计算机网络概述

75 阅读 0 评论 50 点赞

我是靠谱客的博主怕孤单水杯，最近开发中收集的这篇文章主要介绍计算机网络概述，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

1.1计算机网络在信息时代中的作用

21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
三大类大家很熟悉的网络：即电信网络、有线电视网络和计算机网络
电信网络：向用户提供电话、电话及传真等服务
有线电视网络：向用户传送各种电视节目
计算机网络：使用户能在计算机之间穿送数据文件

互联网之所以能够向用户提供许多服务，就是因为互联网具有两个重要基本特点，即连通性和共享
所谓共享就是资源共享可以是信息共享、软件共享、也可以是硬件共享。

1.2互联网概述

1.2.1网络的网络
计算机网络：由若干结点和连接这些结点的链路组成，网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等

网络之间还可以通过路由器互连起立，就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，这样的网络称为互联网

基本概念：网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起，与网络相连的计算机常称为主机

1.2.1互联网基础发展的三个阶段
第一阶段：从单个网格ARPANET向互联网发展的过程

internet （互连网）/ Internet（互联网）
internet：是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络
Internet：一个人专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网
它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET

第二阶段的特点：建成了三级结构的互联网即国家科学基金网NEFNET，它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网(或企业网)

第三阶段的特点：逐渐形成了多层次ISP结构的互联网，ISP为互联网服务提供商

根据提供服务的覆盖面积大小及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分为不同层次的：有主干ISP、地区ISP和本地ISP

人们开始研究如何更快地转发分组，以及如何更加有效地利用网络资源，于是互联网交换点IXP就应运而生了
IXP的作用就是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组

1.3互联网的组成

（边缘部分）由所有连接在互联网上的主机组成，这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享

（核心部分）由大量网络和连接这些网络的路由器组成，这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）

1.3.1互联网的边缘部分

互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有主机,这些主机又称为端系统，端即为互联网的末端
ISP不仅仅是向端系统提供服务，它也可以拥有一些端系统

计算机之间通信：主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信

在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可以划分为两大类：客户-服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)

1.客户-服务器方式
所描述的是进程之间服务和被服务的关系，最主要的特征就是 客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
在实际应用中，客户程序和服务器程序通常还具有以下一些主要特征
客户程序：（1）被用户调用后运行，在通信时主动向远的服务器发起通信(请求服务)，因此客户程序必须知道服务器程序的地址。（2）不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

服务器程序（1）是一种专门用来提供某种服务的程序，可以同时处理多个远地或本地客户的请求。（2）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各地地客户地通信请求，因此，服务器程序不需要知道客户程序地地址。（3）一般需要有强大的硬件和高级地操作系统支持

客户与服务器地通信关系建立后，通信可以是双向地，客户和服务器都可以发送和接收数据。
客户和服务器本来都指地是计算机进程（软件）

2.对等连接方式

对等连接：指两台主机在通信时并不区分哪一个时服务请求方，哪一个是服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件(P2P),他们就可以进行平等的、对等连接通信，此时双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。实际上，对等连接方式从本质上看仍然是使用客户-服务器方式，只是对等连接中的每一台主机既是客户又同时是服务器

1.3.2互联网的核心部分

在网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一台主机都能够向其他主机通信
在网络核心部分起特殊作用的是路由器，它是一种专用计算机。路由器是实现分组交换的关键构建，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能，为了ascertain(弄清楚)分组交换，下面先介绍电路交换的基本概念。

1、建立连接(占用通信资源)----->通话(一直占用通信资源)------->释放连接(归还通信资源) 三个步骤的交换方式称为“电路交换”
电路交换的一个重要特点就是：在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。
当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往是很低的，因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的，因此线路真正用来传送地时间往往不到10%甚至1%，已被用户占用地通信线路资源在绝大部分时间都是空闲地

2、分组交换

分组交换则采用存储转发技术，
把一个报文划分为几个分组再进行传送，把要发送地整块数据称为一个报文
在发送报文之前，先把较长地报文划分成为一个个更小的等长数据段，在每个数据段前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部，就构成了一个“分组” 分组又称为"包”，分组的首部也可以称为“包头”分组时在互联网中传送的数据单元，分组中的“首部”非常重要包含了诸如目的地址，源地址等重要控制信息

