1.1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用

連通性：彼此連通，交換信息

共享：信息共享，軟硬件共享（比如遠程連接電腦使用其軟件，打印機）

1.2因特網(wǎng)概述

網(wǎng)絡(luò)：由若干結(jié)點（計算機）和連接這些節(jié)點的鏈路組成。

internet互聯(lián)網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)之間通過路由器互連起來，這樣就構(gòu)成了一個覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，即互聯(lián)網(wǎng)

Internet因特網(wǎng)：全球最大的一個互聯(lián)網(wǎng)

ISP（因特網(wǎng)服務(wù)提供者）：隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，逐漸形成了多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)；

根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數(shù)目的不同，ISP也分成為不同的層次：主干ISP、地區(qū)ISP和本地ISP。

1.3因特網(wǎng)的組成

（1）邊緣部分：由所有連接在因特網(wǎng)上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信 （傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。

（2）核心部分：由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù) 的（提供連通性和交換）。

在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器，它是一種專用計算機。路由器是實現(xiàn)分組交換的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組。

3.1邊緣部分的通信方式

主機之間的通信方式：客戶服務(wù)器方式、對等連接方式

3.1.1客戶服務(wù)器方式

客戶-服務(wù)器方式所描述的是進程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)請求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方（本來都指的是計算機進程）。

3.1.2對等連接方式

對等連接是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方。只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。這時雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲到硬盤中的共享文檔。

3.2核心部分的數(shù)據(jù)交換方式

3.2.1電路交換

整個報文的比特流連續(xù)地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送；適合與數(shù)據(jù)量很大的實時性傳輸，核心路由器之間可以使用電路交換。

3.2.2報文交換

整個報文先傳送到相鄰結(jié)點，全部存儲下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表（需要時間），轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點。

3.2.3分組交換

單個分組（這只是這個報文的一部分）傳送到相鄰結(jié)點，存儲下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點。

1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的類別

關(guān)于計算機網(wǎng)絡(luò)最簡單的定義是：一些互相連接的、自治的計算機的集合。

1.4.1按網(wǎng)絡(luò)的作用范圍分類

廣域網(wǎng)WAN（Wide Area Network）：花錢買服務(wù)，花錢買帶寬；廣域網(wǎng)的作用范圍通常為幾十到幾千公里，其任務(wù)是通過長距離運送主機所發(fā)送的數(shù)據(jù)；連接廣域網(wǎng)各結(jié)點交換機的鏈路一般都是高速鏈路，具有較大的通信容量。

城域網(wǎng)MAN（Metropolitan Area Network）：作用范圍約5~50公里。

局域網(wǎng)LAN（Local Area Network）：自己購買設(shè)備，自己維護，帶寬固定；局域網(wǎng)一般用微型計算機或工作站通過通信線路相連，速率通常在10Mb/s以上，范圍比較小，比如1km內(nèi)。

個人區(qū)域網(wǎng)PAN（Personal Area Network）：就是在個人工作的地方把屬于個人使用的電子設(shè)備用無線技術(shù)連接起來的網(wǎng)絡(luò)，其范圍大約在10m左右。

新的理解，不單單從網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍區(qū)分局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)；應(yīng)用了廣域網(wǎng)技術(shù)，即使距離近也是廣域網(wǎng)，應(yīng)用了局域網(wǎng)技術(shù)，即使距離遠也是局域網(wǎng)。

1.4.2按網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類

公有網(wǎng)：指電信公司出資建造的大型網(wǎng)絡(luò)，公用的意思是所有愿意按電信公司的規(guī)定繳納費用的人都可以使用這種網(wǎng)絡(luò)。

專用網(wǎng)：某個部門或行業(yè)為各自的需要而建造的網(wǎng)絡(luò)，不對外人提供服務(wù)。

1.4.3拓撲結(jié)構(gòu)

總線型、環(huán)型、星型、樹型、網(wǎng)狀

1.4.4按交換方式分類

電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)

1.4.5工作方式分類

資源子網(wǎng)、通信網(wǎng)、接入網(wǎng)

1.6計算機網(wǎng)絡(luò)的性能

1.6.1性能特征

1.速率= 總比特數(shù) / 時間（bit/s）

2.帶寬：原本表示通信線路允許通過的（電話）信號頻帶范圍，現(xiàn)在多用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路傳輸數(shù)據(jù)的能力，即在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。

3.吞吐量：表示單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。(bit/s)

4.時延：指數(shù)據(jù)（一個報文或分組，甚至是比特）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。網(wǎng)絡(luò)中的時延是由以下幾個不同的部分組成的：

4.1.發(fā)送時延：是主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間。

4.2.傳播時延：是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。

4.3.處理時延：主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理，例如分析分組的首部、從分組中提取數(shù)據(jù)部分、進行差錯檢驗或查找適當?shù)穆酚傻鹊取?/p>

4.4.排隊時延：分組在經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸時，要經(jīng)過許多路由器。但分組在進入路由器后要先在輸入隊列中排隊等待處理；在路由器確定了轉(zhuǎn)發(fā)接口后，還要在輸出隊列中排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)，這就產(chǎn)生了排隊時延。

