计算机网络第一章

Posted 2021-10-30 Xant.

计算机操作系统第四版汤小丹笔记

• 第一章 概述
• • • 1.1 计算机网络在信息时代的作用
  • 1.2 互联网概述
  • • 1.2.1 网络的网络
    • 1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段
    • 1.2.3 互联网的标准化工作
  • 1.3 互联网的组成
  • • 1.3.2 互联网的核心部分
  • 1.4计算机网络在我国的发展
  • 1.5计算机网络的类别
  • 1.6计算机网络的性能
  • • 1.6.1计算机网络的性能指标
    • 1.6.2计算机网络的非性能指标
  • 1.7计算机网络体系结构
  • • 1.7.1计算机网络体系结构的形成
    • 1.7.2协议与划分层次
    • 1.7.3具有五层协议的体系结构
    • 1.7.4实体，协议，服务和服务访问点
    • 1.7.5TCP/IP的体系结构

第一章 概述

1.1 计算机网络在信息时代的作用

1.2 互联网概述

1.2.1 网络的网络

计算机网络：计算机网络是由若干结点（node）和连接这些结点的链路组成的。
  结点：计算机，集线器，交换机，路由器
互联网：网络之间通过路由器相连接就成为互联网，也被成为网络的网络。

	路由器把主机之间相互连接形成网络，把网络之间相互连接形成互联网

1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段

1.从单个网络ARPANET向互联网发展的过程
  1969年美国国防部第一个创建了分组交换网ARPANET，逐渐发展成为互联网，使用TCP/IP协议的计算机也都能利用互联网相互通信。

注意：
	internet是通用名词，泛指多个计算机网络组成的计算机网络
	Internet是专有名词，指互联网

2.建成了三级结构的互联网
  主干网，地区网，校园网
3.逐渐形成了多层次ISP结构的互联网
  电信，联通，移动等网络运营商

1.2.3 互联网的标准化工作

互联网体系结构委员会IAB：对互联网进行全面管理以及在全世界范围内促进发展和使用。
开发互联网有关协议：（1）互联网工程部 IETF
          （2）互联网研究部 IRTF
制定互联网标准的三个阶段：（1）互联网草案
             （2）建议标准
             （3）互联网标准

1.3 互联网的组成

互联网的组成：边缘部分和核心部分，边缘部分用来进行通信和数据共享，核心部分用来实现连通性和交换。

###1.3.1 互联网的边缘部分
网络边缘部分端系统之间的通信方式：客户——服务器方式（C/S）和对等方式（P2P）

客户——服务器方式（C/S）：  
  客户——服务器都是指通信中涉及的两个应用进程，这种方式描述的是进程之间服务和被服务的关系，客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。客户主动向远方的服务器发送请求，就必须知道服务器的地址。服务器需要同时接受来自多个用户的请求，所以要一直不断的运行，但不需要知道用户的地址。  
对等方式（P2P）：  
  相当与用户既是用户又是服务器，本质和C/S方式一样。  

1.3.2 互联网的核心部分

路由器：在互联网核心部分起到特殊作用的专用计算机，实现分组交换，用来转发接收到的分组。
电路交换：

  每个电话之间都要一条电话线，都必须经历“建立连接”–>“通话”–>“释放连接”的三个步骤，在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源，使得传输效率较低。
分组交换：

  分组交换采用存储转发的方式，把要发送的整块数据分为一个报文，把整个报文划分为一个个等长的数据段，在每一个数据段前面加上一些控制信息组成的首部，构成为一个分组，又被称为包，分组的首部称为包头。首部包含了诸如目地址和源地址等重要控制信息，这样才使得数据包可以在互联网中独立地选择传输路径，并且正确地交付到分组传输的终点。
  位于网络边缘的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机，但它们的作用却不一样，主机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，路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换的。
  当路由器收到一个分组的时候，会检查它的首部，按照首部的目的地址发送到对应对的分组，交给下一个分组。互联网中的核心部分中路由器转发分组的过程，我们把单个的网路简化成一条链路，路由器成为核心部分的结点。
三种交换方式对比：

1.4计算机网络在我国的发展

1.5计算机网络的类别

 1.按照网络的作用范围进行分类
 （1）广域网WAN
 （2）城域网MAN
 （3）局域网LAN
 （4）个人区域网PAN
 2.按照网络的使用者分类
 （1）公用网
 （2）专用网

