计算机网络期末复习-01概述

Posted 2021-12-28 Z_hongli

计算机网络期末复习-01概述 附加课后习题

• 1.1 计算机网络在信息时代中的作用
• • 1.计算机网络提供的功能及意义
• 1.2 因特网概述
• • 1.2.1 网络的网络
  • 1.2.2 因特网发展的三个阶段
• 1.3 因特网的组成
• • 1.3.1 因特网的边缘部分
  • • 1.两种通信方式
    • • 1.客户服务器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式
      • 2.对等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式
  • 1.3.2 因特网的核心部分
  • • 1. 电路交换的主要特点
    • 2. 分组交换的主要特点
    • • 1.分组首部的重要性
      • 3.路由器
      • 4.分组交换的优点与问题
• 1.5 计算机网络的分类
• 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**
    • 2.带宽
    • 3.吞吐量
    • 4. 时延
    • 5. 时延带宽积
    • 6.往返时间
    • 7. 利用率
    • 8. 可靠性（了解即可）
• 1.7 计算机网络的体系结构
• • 1.7.1 计算机网络体系结构的形成
  • 1.7.2计算机网络的体系结构
  • 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

前言说明：本文章作为我的计算机网络的期末复习总结，不会很深入全面的记录一些东西
主要面向考试中可能会出现的一些知识点做一些复习

1.1 计算机网络在信息时代中的作用

1.计算机网络提供的功能及意义

功能：
连通性——计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。
共享——即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。
意义：
计算机网络是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。
现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开计算机网络。

1.2 因特网概述

1.2.1 网络的网络

1. 网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
2. 互联网是“网络的网络”(network ofnetworks)。
3. 连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。
   
   internet和Internet的区别：
   internet（互联网或互连网）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。
   Internet（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。

1.2.2 因特网发展的三个阶段

1.第一阶段 ARPANET(ARPA-美国国防部远景研究规划局)
1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。

2.第二阶段 NSFNET(NSF-美国国家科学基金会)
1984年组建，直接采用TCP/IP协议，采用三级层次结构（主干网、地区网、校园网），主干网与ARPANET相连。

3.万维网 WWW 的问世
1989年，欧洲粒子物理实验室（CERN）的Tim Berners-Lee构思了Web（万维网）。他提出了HTTP协议和html语言，编写了世界上第一个Web服务器HTTPD和第一个浏览器，并全部放在互联网上免费传播。

第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。出现了因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。

1.3 因特网的组成

从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：
边缘部分：
由所有连接在因特网上的主机组成。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。
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）。

1.3.1 因特网的边缘部分

处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(end system)。
计算机之间的通信，其实是计算机中应用进程之间的通信

1.两种通信方式

1.客户服务器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式

1. 客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。
2. 客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
3. 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

客户软件的特点：

1. 被用户调用后运行
2. 客户程序必须知道服务器程序的地址。 可与多个服务器进行通信
3. 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

服务器软件的特点：

1. 一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
2. 系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。服务器程序不需要知道客户程序的地址。
3. 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

2.对等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式

1. 两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
2. 只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。
3. 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。
4. 对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。

1.3.2 因特网的核心部分

在网络核心部分起特殊作用的是路由器。
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。

1. 电路交换的主要特点

1. 电路交换必定是面向连接的。
2. 电路交换的三个阶段：建立连接、通信、释放连接
3. 在通信的全部时间用户始终占用端到端的固定传输带宽

2. 分组交换的主要特点

1. 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。
2. 每一个数据段前面添加上首部构成分组。
3. 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（假定接收端在左边）。
   

1.分组首部的重要性

1. 每一个分组的首部都含有地址等控制信息。
2. 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
3. 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。

接收端收到分组后剥去首部还原成报文。最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。

3.路由器

在路由器中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（暂时存储）；
2. 查找转发表，找出到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。

4.分组交换的优点与问题

优点:
高效 ：动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
灵活 ：以分组为传送单位和查找路由。
迅速 ：不必先建立连接就能向其他主机发送分组。
可靠 ：保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。
问题:
分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

1.5 计算机网络的分类

不同传输技术的网络
1.广播网络—共享信道
2.点对点网络

不同作用范围的网络
广域网 WAN (Wide Area Network)
城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
局域网 LAN (Local Area Network)
个人区域网 PAN (Personal Area Network)

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

比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。
速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)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，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等

2.带宽

“带宽”在通信上可表示通信线路允许通过的信号频带范围。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。

更常用的带宽单位：
千比每秒，即 kb/s （10³ b/s）
兆比每秒，即 Mb/s（10⁶ b/s）
吉比每秒，即 Gb/s（10⁹ b/s）
太比每秒，即 Tb/s（10¹² b/s）
请注意：在计算机界，K = 2¹⁰ = 1024
M = 2²⁰, G = 2³⁰, T = 2⁴⁰。

3.吞吐量

1. 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。
2. 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。
3. 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4. 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的时间。

传播时延 ：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。

处理时延 ：交换结点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 ：结点缓存队列中分组排队所经历的时延。
排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：
总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

5. 时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 X 带宽
链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

6.往返时间

往返时间 RTT（Round-Trip Time）：表示从发送方发送数据开始，到发送方接收到来自接收方的确认总共经历的时间。
往返时间包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据的发送时延。

7. 利用率

1. 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。
2. 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
3. 信道利用率并非越高越好。

时延与网络利用率的关系：


U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。

8. 可靠性（了解即可）

1.7 计算机网络的体系结构

1.7.1 计算机网络体系结构的形成

网络协议的组成要素：
语法 ： 数据与控制信息的结构或格式 。
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。
同步 ：事件实现顺序的详细说明。

分层的好处与要点：

好处：

1. 各层之间是独立的。仅需知道层间接口所提供的服务
2. 灵活性好。只要层间接口不变，层内实现改变不影响上下层
3. 结构上可分割开。各层都可以采用更适合的技术
4. 易于实现和维护。能促进标准化工作。

要点—分层数量要适当

1. 若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。
2. 层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

各层需要完成的主要功能：

1. 差错控制：使得和网络对等端的相应层次的通信更加可靠
2. 流量控制：使得发送端的发送速率不要太快，要使接收端来得及接收
3. 分段和重装：发送端将要发送的数据块划分成更小的单位，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

1.7.2计算机网络的体系结构

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TCP/IP 常被称为事实上的(de facto) 国际标准。

1.7.3 具有五层协议的体系结构

1.TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、传输层、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 。

1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点

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。
在协议的控制下，两个对等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，还需要使用下层所提供的服务。