第一章 計算機網絡概述
第一節 計算機網絡的基本概念
一、計算機網絡的概念
計算機網絡是利用通信裝置與通信鍊路或者通信網絡，互連位置不同、功能自治的計算機系統，并遵循一定的規則實作計算機系統之前資訊交換。更為簡短、概括性的定義：計算機網絡是互連的、自治的計算機的集合。
二、網絡協定
Internet 中互聯的端系統、分組交換裝置或其他網絡裝置在進行資訊發送、接收或轉發的過程中，都需要遵循一些規定或約定。即網絡協定
三、協定的三要素
協定是網絡通信實體之間在資料交換過程中需要遵循的規則或與約定，是計算機網絡有序運作的重要保證。
任何一個協定都會有3個基本要素：文法、語義和時序，稱為協定三要素
- 文法 ：定義實體之間交換資訊的格式與結構，或者定義實體（比如硬體裝置）之間傳輸信号的電平等。
- 語義：語義就是定義實體之間交換的資訊中需要發送（或包含）哪些控制資訊，這些資訊的具體含義，以及針對不同含義的控制資訊，接收資訊端應如何響應。
- 時序：時序也稱為同步，定義實體之間交換資訊的順序以及如何比對或适應彼此的速度。
四、計算機網絡的功能
計算機網絡的功能是在不同的主機之間實作快速的資訊交換。通過資訊交換，計算機網絡可實作資源共享這一核心功能，包括硬體資源共享和軟體資源共享以及資訊資源共享。
五、計算機網絡的分類
目前最大的計算機網絡就是Internet (網際網路）。按不同的分類标準可将這些網絡分為不同的類型
-
按覆寫範圍分類
（1）個域網 （PAN） 個域網通常是由個人裝置通過無線通信技術構成小範圍的網絡，實作個人裝置之間的資料傳輸。個域網通常範圍覆寫在 0-10m
（2）區域網路（LAN） 區域網路通常部署在辦公室、辦公樓、廠區、校園 等局部範圍區域内。采用高速有限或無線鍊路連結主機，實作局部範圍内高速資料傳輸。區域網路通常覆寫範圍在10m - 1Km
（3）城域網（MAN）城域網是指覆寫一個城市範圍的網絡，覆寫範圍通常在 5-50km
（4）廣域網（WAM）廣域網覆寫範圍在幾十到幾千千米，通常跨越更大的地理空間，可以實作異地城域網或區域網路的互聯
-
按拓撲結構分類
網絡拓撲是指網絡中的主機、網絡裝置間的實體連接配接關系與布局。按拓撲結構，計算機網絡可以分為總線型拓撲結構、環形拓撲結構、星型拓撲結構、混合拓撲結構、樹形拓撲結構和網狀拓撲結構等
（1）總線型拓撲結構。
總線型拓撲結構網絡采用一條廣播信道作為公共傳輸媒體，稱為總線，所有節點均與總線連接配接，結點間的通信均通過共享的總線進行。由于總線是一條廣播信道，是以任一結點通過總線發送資料時，其他結點都會接收承載這些資料的信号。
優點:
① 所需要的電纜數量少
② 結構簡單
③ 易于擴充
缺點：
① 通信範圍受限
②故障診斷與隔離比較困難
③ 容易發生沖突
（2）環形拓撲結構。環形拓撲結構網絡利用通信鍊路将所有結點連成一個閉合的環。環中的資料傳輸通常是單向（也可以雙向）傳輸，每個結點可以從環中接收資料，并向環中進一步轉發資料
優點：
① 所需電纜長度短
② 可以使用光纖
③ 易于避免沖突
缺點：
① 某結點的故障容易引起全網癱瘓
② 新結點的加入或撤出過程比較麻煩。
③ 存在等待時間問題
（3）星形拓撲結構
星形拓撲結構網絡包括一個中央結點，網絡中的主機通過點對點通信鍊路與中央結點連接配接。中央結點通常是集線器、交換機等裝置，主機之間的通信都需要通過中央結點進行。
優點：
① 易于監控與管理
② 故障診斷與隔離容易
缺點：
① 中央結點是網絡的瓶頸，一旦有故障，全網癱瘓
② 網絡規模受限于中央結點的端口數量
（4）混合拓撲結構
混合拓撲結構是由兩種以上簡單拓撲結構網絡混合連接配接而成的網絡。絕大多數實際網絡的拓撲結構都屬于混合拓撲結構
優點：
① 易于擴充，可以建構不同規模網絡
② 可根據需要優選網絡結構
缺點：
① 網絡結構複雜
② 管理與維護複雜
（5）樹形拓撲結構
樹形拓撲結構網絡可以看作是總線型拓撲結或星形拓撲網絡的拓展。目前，很多區域網路都采用這種拓撲結構
優點 ：
① 易于擴充
② 故障隔離容易
缺點：
對根節點的可靠性要求高，一旦根節點故障，則可能導緻網絡大範圍無法通信
（6）網狀拓撲結構
網狀拓撲結構中的結點通過多條鍊路與不同的結點直接連接配接。
優點：
① 網絡可靠性高
② 一條或多條鍊路故障時，網絡仍可連通
缺點
① 網絡結構複雜
② 造價成本高
③ 選路協定複雜
3. 按交換方式分類
資料交換是指網絡通過彼此互連的結點間的資料轉接，實作将資料從發送結點送達目的結點的過程和技術。按網絡所采用的資料交換技術，計算機網絡可以分為電路交換、封包交換網絡和分組交換網絡
4. 按使用者屬性分類
（1）公用網
（2）私有網
第二節 計算機網絡結構
