計算機網絡概述

PART 1

 

《計算機網絡（第五版）》謝希仁    第一章 概述

-------------------------------------------------------------

1.1

• 21世紀特徵：數字化，網絡化，信息化。以網絡爲核心的信息時代。
• 網絡指：電信網絡，有線電視網絡和計算機網絡。
• 三種網絡中，計算機網絡是核心，其中又以因特網（Internet）爲表明。
• 計算機網絡向用戶提供的最重要的功能：連通性和共享。

1.2 因特網概述

1.2.1 網絡的網絡

1. 網絡：網絡由若干結點（node）和鏈接這些結點的鏈路（link）組成。
2. 互聯網：網絡和網絡之間經過路由器互連起來，造成覆蓋更大的網絡，這就是互聯網。
3. 因特網：世界上最大的互聯網。網絡把許多計算機鏈接在一塊兒，而因特網將許多網絡鏈接在一塊兒。

1.2.2 因特網發展的三個階段

1. 從單個網絡ARPANET（單個分組交換網）向互聯網發展的過程。
2. 建成三級結構的因特網。NSFNET：主幹網，地區網，校園網（企業網）。
3. 逐漸造成了多層次ISP（因特網服務提供者Internet Service      Provider）結構的因特網。

1.2.3 因特網的標準化工做

RFC

1.3 因特網的組成

從因特網的工做方式，能夠將其劃分爲兩大塊：

• 邊緣部分：由全部鏈接在因特網上的主機（host）組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通訊和資源共享。
• 核心部分：由大量網絡和鏈接這些網絡的路由器組成。這部分是爲邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。

1.3.1 因特網的邊緣部分

在網絡邊緣的端系統中運行的程序（進程）之間的通訊方式一般能夠劃分爲兩大類：客戶服務器方式（C/S方式）和對等方式（P2P方式）。

• 客戶服務器方式
• 客戶（client）是服務請求方，服務器（server）是服務提供方。
• 客戶程序的特色：必需要知道服務器程序的地址；不須要特殊的硬件和複雜的操做系統。
• 服務器程序的特色：可同時處理多個遠地或本地客戶的請求；系統啓動後自動調用並不斷運行，被動等待並接受來自各地客戶的通訊請求，服務器程序不須要知道客戶程序的地址；通常須要強大的硬件和高級的操做系統的支持。
• 對等鏈接方式（peer to peer）

從本質上看依然是客戶服務器方式，只是對等鏈接中的每一個主機既是客戶也是服務器。

1.3.2 因特網的核心部分

路由器（一種專用計算機）是實現分組交換（packet switching）的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。

• 電路交換（circuit switching）

電話的典型交換方式。通過「創建鏈接-->通話-->釋放鏈接」三個步驟。

• 分組交換

分組交換採用存儲轉發技術。

要發送的整塊數據稱爲報文，發送報文以前將較長的報文劃分紅一個個更小的等長數據段，每一個數據段前面加上一些必要的控制信息組成的部首後就構成了一個分組，或稱包，部首也叫包頭。

路由器收到一個分組，先暫時存儲下來，再檢查其首部，查找轉發表，按照首部中的目的地址，找到合適的藉口轉發出去，把分組交給下一個路由器。

1.4 計算機在我國的發展

1.5 計算機網絡的類別

1.5.1 計算機網絡的定義

一些互相鏈接的、自治的計算機的合集[TANE03]。

1.5.2 幾種不一樣類別的網絡

1. 按做用範圍劃分：
• 廣域網WAN（Wide Area Network）
• 城域網MAN（Metropolitan Area       Network）
• 局域網LAN（Local Area Network）
• 我的區域網PAN（Personal Area       Network），WPAN（Wireless PAN）
2. 按不一樣使用者劃分：
• 公用網（public network）：如電信公司出資建造的大型網絡
• 專用網（private network）：如軍隊、鐵路、電力等系統的專用網
3. 按網絡的拓撲結構劃分

總線型、樹形、星型、環型、網狀型。

 

還有特殊的接入網AN（Access Network）。又稱本地接入網或者居民接入網。起到用戶與因特網鏈接的橋樑做用。它既不屬於因特網的邊緣部分，也不屬於因特網的核心部分。

1.6 計算機網絡的性能

1.6.1 計算機網絡的性能指標

1. 速率：計算機網絡上的主機在數字信道上傳送數據的額定速率，也稱數據率（data rate）或比特率（bit rate）。單位b/s,bit/s或者bps,以及Kb/s（）,Mb/s,Gb/s等。
2. 帶寬（bandwide）：
• 某種信號具備的頻帶寬度。如電話信號的標準帶寬是3.1kHz（300Hz到3.4kHz，即語音的主要成分的頻率範圍）。
• 計算機網絡中用來表示網絡通訊線路所能傳送數據的能力。單位時間內從網絡中的某一點到另外一點所能經過的「最高數據率」。單位b/s。
3. 吞吐量（throughput）：單位時間經過某個網絡（接口或信道）的真是數據量。
4. 時延（delay或latency）：也稱遲延或延遲。網絡中的時延由如下四部分構成。
1. 發送時延（transmission delay）：由主機或路由器發送數據幀所須要的時間。也叫傳輸時延。