時延 = 發(fā)送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延

5.時延帶寬積= 傳播時延 * 帶寬。表示一段鏈路可容納的比特數(shù)。

6.往返時間RTT：表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到接收方的確認（接收方收到數(shù)據(jù)后便立即發(fā)送確認）總共經(jīng)歷的時間。

7.利用率：分為信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率兩種。信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過）；網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。

信道或網(wǎng)絡(luò)利用率過高會產(chǎn)生非常大的時延。因此，一些擁有較大主干網(wǎng)的ISP通常控制他們的信道利用率不超過50%。如果超過了就要準備擴容，增大線路的帶寬。

1.6.2非性能特征

費用：包括設(shè)計和實現(xiàn)的費用

質(zhì)量：取決于網(wǎng)絡(luò)的可靠性、管理的簡易性，以及網(wǎng)絡(luò)的一些性能等。

標準化：最好采用國際標準的設(shè)計，這樣可以得到更好的互操作性，更易于升級換代和維護，也更容易得到技術(shù)上的支持。

可靠性：與網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和性能都有密切關(guān)系。

可擴展性和可升級性：規(guī)模擴大和性能、版本的提高。

易于維護和使用：網(wǎng)絡(luò)如果沒有良好的管理和維護，就很難達到和保持所設(shè)計的性能。

1.7計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

1.7.1協(xié)議與劃分層次

在計算機網(wǎng)絡(luò)中要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，就必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題，這里的同步指在一定的條件下應(yīng)當發(fā)生什么事件（如發(fā)送一個應(yīng)答信息），因而同步含有時序的意思。這些為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或者約定稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機網(wǎng)絡(luò)及其構(gòu)件所應(yīng)完成的功能的準確定義。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個要素組成：

（1）語法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；

（2）語義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應(yīng)；

（3）同步，即事件實現(xiàn)順序的詳細說明。

1.分層的好處

（1）各層之間的獨立的。某一層并不需要知道它的下一層是如何實現(xiàn)的，而僅僅需要知道該層通過層間的接口鎖提供的服務(wù)；降低了整體的復(fù)雜程度。

（2）靈活性好。當任何一層發(fā)生變化時（例如由于技術(shù)的變化），只要層間接口關(guān)系保持不變，則在這層以上或以下各層均不受影響。

（3）結(jié)構(gòu)上可分割開。各層都可以采用最合適的技術(shù)來實現(xiàn)。

（4）易于實現(xiàn)和維護。因為把整個系統(tǒng)分解為若干個相對獨立的子系統(tǒng)。

（5）能促進標準化工作。因為每一層的功能及其所提供的服務(wù)都已有了精確的說明。

2.如何分層

分層時應(yīng)注意使每一層的功能非常明確。若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復(fù)雜；但層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時遇到較多的困難。通常各層所要完成的功能主要有以下一些（可以只包括一種，也可以包括多種）：

（1）差錯控制：使得和網(wǎng)絡(luò)對等端的相應(yīng)層次的通信更加可靠。

（2）流量控制：使得發(fā)送端的發(fā)送速率不要太快，要使接收端來得及接收。

（3）分段和重裝：發(fā)送端把要發(fā)送的數(shù)據(jù)劃分為更小的單位，在接收端將其還原。

（4）復(fù)用和分用：發(fā)送端幾個高層會話復(fù)用一條低層的連接，在接收端再進行分用。

（5）連接建立和釋放：交換數(shù)據(jù)前先建立一條邏輯連接。數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后釋放連接。

分層也有一些缺點，例如，有些功能會在不同的層次中重復(fù)出現(xiàn)，因而產(chǎn)生額外開銷。

1.7.2具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)

（1）應(yīng)用層

通過應(yīng)用進程間的交互來完成特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，交互的數(shù)據(jù)單元稱為報文。

（2）運輸層

負責向兩個主機中進程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。應(yīng)用進程利用該服務(wù)傳送應(yīng)用層報文。

運輸層主要使用以下兩種協(xié)議：

傳輸控制協(xié)議TCP——提供面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆笪亩巍?/p>

用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP——提供無連接的、盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)（不保證可靠傳輸），其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇怯脩魯?shù)據(jù)報。

（3）網(wǎng)絡(luò)層

負責為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務(wù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)層把運輸層產(chǎn)生的報文段或用戶數(shù)據(jù)報封裝成分組或包進行傳輸。簡稱為數(shù)據(jù)報。

（4）數(shù)據(jù)鏈路層

在兩個相鄰結(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP數(shù)據(jù)報組裝成幀，在兩個相鄰結(jié)點間的鏈路上傳送幀。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制等）。

在接收數(shù)據(jù)時，控制信息使接收端能夠知道一個幀從哪個比特開始和到哪個比特結(jié)束。這樣，數(shù)據(jù)鏈路層在收到一個幀后，就可從中提取出數(shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層。

（5）物理層

在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特。發(fā)送方發(fā)送1（或0）時，接收方應(yīng)當收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理層要考慮用多大的電壓代表 “1” 或 “0” ，以及接收方如何識別出發(fā)送方所發(fā)送的比特。

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