計算機網絡 第一章 概述

計算機網絡

第一章 概述知識點小結

目錄

• • • • • 1-13.理論
        • 14. 協定的三要素
        • 15. 計算機網絡結構
        • 16. 網絡邊緣
        • 17. 網際網路核心部分
        • 18.路由器的重要任務
        • 19.主機和路由器的作用不同
        • 20.分組交換的優點
        • 21.分組交換帶來的問題
        • 22.計算機網絡的分類
        • 23.計算機網絡的性能
        • 24.時延與網絡使用率的關系
        • 25.計算機網絡的非性能特征
        • 26.開放系統互連基本參考模型
        • 27.協定與劃分層次
        • 28.網絡協定的組成要素
        • 29.計算機網絡的體系結構
        • 30. 主機1向主機2發送資料
        • 31. 實體、協定、服務和服務通路點
        • 32. 協定小結
        • 33. TCP/IP的體系結構
        • 34. IP可以應用到各式各樣的網絡上
        • 35. 客戶程序和伺服器程序 使用TCP/IP協定進行通信
        • 36. 功能較強的計算機 可同時運作多個伺服器程序

第一章 概述

1-13.理論

1. 計算機網絡是通信技術與計算機技術緊密結合的産物
2. 計算機網絡就是一種通信網絡

3. 計算機網絡向使用者提供的最重要的功能

   連通性——計算機網絡使上網使用者之間都可以交換資訊，好像這些使用者的計算機都可以彼此直接連通一樣。

   共　享——即 。可以是資訊共享、軟體共享，也可以是硬體共享。

4. 網絡(network)由若幹結點(node)和連接配接這些結點的鍊路(link)組成。

   結點：計算機、集線器、交換機或路由器等。

   鍊路：雙絞線、同軸電纜、光纖或無線信道等。

   

5. 通信系統模型

   

6. 計算機網絡定義：計算機網絡就是互連的、自治的計算機集合。

7. 通過交換網絡互連主機。交換節點（路由器或交換機）

   網絡把許多計算機連接配接在一起，而互連網則把許多網絡通過路由器連接配接在一起。與網絡相連的計算機稱為主機。

8. 什麼是Internet?

   （1）網絡和網絡還可以通過路由器互連起來，這樣就構成了一個覆寫範圍更大的網絡，即網際網路(或互連網)。網際網路是“網絡的網絡” (network of networks)。

   internet 和 Internet

   （2）以小寫字母 i 開始的 internet (網際網路或互連網)是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡。以大寫字母 I 開始的Internet（網際網路）則是一個專用名詞，它指目前全球最大的、開放的、由衆多網絡互相連接配接而成的特定計算機網絡，它采用TCP/IP協定族作為通信的規則，且其前身是美國的ARPANET。

   （3）計算機網絡是指把若幹台地理位置不同且具有獨立功能的計算機，通過通信裝置和線路互相連接配接起來，以實作資訊傳輸和資源共享的一種計算機系統。

9. 什麼是Internet?（細節角度）

   全球最大的網際網路絡

   ISP(Internet Service Provider)網絡互連的“網絡之網絡” ISP譯為網際網路服務提供者或網際網路服務提供商

   數以百萬計的互連的計算裝置集合：

   主機（hosts）=斷系統（end systems）

   運作各種網絡應用

   通道鍊路

   光纖、銅纜、無線電、衛星

   分組交換：轉發分組（資料包）

   路由器（routers）和交換機（switches）

   

   

10. 什麼是Internet?（服務角度）

    1.為網絡應用提供通信服務的通信基礎設施:

