計算機網絡第一章——概述

1.網際網路基礎結構發展的三個階段

1）從單個網絡ARPANET向互連網發展的過程

互連網（internet）：是一個通用名詞，泛指由多個計算機網絡互連而成，這些網絡之間的通信協定可以任意選擇。

網際網路（Internet）：是一個專用名詞，指目前全球最大的、最開放的、由衆多網絡互相連接配接而成的特定互連網，采用TCP/IP協定族作為通信的規則。

2）建成了三級結構的網際網路。分為主幹網、地區網、校園網（企業網）

3）逐漸形成了多層次ISP結構的網際網路。

ISP(Internet Service Provider)，即網際網路服務提供者，eg：中國電信、中國聯通。ISP也分為不同層次，包括主幹ISP、地區ISP和本地ISP。

2.網際網路的組成

1）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，用來進行通信和資源共享，是以也稱為資源子網。

計算機之間通信：主機A的某個程序和主機B的另一個程序進行通信。

兩種通信方式：

①客戶伺服器方式(C/S):客戶和伺服器是指通信中所涉及的兩個應用程序，客戶是服務請求方，伺服器是服務提供方。客戶程式必須知道伺服器程式的位址；伺服器程式可同時處理多個遠地或本地客戶的請求，不需要知道客戶程式的位址。此外客戶和伺服器的通信關系建立後，通信是雙向的，客戶和伺服器都可以發送和接收資料

②對等連接配接方式(P2P):兩台主機在通信時并不區分哪一個是服務請求方那一個是服務提供方，可以進行平等的、對等連接配接通信。對等連接配接方式從本質上看仍是客戶-伺服器方式，隻是對等連接配接的每一台主機既是客戶又是伺服器。

2）核心部分：由大量網絡和連接配接這些網絡的路由器組成，為邊緣部分提供服務即提供連通性和交換，使邊緣部分中的任何一台主機都能向其他主機通信，是以也稱為通信子網。

路由器(router)：一種專用計算機，是實作分組交換的關鍵，任務是轉發收到的分組。

分組交換：采用存儲轉發的技術，将封包（要發送的整塊資料）劃分成更小的等長資料段再加上首部（必要的控制資訊）形成分組。優點包括高效（逐段占用鍊路，動态配置設定帶寬）、靈活（獨立選擇轉發路由）、迅速（不建立連接配接就發送分組）、可靠（保證可靠性的網絡協定）；但存儲轉發時會造成時延，分組攜帶的控制資訊也造成了一定的開銷。

路由器處理分組過程：緩存——查找轉發表——找到合适端口轉發給下一路由器

3.計算機網絡分類

1）按照網絡的作用範圍：WAN（廣）, MAN（城）, LAN（局），PAN（個人）

2）按照網絡的使用者：公用網，專用網

4.計算機網絡的性能

1）速率：資料的傳送速率，機關是bit/s。當提到網絡的速率時，往往指的是額定速率或标稱速率，而非網絡實際運作的速率。

2）帶寬（兩種）：

①頻域稱謂，信号的帶寬是指該信号所包含的各種不同頻率成分所占據的頻率範圍，機關為赫茲。

②時域稱謂，計算機網絡中常用，用來表示網絡中某通道傳送資料的能力，網絡帶寬表示機關時間内網絡中的某信道所能通過的最高資料率，機關為bit/s。

兩者本質一樣，寬度越大，傳輸速率自然越高；

3）吞吐量：機關時間内通過某個網絡〔或信道、接口）的資料量。受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。

4）時延：資料（封包或分組）從網絡（鍊路）一端傳送到另一端所需時間

①發送時延：主機或路由器發送資料幀所需要的時間，發送時延= 資料幀長度(bit)/發送速率(bit/s)；發生在機器内部的發送器中（一般為網絡擴充卡）。

②傳播時延：電磁波在信道中傳播一定距離需要花費的時間，傳播時延=信道長度(m)/電磁波在系電腦上的傳播速率(m/s)；發送在及其外的傳輸信道媒體上。

③處理時延：主機或路由器在受到分組時要花費一定的時間進行處理。

④排隊時延：分組進入路由器後要現在輸入隊列中排隊等待處理；路由器确定轉發接口後還要在輸出隊列中排隊等待轉發。

總時延等于以上四種時延之和。對于高速網絡鍊路，我們提高的僅僅是資料的發送速率而非比特在鍊路上的傳播速率，是以通常說的“光線信道的傳播速率高”是指可以用很高的速率向光纖信道發送資料，而光纖信道的傳播速率實際上比銅線的傳播速率略低。

5）時延帶寬積：時延帶寬積（體積）=傳播時延（長）*帶寬（截面積），以比特為機關的鍊路長度；

6）往返時間(RTT)：簡單來說，就是兩倍傳播時延(實際上還包括處理時延，排隊時延，轉發時的發送時延）；

7）使用率：分為信道使用率（某信道有百分之幾的時間是被利用的）和網絡使用率（全網絡的信道使用率的權重平均值）兩種。信道使用率不是越高越好，使用率過高會産生非常大的時延。

5.計算機網絡體系結構

1）OSI/RM一一一開放系統互連參考模型（法律上的國際标準）。

應用層、表示層、會話層、運輸層、網絡層、資料鍊路層、實體層

2）TCP/IP一一一事實上的國際标準。

應用層、運輸層、網際層、網絡接口層

3）網絡協定三要素：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，eg：在何種條件下，資料必須重傳或丢棄），同步（事件實作順序的詳細說明）

4）五層體系結構：綜合OSI和TCP/IP優點，便于學習

①應用層：通過應用程序間的互動完成特定網絡應用，是應用程序間通信和互動的規則，應用層互動的資料單元成為封包（HTTP，SMTP，FTP);

②運輸層：向兩台主機中程序之間的通信提供通用的資料傳輸服務。TCP提供面向連接配接的可靠地資料傳輸服務，資料傳輸機關是封包段；UDP提供無連接配接的盡最大努力的資料傳輸服務，資料傳輸機關是使用者資料報。

③網絡層：為分組交換網上的不同主機提供通信服務，将運輸層産生的封包段或使用者資料報封裝成分組或包傳輸，也稱為IP資料報或資料報(IP)。

④資料鍊路層：将網絡層交下來的IP資料報組裝成幀，在兩個相鄰節點(主機和路由器之間或路由器之間）間的鍊路上“透明”地傳送幀中的資料。每一幀包括資料和必要的控制資訊（如同步資訊、位址資訊、差錯控制等），在接收資料時，控制資訊使接收端能夠知道一個幀從哪個比特開始和到哪個比特結束，這樣資料鍊路層在接收到一個幀後，就可以從中提取出資料部分，上交網絡層。

⑤實體層：透明地傳送比特流（雙絞線、同軸電纜等不在實體層）。

6.實體、協定、服務之間關系

1）實體：任何可發送或接受資訊的硬體或軟體程序；

2）協定：控制兩個對等實體（或多個實體）進行通信的規則的集合（水準的）

3）服務：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 （垂直的）。要實作本層協定，還需要使用下層所提供的服務。下面的協定對上面的服務使用者是透明的。

3）服務訪向點SAP：同一系統相鄰兩層的實體進行互動的地方。