1.1計算機網(wǎng)絡在信息時代的作用

連通性：彼此連通，交換信息

共享：信息共享，軟硬件共享（比如遠程連接電腦使用其軟件，打印機）

1.2因特網(wǎng)概述

網(wǎng)絡：由若干結點（計算機）和連接這些節(jié)點的鏈路組成。

internet互聯(lián)網(wǎng)：網(wǎng)絡和網(wǎng)絡之間通過路由器互連起來，這樣就構成了一個覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡，即互聯(lián)網(wǎng)

Internet因特網(wǎng)：全球最大的一個互聯(lián)網(wǎng)

ISP（因特網(wǎng)服務提供者）：隨著網(wǎng)絡的發(fā)展，逐漸形成了多層次ISP結構的因特網(wǎng)；

根據(jù)提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數(shù)目的不同，ISP也分成為不同的層次：主干ISP、地區(qū)ISP和本地ISP。

1.3因特網(wǎng)的組成

（1）邊緣部分：由所有連接在因特網(wǎng)上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信 （傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。

（2）核心部分：由大量網(wǎng)絡和連接這些網(wǎng)絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務 的（提供連通性和交換）。

在網(wǎng)絡核心部分起特殊作用的是路由器，它是一種專用計算機。路由器是實現(xiàn)分組交換的關鍵構件，其任務是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組。

3.1邊緣部分的通信方式

主機之間的通信方式：客戶服務器方式、對等連接方式

3.1.1客戶服務器方式

客戶-服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系?？蛻羰欠照埱蠓?，服務器是服務提供方（本來都指的是計算機進程）。

3.1.2對等連接方式

對等連接是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務請求方還是服務提供方。只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。這時雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲到硬盤中的共享文檔。

3.2核心部分的數(shù)據(jù)交換方式

3.2.1電路交換

整個報文的比特流連續(xù)地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送；適合與數(shù)據(jù)量很大的實時性傳輸，核心路由器之間可以使用電路交換。

3.2.2報文交換

整個報文先傳送到相鄰結點，全部存儲下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表（需要時間），轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點。

3.2.3分組交換

單個分組（這只是這個報文的一部分）傳送到相鄰結點，存儲下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點。

1.4計算機網(wǎng)絡的類別

關于計算機網(wǎng)絡最簡單的定義是：一些互相連接的、自治的計算機的集合。

1.4.1按網(wǎng)絡的作用范圍分類

廣域網(wǎng)WAN（Wide Area Network）：花錢買服務，花錢買帶寬；廣域網(wǎng)的作用范圍通常為幾十到幾千公里，其任務是通過長距離運送主機所發(fā)送的數(shù)據(jù)；連接廣域網(wǎng)各結點交換機的鏈路一般都是高速鏈路，具有較大的通信容量。

城域網(wǎng)MAN（Metropolitan Area Network）：作用范圍約5~50公里。

局域網(wǎng)LAN（Local Area Network）：自己購買設備，自己維護，帶寬固定；局域網(wǎng)一般用微型計算機或工作站通過通信線路相連，速率通常在10Mb/s以上，范圍比較小，比如1km內(nèi)。

個人區(qū)域網(wǎng)PAN（Personal Area Network）：就是在個人工作的地方把屬于個人使用的電子設備用無線技術連接起來的網(wǎng)絡，其范圍大約在10m左右。

新的理解，不單單從網(wǎng)絡覆蓋范圍區(qū)分局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)；應用了廣域網(wǎng)技術，即使距離近也是廣域網(wǎng)，應用了局域網(wǎng)技術，即使距離遠也是局域網(wǎng)。

1.4.2按網(wǎng)絡的使用者進行分類

公有網(wǎng)：指電信公司出資建造的大型網(wǎng)絡，公用的意思是所有愿意按電信公司的規(guī)定繳納費用的人都可以使用這種網(wǎng)絡。

專用網(wǎng)：某個部門或行業(yè)為各自的需要而建造的網(wǎng)絡，不對外人提供服務。

1.4.3拓撲結構

總線型、環(huán)型、星型、樹型、網(wǎng)狀

1.4.4按交換方式分類

電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)

1.4.5工作方式分類

資源子網(wǎng)、通信網(wǎng)、接入網(wǎng)

1.6計算機網(wǎng)絡的性能

1.6.1性能特征

1.速率= 總比特數(shù) / 時間（bit/s）

2.帶寬：原本表示通信線路允許通過的（電話）信號頻帶范圍，現(xiàn)在多用來表示網(wǎng)絡的通信線路傳輸數(shù)據(jù)的能力，即在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。

3.吞吐量：表示單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。(bit/s)

4.時延：指數(shù)據(jù)（一個報文或分組，甚至是比特）從網(wǎng)絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。網(wǎng)絡中的時延是由以下幾個不同的部分組成的：

4.1.發(fā)送時延：是主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間。

4.2.傳播時延：是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。

4.3.處理時延：主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理，例如分析分組的首部、從分組中提取數(shù)據(jù)部分、進行差錯檢驗或查找適當?shù)穆酚傻鹊取?/p>

4.4.排隊時延：分組在經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸時，要經(jīng)過許多路由器。但分組在進入路由器后要先在輸入隊列中排隊等待處理；在路由器確定了轉(zhuǎn)發(fā)接口后，還要在輸出隊列中排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)，這就產(chǎn)生了排隊時延。

