)
互联网标准化工作
1992年因特网不再归美国政府管辖，因此成立了一个国际性组织叫做互联网协会(ISOC)
所有互联网标准都是以RFC的形式在因特网上发布
互联网标准发布三个阶段
互联网草案：有限期6个月，还不是RFC文档
建议标准：开始成为RFC文档
互联网标准：成为正式标准，每个标准就分配到一个编号STDxxxx。一个标准可以和多个RFC文档关联
１.３互联网的组成
从工作方式上看，可以划分为两个部分：
互联网边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。
互联网的核心部分：有大量网络和连接这些网络的路由器组成。为边缘部分提供服务(提供连通性和交换)
处在互联网边缘的连接互联网的主机又称为端系统
主机A和主机B通信实际上是指运行在主机A上的程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信，即两个主机上的不用进程间的通信
端系统之间的通信方式可划分为两大类：
客户服务器方式(C/S方式）即Client/Server方式
客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程
客户服务器方式描述的是进程之间服务于被服务的关系
客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方
服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务
客户软件的特点：
主动请求服务。因此，客户程序必须知道服务器程度的地址
不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统
服务器软件的特点：
一种专门提供某种服务的程序，可同时处理多个客户端请求
系统启动后自动调入并一直不断运行着，被动地等待各客户端的通信请求，因此，服务器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的支持
客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户与服务器都可以发送和接收数据
对等方式(P2P方式)即Peer-to-Peer方式
对等连接指两个主机在通信时并不区分哪一个是请求者哪个是服务提供者
只要两个主机都运行了对等连接软件，它们就可以进行平等的、对等连接通信
双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档
对等连接方式特点
本质仍是客户服务器方式，只是对等连接的每一个主机既是客户又同时是服务器
对等连接方式可支持大量对等用户(如上百万个)同时工作
互联网的核心部分
核心部分起主要作用的是路由器
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，这是网络核心部分最重要的功能
电路交换
N部电话机两两直接相连，需要N(N-1)/2对电线。与电话数平方成正比，大量而繁杂
当电话机数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务
这里“交换”的含义：
转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连接起来
从通信资源分配角度看
交换就是按照某种方式动态分配传送线路的资源
电路交换特点：
面向连接
分三个阶段：建立连接、通信、释放连接
优点：通信质量高。通话两用户始终占用端到端通信资源
缺点：传送数据效率低，线路利用率低。因为计算机数据具有突发性，这导致通信线路的利用率很低
分组交换
采用存储转发技术。把要发送的整块数据称为一个报文。在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段
整段的数据报先分成等长的数据，然后每个数据段前面添加上首部构成分组，分组交换网以“分组”作为数据传输单元，依次把各分组发送到接收端
分组首部的重要性
每一个分组首部包含地址等控制信息
分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机
如此存储转发，最后分组就能到达最终目的地
接收端收到分组后剥去首部恢复成原来的报文
主机用途是用户信息处理，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的
分组交换优点
高效(通信链路逐段占用)、灵活(分组为传输单位)、迅速(无须事先建立连接)、可靠(遵循协议)
分组交换缺点
存储转发需要排队，造成时延
分组必须携带首部(控制信息)也造成额外开销
1.5计算机络的定义
最简单的定义：有一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件冰粉专门用来实现某一特定目的。这些可编程硬件能够用来传输多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。
因特网是“网络的网络”
分类：
范围：
广域网WAN：几十到几千公里
城域网MAN：5~50公里
局域网LAN：1公里左右
个人区域网PAN：10米左右
使用者分类：
公用网：按规定缴纳费用的人可以使用的网络。因此也称为公众网
专用网：为特殊业务工作的需要而建造的网络
用来把用户接入到互联网的网络
接入网AN(Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网
接入网是一类比较特殊的计算机网络，用于将用户接入互联网
接入网本身不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分
接入网是从某个用户端系统到互联网汇总的第一个路由器(也称为边缘路由器)之间的一种网络
1.6计算机网络的性能指标
速率
比特：一个二进制数字1或0
速率 ：主机在数字信道上传送数据的速率，也称为数据率或比特率。单位b/s，或kb/s，Mb/s，Gb/s或Tb/s
速率往往是指额定速率或标称速率
带宽
表示网络的通信线路所能传送数据的能力，也即单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位：b/s(bit/s)
吞吐量
表示单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量
吞吐量受带宽或网络的额定速率的限制
时延
指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。
主要构成：
传输时延(发送时延)：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。发送时延 = 数据块长度(比特) / 信道带宽(bit/s)
传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。传播时延 = 信道长度 / 信号在信道上的传播速率(m/s)
信号传输速率(即发送速率)和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念
处理时延：交换节点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间
排队时延：节点缓存队列中分组排队所经历的时延(取决于网络当时的通信量)
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
时延带宽积：时延带宽积表示管道的体积，表示链路可容纳多少个比特。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
时延带宽积 = 传播时延 X 带宽
往返时间RTT
发送方从发出数据到收到对方的确认所经历的时间称为往返时间
利用率
信道利用率：某信道百分之几的时间是被利用的。完全空闲信道利用率为零
网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值
1.7计算机网络的体系结构
市场化OSI失败原因：
OSI专家没有商业驱动力
OSI协议实现太过复杂，且运行效率很低
OSI制定周期太长，致使相应设备无法及时进入市场
OSI分层也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现
TCP/IP称为事实上的国际标准
协议
计算机网络中数据交换必须遵守实现约定好的规则
这些规则明确规定了数据段的格式以及相关的同步问题(同步含有时序的意思)
协议，为网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定
协议三基本要素
语法 数据与控制信息的结构或格式
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
同步 时间实现顺序的详细说明
划分层次
基本原则
网中各结点都具有相同层次
不同结点的同等层具有相同的功能
同一节点内相邻层之间通过接口通信
每层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务
不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信
物理层主要功能
利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接
实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务
物理层的数据传输单位是比特
数据链路层主要功能
在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立的数据链路连接
传输以“帧”为单位的数据包
采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物流线路变成无差错的数据链路
网络层主要功能
通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最合适的路径
为数据在结点之间传送创建逻辑链路
实现拥塞控制、网络互连等功能
传输层主要功能
想用户提供可靠端到端服务
处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关于传输问题
传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层
会话层主要功能
负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点-点传输不中断
管理数据交换
表示层主要功能
处理两个通信系统中交换信息的表示方式
数据格式变换
数据加密与解密
数据压缩与恢复
应用层主要功能
为应用程序提供了网络服务
需要识别并保证通信双方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步
建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制
分层好处
各层独立、灵活性好、结构上可分割、易于实现和维护、能促进标准化工作
计算机网络体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合
体系结构就是这个计算机网网络不见所应完成的功能的精确定义
实现是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件实现这些功能的问题
体系结构是抽象的，而实现是具体的，是真正运行的计算机软件或硬件
OSI七层结构概念清楚且理论完整，但复杂且不实用；TCP/IP四层，但最下面的网络接口层没有具体内容。通常折中，综合两者优点，采用五层协议结构
实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议是控制两个对等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，还需要使用下层所提供的服务。
本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。
下面的协议对上面的服务用户是透明的。
协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。
服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。
同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。
OSI协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。
看一个计算机网络协议是否正确，不能光看在正常情况下是否正确，而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。
路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层
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