计算机网络（ISP，因特网组成，分组交换，计算机网络性能，网络体系机构）

基本概念

• 网络（network）：网络是由若干个节点（node)和链路（link)组成。
• 路由器：把网络连接起来。
• 互联网（Internet）：网络的网络(network of network)，世界上最大的网络。
• 连网类型：点对点连接，总线连接，星型连接，环形连接
• 主机（host):连接在互联网上的计算机

ISP

• 因特网服务提供者ISP（Internet Service Provider)：用户通过这个ISP接上网络
• ISP从因特网管理机构申请IP地址（把一大批IP地址批发给合格的ISP),用户从ISP中有偿申请一个IP,获取使用权，就可以通过该ISP接入互联网（即上网）。
• 根据提供服务的覆盖面积大小和所拥有的IP地址数目的不同，ISP分为不同层次。

互联网交换点IXP

• （Internet eXchange Point）：亦称为IX，IXP互联网交换中心（IXP、IX）即负责这些不同的网络之间互相通信的交换点，是互联网的关键基础设施，由一个或者多个网络交换机组成。
• 主要功能： 主要功能就是允许两个网络直接连接并交换分组，而不需要通过第三个网络转发分组。（两个主机可以通过IXP提供的端口，在两个地区ISP之间在数据链路层用高速链路直接连接和对等地交换分组，而不用通过上层的ISP)，快速高效。

因特网组成

边缘部分

边缘部分由所有连接在因特网的主机（host)组成。 用户可以使用主机实现通信和资源共享。称为端系统（endsystem)，利用核心部分提供的服务，使得众多的主机之间可以通信交换和共享信息。

计算机之间通信

运行在两个主机之间的的两个程序（进程）进行通信，进程就是“运行中的程序”。
通信方式：

• 客户-服务器方式（C/S方式）：
  • 服务器（server) ：服务提供方
  • 服务器程序：
    • 一种专门提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
    • 系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自多个客户通信请求，不需要知道客户端的地址。
  • 需要由强大的硬件和高级的操作系统支持。
  • 客户端（client）：服务请求方
  • 客户端程序：
    • 被用户调用后运行，通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务），需要知道服务器地址。
    • 不需要特殊的硬件和复杂的操作系统。
  • 一旦建立连接，通信是双向的，客户端和服务器都可以发送和接收数据。
• 对等方式（P2P方式，peer-to-peer）
  • 只要都运行了对等连接的软件（P2P软件），它们就可以进行对等的连接通信，两个主机通信时不区分服务请求方和服务提供方，对等连接的每个主机都是客户端和服务器。
  • P2P文件共享：连接双方都可以下载对方存储在硬盘中的共享文档。
  • 对等连接工作方式可支持多个对等用户同时工作。

核心部分

核心部分由大量的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）。在因特网的核心部分的路由一般是由高速链路连接，边缘部分的主机则通过较低速率的链路连接到核心部分。使得边缘部分的任意一台主机都可以与其他主机进行通信。

• 路由器（router）：实现分组交换(packet switching)的关键部件，任务转发收到的分组到其他网络，进行分组交换的。

交换

（switching) :按照某种方式动态分配传输线路的资源。

电路交换

建立连接 ->通话 ->释放连接（资源），整个过程都始终占用端对端的通信资源。

分组交换

• 分组交换技术（Packet switching technology）：也称包交换技术。
• 报文（message）：用户传送的整块数据
• 发送报文前，将用户传送的整块数据划分成一定的长度，在每一个数据段前面加上一些必要的控制信息组成的首部（header），构成一个分组）packet），而分组的首部也称为包头。
  • 分组是网络中传输的数据单元。
  • 分组的头部包含了目的地址和源地址等控制信息，使得每一个才能才能在因特网中独立地选择传输路径，并交付到分组传输的终点。
  • 分组交换的存储转发

交换过程

边缘主机先将整块数据划分为等长的数据段并组装成多个分组，并发送给路由器， 路由器接收到一个分组，将其缓存在路由器的内存（存储器），检查其首部，查找转发表，按照首部的目的地址，找到合适的接口，从合适的链路转发出去，把分组交付给下一个路由器，直到最终的最终的目的主机。

• 路由器存储的是分组而不是整个报文
• 一个主机的多个进程（并行的程序）可以和不同的主机进行通信。
• 分组交换过程中，不需要在传送之前占用端到端的通信资源，只需要在某一段链路传送时才占用该链路的通信资源。
• 实现转储交换的分组交换，实质上就是采用在数据通信的过程中断续（或动态）分配传输带宽的策略。

