计算机网络-第一章

第一章 概述

• 21 世纪的一些重要特征是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
• 大众熟悉的三大类网络有：
  
  1. 电信网络：提供电话、电报及传真等服务；
  2. 有线电视网络：向用户传送各种电视节目；
  3. 计算机网络：使用户能在计算机之间传送数据文件；
• 不同的网络
  
  1. 互连网：指在局部范围互连起来的计算机网络。
  2. 互联网：指当今世界上最大的计算机网络。 Internet。
• 互联网具有两个重要基本特点：
  
  1. 连通性
  2. 共享
• 互联网 + 指 互联网 +各个传统行业
• 计算机网络 (简称为网络)：由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
• 互连网 (internetwork 或 internet)可以通过路由器把网络互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，称之为互连网。因此互联网是“网络的网络”。
• 互联网基础结构发展的三个阶段
  
  1. 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，使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信。人们把 1983 年作为互联网的诞生时间。）
  2. 第二阶段：建成了三级结构的互联网：主干网、地区网、校园网。
  3. 第三阶段：逐渐形成了多层次 ISP 结构的互联网。
• 区别“internet”和“Internet”
  
  1. 以小写字母 “i” 开始的 internet（互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
  2. 以大写字母 “I” 开始的的 Internet（互联网或因特网）则是一个专用名词，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计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。
• 互联网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。
• ISP 也分成为不同层次的 ISP：主干 ISP、地区 ISP 和 本地 ISP。
• 互联网交换点IXP（Internet eXchange Point）,主要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。
• 万维网是互联网的功能之一。
• 
  RG:research group
  WG:work group
• 成为互联网正式标准要经过三个阶段
  
  1. 互联网草案 (Internet Draft) ——有效期只有六个月。在这个阶段还不是 RFC 文档。
  2. 建议标准 (Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
  3. 互联网标准 (Internet Standard) ——达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号 STD xxxx。 一个标准可以和多个 RFC 文档关联。
• 各种 RFC 之间的关系
  
• 从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：
  
  1. 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。
  2. 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）。
     
• “主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。 简称为“计算机之间通信”。
• 端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：
  
  1. 客户-服务器方式（C/S 方式）
     即 Client/Server 方式，简称为 C/S 方式。
  2. 对等方式（P2P 方式）
     即 Peer-to-Peer 方式 ，简称为 P2P 方式。
• 路由器是实现分组交换 (packet switching) 的关键构件，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。
• 电路交换分为三个阶段：
  
  1. 建立连接：建立一条专用的物理通路，以保证双方通话时所需的通信资源在通信时不会被其他用户占用；
  2. 通信：主叫和被叫双方就能互相通电话；
  3. 释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通路（释放刚才占用的所有通信资源）。
• 电路交换的的一个重要特点就是在通话的全部时间内，用户始终占用端到端的通信资源
• 分组交换则采用存储转发技术。在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 每一个数据段前面添加上首部构成分组，分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端。
  
• 主机的用途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。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。
• 分组交换优点
  
• 三种交换的比较
  
  1. 若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。
  2. 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
  3. 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

• 1989 年11 月，我国第一个公用分组交换网 CNPAC 建成运行。 1994 年 4 月 20 日，我国用 64 kbit/s 专线正式连入互联网，我国被国际上正式承认为接入互联网的国家。
• 到目前为止，我国陆续建造了基于互联网技术的并能够和互联网互连的多个全国范围的公用计算机网络，其中规模最大的就是下面这五个：
  
  1. 中国电信互联网 CHINANET（也就是原来的中国公用计算机互联网）
  2. 中国联通互联网 UNINET
  3. 中国移动互联网 CMNET
  4. 中国教育和科研计算机网 CERNET
  5. 中国科学技术网 CSTNET
• 计算机网络的精确定义并未统一。
  较好的定义：
  计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。
• 计算机网络有多种类别。典型包括：
• 按照网络的作用范围进行分类
  
  1. 广域网 WAN (Wide Area Network)：作用范围通常为几十到几千公里。
  2. 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)：作用距离约为 5 ~ 50 公里。
  3. 局域网 LAN (Local Area Network) ：局限在较小的范围（如 1 公里左右）。
  4. 个人区域网 PAN (Personal Area Network) ：范围很小，大约在 10 米左右。
• 按照网络的使用者进行分类
  
  1. 公用网 (public network)
     按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网。
  2. 专用网 (private network)
     为特殊业务工作的需要而建造的网络。
• 计算机网络的性能一般是指它的几个重要的性能指标，主要包括：
  
  1. 速率
  2. 带宽
  3. 吞吐率
  4. 时延
  5. 往返时间
  6. RTT
  7. 利用率
• 速率单位 千（3）k，兆（6）M，吉（9）G，太（12）T，拍（15）P，艾（18）E，泽（21）Z，尧（24）Y
• 速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。
• 带宽的两种不同意义：
  
  1. “带宽”(bandwidth) 本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
  2. 在计算机网络中，带宽用来表示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 ，即 “比特每秒”
• 吞吐量 (throughput) 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
• 时延 (delay 或 latency) 是指数据（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。
  
  1. 发送时延
     
  2. 传播时延
     
  3. 处理时延
  4. 排队时延
• 总时延 = 发送时延+ 传播时延+ 处理时延+ 排队时延
• 对于高速网络链路，我们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。
• 时延带宽积 = 传播时延 x 带宽
• 时延与网络利用率的关系
  
  
  • 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
  • 开放系统互连基本参考模型 OSI/RM (Open Systems Interconnection Reference Model)，简称为 OSI。
  • TCP/IP 常被称为事实上的 (de facto) 国际标准。
  • 网络协议 (network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
  • 网络协议的三个组成要素
    
    1. 语法：数据与控制信息的结构或格式 。
    2. 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
    3. 同步：事件实现顺序的详细说明。
  • 分层的好处与缺点
    
    1. 好处
       
       • 各层之间是独立的。
       • 灵活性好。
       • 结构上可分割开。
       • 易于实现和维护。
       • 能促进标准化工作。
    2. 缺点
       
       • 降低效率。
       • 有些功能会在不同的层次中重复出现，因而产生了额外开销。
  • 各层完成的主要功能
    
    1. 差错控制：使相应层次对等方的通信更加可靠。
    2. 流量控制：发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不要太快。
    3. 分段和重装 ：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其还原。
    4. 复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用。
    5. 连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接。
  • 计算机网络的体系结构 (architecture) 是计算机网络的各层及其协议的集合。
  • OSI 的七层协议体系结构的概念清楚，理论也较完整，但它既复杂又不实用。TCP/IP 是四层体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。但最下面的网络接口层并没有具体内容。因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构 。
    
  • 发送数据
    
    
  • 实体 (entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
  • 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
  • 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。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。
  • 相邻两层之间的关系
    
  • TCP/IP 是四层体系结构
    
    路由器在转发分组时最高只用到网际层而没有使用运输层和应用层。
  • TCP/IP 体系结构的另一种表示方法
    
  • IP over Everything