     Web, VoIP, email, 網絡遊戲,電子商務, 社交網絡, …

    2.為網絡應用提供應用程式設計接口（API）：

     支援應用程式“連接配接”Internet，發送/接收資料

     提供類似于郵政系統的資料傳輸服務

11. 協定是計算機網絡有序運作的重要保證

    硬體（主機、路由器、通信鍊路等）是計算機網絡的基礎；計算機網絡中的資料交換必須遵守事先約定好的規則

12. 任何通信或資訊交換過程都需要規則——協定

13. 什麼是網絡協定？

    網絡協定(network protocol)，簡稱為協定，是為進行網絡中的資料交換而建立的規

    則、标準或約定

    協定規定了通信實體之間所交換的消息的格式、意義、順序以及針對收到資訊或發

    生的事件所采取的“動作”（actions）

14. 協定的三要素

文法（Syntax）

 資料與控制資訊的結構或格式

 信号電平

語義（Semantics）

 需要發出何種控制資訊

 完成何種動作以及做出何種響應

 差錯控制

時序（Timin）

 事件順序

 速度比對

協定是計算機網絡的重要内容

（1）協定規範了網絡中所有資訊發送和接收過程

 e.g., TCP, IP, HTTP, Skype, 802.11

（2）學習網絡的重要内容之一

（3）網絡創新的表現形式之一

（3）Internet協定标準

 RFC: Request for Comments

 IETF:網際網路工程任務組（Internet Engineering Task Force）

15. 計算機網絡結構

（1）網絡邊緣:

（a）邊緣部分：由所有連接配接在網際網路上的主機組成。這部分是使用者直接使用的，用來進行通信(傳送資料、音頻或視訊)和資源共享。主機；網絡應用

（2）接入網絡，實體媒體:

 有線或無線通信鍊路

（3）網絡核心（核心網絡）:

（b）核心部分：由大量網絡和連接配接這些網絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的(提供連通性和交換)。

 互聯的路由器（或分組轉發裝置）；網絡的網絡

16. 網絡邊緣

（1）主機(端系統):

 處在網際網路邊緣的部分就是連接配接在網際網路上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(end system)。

“主機 A 和主機 B 進行通信”，實際上是指：“運作在主機 A 上的某個程式和運作在主機 B 上的另一個程式進行通信”。即“主機 A 的某個程序和主機 B 上的另一個程序進行通信”。或簡稱為“計算機之間通信”。

位于“網絡邊緣”

運作網絡應用程式

如：Web, e-mail

（2）客戶/伺服器(client/server)應用模型： 客戶(client)和伺服器(server)都是指通信中所涉及的兩個應用程序。

客戶伺服器方式所描述的是程序之間服務和被服務的關系。

客戶是服務的請求方，伺服器是服務的提供方。

客戶發送請求，接收伺服器響應。如：Web應用，檔案傳輸FTP應用。客戶A向伺服器B送出請求服務，而伺服器B向客戶A提供服務。

（3）對等(peer-peer, P2P)應用模型:

對等連接配接(peer-to-peer，簡寫為P2P)是指兩個主機在通信時并不區分哪一個是服務請求方還是服務提供方。

隻要兩個主機都運作了對等連接配接軟體(P2P 軟體)，它們就可以進行平等的、對等連接配接通信。

雙方都可以下載下傳對方已經存儲在硬碟中的共享文檔。

無（或不僅依賴）專用伺服器通信在對等實體之間直接進行

如：Gnutella, BT, Skype, QQ

對等連接配接方式的特點：

（1）對等連接配接方式從本質上看仍然是使用客戶伺服器方式，隻是對等連接配接中的每一個主機既是客戶又同時是伺服器。

（2）例如主機C請求D的服務時，C是客戶，D是伺服器。但如果C又同時向 F 提供服務，那麼C又同時起着伺服器的作用。

17. 網際網路核心部分

（1）網絡核心部分是網際網路中最複雜的部分。

（2）網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信(即傳送或接收各種形式的資料)。

（3）在網絡核心部分起特殊作用的是路由器(router)。

（4）路由器是實作分組交換(packet switching)的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。

（5）網際網路的核心部分是由許多網絡和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在網際網路的邊緣部分。

（6）在網際網路核心部分的路由器之間一般都用高速鍊路相連接配接，而在網絡邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鍊路相連接配接。

