《计算机网络》——第一章 概述

笔记 评论

21世纪的重要特征：数字化、网络化、信息化；21世纪是一个以网络为核心的信息时代。

三大类网络：电信网络、有线电视网络、计算机网络

Internet中文译名：因特网、互联网(Internet是由数量极大的各种计算机网络互联起来的)

互联网的基本特点：连通性和共享

“互联网+”是一种新的经济形态：互联网+各个传统行业

负面影响：计算机病毒、恶意攻击

互联网概述

-> 计算机网络、互联网、主机

计算机网络(简称网络)是由若干**节点(node)和连接这些节点的链路(link)**组成

把分布在不同地理位置的独立自主的计算机系统用通信线路连接起来。在通行协议控制下实现资源共享的新型计算机系统

组成：若干主机、一个通信子网、一系列协议

互联网(网络的网络network of network)有多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成一个覆盖范围更大的计算机网络，即将原本孤立的网络联结起来

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主机(host)是与网络相连的计算机 --> 边缘部分，给用户提供服务(终端：使用服务，像手机)

网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过一些路由器(路由器是特殊的计算机，但它不是主机)连接在一起。

主机在边缘部分是为用户进行信息处理的，和其他主机通过网络交换信息；路由器是用来转发分组，即进行分组交换的

互联网基础结构三个发展阶段

-> internet/Internet、ISP

  • 单个网络ARPANET(美国DOD国防部)同互联网发展的过程

    • internet互连网是一个通用名词，泛指由多个计算机网络互联而成的计算机网络。通行协议是任意的。
    • Internet互联网/因特网是一个专用名词，指当前全球最大、最开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网。通行协议是TCP/IP协议族，其前身是美国ARPANET

  • 建成三级结构的互联网：主干网、地区网、校园网/企业网

  • 全球范围的多层次ISP结构的互联网

    • ISP互联网服务提供商(Internet Service Provider)，如中国电信、联通、移动，从互联网管理机构申请到许多IP地址，且拥有通信线路以及路由器等连网设备。用户需向ISP缴纳费用租用IP地址进行上网。

    • IXP互联网交换点(Internet eXchange Point)，为更快的转发分组和高效利用网络资源

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    • WWW万维网(World Wide Web)，方便广大非网络专业人员对网络的使用

互联网的标准化工作

互联网在指定其标准的最大特点是面向公众，所有标准都是以RFC的形式在互联网上发表

  • RFC请求评论(Request For Comments) 工程部和学术部通过收集对协议的评论 --> 标准
-> RFC

互联网的组成

-> 边缘部分(客户-服务器方式、P2P)

  1. 边缘部分 ：由所有连接在互联网上的主机组成，用户直接使用/接触的(向用户提供服务的)，用来进行通信和资源共享

    计算机通信是计算机中的进程(即运行着的程序)之间的通信。计算机网络采用的通信方式是客户-服务器方式、P2P

    （1）客户-服务器方式

    服务器被动等待，客户主动发出任务(正常)

    客户是服务器请求方，服务器是服务提供方。服务器请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。

    例子：发邮件、网上查资料

    以上所说的客户和服务器本来都指的是计算机进程(软件)

    使用计算机的人是计算机的“用户”(user)

    运行客户程序的机器称为client(客户机/客户端)，运行服务器程序的机器称为server(服务器/服务器端)

    （2）对等连接方式peer-to-peer

    两台主机在通信时，并不区分哪一个是服务请求方和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软件)，就可以进行平等的对等连接通信，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。

    P2P引起的版权问题：P2P服务器并不会储存和提供资源，它只会保存一个索引index用来找到拥有该资源的人。用户通过下载P2P软件，在服务器的指引下找到真正拥有资源的人来获取资料

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-> 核心部分(电路交换、报文交换、分组交换)

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

    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(不叫主机)，是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组(核心部分重要功能)。

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    (1)电路交换

    双方接通形成一条专用的物理通路，不使用挂断归还给予他人使用。

    电路交换：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)

    特点：独占性、语音服务、线路使用效率较低(2人一说<50%)

    (2)报文交换

    按序

    (3)分组交换

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    分组独立发，先发不一定先到

    以观看电影为例，我们发出看电影的请求，服务器会将电影的数据(很大)切割成一小块一小块块(分组)再放进链路中，数据被路由器接受并选择合适的路再继续发送下去，最终将数据全部放送到用户手机(终端)中。

    所以有一个现象：加载中的转圈(等待序号)，既是分发数据的延时，也是数据在路上开了小差(只有按先后序排列回原本的大数据才能看电影，且各小块数据送达的时间是随机的)。

    开了小差：乱丢错

计算机网络的类别

-> WAN,MAN,LAN,PAN
  • 按照网络的作用范围分类
    • 广域网WAN 几十到几千公里(跨国)
    • 城域网MAN 5~50km(城市)
    • 局域网LAN 1km(学校、企业)
    • 个人区域网PAN 10m
    • 微微网 蓝牙
  • 按照网络的使用者分类
    • 公共网 电信公司建造的大型网络，日常使用的网络
    • 专用网 部门
  • 用来把用户接入到互联网的网络
    • 接入网AN(Access Network)本地接入网/居民接入网