计算机网络

一些相互连接（通信）的自治（独立运行）的计算机的集合
按网络作用范围分类

• 广域网 WAN(Wide Area Network)
  因特网的核心部分，通过长距离运送主机所发送的数据。连接广域网的结点一般都是用高速链路。

• 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
  • 作用范围一般是一个城市，距离5~50 km ,很多城域网用以太网技术。
• 局域网LAN(Local Area Network)
  • 一般用微型计算机或者工作站通过高速链路连接，但是地理上范围较少（1km左右），一个学校内称为校园网，企业内称为企业网
• 个人区域网 PAN (Personal Area Network)
  • 个人工作的地方把属于个人使用的电子设备通过无线技术连接起来的网络。（10m左右），也称为无线个人区域网。

按使用者分类

• 公用网
  交费后即可使用的大型网络（如电信）
• 专用网
  部分内部的专用网（如公安）。

计算机网络性能

速率

• 数据量单位：bit
• 定义：网络技术的速率是指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传数据的速率，成为数据率（data rate)或比特率（bit rate)，单位是 b / s （比特每秒）

带宽

• 定义：某个信号的频带宽度。
• 信号的带宽是信号中不同频率成份所占据的频率范围，通信线路允许通过的信号频带范围就是线路的带宽，单位Hz。
• 网络上的带宽是网络的通信线路传送数据的能力，单位时间从网络的某一点到另一点的“最高数据率”，单位是b/s。

吞吐量

*定义： 单位时间内通过某个网络的数据量。

时延

• 定义 ：数据从网络（链路）的一段传送到另一端所需的时间。
  发送时延
  主机或者路由器发送数据帧的时间（从第一个bit到该数据帧的最后一个bit的时间），数据帧长度b/发送速率b/s
  传播时延
  电磁波在信道中传播一定距离的时间。信道长度m/电磁波在信道上的传播速率m/s
  ** 处理时延**
  主机或路由器在收到分组时花费（分析头部等）的时间。
  ** 排队时延**
  分组在经过网络传输时要经过路由器，分组路由器后要先在输入队列中排队等待处理，在路由器确定转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发，产生了的时间。

时延带宽积

传播时延 x 带宽 ， 以比特单位的链路长度。表示在第一个比特即将到达终点时，发送端已经发送的数据量。

往返时间RTT

发送方发送数据开始，到发送方到来自接收方确认（发送方收到数据后立即发送确认)所经历的总时间。

利用率

信道利用率
指出某信道有百分之几的时间时被利用的（有数据通过），但是过高要增加时延。
网络利用率
全网络的信道利用率的加权平均值。

计算机网络体系结构

• 网络协议 ：为进行网络中的数据交换而建立的规则，标准或者约定。
• 网络的体系结构：计算机网络各层及其协议的集合。
• OSI标准在理论上是分为七个层：应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层。
• 但是实现的TCP/IP协议是分为四层：应用层，传输层，网际层和网络接口层
• 学习过程中分为五层：应用层，运输层，网络层，数据链路层，物理层。

网络层次

应用层
应用进程间的交互和通信的规则，协议有HTTP协议，SMTP协议，FTP协议等，传输的数据的数据单元为报文（message）
传输层
向两个主机进程之间的的通信提供通用的数据传输服务，为进程传送应用层报文（message）

• 传输控制协议TCP：提供面向连接的，可靠的数据传输服务，数据传输单元是报文段。
• 用户数据报协议UDP：提供无连接的，尽最大努力的数据传输服务，数据传输单元是用户数据报。
  网络层
• 为分组交换网的不同主机提供通信服务。将传输层的产生的报文段或者用户数据报封装为分组（IP数据报），包（pocket）进行传输。
• 选择合适的路由，使得源主机的分组或者包可以通过网络的路由找到目的主机。
• 主要协议是网际协议IP协议
  数据链路层
  在两个相邻的结点之间传送数据时，数据链路层将网络层的IP数据报组装成帧，通过链路进行传输。
  物理层
  将数据链路层的帧转换为一串比特流，通过物理介质传输。

TCP/IP体系结构

• 源主机将应用层的报文发送传输层，传输层将报文分段送到网络层，网际层将分组传给网络接口层
• 路由器之间转发分组只用到网际层和网络接口层。
• 目的主机进行着与源主机相反的操作。

最后

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