（7）主機的用途是為使用者進行資訊處理的，并且可以和其他主機通過網絡交換資訊。路由器的用途則是用來轉發分組的，即進行分組交換的。

18.路由器的重要任務

路由器是實作分組交換(packet switching)的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。

在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。

路由器處理分組的過程是：

（1）把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；

（2）查找轉發表，找出到某個目的位址應從哪個端口轉發；

（3）把分組送到适當的端口轉發出去。

19.主機和路由器的作用不同

主機是為使用者進行資訊處理的，并向網絡發送分組，從網絡接收分組。

路由器對分組進行存儲轉發，最後把分組傳遞目的主機。

20.分組交換的優點

 高效

動态配置設定傳輸帶寬，對通信鍊路是逐段占用。

 靈活

以分組為傳送機關和查找路由。

 迅速

不必先建立連接配接就能向其他主機發送分組。

 可靠

保證可靠性的網絡協定；分布式的路由選擇協定使網絡有很好的生存性。

21.分組交換帶來的問題

 分組在各結點存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延。

 分組必須攜帶的首部(裡面有必不可少的控制資訊)也造成了一定的開銷。

22.計算機網絡的分類

不同作用範圍的網絡：

廣域網WAN(Wide Area Network)

城域網MAN(Metropolitan Area Network)

區域網路LAN(Local Area Network)

個人區域網PAN(Personal Area Network)

從網絡的使用者進行分類：

公用網(public network)

專用網(private network)

用來把使用者接入到網際網路的網絡：

接入網AN(Access Network)，它又稱為本地接入網或居民接入網。

由ISP提供的接入網隻是起到讓使用者能夠與網際網路連接配接的“橋梁”作用。

23.計算機網絡的性能

（1）速率

 比特(bit)是計算機中資料量的機關，也是資訊論中使用的資訊量的機關。

 bit 來源于binary digit，意思是一個“二進制數字”，是以一個比特就是二進制數字中的一個1或0。

 速率即資料率(data rate)或比特率(bit rate)是計算機網絡中最重要的一個性能名額。速率的機關是b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等

 速率往往是指額定速率或标稱速率。

（2）帶寬

 “帶寬”(bandwidth)本來是指信号具有的頻帶寬度，機關是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。

 現在“帶寬”是數字信道所能傳送的“最高資料率”的同義語，機關是“比特每秒”，或b/s (bit/s)。

 更常用的帶寬機關是

 千比每秒，即 kb/s（103 b/s）

 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）

 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）

 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）

 請注意：在計算機中，K=210=1024

M=220,G=230,T=240。

 數字信号流随時間的變化：在時間軸上信号的寬度随帶寬的增大而變窄。

（3）吞吐量

 吞吐量(throughput)表示在機關時間内通過某個網絡（或信道、接口）的資料量。

 吞吐量更經常地用于對現實世界中的網絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少資料量能夠通過網絡。

 吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。

（4）時延

 時延（delay或latency）是指資料（一個封包或分組，甚至比特）從網絡（或鍊路）的一端傳送到另一端所需的時間。也稱為延遲或遲延。網絡中的時延由以下幾部分組成：

發送時延（傳輸時延）

傳播時延

處理時延

排隊時延

總時延 = 發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延

對于高速網絡鍊路，我們提高的僅僅是資料的發送速率而不是比特在鍊路上的傳播速率。 提高鍊路帶寬減小了資料的發送時延。

（5）時延帶寬積

 鍊路的時延帶寬積又稱為以比特為機關的鍊路長度。

 時延帶寬積 = 傳播時延  帶寬

（6）往返時間RTT

 在計算機網絡中，往返時間RTT（Round-Trip Time）也是一個重要的性能名額，它表示從發送方發送資料開始，到發送方收到來自接收方的确認（接收方收到資料後便立即發送确認），總共經曆的時間。

 往返時間帶寬積的意義就是當發送方連續發送資料時，即使能夠及時收到對方的确認，但已經将許多比特發送到鍊路上了。設往返時間為40ms，帶寬為10Mb/s，則假定資料的接收方及時發現了差錯，并告知發送方，使發送方立即停止發送，但也已經發送了40萬個比特了。

