计算机网络基础-1-概述

Posted 2020-12-22 qinqin-me

概述

一、计算机网络概述

　　　　计算机网络基础的学习目的：掌握计算机网络通信的基础知识，包括数据通信技术、网络体系结构、网络协议和服务、Internet协议集以及应用。

　　　　计算机网络基础的学习框架：

　　　　计算机网络概述：21世纪的一些重要特征是数字化、网路化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。

　　　　　　　　　　　　三网融合：电信网络：提供电话、电报及传真等服务；

　　　　　　　　　　　　　　　　　有线电视网络：向用户传送各种电视节目；

　　　　　　　　　　　　　　　　　计算机网络：使用户能在计算机之间传送数据文件(发展最快并起到核心作用)

　　　　　　　　　　　　网络的两个重要基本特点：连通性：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：指资源共享。资源共享的含义是多方面的，可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。

　　　　　　　　　　　　　            

　　　　　　　　　　　　网络把许多计算机连接在一起，与网络相连的计算机常称为主机。互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。

　　　　　　　　　　　　互连网(internet)，以小写字母‘ i ’开头，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。

　　　　　　　　　　　　互联网(Internet,因特网)，以大写字母‘ I ’开头，是一个专有名词，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

　　　　计算机网络发展阶段：第一阶段：从单个网络ARPANENT向互联网发展的过程。

　　　　　　　　　　　　　　第二阶段：建成了三级结构的互联网

　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　第三阶段：逐渐形成多层次ISP结构的互联网

二、互联网组成及分组交换

　　　　

　　　　概述：

　　　　　　互联网组成：边缘部分和核心部分。

　　　　　　边缘部分中：端到端的两种通信方式。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，用来通信和资源共享。

　　　　　　核心部分中：路由器的分组交换。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。

　　　　边缘部分：

　　　　　　端系统：处于互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称端系统。

　　　　　　端系统的两种通信方式：客户服务器方式(C/S方式)，即Client/Server方式

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　客户和服务器都是只通信中所涉及的两个应用进程，描述的是进程之间服务与被服务的关系。客户

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　服务是请求方，服务器是服务提供方。服务请求方和提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　对等方式(P2P方式)，即Peer-to-Peer方式

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　对等连接是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务的请求方还是服务提供方，只要两个主机

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　都运行了对等连接软件，它们就可以进行平等的、对等的连接通信。对等连接方式从本质上看仍然是

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　使用客服服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。

　　　　核心部分：

　　　　　　　　网络核心部分是互联网中最复杂的的部分。网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机

　　　　　　都能向其他主机通信。

　　　　　　主机与路由器的区别：主机：为用户进行信息处理，并向网络发送分组，或者从网络接收分组。

　　　　　　　　　　　　　　　　路由器：是实现分组交换的关键构件，其任务是对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。

　　　　　　数据的三种交换方式：从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

　　　　　　　　　电路交换：    电路交换以电路连接为目的的交换方式，是早期电话通信最常用的一种方式，在通信过程中，两个用户始终占用端到端的通信资源，

　　　　　　　　　　　　　线路传输效率低。

　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　电路交换必定是面向连接的，电路交换的三个阶段：建立连接，通信，释放连接。

　　　　　　　　　　　　　电路连接不适用于计算机通信，因为计算机数据具有突发性。

　　　　　　　　　分组交换：分组交换是以分组为单位进行传输和交换的，它是一种存储-转发交换方式。每一个分组的首部都含有地址等控制信息。

　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　储存-转发：路由器收到一个分组，先暂时存储下来，再检查其首部，检查转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发

　　　　　　　　　　　　　　　　　出去。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。用这样的储存

　　　　　　　　　　　　　　　　　转发方式，最后分组就能到达最终目的地。

　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　分组交换是计算机通信所采用的方式，具有以下优点：

　　　　　　　　　　　　　　　　高效：在分组传输过程中动态分配传输带宽，对通信链路逐段占用的

　　　　　　　　　　　　　　　　灵活：为每一个分组独立地选择最合适的转发路由

　　　　　　　　　　　　　　　　迅速：以分组作为传送单位，可以先不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

　　　　　　　　　　　　　　 分组交换也会有缺点：分组在各个结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延；分组必学携带首部，也造成了一定开销。

　　　　　　　　　报文交换：电报通信也采用了基于存储-转发(人工进行)原理的报文交换，报文交换时延很长，从几分钟到几小时不等

　　　　　　　　　三种交换方式的比较：

　　　　　　　　　　　　　　

三、计算机网络性能指标

　　　　1.速率

　　　　　　　速率是计算机网络中最重要的的一个性能指标，指的是数据的传送速率，也称数据率或比特率。单位bit/s、Kbit/s、Mbit/s等

　　　　2.带宽

　　　　　　　　　“带宽”本来是指信号具有的频率宽度，其单位是赫。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。

　　　　3.吞吐量

　　　　　　　　　吞吐量表示在单位时间内通过某个网络或信道的数据量。更经常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。吞吐量受网络带宽或网络的额定速率的限制。

　　　　4.时延

　　　　　　　时延，也称延迟或迟延，是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。网络中的时延有四个部分组成：

　　　　　　　　　　　发送时延：也称传输时延，发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间，从发送数据帧的第一个比特开始算，

　　　　　　　　　　　　　　到该数据帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　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

　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　处理时延：主机或路由器在收到分组时，为处理分组(解析首部、提取数据、差错检验或查找路由等)所花费的时间。

　　　　　　　　　　　排队时延：分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经过的的时延。排队时延往往取决于网络中当时的通信量

　　　　　　　 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RRT

　　　　　　　　　　互联网上的信息不仅仅是单方向传输，而是双向交互的，因此，有时很需要知道双向交互一次所需要的时间。往返时间表

　　　　　　　　示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时

　　　　　　　　延以及转发数据时的发送时延。

　　　　　　　　　　ping命令可以测试往返时间。

　　　　7.利用率

　　　　　　　　利用率分为信道利用率和网络利用率。

　　　　　　　　信道利用率：指出某信道有百分之几的时间是被利用的。完全空闲的信道的利用率是0。

　　　　　　　　网络利用率：则是全网络的信道利用率的加权平均值

　　　　　　　　信道利用率并非越高越好。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延就迅速增加。

四、计算机网络体系结构

　　　　计算机网络系统在设计之初，通过分层的方式让计算机网络系统结构清晰、简化设计与实现、便于更新与维护和较强的独立性和适应性。

　　　　　　　　

　　　　协议数据单元(PDU)：网络体系结构中，对等层之间交换的信息报文统称为协议数据单元。PDU由协议控制单元(协议头或者首部)和数据组成

　　　　　　　　

　　　　封装与拆封：下层把上层的PDU作为本层的数据，然后加入本层的协议首部(和尾部)加以封装，形成本层的PDU。(拆封同理)

　　　　　　　　

　　　　网络协议：计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的的规则，为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议

　　　　两种标准：计算机网络的体系结构是计算机网络各层及其协议的集合，有两种国际标准：OSI/RM模型、TCP/IP模型

　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　

五、计算机网络的类别

　　　　计算机网络的定义：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。

　　　　　　　　　　　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。它以资源共享为目的

　　　　　　　　　　　而连接起来的主机的集合。

　　　　计算机网络的类别：按照网络的作用范围分类：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。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 注意：若中央处理机之间的距离非常近，则一般就称之为多处理机系统，而不称它为计算机网络。

　　　　　　　　　　　　 　　按照网络的使用者分类：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。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　    注意：公用网和专用网都可以提供多种服务。如传送的是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用计算机网络。