计算机网络体系结构-第一节计算机网络概述1：计网的概念组成功能和分类

Posted 2022-04-17 快乐江湖

文章目录

• 一：计算机网络的发展
• 二：计算机网络的概念
• 三：计算机网络的功能
• 四：计算机网络的组成
• • （1）从“组成部分”视角看：由硬件、软件和协议组成
  • （2）从“工作方式”视角看：由边缘部分和核心部分组成
  • （3）从“功能组成”视角看：由分为通信子网和资源子网组成
• 五：计算机网络的分类
• • （1）按照“分布范围”分类：分为WAN、MAN、LAN和PAN
  • （2）按照“使用者”分类：分为公用网和专用网
  • （3）按照“交换技术”分类：分为电路交换、报文交换和分组交换
  • （4）按照“拓扑结构”分类：分为总线型、星型、环型和网状型
  • （5）按照“传输技术”分类：分为广播式网络和点对点网络
  • （6）按照“传输介质”分类：分为有线网络和无线网络

一：计算机网络的发展

第一阶段： ARRP（美国国防部高级研究计划局）设计了一个分散的指挥系统，即ARPAnet（阿帕网），但是它只能连接相同类型网络；为了实现不同网络的互联，1983年阿帕网接受TCP/IP选定internet为主要的计算机通信系统

第二阶段-三级结构： 1985年起，美国国家科学基金会NSF围绕6个大型计算机中心建设计算机网络，也即国家科学基金网NSFNET

第三阶段-多层次ISP结构：因特网服务提供者，是一个向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务和增殖业务的公司，如中国电信、中国移动、中国联通等等。分为主干ISP、地区ISP和本地ISP

二：计算机网络的概念

计算机网络：是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统

因此，计算机网络是互连的、自治的计算机集合

• 互连：通过通信链路互联互通
• 自治：无主从关系

三：计算机网络的功能

①：数据通信： 是计算机网络最基本和最重要的功能，用来实现联网计算机之间的各种信息的传输，并将分散在不同地理位置的计算机联系起来，进行统一的调配、控制和管理

• 文件传输
• 电子邮件

②：资源共享： 使计算机网络中的资源互通有无、分工协作，从而极大地提高硬件资源、软件资源和数据资源的利用率

• 软件共享：例如远程访问
• 数据共享：例如网盘
• 硬件共享：例如共享打印机

③：分布式处理： 当计算机网络中的某台计算机系统负荷过重时，可以将其处理的某个复杂任务分配给网络中的其他计算机系统，从而利用空闲计算机资源以提高整个系统的利用率

• 例如Hadoop集群

④：提高可靠性： 计算机网络中的各台计算机可以通过网络互为替代机

⑤：负载均衡： 将工作任务均衡地分配给计算机网络中的各台计算机

四：计算机网络的组成

（1）从“组成部分”视角看：由硬件、软件和协议组成

硬件：

• 主机（端系统）
• 通信链路：如双绞线、光纤
• 交换设备：如路由器、交换剂等
• 通信处理机：如网卡

软件： 主要包括各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件

• 如网络操作系统、邮件收发程序、FTP程序、聊天程序等

协议： 计算机网络的核心，规定了网络传输数据时需要遵循的规范

（2）从“工作方式”视角看：由边缘部分和核心部分组成

边缘部分： 由所有连接到因特网上、供用户直接使用的主机组成，用来进行通信和资源共享

• C/S方式：指的是一个是客户端发送请求，一个是服务端处理请求
• P2P方式：指的是对等网络，这两台机器既可以做服务器也可以做客户端

核心部分： 由大量的网络和连接这些网络的路由器组成，它为边缘部分提供连通性和交换服务

（3）从“功能组成”视角看：由分为通信子网和资源子网组成

通信子网： 由各种传输介质、通信设备和相应网络协议组成，实现资源共享和数据处理

资源子网： 实现数据通信

五：计算机网络的分类

（1）按照“分布范围”分类：分为WAN、MAN、LAN和PAN

广域网（WAN）： 其任务是提供长距离通信，运送所要发送的数据，覆盖范围为几十千米到几千千米的区域，因此有时也会称其为远程网，是因特网的核心部分

城域网（MAN）： 可跨越几个街区甚至整个城市，覆盖范围约为5~50千米。城域网大多采用以太网技术，所以有时会并入局域网范围内进行讨论

局域网（LAN）： 一般用微机或工作站通过高速线路相连，覆盖范围较小，约为几十米到几千米。局域网在计算机配置的数量上没有太多限制。特别注意：局域网采用广播技术，广域网采用交换技术

个人局域网（PAN）： 是指在个人工作的地方将一些电子设备用无线技术连接起来的网络，覆盖范围约为10米

（2）按照“使用者”分类：分为公用网和专用网

公用网： 是指电信公司出资建造的大型网络

专用网： 是指某个部门为满足本单位特殊业务的需要而建造的网络

（3）按照“交换技术”分类：分为电路交换、报文交换和分组交换

• 这部分内容后续章节会细讲

电路交换： 是建立一条临时的专用通路，使用完以后拆除连接，适合大数据量的实时通信

报文交换： ：不在通信节点建立通路，而是将信息组合成报文，采用虚储-转发机制，线路的利用率高，但延迟大

分组交换： ：是数据包定长的报文交换，交换节点的缓冲区可减小，传播时延也更小

（4）按照“拓扑结构”分类：分为总线型、星型、环型和网状型

总线型： 用单根传输线把计算机连接起来。总线形网络的优点是建网容易、增减结点方便、节省线路。缺点是重负载时通信效率不高\\总线任意一处对故障敏感

星型： 每个终端或计算机都以单独的线路与中央设备相连。中央设备早期是计算机，现在一般是交换机或路由器。星形网络便于集中控制和管理，因为端用户之间的通信必须经过中央设备。缺点是成本高、中心结点对故障敏感

• 注意：$n$个结点$n$-1个链路

环型： 所有计算机接口设备连接成一个环。环形网络最典型的例子是令牌环局域网。环可以是单环，也可以是双环，环中信号是单向传输的

网状型： 一般情况下，每个结点至少有两条路径与其他结点相连，多用在广域网中。有规则型和非规则型两种。其优点是可靠性高，缺点是控制复杂、线路成本高

（5）按照“传输技术”分类：分为广播式网络和点对点网络

广播式网络： 所有联网计算机都共享一个公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他的计算机都会“收听”到这个分组。接收到该分组的计算机将通过检查目的地址来决定是否接收该分组。局域网基本上都采用广播式通信技术，广域网中的无线、卫星通信网络也采广播式通信技术

点对点网络： 使用分组存储转发和路由选择机制

（6）按照“传输介质”分类：分为有线网络和无线网络

有线网络： 双绞线网络、同轴电缆网络等

无线网络： 蓝牙、微波、无线电等