1.6计算机网络的性能

1.6.1计算机网络的性能指标

1. 速率
   数据的传送速率，单位为，当提到网络的速率时，指的是额定速率，并不是网络的实际速率。
2. 带宽
   信号的带宽指的是在传统的通信电路上传送的电话信号所包含的范围，单位一般是千赫，兆赫。在计算机网络当中，带宽指的是网络中通信传送数据的能力，单位是bit\\s比特每秒。提到网络的带宽的时候，指的是通过的最高数据率。一条线路的带宽越宽，其所能传输的最高数据率就越高。
3. 吞吐量
   指的是单位时间内通过某网络的实际数据量，单位为bit\\s比特每秒。吞吐量还可以用每秒传送的字节数和帧数来表示。
4. 时延
   时延由三部分组成，发送时延，传播时延，处理时延，排队时延。发送时延是主机或者路由器发送数据帧所需要的时间，传播时延是电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间。处理时延指的是主机或者路由器在处理接受到的分组时处理的时间，例如分析分组的首部，从分组中提取数据部分，进行差错检验或者查找相应适当的路由器等。排队时延指的是分组在经过网络传输时，要经过许多路由器，但是分组在进入路由器后需要在输入队列中排队等待处理。在路由器确定转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发，这就产生了排队时延。
   数据在网络中的总时延等于这四个时延相加。
   注意：对于高速网络而言，我们提高的仅仅时数据的发送速率，数据的传播速率并没由提高，并不是在高速链路上数据就会传送的快一点。
5. 时延带宽积
   时延带宽积=传播时延（总时延）x带宽
   链路就像一条空心的管道，时延就是这条管道的高，带宽是这条管道的横截面面积，时延带宽积就是这条管道的体积。
6. 往返时间RNT
   互联网上双向交互一次所需的时间，不包括发送数据所需要的时间。
7. 利用率
   

   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
U为信道利用率，D为网络当前的时延，D0为网络空闲时的时延。
D=Do/（1-U）

1.6.2计算机网络的非性能指标

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

1.7计算机网络体系结构

1.7.1计算机网络体系结构的形成

  相互通信的计算机系统必须高度协调工作才行，这种“协调”是相当复杂的，为了设计这样复杂的计算机网络，早在最初的ARPANET设计时即提出了分层的方法。分层可以将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较容易研究和处理。
  为了使不同体系结构的计算机网络都能互联，国际标准化组织ISO与1977年提出了著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM简称OSI但是OSI只获得了理论上的成果，在市场化上事与愿违。

1.7.2协议与划分层次

协议：
为进行网络中的数据交换而建立的规则，标准或约定称为网络协议，简称协议。
协议的三要素：语法，语义，同步。
分层：
对于非常复杂的计算机网络协议，其结构应该时层次式的。
分层带来的好处：
1.各层之间是相互独立的。
2.灵活性好
3.结构上可分开
4.易于实现和维护
5.能促进标准化工作
分层后要完成的功能：
1.差错控制：两边接收和发送的信息要一致
2.流量控制：接收端来得及接收，不能太快
3.分段和重装：要将发送的数据块再次划分，在接收端要可以还原数据块
4.复用和分用
5.连接建立和释放

协议是为了相同层次之间交流而设定的，该层次之下的层次是为了当前层次之间交流提供服务（保障）。
举例：在两国国家元首之间进行谈话时，两个国家元首位于相同层次，他们以下的公职人员为了让两国元首可以谈话，需要做很多事情，来保障这个谈话的正常进行，公职人员就是该层次之下的层次，两国元首确定使用中文来进行谈话，这就叫该层次之间通信的协议。

两个用户之间的交流实质上是用户计算机之间对应程序产生的进程之间的交流

1.7.3具有五层协议的体系结构

层次太多，在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇较多困难。层次较少，使得每一层的协议太过复杂。
五层协议的体系结构（自底向上）：物理层，数据链路层，网络层，运输层，应用层。

主机1经过五层为数据包添加首部尾部等信息，送到信道上，数据包从信道到主机2的过程是去首部过程。

1.7.4实体，协议，服务和服务访问点

1. 实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
2. 协议：是控制两个对等实体进行通信的规则的集合，在协议的控制下，两个对等的实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，要实现本层协议还需要下一层提供的服务。
3. 协议是水平的，用于同一层次之间。服务是垂直的，用于上下层次之间。
4. 协议和服务的区别：
   协议的实现保证了能供向上一层提供服务，使用本层服务的实体也只能看见服务而无法看见下面的协议，也就是说，下面的协议对上面的实体是透明的。
   透明和透视：透明什么都看不见，透视，什么都看的见。
   5.计算机网络的协议的重要特点：必须把所有不利的条件事先都要估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的，看一台计算机网络协议是否正常，不能只看在正常情况下是否正确，而且必须非常仔细地检查这个协议能否应对各种异常状况。

1.7.5TCP/IP的体系结构

TIP/IP协议只有四层，期中路由器在转发分组时候最高只用到网络层而没有用到运输层和应用层。