（7）使用率

 信道使用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有資料通過）。完全空閑的信道的使用率是零。

 網絡使用率則是全網絡的信道使用率的權重平均值。

 信道使用率并非越高越好。

24.時延與網絡使用率的關系

 根據排隊論的理論，當某信道的使用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。

 若令 D0 表示網絡空閑時的時延，D 表示網絡目前的時延，則在适當的假定條件下，可以用下面的簡單公式表示 D 和 D0之間的關系：

U 是網絡的使用率，數值在 0 到 1 之間。

25.計算機網絡的非性能特征

 費用

 品質

 标準化

 可靠性

 可擴充性和可更新性

 易于管理和維護

26.開放系統互連基本參考模型

OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model），簡稱OSI

27.協定與劃分層次

 計算機網絡中的資料交換必須遵守事先約定好的規則。

 這些規則明确規定了所交換的資料的格式以及有關的同步問題（同步含有時序的意思）。

 網絡協定(network protocol)，簡稱為協定，是為進行網絡中的資料交換而建立的規則、标準或約定。

28.網絡協定的組成要素

 文法　資料與控制資訊的結構或格式 。

 語義　需要發出何種控制資訊，完成何種動作以及做出何種響應。

 同步　事件實作順序的詳細說明。

29.計算機網絡的體系結構

 計算機網絡的體系結構(architecture)是計算機網絡的各層及其協定的集合。

 體系結構就是這個計算機網絡及其構件所應完成的功能的精确定義。

 實作(implementation)是遵循這種體系結構的前提下用何種硬體或軟體完成這些功能的問題。

 體系結構是抽象的，而實作則是具體的，是真正在運作的計算機硬體和軟體。

30. 主機1向主機2發送資料

主機1

1. 應用程序資料先傳送到應用層，加上應用層首部，成為應用層的協定資料單元PDU
2. 應用層 PDU 再傳送到運輸層，加上運輸層首部，成為運輸層封包
3. 運輸層封包再傳送到網絡層，加上網絡層首部，成為 IP 資料報（或分組）
4. IP 資料報再傳送到資料鍊路層，加上鍊路層首部和尾部，成為資料鍊路層幀

5. 資料鍊路層幀再傳送到實體層，最下面的實體層把比特流傳送到實體媒體

   實體傳輸媒體

6. 電信号（或光信号）在實體媒體中傳播從發送端實體層傳送到接收端實體層

   主機2

7. 實體層接收到比特流，上交給資料鍊路層
8. 資料鍊路層剝去幀首部和幀尾部取出資料部分，上交給網絡層
9. 網絡層剝去首部，取出資料部分上交給運輸層
10. 運輸層剝去首部，取出資料部分上交給應用層

11. 應用層剝去首部，取出應用程式資料上交給應用程序

    主機2

    AP2收到AP1發來的應用程式資料

    

31. 實體、協定、服務和服務通路點

 實體(entity)表示任何可發送或接收資訊的硬體或軟體程序。

 協定是控制兩個對等實體進行通信的規則的集合。

 在協定的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。

 要實作本層協定，還需要使用下層所提供的服務。

 本層的服務使用者隻能看見服務而無法看見下面的協定。

 下面的協定對上面的服務使用者是透明的。

 協定是“水準的”，即協定是控制對等實體之間通信的規則。

 服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間接口提供的。

同一系統相鄰兩層的實體進行互動的地方，稱為服務通路點 SAP (Service Access Point)

32. 協定小結

 協定必須把所有不利的條件事先都估計到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。

 看一個計算機網絡協定是否正确，不能光看在正常情況下是否正确，而且還必須非常仔細地檢查這個協定能否應付各種異常情況。

33. TCP/IP的體系結構

TCP/IP協定（很明白）

34. IP可以應用到各式各樣的網絡上

35. 客戶程序和伺服器程序 使用TCP/IP協定進行通信

36. 功能較強的計算機 可同時運作多個伺服器程序