計算機網絡原理第一章——概述

一、計算機網絡概述

1.1概念

計算機網絡是互連的、自治的計算機集合

1.2功能

數據通信
資源共享

1.3特點

連通性：用戶之間可以互相交換信息
共享：即指資源共享

1.4組成

組成部分：硬件、軟件、協議
工作方式：
- 邊緣部分：用戶直接使用，由所有連接在互聯網上的主機組成
- 核心部分：爲邊緣部分提供服務，由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成
功能組成：通信子網、資源子網

1.5分類

分佈範圍：廣域網WAN、城域網MAN、局域網LAN、個域網PAN
使用者：公用網、專用網
交換技術：電路交換、報文交換、分組交換
拓撲結構：總線型、星型、環型、網狀型
傳輸技術：廣播式、點對點

1.6internet和Internet的區別

internet（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
Internet（互聯網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由衆多網絡相互連接而成的特定計算機網絡

互聯網（Internet）	互連網（internet）
相似之處
網絡的網絡
不同之處
特指遵循 TCP/IP 標準、利用路由器將各種計算機網絡互連起來而形成的、一個覆蓋全球的、特定的互連網	泛指由多個不同類型計算機網絡互連而成的網絡
使用TCP/IP	除TCP/IP外，還可以使用其他協議
是一個專用名詞	是一個通用名詞

1.7互連網基礎結構發展的三個階段

從單個網絡 ARPANET 向互聯網發展的過程
建成了三級結構的互聯網
逐漸形成了多層次 ISP 結構的互聯網

1.8成爲互聯網標準要經歷的三個階段

$互聯網草案 \Longrightarrow 建議標準 \Longrightarrow互聯網標準$

1.9國際標準化組織

國際標準化組織ISO
國際電信聯盟ITU
國際電氣電子工程師協會IEEE
Internet工程師任務組IETF

1.10互聯網的邊緣部分——端系統之間的兩種通信方式

端系統：處在互聯網邊緣部分的主機又稱爲端系統

客戶-服務器方式（C/S方式），即Client/Sever方式
客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方
對等方式（P2P方式），即Peer-to-Peer方式
對等連接方式從本質上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又是服務器

1.11在互聯網的核心部分起特殊作用——路由器

路由器是實現分組交換的關鍵構件，其任務是分組轉發

典型的交換技術：

電路交換
- 特點：所需要的電線對的數量與電話機數量的平方(N²)成正比
- 電路交換必定是面向連接的
- 三個階段：建立連接、通信、釋放連接
分組交換
- 特點：採用存儲轉發技術。在發送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數據段
報文交換

二、計算機網絡的性能指標

2.1速率

比特（bit）是計算機中數據量的單位
速率是計算機網絡中最重要的一個性能指標，指的是數據的傳送速率，它也稱爲數據率 (data rate) 或比特率 (bit rate)
速率往往是指額定速率或標稱速率，非實際運行速率

2.2帶寬

兩種不同意義：

指信號的頻帶寬度，單位是赫茲（HZ）
用來表示網絡中某通道傳送數據的能力。單位是bit/s(bps)，是指信道或鏈路中比特傳輸的速度。通常被稱爲容量或傳輸速率或最高數據率

注：在帶寬的上述兩種表述中，前者爲頻域稱謂，而後者爲時域稱謂，其本質是相同的。也就是說，一條通信鏈路的“帶寬”越寬，其所能傳輸的“最高數據率”也越高。

2.3時延

時延是指數據（一個報文或分組，甚至比特）從網絡一端傳到另一端所需的時間。有時也稱爲延遲或遲延。

網絡中的時延由以下部分組成：

發送時延：從發送數據幀的第一個比特算起，到最後一個比特發送完所需的時間
$發送時延 = \dfrac{數據幀長度（bit）}{帶寬（bit/s）}$
傳播時延：電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間
$傳播時延 = \dfrac{信道長度（米）}{信號在信道上的傳播速率（米/秒）}$
處理時延：主機或路由器在收到分組時，爲存儲轉發而進行一些必要處理所花費的時間

總時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延

2.4時延帶寬積

$時延帶寬積 = 傳播時延 × 帶寬$

2.5往返時間RTT

表示從發送方發送數據開始，到發送方收到來自接收方的確認ACK，總共經歷的時間

2.6吞吐量

表示在單位時間內通過某個網絡的有效數據量
$吞吐量 = \dfrac{傳輸大小}{傳輸時間}$ $傳輸時間 = RTT + 發送時間$

三、計算機網絡的體系結構

3.1開放系統互連參考模型OSI

OSI模型是一個七層的結構：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層

3.2協議與劃分層次

網絡協議的三個組成要素：
- 語法：數據與控制信息的結構或格式
- 語義：需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應
- 同步：事件實現順序的詳細說明
ARPANET 的研製經驗表明，對於非常複雜的計算機網絡協議，其結構應該是層次式的

各層完成的主要功能：
- 差錯控制：使相應層次對等方的通信更加可靠。
- 流量控制：發送端的發送速率必須使接收端來得及接收，不要太快。
- 分段和重裝：發送端將要發送的數據塊劃分爲更小的單位，在接收端將其還原。
- 複用和分用：發送端幾個高層會話複用一條低層的連接，在接收端再進行分用。
- 連接建立和釋放：交換數據前先建立一條邏輯連接，數據傳送結束後釋放連接。

3.3具有五層協議的體系結構

綜合 OSI 和 TCP/IP 的優點，採用一種只有五層協議的體系結構

3.4實體、協議、服務、服務訪問點

實體：表示任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程。
協議：是控制兩個對等實體進行通信的規則的集合。協議是“水平的” 。
服務：在協議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。要實現本層協議，還需要使用下層所提供的服務。服務是“垂直的”。本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面的協議。即下面的協議對上面的服務用戶是透明的。
服務訪問點：同一系統相鄰兩層的實體進行交互的地方，實際上就是一個邏輯接口。OSI把層與層之間交換的數據的單位稱爲服務數據單元SDU。