一、概述

1、计算机网络概述

基本概念

• 以网络为核心的信息时代：数字化、信息化、网络化

• 网络：结点+链路+主机

• 互连网（internet）：网络+网关（路由器）

• 互联网（Internet）：因特网

• 电信网络：电话、电报及传真等

• 有线电视网络：传送各种电视节目 计算机网络：在计算机之间传送数据

网络的两个重要基本特点

• 连通性 (Connectivity) 交换信息
• 共享 (Sharing) 资源共享

发展阶段

• 第一阶段：从单个网络 ARPANET 向互联 网发展的过程。1983 年， TCP/IP 协议成为 ARPANET 上 的标准协议，因此人们把 1983 年作为互联网的诞生时间。
  远景研究规划局ARPA(Advanced Research Project Agency)：分组交换、分层次的网络体系、交未完善的通信协议

• 第二阶段：建成了三级结构的互联网。
  美国国家科学基金会NSF建设的NSFNET(国家科学基金网)，主要用于大学和科研机构。主干网、地区网和校园网(或企业网)

• 第三阶段：逐渐形成了多层次 ISP 结构的互联网。
  • 出现了互联网服务提供商 ISP (Internet Service Provider)。
  • 任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定 的费用，就可从该 ISP 获取所需 IP 地址的使用权，并可通过该 ISP 接入到互联网。

2、互联网组成及分组交换

互联网组成：边缘与核心

• 边缘部分： 由所有连接在因特网上的主机组成。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)。
  

边缘：端到端的通信方式

• 边缘部分：主机又叫端系统
  “主机A和主机B进行通信”，实际上是指:“A的某个程序(进程)和B的另一个程序(进程)进行通信”

• 端系统两种通信方式
  • 客户服务器方式(C/S方式) 即Client/Server方式
  • 对等方式(P2P方式) 即 Peer-to-Peer方式

• 客户服务器方式(C/S方式)
  服务器端软件：自动调用、持续运行、被动等待、不需要知道客户程序的地址、硬件操作系统要求高
  客户端软件：用户调用后运行、主动发起请求、必须知道服务器程序的地址
  

• 对等方式(P2P方式)
  不区分客户与服务端，运行对等连接软件(P2P 软件，如QQ、BT、电驴、迅雷）。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个主机既是客户又是服务器。

核心：路由器的分组交换

• 主机：信息处理，接受或发送分组

• 路由器（router）：路由器是实现分组交换(packet switching) 的关键构件，其任务是对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机，这是网络核心部分最重要的功能。

• 数据交换：按照某种方式动态地分配传输线路的资源
  电路交换 Circuit Switching
  组交换 Packet Switching
  报文交换 Message Switching

• 电路交换：电路联接、交换机、面向连接、效率低、建立连接 – 通信 – 释放连接、不适用计算机通信的突发性
  

• 分组交换： 以分组为单位、存储-转发（路由器收到分组-存储-检查首部-查找转发表-按照首部 中的目的地址找到合适的接口转发出去） 、动态分配、高效率、灵活、迅速（无需建立连接）、网络协议来保证可靠性、排队时延、首部开销
  

• 报文交换 ：时延很长，几乎不用
  

3、性能指标

速率

数据的传送速率，单位时间内能发送多少bit，也叫数据率 (data rate)或比特率 (bit rate)。单位是 bit/s，或kbit/s、Mbit/s、Gbit/s 等

带宽

网络中某通道传送数据的能力，表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是 bit/s

吞吐量

单位时间内通过某个网络 (或信道、接口)的数据量，仅仅是个统计量，不代表性能优劣

时延

指数据(一个报文或分组，甚至比特)从网络(或
链路)的一端传送到另一端所需的时间。

• 发送时延：传输时延，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的时间。发送时延 = 数据帧长度(bit) / 发送速率(bit/s)
• 传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。传播时延 = 信道长度(米) 信号 / 在信道上的传播速率(米/秒)
• 处理时延：主机或路由器在收到分组时，为处理分组(例如分 析首部、提取数据、差错检验或查找路由)所花费的时间。
• 排队时延：分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延。

宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。 宽带线路：每秒有更多比特从计算机注入到线路。(不是并行线路变宽)

时延带宽积

以比特为单位的链路长度。 时延带宽积 = 传播时延  带宽

往返时间RTT

往返时间表示从发送方发送数据开始，到发送方 收到来自接收方的确认，总共经历的时间。（ping）

利用率

• 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。
• 信道利用率并非越高越好。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。（堵车）

4、体系结构

解决计算机网络的复杂性和异质性——分层：下层为上层提供服务，封装与拆封

协议数据单元(PDU)

• 对等层之间交换的信息报文统称为协议数据单元(Protocol Data Unit，PDU)，PDU由协议控制信息(协议头或者首部，如地址、序号、长度、分段标志、差错控制信息)和数据组成
• 封装：就是自上而下在数据前面加上特定的协议首部

网络协议

• 网络协议中的三元素：语法,语义,同步
  语法： 确定通信双方"如何讲",定义了数据格式,编码和信号电平等
  语义： 确定通信双方"讲什么",定义了用于协调同步和差错处理等控制信息
  同步： 确定通信双方"讲话的次序",定义了速度匹配和排序等.

两种标准

• 法律上的 (de jure) 国际标准开放系统互连参考模型OSI/RM (Open Systems Interconnection Reference Model) 并没有得到市场的认可。
• 非国际标准TCP/IP协议却获得了最广泛的应用。TCP/IP 常被称为事实上的 (de facto) 国际标准
  

数据交付

最后

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