计算机网络概述

一、计算机网络向用户提供的最重要的功能

1. 连通性：上网用户之间都可以交换信息
2. 共享：信息共享、软件共享(如远程桌面)、硬件共享(如两台计算机通过网络使用同一台打印机)

二、因特网概述

1. 网络由若干结点和连接结点的链路组成
2. 互联网是网络的网络
3. 因特网是全球最大的互联网，连接在因特网上的计算机都称为主机
   注意：网络把许多计算机连接在一起，互联网把许多网络连接在一起，如图：
   
4. 因特网发展的三个阶段：

(1) 第一阶段是从单个网络向互联网发展的阶段

(2) 第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网
三级计算机网络分为主干网、地区网、校园网(或企业网)

(3) 第三阶段的特点是形成了多层次ISP结构的因特网
ISP指的是因特网服务提供者，如联通、电信、移动等，如图：

三、因特网的组成

1. 边缘部分：由所有连接在因特网上的主机(端系统)组成，这部分是用户直接使用，用于进行通信 和资源共享

2. 核心部分：由网络和连接这些网络的路由器组成，这部分为边缘部分提供连通性和交换的服务
   

3. 两种边缘部分的主机间通信方式：
   主机间运行的程序之间的通信方式可划分为两大类

(1) 客户服务器方式(C/S方式)：

• 客户和服务器指的是两个应用进程

• 客户是服务请求方，服务器是服务的提供方，如图：
  

• 客户软件的特点：
  ① 当多个计算机都从服务器下载资源，网络会卡顿
  ② 客户程序必须知道服务器程序的地址

• 服务器软件的特点：
  系统启动后一直不断的运行着，被动的等待并接受来自客户的通信请求，即服务器程 序不需要知道客户程序的地址

(2) 对等方式(P2P方式)：

• 指的是两个主机在通信时并不区分哪一个是客户哪一个是服务器
• 两个主机只要运行了对等连接软件，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资源
• 对等连接方式特点：
  本质上仍然是客户服务器方式，只是每一个主机既是客户又是服务器，如图：
  
  D从服务器下载，C可从D或服务器下载， F可从C或D或服务器下载，故下载人数 越多，下载源越多，下载越快

4. 因特网的核心部分
   (1) 向边缘部分的主机提供连通性，使边缘部分的任何一个主机都能够与其他主机通信
   (2) 核心部分起重要作用的是路由器
   (3) 路由器是实现分组交换的关键结构，其任务是转发收到的分组
   
   (4) 电路交换

• 电路交换的三个过程：建立连接、通信、释放连接

• 电路交换举例：
  
  

• 由以上得知电路交换的线路利用率很低

(5) 分组交换

• 特点

(1) 在发送端，把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段

(2) 每一个数据段前面添加首部构成分组

(3) 以分组为传输单元，依次把分组发送到接收端

(4) 分组首部的重要性：

1. 首部含有地址等控制信息
2. 结点交换机根据分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机
3. 以这种存储转发方式，最终分组可到达目的地

(5) 接收端收到分组后剖去首部还原成报文

(6) 路由器

• 在路由器的输入和输出端口之间没有直接连线
• 路由器处理分组的过程是：
  ① 把收到的分组先放入缓存(临时存储)
  ② 查找转发表，找出某个目的地址应从哪个端口转发
  ③ 把分组送到适当的端口转发出去
• 主机和路由器的作用不同：
  ① 主机向网络发送分组，从网络接收分组
  ② 路由器对分组进行存储转发

(7) 分组交换的特点

• 分组交换不需要提前确定线路，会在每个路由器找到最佳路径，避免了占线问题
• 分组在各结点存储转发时需要排队，这会造成一定的时延
• 分组必须携带首部，造成了一定的开销

(8) 报文交换方式

• 不会将数据分段
• 报文一般比分组长的多
• 报文交换的时延较长

(9) 三种交换方式的对比

四、几种不同类别的网络

五、计算机网络的性能指标

1. 速率
   速率即数据率或比特率，是计算机网络中最重要的一个性能指标，速率的单位是b/s，kb/s等

2. 带宽
   带宽是数字信道所能传送的最高数据率，单位是b/s (bit/s)

3. 吞吐量
   吞吐量表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量

4. 时延

• 传输时延(发送时延)：发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间，也就是从 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
  

• 传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离而花费的时间
  注意：传播速率和传输速率是两个完全不同的概念
  

• 处理时延：在结点中为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间

• 排队时延：节点中分组排队所经历的时延

• 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

• 四种时延所产生的地方：
  

• 对于高速链路，提高的仅仅是数据的发送速率，而不是比特在链路上的传播速率

5. 时延带宽积
   表示链路中充满数据量时的情况
6. 利用率

• 信道利用率是某信道有百分之几是被利用的(有数据通过的)，完全空闲的信道利用率是零
• 网络利用率是全网络信道利用率的加权平均值
• 信道利用率并不是越高越好，当信道的利用率增大时，该信道的时延也迅速增加
  类比路上的车，车越多，利用率越高，但堵车，速度慢；车少，利用率低，但速度快
  

7. 往返时间
   从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认收到数据的回应

六、计算机网络的体系结构

1. 两种国际标准

• 法律上的国际标准OSI并没有得到市场的认可
• 事实上的国际标准是TCP/IP

2. 对计算机网络分层的好处

• 各层之间是独立的，互不影响
• 能促进标准化工作
• 上层单向使用下层提供的服务

3. 具有五层协议的体系结构
   

4. 主机1向主机2发送数据
   

5. 主机2接收从主机1发来的数据

6. 实体、协议、服务和服务访问点
   • 实体表示任何可发送或接收消息的硬件或软件进程
   • 协议是两个对等实体间进行通信的规则的集合
   • 本层能够向上层提供服务，要实现本层的协议，需要使用下层提供的服务
   • 协议是水平的，服务是垂直的
   • 两层实体进行交互的地方称为服务访问点SAP