一、網絡邊緣
連接配接到網絡上的計算機、伺服器、智能手機、智能傳感器、智能家電等稱為主機或端系統
這些端系統位于網絡最邊緣，是以，連接配接到網絡上的所有端系統構成了網絡邊緣。
網絡邊緣上的端系統運作分布式網絡應用，在端系統之間進行資料交換，實作應用目的。
二、接入網絡
接入網絡是實作網絡邊緣的端系統與網絡核心連接配接與接入的網絡。
常見的接入網絡技術包括電話接入、非對稱數位用戶線路ADSL 、 混合光纖同軸電纜 HFC 接入網絡、區域網路和移動接入網絡
三、網絡核心
網絡核心是通信鍊路互聯的分組交換裝置構成的網絡，作用是實作網絡邊緣中主機之間的資料中繼與轉發。
第三節 資料交換技術與計算機網絡性能
一、資料交換的基本概念
為了連接配接更大範圍、更多數量的主機，可以将許多交換裝置互聯，構成一個資料中繼與轉發的中間網絡
再将主機連接配接到距離較近的交換裝置上，主機之間的資料傳輸通過中間網絡實作中繼與轉發。
這個中間網絡不需要關心所傳輸資料的内容，而隻是為了這些資料從一個結點到另一個結點直至到達目的結點提供資料中繼與交換的功能，稱之為資料交換網絡
組成交換網絡的結點（即交換裝置）稱為交換結點，交換節點和傳輸媒體的集合稱為通信子網，即網絡核心
二、資料交換技術
常見的資料交換技術包括電路交換、封包交換和分組交換
-
電路交換
在電路交換網絡中，首先要通過中間交換節點為兩台主機之間建立一條專用的通信線路，稱為電路
再利用該電路進行通信，通信結束後再拆除電路
利用電路交換進行通信包括建立電路、傳輸資料和拆除電路三個階段
-
封包交換
封包交換也稱為資訊交換，其工作過程為: 發送方要把發送的資訊附加發送/ 接收主機的位址及其他控制資訊
構成一個完整的封包，然後以封包為機關在交換網絡的各個結點之間以 存儲 —— 轉發的方式傳送，直至送達目的主機
-
分組交換
（1）分組交換基本原理。分組交換需要将傳送資料（即封包）分割成較小的資料塊，每個資料塊附加上位址、序号等控制資訊構成資料分組，每個分組獨立傳送到目的地，目的地将收到的分組重新組裝，還原為封包。分組傳輸過程通常也采用 存儲——轉發交換方式
（2）分組交換的優點
① 交換裝置存儲容量要求低
② 交換速度快
③ 可靠傳輸效率高
④ 更加公平
（3）分組長度的确定
① 分組長度與延遲時間
分組交換網絡的 傳輸——轉發 過程可以抽象為一個排隊系統，基于排隊論的分析發現，當分組具有相同長度時，分組在交換過程中的延遲時間較小 。
是以 。 把封包按一定的标準長度分割為“分組” ，就能夠使交換裝置為機關對資訊進行處理，進而縮短資訊在交換過程中的延遲時間。
② 分組長度與誤碼率
通信鍊路的信道誤碼率是确定分組長度時另一個需要重點考慮的因素，設分組長度為L位 ，其中 h 位為分組頭長度，資料長度為x 位，即有
x + h =L
若信道誤碼率為Pe ,則分組傳輸正确的機率（隻考慮分組中位誤碼率的情況）為
Ps = (1-Pe)的 x+h次方
分組傳輸錯誤要求重發的機率為（1-Ps） ，在考慮可能多次連續傳輸錯誤的情況下，可以得到最佳分組長度 Lopt 為
最高信道使用率可表示為:
三、計算機網絡的主要性能名額
-
速率和寬帶
速率是指網絡機關時間内傳送的資料量，用以描述網絡傳輸資料的快慢，也稱為資料傳輸速率或資料速率
計算機網絡傳輸的資料是以位為機關的二進制資料，速率的基本機關是bit / s （位每秒），也稱為速率為比特率。
同時也會用寬帶這一資料描述速率
在通信或信号處理領域中，寬帶原本是指信号具有的頻帶寬度 ， 即信号成分的最高頻率與最低頻率之差，機關為Hz（赫茲）
在計算機網絡中當描述
一條鍊路或信道的資料傳輸能力時，經常使用寬帶一詞表示鍊路或信道的最高資料速率，機關也是bit /s
-
時延
時延是指資料從網絡中的一個結點（主機或交換裝置等）到達另一結點所需要的時間。
分組的每跳傳輸過程主要産生四類時間延遲
（1）結點處理時延
（2）排隊時延
分組的傳輸時延：
當一個分組在輸對外連結路發送時，從發送第一位開始，到發送完最後一位為止，所用的時間，稱為傳輸時延，也稱為發送時延 dt
假設分組的長度為 L
鍊路寬度為 R
（3）傳輸時延
（4）傳播時延
信号從發送端出來，經過一定距離的實體鍊路到達接收端所需要的時間 稱為傳播時延 dp
若 實體長度為D
信号傳播速度為V(m/s)
則 傳播時延為 dp： D/V
-
時延帶寬積
一段實體鍊路的傳播時延與鍊路帶寬的乘積，稱為時延帶寬積 記為 G 于是
G= dp *R
緻最愛的豬豬
有的人，因為你對他好，是以覺得你好，他是你愛的人;有的人，因為懂得你的好，是以想要對你好，他是愛你的人;幸福的終點就是你愛的人變成愛你的人。