计算机网络的性能

-> 性能指标(速率、带宽、吞吐量、时延)

性能指标

  1. 速率(数据率、比特率) --> 网络技术中指数据的传输速率

    • 比特：信息论中使用的信息量的单位(二进制数字的0或1)

    • 速率单位：bit/s(bps) , B/s

      k = 1000 (k千, M兆, G吉, T太, P拍, E艾, Z泽, Y尧)

      现实生活中提到网络的速率，往往指的是额定速率或标称速率，并不是网络上实际运行的速率

  2. 带宽 --> 计算机网络中表示网络中某通道传送数据的能力(时域称谓)

    • 网络带宽指单位时间内数字信道所能传送的“最高数据率”

    • 带宽单位：bit/s

      某个信号具有的频带宽度(例广播)，即该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围(带宽=高频-低频)，单位是赫(频域称谓)

  3. 吞吐量 --> 单位时间内通过某个网络的实际数据量

    • 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制，且取决于实际情况

    • 例一：额定速率为100 Gbit/s，是吞吐量的绝对上限值，实际吞吐量可能<=100 Mbit/s

    • 例二：主机A和服务器B接入互联网的链路速率为100Mbit/s和 1Gbit/s，但主机A只能从服务器A那最大接收自己的速率100Mbit/s。若100个用户连接到服务器B，则服务器B的链路容量将被用户平分成每人10Mbit/s的带宽。这是主机A连接到服务器B的吞吐量只有10Mbit/s。

      当互联网某处发生严重堵塞，主机A接收不到服务器B发来的数据，吞吐量降为0。

      故日常交的宽带费用只保证某个路由器之间的数据传输速率，进入互联网之后就取决于互联网的流量分布(用户无法控制)

  4. 时延 latency

    （1）发送时延/传输时延 -->机器内部的发送器(网络适配器)

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    数据块长度：观看电影1GB ； 发送速率：每次传多少数据

    （2）传播时延 -->机器外部 从一个节点到另一个节点

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    信道长度：数据传输的距离 ； 电磁波在信道上的传播速率：定值，依所用介质而定

    （3）处理时延 --> 主机/路由器收到分组要分析首部、提取数据部分、进行差错检验或查找转发表

    （4）排队时延 --> 路由器内部分组排队等待处理和在接口等待转发

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  5. 利用率(信道利用率和网络利用率)

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非性能指标

费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护

计算机网络的体系结构

计算机网络的体系结构定义：计算机网络的各层及其协议的集合
–> 只讲层与层逻辑关系(面)，不讲一层一层实现的细节(点)

实现：计算网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所完成的功能的精确定义。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(implementation)的问题

体系结构是抽象的，而是现实是具体的，是真正在运行的计算机的软件和硬件

ISO和OSI/RM

ISO：国际标准化组织 International Standard Organization

OSI/RM：开放系统互联基本参考模型 Open Systems Interconnection Reference Model

网络协议的组成要素

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定成为网络协议，简称协议

  • 语法：结构、格式问题 --> 数据结构
  • 语义：功能问题 --> 实现什么功能
  • 同步：事件发生的先后次序

具有五层协议的体系结构(从下到上)

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  1. TCP/IP 四层结构 --> 商业标准(真正应用)

    Application:7,6,5 ; Transport: 4 ; Network: 3 ; Network Access: 2,1

    该体系只关心网络的互相连接，并不关心局域网的构建(2,1)

  2. OSI模型 --> 学术/国际标准

    （1）Physical：规定信号和介质

    （2）Data Link：帧、介质的访问控制

    （3）Network：路径的选择

    （4）Transport：流控，保证可靠性

    （5）Session：控制会话

    （6）Presentation：通用的数据格式，语法

    （7）Application：0,1转化用户可使用的

    功能冗余，复杂

  3. 具有五层协议的体系结构 -->教科书标准(不存在)

    为了能网络的相互连接，并关心局域网(小网)的构建。将TCP/IP 四层结构Application，Transport，Network和OSI模型Data Link，Physical合并成了教科版的五层协议结构。

    • 主机1向主机2发送数据
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主机1接收到"今天吃面的消息"从应用层开始从上到下在上一层的基础上进行逐层加密，通过介质传输到另一端再从下到上逐层进行解密将”今天吃面“显示给主机2

一些概念

-> 实体、协议

  • 实体：可发送或接受的硬件或软件进程(任务管理器中的皆是软件进程)

  • 协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合

    • 两个对等实体：网络层1-> 网络层2，网络层1 <- 网络层2

      ！注意：这只是逻辑通信(水平)，真正的通信是垂直通信(上文)

      协议是水平的(对等实体之间的通信规则)，服务是垂直的(能被上一层看见)

      在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够为上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。(只看见服务，看不见协议)

      IP协议支持最强

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  • 应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互规则。此进程指主机中正在运行的程序。报文是应用层交互的数据单元。

EurekaStudy Notes & Supplement

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