位于网络边缘的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机，但他们的作用缺很不一样。主机是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息，路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换的。
路由器暂时存储的是一个个短分组，而不是整个的长报文。短分组是暂时存在路由器的存储器中而不是存储在磁盘中，这就保证了较高的交换速率

分组交换也会造成一定的时延，造成一定的开销

电路交换-----整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送
报文交换-----整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点
分组交换-----单个分组(这只是整个报文的一部分)传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

1.4计算机网络在我国的发展

1.5计算机网络的类别

1.按照网络的作用范围进行分类
1）广域网WAN :也称为远程网，广域网是互联网的核心部分
2)城域网MAN
3）局域网LAN（通常有校园网或企业网）
4）个人区域网PAN

若中央处理机的距离非常近，则一般就称为多处理机系统而不是称它为计算机网络

2.按照网络的使用者进行分类
1）公用网 2）专用网 3）用来把用户接入到互联网的网络(接入网)

1.6计算机网络的性能
重要指标和非重要指标
1）速率：数据的传送速率，单位bit/s
当提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率，而并非网络实际上运行的速率
2）带宽：原指某个信号具有的频带宽度单位赫，现在表示某信道允许通过的信号频带范围就称为该信道的带宽(或通频带)
在一条通信链路中，带宽越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高
3）吞吐量：表示在单位时间内通过某个网络的实际的数据量，有时吞吐量还可以用每秒传送的字节数或帧数来表示
4）时延：指数据(一个报文或分组，甚至是比特)从网络(或链路的)的一端传送到另一端所需要的时间
1))发送时延：是主机或路由器发送数据帧所需要的时间(从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间，因此发送时延也叫做传输时延)
公式：发送时延=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)
由此可见对于一定的网络发送时延并不是固定不变的，而是与发送的帧长成正比，与发送速率成反比
2))传播时延：是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间
计算公式是：传播时延=信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s)

发送时延发生在机器内部，与传输信道的长度(或信号传送的距离)没有任何关系
传播时延发生在机器外部的传输信道媒体上，而与信号的发送速率无关，信号穿送的距离越远，传播时延就越大。
3))处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理
4))排队时延：分组在经过网络传输时，要经过许多路由器，但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。
总时延=发送时延 + 传播时延 +处理时延 + 排队时延
5))时延带宽积即时延带宽积=传播时延 x 带宽又称以比特为单位的链路长度
6))往返时间RTT
发送时间=数据长度/发送速率
有效数据率=数据长度/(发送时间+RTT)
7))利用率：分有信利用率和网络利用率两种
信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)，完全空闲的信道的利用率是零
网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值
如果令D0表示网络空闲的时延，D表示网络当前的时延，在适当的假定条件下，D0和利用率U之间的关系：D=D0/(1-U) U 代表网络的利用率 信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延。

1.6计算机网络的非性能特征
1）费用 2）质量 3）标准化 4）可靠性 5）可扩展性和可升级性 6）易于管理和维护

1.7计算机网络体系结构
1)网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定
2)网络协议由语法、语义、同步三个要素组成
1))语法，即数据与控制信息的结构或格式
2))语义，即需要发出任何控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
3))同步，即事件实现顺序的详细说明

计算机网路的各层及其协议的集合就是网络的体系结构
计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义
需要强调的是：这些功能究竟是用何种硬件或软件完成的，则是一个遵循这种体系结构的实现问题
总之，体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件

3)具有五层协议的体系结构

传输控制协议TCP-----提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段
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(不保证数据传输的可靠性)，其数据传输的单位是用户数据报

1.7.1实体、协议、服务和服务访问点
实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件
协议：是控制两个对等实体进行通信的规则的集合
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务
协议是水平的，即协议是控制对等实体之间通信的规则，但服务是垂直的，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的，但并非在一个层内完成的全部功能都称为服务
服务访问点(SPA)在同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方，OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元

1.7.2 TCP/IP的体系结构

体系结构比较简单，它只有四层
分层次表示具体的协议，它的特点是上下两头大而中间小