發送時延 = 數據幀長度（b） / 信道帶寬（b/s）

2. 傳播時延（propagation delay）：電磁波在信道中傳播必定的距離須要的時間。

傳播時延 = 信道長度（m） / 電磁波在信道上傳播速率（m/s）

3. 處理時延
4. 排隊時延

 

100MB的數據塊中M指2的20次方，而1Mb/s中M指10的6次方。

5. 時延帶寬積：時延帶寬積 = 傳播時延 * 帶寬。
6. 往返時間RTT（Round-Trip Time）
7. 利用率

D = D0 / (1-U)

其中D0表示網絡空閒時的時延，D表示網絡當前時延，U表示網絡的利用率。能夠看出信道的利用率太高會產生很是大的時延。

1.6.2 計算機網絡的非性能特徵

1.7 計算機網絡的體系結構

1.7.1 計算機網絡體系結構的造成

頗有意思的ISO提出的OSI參考模型的失敗歷史。

1.7.2 協議與劃分層次

計算機要在網絡中作到有條不紊的數據交換，就必須遵照一些事先約定好的規則。這些規則明確規定了所交換的數據的格式以及有關的同步問題。這裏的同步有時序的意思。

而爲進行網絡中的數據交換創建的規則、標準或約定就稱爲網絡協議。簡稱協議。

網絡協議的組成要素：

• 語法，即數據和控制信息的結構或格式；
• 語義，即須要發出何種控制信息，完成何種動做以及作出何種響應；
• 同步，即事件實現順序的詳細說明。

ARPANET的研製實驗代表，對於很是複雜的計算機網絡協議，其結構應該是層次式的。

層次式結構的好處：

1. 各層之間是獨立的；
2. 靈活性好；
3. 結構上可分割開；
4. 易於實現和維護；
5. 能促進標準化工做。

層次式結構各層要完成的功能主要有：

1. 差錯控制
2. 流量控制
3. 分段和重裝
4. 複用和分用
5. 創建鏈接和釋放

計算機網絡的各層及其協議的合集，就稱做網絡的體系結構（architecture）。換種說法，計算機網絡的體系結構就是這個計算機網絡及其構件所應能完成的功能的精肯定義[GREE82]。

1.7.3 具備五層協議的體系結構

OSI的七層協議體系結構複雜不適用。物理層-->數據鏈路層-->網絡層-->運輸層-->會話層-->表示層-->應用層

TCP/IP四層體系結構獲得了普遍的應用。網絡接口層-->網際層IP-->運輸層（TCP或UDP）-->應用層（TELNET,FTP,SMTP等）

學習一種五層協議的體系結構。

• 應用層（application layer），體系結構的最高層，直接爲用戶的應用進程提供服務。
• 運輸層（transport layer），負責向兩個主機中進程之間的通訊提供服務。具備複用分用的功能。運輸層主要使用一下兩種協議：
• 傳輸控制協議TCP（Transmission       Control），面向鏈接的，數據傳輸的單位是報文段（segment），可以提供可靠的交付。
• 用戶數據報協議UDP（User Datagram       Protocol），無鏈接的，數據傳輸的單位是用戶數據報，只能提供「盡最大努力交付（best-effort       delivery）」
• 網絡層（network layer），負責爲分組交換網上的不一樣主機提供通訊服務。使用IP協議。
• 數據鏈路層（data link layer），將網絡層交下來的IP數據報組裝成幀（framing），在兩個相鄰結點間的鏈路上透明的傳送幀中的數據。
• 物理層（physical layer），透明地傳送比特流。

OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱爲該層的協議數據單元PDU（Protocol Data Unit）。

1.7.4 實體、協議、服務和數據訪問點

實體（entity），表示任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程。

協議，是控制李娜改革對等實體（或多個實體）進行通訊的規則的合集。

在協議的控制下，兩個對等的實體的通訊使得本層可以向上一層提供服務。要實現本層協議，還須要使用下面一層 所提供的服務。使用本層服務的實體只能看見服務，而沒法看見下面的協議。下面的協議對上面的實體是透明的。同一系統中，相鄰兩層的實體進行交互的地方，一般稱爲服務訪問點SAP（Service Access Point）。SAP是一個邏輯接口。層與層交換的數據單元稱爲服務數據單元SDU。

1.7.5 TCP/IP的體系結構

Everything over IP , IP over everything.