時延 = 發(fā)送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延

5.時延帶寬積= 傳播時延 * 帶寬。表示一段鏈路可容納的比特數(shù)。

6.往返時間RTT：表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到接收方的確認（接收方收到數(shù)據(jù)后便立即發(fā)送確認）總共經(jīng)歷的時間。

7.利用率：分為信道利用率和網(wǎng)絡利用率兩種。信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過）；網(wǎng)絡利用率則是全網(wǎng)絡的信道利用率的加權平均值。

信道或網(wǎng)絡利用率過高會產(chǎn)生非常大的時延。因此，一些擁有較大主干網(wǎng)的ISP通?？刂扑麄兊男诺览寐什怀^50%。如果超過了就要準備擴容，增大線路的帶寬。

1.6.2非性能特征

費用：包括設計和實現(xiàn)的費用

質(zhì)量：取決于網(wǎng)絡的可靠性、管理的簡易性，以及網(wǎng)絡的一些性能等。

標準化：最好采用國際標準的設計，這樣可以得到更好的互操作性，更易于升級換代和維護，也更容易得到技術上的支持。

可靠性：與網(wǎng)絡的質(zhì)量和性能都有密切關系。

可擴展性和可升級性：規(guī)模擴大和性能、版本的提高。

易于維護和使用：網(wǎng)絡如果沒有良好的管理和維護，就很難達到和保持所設計的性能。

1.7計算機網(wǎng)絡的體系結構

1.7.1協(xié)議與劃分層次

在計算機網(wǎng)絡中要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，就必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關的同步問題，這里的同步指在一定的條件下應當發(fā)生什么事件（如發(fā)送一個應答信息），因而同步含有時序的意思。這些為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或者約定稱為網(wǎng)絡協(xié)議。

計算機網(wǎng)絡的體系結構就是這個計算機網(wǎng)絡及其構件所應完成的功能的準確定義。

網(wǎng)絡協(xié)議主要由以下三個要素組成：

（1）語法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結構或格式；

（2）語義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應；

（3）同步，即事件實現(xiàn)順序的詳細說明。

1.分層的好處

（1）各層之間的獨立的。某一層并不需要知道它的下一層是如何實現(xiàn)的，而僅僅需要知道該層通過層間的接口鎖提供的服務；降低了整體的復雜程度。

（2）靈活性好。當任何一層發(fā)生變化時（例如由于技術的變化），只要層間接口關系保持不變，則在這層以上或以下各層均不受影響。

（3）結構上可分割開。各層都可以采用最合適的技術來實現(xiàn)。

（4）易于實現(xiàn)和維護。因為把整個系統(tǒng)分解為若干個相對獨立的子系統(tǒng)。

（5）能促進標準化工作。因為每一層的功能及其所提供的服務都已有了精確的說明。

2.如何分層

分層時應注意使每一層的功能非常明確。若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復雜；但層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務時遇到較多的困難。通常各層所要完成的功能主要有以下一些（可以只包括一種，也可以包括多種）：

（1）差錯控制：使得和網(wǎng)絡對等端的相應層次的通信更加可靠。

（2）流量控制：使得發(fā)送端的發(fā)送速率不要太快，要使接收端來得及接收。

（3）分段和重裝：發(fā)送端把要發(fā)送的數(shù)據(jù)劃分為更小的單位，在接收端將其還原。

（4）復用和分用：發(fā)送端幾個高層會話復用一條低層的連接，在接收端再進行分用。

（5）連接建立和釋放：交換數(shù)據(jù)前先建立一條邏輯連接。數(shù)據(jù)傳送結束后釋放連接。

分層也有一些缺點，例如，有些功能會在不同的層次中重復出現(xiàn)，因而產(chǎn)生額外開銷。

1.7.2具有五層協(xié)議的體系結構

（1）應用層

通過應用進程間的交互來完成特定網(wǎng)絡應用，交互的數(shù)據(jù)單元稱為報文。

（2）運輸層

負責向兩個主機中進程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務。應用進程利用該服務傳送應用層報文。

運輸層主要使用以下兩種協(xié)議：

傳輸控制協(xié)議TCP——提供面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆笪亩巍?/p>

用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP——提供無連接的、盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務（不保證可靠傳輸），其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇怯脩魯?shù)據(jù)報。

（3）網(wǎng)絡層

負責為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡層把運輸層產(chǎn)生的報文段或用戶數(shù)據(jù)報封裝成分組或包進行傳輸。簡稱為數(shù)據(jù)報。

（4）數(shù)據(jù)鏈路層

在兩個相鄰結點之間傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡層交下來的IP數(shù)據(jù)報組裝成幀，在兩個相鄰結點間的鏈路上傳送幀。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制等）。

在接收數(shù)據(jù)時，控制信息使接收端能夠知道一個幀從哪個比特開始和到哪個比特結束。這樣，數(shù)據(jù)鏈路層在收到一個幀后，就可從中提取出數(shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡層。

（5）物理層

在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特。發(fā)送方發(fā)送1（或0）時，接收方應當收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理層要考慮用多大的電壓代表 “1” 或 “0” ，以及接收方如何識別出發(fā)送方所發(fā)送的比特。

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